Содержание
Электрооборудование применяемое в современных пассажирских вагонах используется для освещения салонов, купе, коридоров, туалетов; вентиляции помещений вагона; отопления вагона и подогрева подаваемого в него воздуха зимой; охлаждение подаваемого воздуха летом; охлаждение продуктов питания и питьевой воды; радиовещания и работы устройств связи; создания комфортных условий для перевозки пассажиров и облегчения обслуживания поездной бригадой. Кроме того, для обеспечения работы устройств сигнализации и контроля безопасности.
По назначению вагонное электрооборудование делится на источники электрической энергии, преобразователи и потребители. Электрооборудование пассажирского вагона сложно и работает в тяжелых условиях. В процессе эксплуатации на него действует значительные динамические усилия, оно подвержено атмосферным воздействиям. Поэтому к нему предъявляют высокие требования, которые гарантируют его надежность.
Пассажирские вагоны с автономной системой электроснабжения характеризуются тем, что имеют собственные источники электрической энергии, обеспечивающие питание низковольтных потребителей электроэнергии при движении и на стоянках.
Преимуществом этой системы является ее независимость от внешнего источника питания, что позволяет эксплуатировать вагоны в любом поезде, в любом направлении, и не зависимо от типа поездного локомотива.
В этой системе для низковольтных потребителей применяется исключительно постоянный ток. Это объясняется тем, что на вагоне установлена аккумуляторная батарея, которая служит резервным и аварийным источником питания. Кроме того, в системах с приводом от оси колесной пары генератор работает с переменной частотой вращения, пропорциональной скорости движения поезда. Генератор переменного тока вырабатывал бы при этих условиях электрический ток переменной частоты, что недопустимо для целого ряда потребителей. При использовании генератора постоянного тока стабилизировать его напряжение при изменении частоты вращения проще, чем частоту тока. Постоянный ток для питания системы электроснабжения может быть получен не только от генератора постоянного, но и от генератора переменного тока. Однако в этом случае потребители и аккумуляторную батарею подключают к источнику через выпрямитель.
На вагоне применяется генератор с приводом от оси колесной пары вырабатывающий напряжение 110 В.
Как резервный и аварийный источник энергии используется аккумуляторная батарея, которая питает основные потребители поезда при неработающем генераторе (при его неисправности, на стоянке), а также при малой скорости движения поезда, когда генератор не развивает необходимую мощность. Кроме того, аккумуляторная батарея воспринимает пики нагрузки, возникающие при одновременном включении нескольких потребителей большой мощности, пуске электрических двигателей, кратковременных перегрузках и др.
Емкость аккумуляторной батареи выбирают такой, чтобы можно было обеспечить энергией потребители при малой скорости движения, на промежуточных станциях и при аварийном режиме с уменьшенной нагрузкой. Во время отстоя вагон подключается к стационарному источнику энергии, с помощью которого производится питание основных потребителей и подзарядка аккумуляторной батареи.
При автономной системе электроснабжения источники электроэнергии расположены только непосредственно на вагоне. На пассажирских вагонах в качестве источников электроэнергии используются генераторы с приводом от оси колесной пары и аккумуляторные батареи. На вагонах без системы кондиционирования воздуха в электрической сети вагона номинальное напряжение 50 В, на вагонах с кондиционированием воздуха с целью снижения потерь мощности в сети при больших токах нагрузки номинальное напряжение повышено до 110 В. Принципиальная схема силовых цепей автономной системы электроснабжения с индукторным генератором переменного тока и с системой кондиционирования воздуха показана на рисунке 1.
Мощность генератора у вагонов с системой кондиционирования воздуха составляет 30-35 кВт, при номинальном напряжении в сети вагона – 110 В. Основным преимуществом системы электроснабжения с приводом генератора от оси колесной пары является то, что питание электрических потребителей в каждом вагоне не зависит от внешних источников электрической энергии. Вследствие этого обеспечивается высокая эксплуатационная маневренность пассажирских вагонов (возможность передачи вагонов из одного поезда в другой и их отцепки от локомотива и от поезда без нарушения нормального электроснабжения других вагонов, легкость переформирования поездов и т.д.). Автономная система электроснабжения обеспечивает также резервирование электроснабжения. В случае выхода из строя собственного генератора электрическую сеть вагона можно подключить к сети соседнего вагона.
При скорости поезда выше 35-40 км/ч все потребители получают питание от подвагонного генератора G, а аккумуляторная батарея GВ находится в режиме зарядки от зарядного устройства А3. На современных вагонах устанавливаются генераторы переменного тока, которые проще по конструкции и более надежны в эксплуатации по сравнению с генераторами постоянного тока. В связи с этим электропотребители подключены через выпрямительный мост V1. При изменении скорости движении и тока нагрузки напряжение генератора остается неизменным за счет регулирования тока в обмотке возбуждения Wо.в. регулятором напряжения генератора А1.
Во время стоянки и при низкой скорости движения потребители получают питание от аккумуляторной батареи СВ. Когда вагон находится на длительной стоянке – в отстое, потребители получают питание от внешнего источника питания через блок внешнего источника электроэнергии А4, преобразующий переменное трехфазное напряжение внешней сети 380/220 В в переменное трехфазное напряжение 142 В, которое выпрямляется так же, как и переменное напряжение генератора через трехфазный выпрямительный мост V1.
Основными потребителями электроэнергии являются:
1 электродвигатели приводов компрессора, вентилятора вагона, вентилятора конденсатора, водяного насоса М1 – М4;
2 лампы накаливания Н;
3 люминесцентные лампы L;
4 нагревательные элементы электрокалорифера ЕК1 – ЕК2;
5 электропечи Е1 – Е12;
6 электрокипятильник ЕН1;
7 электронагреватели баков горячей воды ЕН2 – ЕН3.
Для коммутации силовых цепей используются электромагнитные контакторы К1 – К10 и выключатели S1 и S2. Защита электрических цепей от перегрузки осуществляется автоматическими выключателями Q1 – Q5, а от короткого замыкания – плавкими предохранителями F1 – F5. Основным видом отопления при данной системе является водяное. Электропечи и электрокалорифер в переходный период времени года (весной, осенью) используются в качестве электрического отопления, а зимой служат для поддержания постоянства температурного режима, компенсируя инерционность водяного отопления.
Повышенное напряжение 142 В необходимо для зарядки аккумуляторной батареи, при этом сеть освещения лампами накаливания Н подключена через регулятор напряжения А2, обеспечивающий питание сети освещения номинальным напряжением 110 В.
Автономная система электроснабжения с приводом генератора от оси колесной пары кроме преимуществ автономности имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих перспективность ее развития. Основной недостаток – это энергозатратность системы в целом. Вращение генераторов от оси колесной пары осуществляется за счет силы тяги локомотива. Если учесть потери энергии в электроприводе локомотива, потери энергии в приводе генератора, потери мощности в самом генераторе, то в пассажирском поезде с вагонами, оборудованными климатической установкой, затраты тяги локомотива на работу генераторов вагонов составляют 20-25 %.
Мощность подвагонного генератора ограничена моментом, который можно передать от колесной пары, так как он определяется силой сцепления колеса с рельсом. С учетом затрат на техническое обслуживание и ремонт машин и аппаратов системы автономного энергоснабжения с приводом генератора от оси колесной пары стоимость электроэнергии в 5-10 раз выше, чем при системе централизованного электроснабжения. Привод от оси колесной пары увеличивает необрессоренную массу ходовых частей, ухудшая этим динамические качества вагона и увеличивая изнашиваемость колес колесной пары с приводом генератора, появляется большая вероятность заклинивания колесной пары при торможении.