Каждый из нас хоть раз но путешествовал на поезде, и задумывался как все устроено в пассажирском вагоне. В этой стать я расскажу как работает электроснабжение в пассажирском вагоне.
Система электроснабжения обеспечивает питание вагонных низковольтных потребителей электроэнергии во время движения вагона и на стоянке.
Основные составные части системы электроснабжения:
1) генератор с приводом от средней части оси и от торца шейки оси (в зависимости от типа вагона) колесной пары;
2) аккумуляторная батарея
3) блок низковольтный
4) блок регулирования напряжения генератора
5) блок внешних источников питания для питания от внешней сети.
Питание потребителей может осуществляться:
- от подвагонного генератора – при движении вагона со скоростью более 35 км/ч;
- от аккумуляторной батареи – на стоянке и при движении вагона со скоростью менее 35 км/ч;
- от внешней сети переменного тока– на специально оборудованной стоянке;
- от соседнего вагона через поездную низковольтную магистраль – во время рейса при неисправности генератора и разряженной батарее.
Режим движения
При движении вагона со скоростью более 35 км/ч электроснабжение низковольтных потребителей электроэнергии обеспечивается генератором .
Генератор – электрическая машина, преобразующая механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию.
В пассажирских вагонах применяются два типа генераторов, постоянного и переменного тока.
Принцип действия генератора переменного тока основан на законе электромагнитной индукции.
Закон электромагнитной индукции Фарадея является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов, дросселей, и многих видов электродвигателе и генераторов.
Закон гласит:
- Для любого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой со знаком минус.
- Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
Генераторы переменного тока
Если посредством первичного двигателя привести во вращение ротор тем самым, создаваемое магнитное поле в роторе будет вращаться вместе с ним с той же скоростью. Теперь линии магнитного поля пересекают обмотку статора расположенную вокруг ротора. В результате в обмотке образуется переменная ЭДС.
Статор – подвижная часть генератора – имеет зубья и впадины (пазы), в которые уложены основные и дополнительные обмотки, в подшипниковых щитах уложены обмотки возбуждения.
Ротор – неподвижная часть генератора, основная полюсная часть, состоящая из: сердечника имеющего зубья и пазы, напрессованного на вал генератора, вращающийся в подшипниках расположенных в подшипниковых щитах.
Генератор переменного тока работает с выпрямителем – на выходе выпрямителя постоянный ток. Выпрямители применяются с генераторами переменного тока, предназначены для преобразования переменного тока в постоянный, в настоящее время применяются диодные выпрямители.
Электрический ток в генераторе переменного тока снимается при включении нагрузки (потребителей). При вращении ротора в обмотках статора вырабатывается электромагнитная индукция – когда зуб ротора совпадает с зубом или пазом статора.
Генераторы постоянного тока
Если посредством первичного двигателя привести во вращение якорь машины с постоянной угловой частотой и подать постоянное напряжение в обмотку возбуждения статора, то в каждом стержне обмотки статора будет наводиться ЭДС.
Трехфазное напряжение, вырабатываемое генератором, подается на мостовой выпрямитель и выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается в низковольтную сеть вагона для питания потребителей и заряда аккумуляторной батареи.
Регулирование напряжения для заряда батареи и питания потребителей осуществляет блок регулирования напряжения генератора (БРНГ) .
Генератор работает с регулируемым самовозбуждением. Для этого трехфазное напряжение генератора выпрямляется вспомогательным выпрямителем и подается на транзисторный ключ регулятора возбуждения, входящего в состав БРНГ, а затем на обмотку возбуждения генератора.
Для исключения перезарядки батареи производится регулирование максимального зарядного напряжения в зависимости от температуры воздуха в аккумуляторном боксе. Для этого служит термодатчик, установленный в аккумуляторном боксе
Генератор состоит из подвижной (вращающейся) и неподвижной части.
Неподвижная часть машины состоит из главных, дополнительных полюсов и статины.
Главный полюс представляет собой электромагнит, создающий магнитный поток. Он состоит из: сердечника, обмотки возбуждения и полюсного наконечника. Неподвижная часть в машинах постоянного тока является индуктирующей, т. е. создающей магнитное поле, а вращающаяся часть является индуктируемой (якорем).
Статор – неподвижная часть генератора – является основной полюсной частью, внутри болтами крепятся полюса на которые одеваются катушки возбуждения.
Якорь – подвижная часть генератора, состоящая из: сердечника, в пазы которого уложены основные и дополнительные обмотки, концы которых припаяны к пластинам (петушкам) коллектора. Сердечник якоря вместе с коллектором напрессовываются на вал, вращающийся в подшипниках
Коллекторная коробка предназначена для замены щеток – закрыта крышкой от попадания влаги, пыли, грязи.
Перекидная траверса или переключатель полярности с щеточным устройством для сохранения полярности при перемене направления движения вагона. В зависимости от направления вращения якоря, автоматически поворачивается на 90 градусов в ту или иную сторону.
Электрический ток в генераторе постоянного тока снимается с коллектора при помощи электрографитных щеток.
В системах электроснабжения применяются генераторы 2ГВ-003, 2ГВ-008, ЭГВ-08-У, ЭГВ-32 У1
Отличаются они мощностью, которая на выходе выпрямителя для генераторов 2ГВ-003 – 5.5 кВт, 2ГВ-008 – 8 кВт, ЭГВ-32 и ЭГВ-08-У – 28 и 32 кВт.
Режим стоянки
Аккумуляторные батареи
На стоянке, а также при движении вагона со скоростью менее 35 км/ч, электроснабжение низковольтных потребителей электроэнергии обеспечивается от аккумуляторной батареи
На цельнометаллических пассажирских вагонах применяются кислотные, щелочные и гелевые аккумуляторы.
Аккумуляторная батарея отечественного производства имеет условное обозначение, в котором первые цифры (26, 38, 40, 56, 84) указывают число аккумуляторов в батарее, буквенные символы — электрохимическую схему (НЖ — никель-железная, НК — никель-кадмиевая), область применения (В — вагонная, Т — тяговая, Ц — для цельнометаллических вагонов), конструктивные особенности пластин и сепараторов (П — панцирная, или поверхностного типа, Н — намазная, М — минпластовая сепарация); последние цифры в обозначении определяют номинальную емкость в ампер-часах (например, батареи 40ТНЖ-250, 40ВНЖ-350, 26ВПМ-400, 56ВНЦ-400, 84КМ-300.
Обозначение щелочной аккумуляторной батареи 40ТНЖ-250 расшифровывается следующим образом: 40 — число последовательно соединенных аккумуляторов, Т — тяговая, НЖ — никель-железная, 250 — номинальная емкость в ампер-часах при 5-часовом разряде током 50 А.
Обозначение аккумуляторной вагонной батареи 84КМ-300 означает следующее: 84 — количество аккумуляторов в батарее, соединенных последовательно, К — закрытый никель-кадмиевый призматический аккумулятор, М — средний режим разряда, 300 — номинальная емкость в ампер-часах.
Питание от внешней сети
В случае длительной стоянки вагона (например, при отстое) зарядка батареи и питание низковольтных потребителей электроэнергии могут осуществляться от внешней трехфазной сети 380 В, 50 Гц. Необходимое для этого электрооборудование размещено под вагоном. Питание осуществляется через трансформатор номинальной мощностью 25 кВА.
Магистральный режим
На вагоне имеется низковольтная магистраль со штепсельными соединениями. Если соседний вагон поезда имеет систему электроснабжения низковольтных потребителей со смежным напряжением, то через магистраль возможно осуществлять:
- подачу питания на соседний вагон;
- прием питания от соседнего вагона.
Прием питания из магистрали применяют при неустранимом отказе собственной системы электроснабжения вагона, т.е. генератора и батареи.
Низковольтная сеть вагона подключается к магистрали автоматом «МАГИСТРАЛЬ » , который установлен в пульте управления. Обычно этот автомат должен находиться в отключенном положении и включаться только при необходимости подачи питания в магистраль или приема питания из магистрали.
При приеме питания из магистрали напряжение магистрали подается через автомат 1QF5 . Готовы к включению лишь следующие низковольтные потребители:
- хвостовые сигнальные фонари;
- освещение лампами накаливания;
- высоковольтное отопление;
- устройства сигнализации и обеспечения безопасности движения.
Питание остальных нагрузок (в том числе БРНГ) от магистрали невозможно.
