книги из ГПНТБ / Скрипкин В.В. Электрооборудование изотермического подвижного состава учебник

Емкость Q в ампер-часах при постоянной величине разрядного то­ ка определяется по формуле

Q ~ ^ртр>

где / р — разрядный ток в а; Тр — время разрядки в ч.

Для кислотных стартерных аккумуляторов за номинальную ем­

но принимается при 8-часовом разрядном режиме при температуре

15—359 С.

Сила разрядного тока сильно влияет на емкость аккумуляторной батареи. При большой силе разрядного тока поверхностные слои ак­ тивной массы разряжаются быстрее и образующийся сернокислый сви­ нец закупоривает поры активной массы, препятствуя проникновению

При понижении температуры емкость также уменьшается вследст­ вие увеличения вязкости электролита, который теряет способность проникать в поры. Количество активной массы, принимающей участие

вается отношение количества ампер-часов, полученных от аккумуля­ тора при разрядке, Qp, к количеству ампер-часов, отданных аккуму­ лятору при зарядке, Q3, выраженное в процентах:

і!е = ^ 100. Q3

Величина г|е для кислотных аккумуляторов составляет 85—90%, для щелочных — 65—70%.

О т д а ч а а к к у м у л я т о р о в п о э н е р г и и характе­ ризует способность батареи возвращать полученную при заряде энер­ гию.

Отдача по энергии г)э выражается в процентах и определяется по формуле

где Uр.ср — среднее напряжение разрядки в <з; U3,ср — среднее напряжение зарядки в в.

Для кислотных аккумуляторов средняя отдача по энергии состав­ ляет примерно 75%, а для щелочных — 55—60%.

При выборе стартерной аккумуляторной батареи предпочтение отдается кислотной, так как она имеет более высокое разрядное напря­ жение. При составлении батарей одинакового напряжения количество щелочных аккумуляторов должно быть больше, чем кислотных. Ще­ лочная батарея, одинаковая по емкости и напряжению с кислотной, по своим габаритным размерам получается больше кислотной в 2— 2,2 раза. Кроме того, щелочная батарея дороже кислотной. Падение напряжения при включении нагрузки у кислотных аккумуляторов меньше, так как их внутреннее сопротивление меньше, чем у щелоч­ ных. Однако щелочные аккумуляторы имеют по сравнению с кислот­ ными следующие преимущества: возможность эксплуатации в усло­ виях низких температур, малый саморазряд, при разрядке большим током пластины щелочных аккумуляторов не подвергаются коробле­ нию и не боятся коротких замыканий. Щелочные аккумуляторы обла­ дают большой механической прочностью.

5. ВЫПРЯМИТЕЛИ И ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА

Для зарядки аккумуляторных батарей от сети переменного тока на подвижном составе с машинным охлаждением устанавливают вы­ прямители. Наиболее часто применяются

— М— селеновые выпрямители, которые собирают­ ся из отдельных выпрямительных элемен­ тов.

Выпрямительный элемент (вентиль) имеет одностороннюю проводимость и со­ стоит из алюминиевого листа 1 (рис. 100) прямоугольной формы толщиной 1 мм, по­ крытого тонким (0,08 мм) слоем селена 2. На селен нанесен покровный слой 3 толщи­ ной 0,05 мм из сплава олова, кадмия и

132

Рис. 102. Схема вклю­ чения трехфазиого вы­ прямителя и графики тока

висмута. Пружины 6 и 7 являются токоотводящими. Шайба 4 и втул­ ка 5 изолируют выпрямительный элемент от соседних элементов и стяжного болта.

При работе селенового выпрямителя ток проходит от катода (по­ кровный слой) к аноду (алюминиевый лист) через запирающий слой, образующийся между селеном и покровным слоем. В обратном направ­ лении ток через запирающий слой проходит слабо. О соотношении величин прямого и обратного тока можно судить по вольт-ампериой характеристике селенового выпрямительного элемента (рис. 101). Так как обратный ток выпрямителя значительно меньше прямого, то мас­ штабы плотностей і этих токов в ма/см2 и масштабы напряжения U

в в взяты различными.

Напряжение выпрямленного тока, снимаемое с одного элемента, во избежание появления сильного обратного тока не должно превы­ шать 15 в. Плотность тока на 1 см2 площади элемента должна быть в пределах 0,04—0,05 а при окружающей температуре 15—25°. Учи­ тывая сказанное, селеновые элементы соединяют последовательно в столбики или блоки. Блок выпрямителя, предназначенного для за­ рядки батарей освещения, состоит из восемнадцати выпрямительных элементов (пластин) размером 200 X 300 мм. Выпрямительные эле­ менты подключаются к трехфазной сети через понижающий трехфазный трансформатор Тр (рис. 102, а) по двухполупериодной трехфазной схеме.

Трансформатор Тр понижает напряжение подводимого трехфаз­ ного тока с 380 до 70 в и подает его на блок выпрямительных элемен­ тов. При включенной нагрузке напряжение выпрямленного тока не­ сколько уменьшается из-за падения напряжения в выпрямительных -элементах.

Первичные обмотки 4 трансформатора имеют промежуточные выво­ ды 5, которые замыкаются перемычкой 6. На вторичных обмотках 1

133

также имеются промежуточные выводы 2, замкнутые перемычкой 3. Промежуточные выводы дают возможность повышать подаваемое на выпрямитель напряжение, что компенсирует уменьшение зарядного тока по мере старения селеновых вентилей.

Выпрямитель обеспечивает трехфазное двухполупериодное вы­ прямление переменного тока, который протекает через вентили так, что напряжение тока в цепи нагрузки остается неизменным. Ввиду того что напряжение, подаваемое к отдельным вентилям в процессе работы выпрямителя, не остается постоянным (рис. 102,6), выпрям­ ленный ток, проходящий через аккумуляторную батарею, имеет пуль­ сирующий характер (рис. 102, в). Эта пульсация характеризуется от­ ношением максимального выпрямленного тока / М!ШС к среднему / которое при данной схеме выпрямления равно 1,05. Такая незначи­ тельная пульсация выпрямленного тока не оказывает вредного дей­ ствия на заряжаемую батарею, и можно считать, что батарея заряжа­ ется током / ср.

В такой схеме выпрямления возможно соединение обмоток транс­ форматора либо в звезду, либо в треугольник. Чаще встречается пер­ вый способ соединения.

Длительность протекания выпрямленного тока / п через вентиль 'составляет Ѵз периода. Среднее значение этого тока в вентиле

где / „ — ток нагрузки.

Ток в нагрузке пульсирует шесть раз за период частоты сети. Кри­ вая напряжения на нагрузке повторяет форму кривой тока. Макси­

мальное мгновенное напряжение на нагрузке равно ] / ЗД/ 211ф — |/2 Д Л, т. е. оно равно амплитудному значению линейного напряжения 0„ вторичной обмотки трансформатора (і/ф — фазовое напряжение).

Среднее значение выпрямленного напряжения (UB) на нагрузке

£/0 = 2,34£/ф = 1,35£/л.

Наибольшее значение обратного напряжения на вентиле также рав­ но линейному напряжению вторичной обмотки, так как вентиль, не проводящий ток, одним электродом подключен к одной фазе транс­ форматора, а другим — через работающий вентиль к другой фазе. Таким образом,

^ оср .м акс = К З / 2 и ф = 1 ,0 5 Д „ .

Ток во вторичной обмотке трансформатора протекает дважды за период в противоположных направлениях, т. е. ток вторичной обмотки чисто переменный, ^вследствие чего потока вынужденного на­ магничивания в мостовой схеме не создается. Ток в первичной обмотке трансформатора по форме повторяет ток во вторичной обмотке.

134

Так как напряжение на нагрузке до­ стигает максимального значения шесть раз за период, то частота основной гар­ моники пульсации выпрямленного на­ пряжения равна шестикратной частоте сети:

трансформатора по сравнению с другими выпрямительными схемами благодаря чисто переменному току в об­

мотках и отсутствию намагничивания сердечника трансформатора; высокая частота и незначительная пульсация выпрямленного напря­ жения, вследствие чего размеры н вес сглаживающего фильтра невелики; хорошее использование вентилей по напряжению UoBp,маис

U что позволяет получать высокие выпрямленные напря­ жения.

Как недостаток схемы следует рассматривать наличие шести групп вентилей вместо трех. В случае применения вентилей с большим

Понижающий трансформатор и селеновый выпрямитель освети­

механизмом. Такой выключатель ограничивает время зарядки батареи и позволяет избежать ее перезарядки.

Зарядный ток от выпрямителя 1 (рис. 104) к аккумуляторной ба­ тарее протекает через главные контакты 12 автоматического выключа­ теля. Перед началом зарядки аккумуляторной батареи специальным ключом на циферблате 5, имеющем шесть гнезд, стрелкой 6 задается требуемое время заряда от 0,5 до б ч. После этого включается главный выключатель 3 трансформатора 2 и кнопкой (поворотная ручка) 9 — автоматический выключатель. При этом в соответствующем отверстии 8 появляется буква Е — «Включено» и замыкаются контакты 12. Одновременно с включением автоматического выключателя через

135

о

контакты на рычаге 7 замыкается цепь питания катушки 4, включаю­ щей часовой механизм.

По истечении заданного времени зарядки стрелка 6 дойдет до упора в рычаг 7, повернет его по часовой стрелке, планка 11 под действием пружины 10 разомкнет контакты 12 и зарядка батареи прекратится. В отверстии 8 появится буква А —«Выключено», вследствие отклю­ чения катушки 4 застопорится часовой механизм выключателя. Для повторного включения автоматического выключателя необходимо завести часовой механизм и нажать кнопку 9.

На некоторых 12- и 5-вагонных секциях дизели оборудованы све­ чами накаливания и системой автоматической сигнализации и аварий­ ной остановки, работающей от отдельной аккумуляторной батареи напряжением 12 в. Для зарядки батареи в дизельном помещении уста­ новлен селеновый выпрямитель 2 (рис. 105), который собран по двухполупериодной мостовой схеме и включается через понижающий транс­ форматор 1 220/12 в. Первичные и вторичные обмотки трансформатора имеют по нескольку выводов для возможности изменения коэффици­ ента трансформации. Мощность выпрямителя 0,2 та. По аналогич­ ной схеме собран выпрямитель рассольного электромагнитного вен­ тиля с понижающим трансформатором 220/24 в.

136

Г л а в а VIII

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЕНТИЛИ

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

Электропечь состоит из трех нагревательных элементов, которые монтируют на общем каркасе. Нагревательный элемент рассчитан на номинальное напряжение 220 в п представляет собой трубчатый нагре­ ватель, имеющий цилиндрический кожух / (рис. 106, а), в который вставлен керамический стержень 2 с шестью цилиндрическими пазами 5 для ннхромовых спиралей. Кожух элемента герметически закрыт крышкой 3, через которую пропущены провода 4 для подключения элемента. Электропечи 5-вагонной секции не имеют предохранитель­ ных кожухов, так как находятся в закрытой шахте.

Нагревательные элементы электропечей на 23-вагонных поездах и 5-вагонных секциях имеют мощность 333 вт при напряжении 220 в, а каждая печь —• 1 кет. Суммарная мощность электропечей одного вагона 23-вагонного поезда составляет 6 кет, а 5-вагонной секции —

8кет. Мощность нагревательных элементов вагона 12-вагоиной секции

и21-вагонного поезда 444 вт, а мощность электропечей одного вагона

8кет.

Часть вагонов с машинным охлаждением оборудована нагрева­ тельными элементами на номинальное напряжение ПО б. В таком элементе нагревательная спираль 1 (рис. 106, б) проходит по осп труб-

Рис. 106. Нагревательные элементы:

о — на номинальное напряжение 220 в\ б — на ПО о

138

ки 3, заполненной периклазом 2. Спираль прикреплена к штырям 4, пропущенным через фарфоровые пробки 5. Для герметизации нагре­ вательного элемента пробки закреплены эмалевой мастикой 6. Мощ­ ность элемента 125 вт при напряжении ПО в.

На поездах, секциях и вагонах установлены трехфазные генера­ торы с линейным напряжением 380 в, поэтому элементы электропе­ чей всегда включаются в звезду. Элементы с номинальным напряже­ нием ПО в включают попарно последовательно.

На поездах и 12-вагонных секциях электрические печи объединены в две одинаковые по мощности группы (секции), каждая из которых включается отдельным магнитным пускателем. Секционное включение электропечей позволяет экономнее расходовать электроэнергию и уве­ личить срок их службы.

На 23-вагонном поезде электрические печи могут включаться и выключаться дистанционно с главного распределительного щита из вагона-дизель-электростанции или непосредственно пз подвагонно­ го ящика (местное включение), а на 21-вагонных поездах и 12-вагон­ ных секциях электропечи могут включаться и автоматически. В этом случае ток в магнитные пускатели электропечей подается через кон­ такты терморегуляторов, датчики которых устанавливаются в грузо­ вых вагонах и настраиваются на необходимый температурный режим.

В 5-вагонной секции электрические печи разделены на две группы. Каждая группа имеет две электрические печи: одну мощностью 3 кет и другую 1 кет.

2 . РАСЧЕТ И ПОДБОР ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

После определения мощности электроотопительной установки ва­ гона (по данным теплового расчета), расчетной температуры и схемы соединения элементов определяют мощность и геометрические размеры одного нагревательного элемента.

Провода высокого омического сопротивления рассчитываются в со­ ответствии с их назначением. Важно правильно учесть условия тепло­ обмена, так как при прохождении электрического тока в проводнике выделяется тепло. Если сила тока I а, падение напряжения U в и со­ противление проводника R ом, то согласно закону Джоуля—Ленца количество выделяющегося тепла Q в вт равно

Q = 1,41 /£ /= 1,41 P R = 1,41 — ,

R

где 1,41 — тепловой эквивалент одного ватт-часа.

При установившемся тепловом состоянии системы тепло, выделив­ шееся в нагревателе, передается в окружающую среду. Если при этом температура проводника равна tx, температура окружающей среды t%, поверхность тела F и коэффициент теплоотдачи ос, то имеем

Q = \,4\RR = ссЕ (4 — 4). •

139

Это соотношение является основной расчетной формулой электри­ ческих нагревателей в тех случаях, когда рассматривают установив­ шийся режим системы и если температура окружающей среды остает­ ся неизменной. Сложность нахождения величины коэффициента теп­ лоотдачи вынуждает пользоваться практическими методами расчета нагревателей, которые рассматриваются ниже.

При определении мощности нагревателя следует учитывать необ­ ходимость поддержания нужных температур на рабочих поверхно­ стях, а также его разогрева до рабочей температуры.

М е т о д у д е л ь н о й м о щ н о с т и. Для прямолинейной проволоки, расположенной в открытом воздушном пространстве, ба­ ланс энергии, полученной от нагрева током и отданной через ее поверх­ ность в окружающую среду, может быть выражен следующим урав­ нением:

Подставив значения (2) в (1), можно определить диаметр нагрева­ тельной проволоки

140