Раздел 2 «Построение электропитающих устройств и систем СЦБ и ЖАТ»

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Самарский государственный университет путей сообщения» в г. Саратове

Филиал СамГУПС в г.Саратове

Методические указания ПО выполнению и оформлению Практических работ

По ПМ.О2 «Техническое обслуживание устройств систем сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ)»

Раздел 2 «Построение электропитающих устройств и систем СЦБ и ЖАТ»,

для студентов специальности

Автоматика и телемеханика на транспорте

( железнодорожном транспорте)

Саратов 2017

Одобрено На заседании ЦМК «Автоматика и телемеханика на транспорте» Протокол №«___» ____________ 2017 г.   Председатель ЦМК _____________ Глухова И.В.     Составлено в соответствии с требованиями ФГОС по специальности (специальностям) СПО 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) (приказ министерства образования и науки Российской федерации от7.05 2014г.№ 447);   Утверждено Зам. директора по УР _______________ Моисеева Т.В. «___» ____________ 2017г.

Одобрено На заседании ЦМК «Автоматика и телемеханика на транспорте» Протокол №«___» ____________ 2017 г.   Председатель ЦМК _____________ Глухова И.В.     Составлено в соответствии с требованиями ФГОС по специальности (специальностям) СПО 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) (приказ министерства образования и науки Российской федерации от17.июля 2014г.№ 447);   Утверждено Зам. директора по УР _______________ Моисеева Т.В. «___» ____________ 2017г.

Составитель: Штенгель Ю.Ю.- преподаватель высшей квалификационной категории филиала ФГБОУ ВПО СамГУПС в г. Саратове

Введение

Методические указания составлены применительно к программе ПМ.О2 «Техническое обслуживание устройств систем сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ)»

Раздел 2 «Построение электропитающих устройств и систем СЦБ и ЖАТ»,

Для студентов специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте ( железнодорожном транспорте). Базовая подготовка.

Указания содержат методические указания к выполнению практических работ, краткие описания, необходимые для их выполнения, и варианты заданий для выполнения практических работ.

Практические занятия должны производится по заранее составленному графику в соответствии утвержденной учебной программой и обязательно в той последовательности, в какой они обеспечивают преемственность в переходе от простых работ к более сложным.

При отсутствии указанных практических работ, преподаватели могут заменить их аналогичными, обеспечивающими тематику выполняемых работ.

Методика выполнения практических работ должна быть максимально приближена к реальным.

Правила техники безопасности при выполнении практических работ

- перед началом работ:

1. студент внимательно изучает содержание и порядок выполнения практической работы, и безопасные приёмы её выполнения;

2. перед началом каждой практической работы, преподаватель проводит инструктаж учащихся. Не оставляет учащихся без присмотра на перемене и во время учебного процесса;

3. студент освобождает рабочее место от посторонних предметов;

4. студент должен точно выполнять все указания преподавателя;

5. студент не загромождает проходы сумками и посторонними предметами.

-во время работы:

1. студент точно выполняет указания преподавателя в отношении соблюдения порядка действий;

2. студент приступает к работе только тогда, когда убедился в исправности учебного оборудования;

3. студент не берёт без разрешения преподавателя оборудование с других рабочих мест, не встаёт с рабочего места и не ходит по кабинету во время выполнения работы.

- после окончания работы:

1. по окончании работы студент приводит своё рабочее место в порядок;

2. студент не выходит из кабинета без разрешения преподавателя.

Перечень практических работ

1. Исследование конструкции трансформаторов.

2. Исследование работы преобразователя постоянного тока.

3. Исследование работы устройств электропитания

4. Расчет мощности электропитающего оборудования ЭЦ.

5. Расчет нагрузки трансформатора ОМ.

Задания для выполнения отчета по практическим работам

Практическая работа №1

Тема: Исследование конструкции трансформаторов

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией различных типов трансформаторов применяемых для питания устройств ЖАТ. Произвести расчет трансформатора , по индивидуальному заданию.

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом по конструкции различных типов трансформаторов применяемых для питания устройств ЖАТ.

2. Ознакомиться с примерным расчетом трансформатора.

3. Выбрать характеристики трансформатора согласно индивидуального задания для расчета.

4. Произвести расчет трансформатора.

5. Записать данные расчета в итоговую таблицу

6. Зарисовать обмотки трансформатора согласно расчета.

7. Сделать вывод по проделанной работе.

Исходные данные для расчета

	Напряжение сети	U1	I1	U2	I2	U3	I3	Тип пластин. Железо толщиной 0.35мм	К
					0,3		0,02	С
			1,5		0,6		0,059	П
			1,2		0,3		0,1	Г
			1,3		0,6		0,1	Ш без отверстий
			1,5		0,3		0,025	Ш с отверстием 0,35мм
			1,3		0,6		0,06	С
					0,3		0,08	П
			1,5		0,6		0,1	Г
			1,6		0,3		0,05	Ш без отверстий
					0,6		0,02	Ш с отверстием 0,35мм
					0,3		0,059	С
			1,4		0,6		0,1	О
			1,2		0,3		0,1	Г
					0,6		0,025	Ш без отверстий
			1,6		0,3		0,06	Ш с отверстием 0,35мм
			1,2		0,6		0,08	С
					0,3		0,1	П
			1,2		0,6		0,05	Г
					0,3		0,02	Ш без отверстий
			1,3		0,6		0,059	Ш с отверстием 0,35мм
					0,3		0,1	С
			1,3		0,6		0,1	П
			1,5		0,3		0,025	О
					0,6		0,06	Ш без отверстий
			1,2		0,3		0,08	Ш с отверстием 0,35мм
					0,6		0,1	С
			1,3		0,3		0,05	О
					0,6		0,02	Г
			1,5		0,3		0,059	Ш без отверстий
					0,6		0,1	Ш с отверстием 0,35мм

Исходные данные для расчета

Uсети = 220В

U₁ =10B

I₁ = 2 A

U₂ =12 B

I₂ = 0,3 A

U₃ = 60 B

I₃ = 0,08A

Тип пластин. П образные

К = 40

Расчет согласно варианта .

Находим суммарную мощность:

Рсумм=10*2+12*0,3+60*0,08 = 20+3,6+4,8= 28,4 Вт.

Определяем габаритную мощность:

Рг= 28,4/0,85 =33,41 Вт.

Находим сечение трансформатора:

S= 1,2* -= 6,93см²

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

а= 0,8* = 2,1 см

Выбираем пластины трансформатора, для которых а= 2,42 см и находим толщину пакета:

с=S/a= 6,93/2,1 = 3,3 см.

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

S=a*c= 2,1*3,3 = 6,93 см²

К= 40

Находим количество витков на 1 В:

n=K/S= 40/ 6,93 = 5,77

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:

WI=UI*n=-220*5,77= 1269,4 витков.

Находим коэффициент m для каждой из вторичных обмоток:

при I₁=2A, m₁= 1,06;

при I₂=0,3 A, m₂=1,02;

при I₃=0,08 A, m₃=1,02.

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

W =m_1*U_1*n=10*1,06*5,77 = 61,16 витка;

W =m_2*U_2*n= 12* 5,77*1,02 = 70,6 витков;

W =m_3*U_3*n=60*5,77*1,02 = 353,12 витков;

Находим силу тока в первичной обмотке:

I₁=Pг/Uсети= 33,41 /220 = 0,15 А.

Находим диаметр провода первичной обмотки:

d₁=þ* = 0,72* = 0,27 мм.

Находим диаметры проводов вторичных обмоток.

d ==þ* = 0,72* = 1,01 мм.

d ==þ* = 0,72* =0,39 мм.

d ==þ* = 0,72* = 0,2 мм.

Для этого составляем таблицу намоточных данных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди.

Итоговая таблица расчета

Обмотка	W	d по меди, мм	d по изоляции,мм
		0,05	0,31
		0,78	1,07
		0,13	0,45
		0,03	0,23

Схема обмоток расчетного трансформатора .

Практическая работа №2

Тема :Исследование работы преобразователя постоянного тока.

Цель работы. Ознакомится с принципом действия и работой преобразователей постоянного тока. Рассмотреть характеристики работы.

Ход работы:

1. Ознакомиться с принципом работы различных видов выпрямительных устройств.

2. Зарисовать структурную схему устройства. Описать работу устройства ,назначение каждого элемента схемы

3.Согласно варианта вычертить схемы устройств и рабочие характеристики

4 Сделать вывод по проделанной работе.

Варианты заданий

Вариант	Тип схемы
	Однофазная, однополупериодная схема
	Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)
	Мостовая схема (схема Греца)

Основные схемы выпрямления.

Однофазные выпрямители

Схемы выпрямителей однофазного питания применяются в основном для питания бытовых потребителей (бытовых устройств) и используют однофазные трансформаторы, в которых ток течет по двум проводам - фаза и ноль. Первичная и вторичная обмотка трансформаторов таких выпрямителей является однофазной.

Практическая работа №3

Тема:Исследование работы устройств электропитания ЭЦ

Цель работы: Ознакомиться с работой системы электропитания крупных станций. Научиться определять количество панелей питания устанавливаемых на станцию.

Ход работы:

1.Ознакомиться с принципом работы различных видов панелей питания.

2.Согласно варианта определить состав питающей установки для крупной станции.

3.Зарисовать структурную схему питающей установки электропитания крупных станций.

4.Перечислить панели питания, устанавливаемые на крупных станциях и описать их назначение.

5. Сделать вывод по выполненной работе.

Исходные данные для выполнения практической работы:

Вариант	Число стрелок ЭЦ	Тип рельсовой цепи
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11

Рисунок 8- Структурная схема установки электропитания поста ЭЦ крупных станций

Таблица 4- Комплектация устройств электропитающих щитовых установок в зависимости от числа централизованных стрелок на станции.

Тип панели и наименование оборудования	Тип рельсовой цепи	Число основного оборудования электропитания и зависимости от числа стрелок ЭЦ
Панель выпрямителей:
ПВ-60	-
ПВ-24/220ББ	-
ПВ-24	-	-	-	-
ПРББ	-
Щит выключения питания:
ЩЩВП-73	-
Дизель-генератор:
ДГА-2-24М	-					-	-	-	-	-
ДГА-2-48М	-	-	-	-	-
Силовой трансформатор:
ТС-10/5	-		-	-	-	-	-	2(3)	2(3)
ТС-16/5	-	-			-	-	-	-	-	-
ТС- 25/5	-	-	-	-		-		1(2)	-	-
ТС-40/5	-	-	-	-			-	-
Панель статических преобразователей частоты ПЧ 50/25	РЦ25-5С
РЦ25-10
РЦ25-11
РЦ25-12

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы;

2. Схемы согласно варианта;

3. Вывод.

Практическая работа №4

Тема: Расчет мощности электропитающего оборудования ЭЦ

Цель работы. Произвести расчет мощности оборудования поста электрической централизации станции

Ход работы:

1. Ознакомиться с принципом работы различных систем питания..

2. Определить комплектацию щитовой установки в соответствии с вариантом.

3. Согласно варианта произвести расчет мощности нагрузки.

4. Сделать вывод по выполненной работе.

По укрупненным показателям определите мощность, потребляемую устройствами электрической централизации станции при безбатарейной системе питания. Число стрелок и светофоров на станции для каждого варианта выбираем согласно варианта. На станции и прилегающих перегонах- электротяга постоянного тока; рельсовые цепи – частотой 50Гц, и с реле типа ДСШ-12.

Исходные данные по вариантам .

Исходные данные	Вариант
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров
Исходные данные
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров
Исходные данные
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров

При расчете мощности переменного тока , потребляемой устройствами электрической централизации участковой станции, следует учесть комплектацию щитовой установки в зависимости от количества централизованных стрелок в соответствии с таблицей 5 .

Однако, необходимо обратить внимание, что задание составлено для РЦ частотой 50Гц и реле типа ДСШ-12 при электротяге постоянного тока.

Рельсовые цепи частотой f - 50 Гц питаются от трансформаторов релейной панели или ТС, следовательно, при расчете нагрузки на трансформаторы релейной панели воспользуйтесь следующими формулами:

Ррп =Рсв+Рм.у +Рт+Ррц +Ркц + Рвс ;

Qрп =Qсв +Qт+Qрц +Qкц + Qвс

Мощности, потребляемые рельсовыми цепями 50 Гц, даны с учетом потерь в питающих трансформаторах.

При расчетах принимаем следующие величины мощности, потребляемые одним светофором: Р_св = 21 Вт; Q_св = 6,8 вар.

На станции, имеющей 100 централизованных стрелок, на маршрутных указателях одновременно может гореть до 28 ламп, имеющей от 100 до 150 стрелок — до 35 ламп и имеющей от 150 до 200 стрелок — до 50 ламп. Мощность каждой лампы 25 Вт.

На станции, имеющей свыше 80 централизованных стрелок, приборы табло потребляют следующие мощности:

Р_т= 1200Вт; Q_t =460 вар.

Потери в трансформаторах каждой релейной панели при загрузке свыше 50% составляют: ∆ Р==180 Вт; ∆ Q =250 вар.

Кроме того, для станции, имеющей 100 стрелок, принимаются следующие величины потребляемой мощности:

устройства связи поста — активная мощность 3270 Вт, реактивная — 2735 вар;

устройства освещения, вентиляции и другие вспомогательные приборы — активная мощность 4150 Вт, реактивная — 1940 вар;

лимит для мастерской—активная мощность 5600 Вт, реактивная — 4200 вар.

Необходимо учесть, что при числе централизованных стрелок на станции от 100 до 150 эти нагрузки соответственно увеличиваются на 20%, а при числе стрелок от 150 до 200—на 50%.

Дополнительные нагрузки на вводную панель от трансляционного усилителя в рабочем режиме, от выпрямителя ЗБВ —220/30 при переводе стрелок, от негарантированного освещения составляют при числе стрелок на станции от 100 до 200: активные — 14000 Вт, реактивные—6000вар.

Для питания устройств СЦБ и связи на постах электрической централизации предусматривается дополнительный резерв мощности, равный 10%.

Таблица 5

Панели	Количество панелей при числе стрелок
30-80	81-100	101-140	141-160	161-180	181-200
ПВ-60
ПВ-24/220ББ или ПВ-24/220Б
ПВ-24	-	-
ПРББ или ПРБ
ППЗ-50/25

Таблица 6

Нагрузки	Измеритель	Потребляемая мощность
Вт	Вар	В*А
Выпрямитель батарейной 220В, 3А, стрелочный	Пост ЭЦ
Потери в трансформаторах релейной панели 11Р 4ТР при загрузке: 50% Свыше 50%	Пост ЭЦ Пост ЭЦ

1- На станции свыше 80 стрелок применяются схемы , ограничивающие ток подсветки и нагрузка принимается 1200Вт.

2- Учитывается при определении номинальной мощности ДГА

Таблица 7

Нагрузка	Измеритель	Потребляемая мощность
Вт	вар	ВА
Лампочки табло	стрелка		-	-
Контрольная цепь стрелочных электроприводов	стрелка			6,4
Обогрев контактов автопереключателя	стрелка
Лампы светофоров	Светофор		-	-
Маршрутные указатели на станции:
До 140 стрелок	Пост ЭЦ		-	-
Свыше 140 стрелок	Пост ЭЦ		-	-
Рельсовые цепи:
Тепловозная тяга ( С РЕЛЕ дсш-12)	Рельсовая цепь		22,5
Электротяга постоянного тока ( с реле ДСШ-12)	Рельсовая цепь
Электротяга переменного тока ( 25 Гц с реле ДСШ -13)	Рельсовая цепь		8,2
Релейные шкафы входного светофора	Шкаф
Местное управление на станции свыше 80 стрелок	Пост ЭЦ
Выпрямители контрольной батареи 24 В, 30А на станции:
До 40 стрелок ( один выпрямитель)	Пост ЭЦ
40-100 стрелок (два выпрямителя)	Пост ЭЦ
100-120 стрелок ( два выпрямителя)	Пост ЭЦ
120-140 стрелок ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
140-180 стрелок ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
180-200 ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
Выпрямитель безбатарейный 220В, 30 А стрелочный:
При холостом ходе	Пост ЭЦ
При переводе стрелок на станции:
До 80 стрелок	Пост ЭЦ
Свыше 80 стрелок	Пост ЭЦ

Пример производства расчета

Исходные данные:

Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров

Расчет:

Рельсовые цепи потребляют мощности

Потери в преобразователях частоты при нагрузке свыше 50%, КПД=0,55 и составляют:

С учетом потерь в преобразователях:

Трансформатор от указанных свойств рассчитывается следующим образом:

Потери в трансформаторе при указанной нагрузке составляют: ;

Потребляемая мощность с учетом потерь в трансформаторе:

Мощности потребляемые светофорами:

На маршрутных указателях одновременно может гореть до 28 ламп мощностью 25Вт каждая. Р_му=28*25=700Вт

Приборы табло потребляют Р_т=1200Вт; Q_т=460вар

Нагрузка на трансформаторы релейной панели составляет:

Р_рп=Р_св+Р_му+Р_т=1911+700+1200=3811Вт

Q_hg=Q_св+Q_т=476+460=936вар

Потери в трансформаторах релейной панели Р=180Вт; Q=250вар

Общая нагрузка приборов релейной панели с учетом потерь в трансформаторах:

Р_о.рп=3811+180=3991Вт; Q_о.ри=936+250=1186вар

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы

2. Схемы согласно варианта

3. Вывод

Практическая работа №5

Тема: Расчет нагрузки на трансформатор типа ОМ

Цель работы. Ознакомиться с работой и произвести расчет нагрузки на трансформатор типа Ом.

Ход работы:

1. Ознакомиться с принципом работы различных систем питания..

3. Согласно варианта произвести расчет нагрузки.

4. Сделать вывод по выполненной работе.

Вопросы.

Произвести расчет рабочей и контрольной батарей для питания устройств МРЦ крупной станции, согласно варианта.

На станции установлены электроприводы с электродвигателями типа

МСП-0,25 напряжением 160В,

расчетный ток электродвигателя 2,4 А, t пер= 2.1°С, Iп=1,5 А; Iз = 0,03А; Iи = 0,035 А.

Исходные данные по вариантам .

Исходные данные ( вариант)
Число стрелок (n)
Число переводов стрелок за 6 ч.(N)
Число нажатий кнопок за 6ч (m)
Число устанавливаемых маршрутов (P)
Число повторителей контрольных реле, одновременно находящихся под током (К)
Время занятия поездом участков приближения и удаления (t),ч	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Число замыкающих реле На станции (n3)
Число повторителей замыкающих реле (nm)
Время работы приборов при нажатии кнопки (tв),с
Число исключающих реле (n)
Ток потребляемый прочими реле (Iu),А	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015
Число прочих реле (Un),
Ток, потребляемый повторителем контрольного реле (I) А	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
Ток потребляемый одной лампой табло (Iр),А	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035
Число контрольных лампочек красного огня входных светофоров (nk)
Число контрольных ламп пригласительного огня входных светофоров (n пр)
Число ламп аварийного освещения (P=25)Вт, U=12 В) (nл)
Число контрольных ламп участков приближения и удаления( nуп)

По заданным данным произвести расчет:

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания;

2.Емкость контрольной батареи;

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала;

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации.

Ход работы :

1.Изучить теоритический материал по теме .

2. Определить параметры расчета в соответствии с заданным вариантом.

3. Произвести расчет.

4. Сделать вывод по проделанной работе.

Методика проведения расчета :

Вопросы:

Произвести расчет рабочей и контрольной батарей для питания устройств МРЦ крупной станции, согласно варианта.

На станции установлены электроприводы с электродвигателями типа МСП-0,25 напряжением 160В,

расчетный ток электродвигателя 2,4 А, t пер= 2.1°С, Iп=1,5 А; Iз = 0,03А; Iи = 0,035 А.

Исходные данные:

Число стрелок
Число переводов стрелок за 6 ч.(N)
Число нажатий кнопок за 6ч (m)
Число устанавливаемых маршрутов (P)
Число повторителей контрольных реле, одновременно находящихся под током(К)
Время занятия поездом участков приближения и удаления (t),ч	0,5
Число замыкающих реле на станции (n3)
Число повторителей замыкающих реле (nm)
Время работы приборов при нажатии кнопки (tв),с
Число исключающих реле (n)
Ток потребляемый прочими реле (Iu),А	0,015
Число прочих реле (Un),
Ток, потребляемый повторителем контрольного реле (I) А	0,02
Ток потребляемый одной лампой табло (Iр),А	0,035
Число контрольных лампочек красного огня входных светофоров (nk)
Число контрольных ламп пригласительного огня входных светофоров (n пр)
Число ламп аварийного освещения (P=25)Вт, U=12 В) (nл)
Число контрольных ламп участков приближения и удаления( nуп)

По заданным данным произвести расчет:

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания;

2.Емкость контрольной батареи;

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала;

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации.

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания:

А

2. Емкость контрольной батареи:

n_n – количество прочих реле (принимается равным 30-40 на каждые 50 стрелок)

130 стрелок, след n_n = 91

А

А

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала:

I_лк – ток, потребляемый лампой красного огня (Р=25Вт, U=12В); след I_лк=Р/U=25/12=2,1А

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации:

Рельсовые цепи потребляют мощности

Потери в преобразователях частоты при нагрузке свыше 50%, КПД=0,55 и составляют:

С учетом потерь в преобразователях:

Трансформатор от указанных свойств рассчитывается следующим образом:

Потери в трансформаторе при указанной нагрузке составляют: ;

Потребляемая мощность с учетом потерь в трансформаторе: