ELEMENTOS RESISTIVOS E INDUCTIVOS PARA FERROCARRILES Resistencias de Potencia en Vehículos Ferroviarios La función principal de las resistencias en el circuito de potencia de un...
ELEMENTOS RESISTIVOS E INDUCTIVOS PARA FERROCARRILES
Resistencias de Potencia en Vehículos Ferroviarios
La función principal de las resistencias en el circuito de potencia de un vehículo ferroviario es consumir el exceso de energía. Las resistencias de potencia tienen una amplia variedad de aplicaciones en vehículos ferroviarios, como ayudar en el esfuerzo de frenado sin causar desgaste mecánico y evitar sobretensiones en los interruptores del convertidor.
Las condiciones físicas propias de los ferrocarriles requieren que las resistencias de potencia sean más robustas, resistentes y fiables que las resistencias convencionales utilizadas habitualmente en la industria. EN 60322 es la principal norma para las resistencias de freno dinámico, que define los requisitos de diseño técnico y las pruebas específicas para las condiciones operativas ferroviarias. Existen además otras normas relacionadas con las vibraciones, el aislamiento, etc., que abordan específicamente las condiciones ferroviarias mencionadas en EN 60322.
El tipo de vehículo ferroviario es el factor determinante tanto en el diseño como en las directrices de prueba al seleccionar resistencias de potencia para vehículos ferroviarios. Esto se debe a que los vehículos ferroviarios suelen diseñarse a medida en función de la potencia de propulsión, el número total de pasajeros y los límites de velocidad operativa. Por lo tanto, los requisitos de las resistencias para cada vehículo suelen ser diferentes.
La mayoría de los vehículos ferroviarios modernos están equipados con electrónica de potencia de propulsión capaz de devolver la energía de frenado a la catenaria. En redes de transporte masivo, como metros y tranvías, las fuentes de alimentación de la catenaria no tienen capacidad de absorción; no pueden captar la energía regenerativa y transferirla a la red. Esto se debe a la estructura del circuito de la electrónica de potencia basada en diodos, capaz de funcionar en un solo cuadrante. Por lo tanto, el frenado mediante resistencias de potencia es el método más seguro para su uso en sistemas de transporte ferroviario ligero, como metros y tranvías.
A diferencia de las redes ferroviarias de transporte público, las redes principales, como los trenes interurbanos de pasajeros o el transporte pesado de mercancías, normalmente cuentan con catenarias capaces de proporcionar flujo de energía desde la red hacia los trenes o viceversa. En los vehículos ferroviarios de línea principal, las resistencias de potencia se utilizan principalmente en locomotoras diésel-eléctricas. Además, las locomotoras eléctricas que no disponen de flujo de energía bidireccional deben utilizar resistencias de potencia para aprovechar el frenado regenerativo.
Normas para aplicaciones de resistencias ferroviarias
l IEC 60322 : 2001 Aplicaciones ferroviarias – Equipos eléctricos para material rodante – Reglas para resistencias de potencia de construcción abierta.
l IEC 61373 : 2010 Aplicaciones ferroviarias – Equipos de material rodante – Ensayos de choque y vibración.
l EN 50124-1 : 2001 Aplicaciones ferroviarias. Coordinación del aislamiento. Requisitos básicos. Distancias de aislamiento y distancias de fuga para todos los equipos eléctricos y electrónicos.
Resistencias de Freno Dinámico en Vehículos Ferroviarios de Transporte Público
Los vehículos ferroviarios utilizados en redes de transporte público funcionan en ciclos de conducción de aceleración/desaceleración entre estaciones. El flujo de energía de propulsión va desde la catenaria hacia los motores de tracción y posteriormente desde los motores de tracción hacia el lado del convertidor. La dirección del flujo de energía cambia periódicamente entre las estaciones. Durante la vida útil de un vehículo de metro o tranvía, los vehículos ferroviarios de transporte público experimentan miles, e incluso millones, de fases de aceleración y desaceleración. Por ello, es fundamental utilizar el frenado regenerativo durante la fase de desaceleración para prolongar la vida útil de los frenos mecánicos. Las resistencias de potencia son componentes clave para que el frenado regenerativo pueda aplicarse correctamente bajo todas las condiciones de tensión de la catenaria. Además, las resistencias de freno dinámico presentan un menor desgaste que las resistencias de frenado por fricción.
Las resistencias de frenado se diseñan de acuerdo con la potencia y el tiempo de frenado, los requisitos de aislamiento, el lugar de montaje y el método de refrigeración. Las resistencias de frenado ferroviarias pueden instalarse en el techo del vehículo, debajo del vehículo o en compartimentos especiales. Para refrigerar las resistencias de frenado pueden utilizarse métodos de refrigeración por aire natural o por aire forzado.
Características de las Resistencias de Potencia Utilizadas en el Transporte Público
l Cambio insignificante del valor óhmico en caso de un aumento repentino de la temperatura de los elementos resistivos
l Estructura mecánica altamente robusta frente a las vibraciones
l Larga vida útil frente a los ciclos térmicos causados por las fases de aceleración/desaceleración
Resistencias de Potencia de Freno Dinámico en Vehículos Ferroviarios Pesados
El frenado no es un evento fluctuante en los vehículos ferroviarios pesados. La aceleración y desaceleración dependen en gran medida de la pendiente de la vía ferroviaria. Las locomotoras de mercancías pueden transportar miles de toneladas de carga desde los puertos marítimos hacia zonas montañosas o desde las zonas montañosas hacia los puertos marítimos. Por lo tanto, las resistencias de frenado son componentes clave para la durabilidad y longevidad de los frenos mecánicos y deben disponer de un perfil de frenado continuo durante largos períodos. Las resistencias de potencia utilizadas en vehículos ferroviarios pesados deben contar con una estructura mecánica resistente capaz de funcionar a altas temperaturas. Además, para evitar que la potencia de frenado de las locomotoras se reduzca cuando las resistencias alcanzan temperaturas elevadas, es fundamental mantener al mínimo el cambio de resistencia durante los aumentos de temperatura.
Características de las Resistencias de Potencia Utilizadas en Vehículos Ferroviarios Pesados
l Cambio insignificante del valor óhmico en caso de un aumento repentino de la temperatura de los elementos resistivos
l Funcionamiento continuo a altas temperaturas
l Estructura mecánica altamente robusta frente a las vibraciones
Resistencias Crowbar, Calentadores
Principalmente, las resistencias Crowbar protegen los interruptores electrónicos de potencia del convertidor de tracción frente a sobretensiones excesivas altamente perjudiciales. Existen dos tipos de Crowbar:
Las resistencias Crowbar están diseñadas para disipar una gran cantidad de energía durante un período de tiempo muy corto. Al dimensionar las capacidades eléctricas nominales de las resistencias Crowbar, deben utilizarse en los cálculos las capacidades nominales de los componentes del convertidor de entrada, las capacidades nominales del HSCB y la energía almacenada en la capacitancia del enlace de CC.
Características de las Resistencias Crowbar Utilizadas en Convertidores de Tracción
l Estructura mecánica muy compacta
l Estructura mecánica altamente fiable frente a variaciones repentinas de temperatura
l Estructura mecánica altamente robusta frente a las vibraciones
l Cambio insignificante del valor óhmico en caso de un aumento repentino de la temperatura de los elementos resistivos
Resistencias de Calefacción para Vagones
Las resistencias de calefacción para vagones se utilizan ya sea en un circuito de frenado regenerativo o como unidades independientes en vehículos ferroviarios de transporte público. Las resistencias de calefacción para vagones no solo funcionan como resistencias, sino que también proporcionan dispositivos de protección doble y capacidades de diagnóstico.
Protecciones Utilizadas en las Resistencias de Calefacción
l Protección contra el sobrecalentamiento de los elementos calefactores
l Protección contra el calentamiento excesivo de los vagones
l Protección contra fallas de los ventiladores
l Protección contra fallas en la alimentación eléctrica de los sensores
l Interruptor automático redundante contra fallas del contactor
l Las señales de estado de encendido/apagado de la resistencia de calefacción se transmiten al sistema de control del tren
Las soluciones de resistencias de calefacción para vagones de WEIFAN están diseñadas y fabricadas conforme a la norma EN 60322. Los subcomponentes utilizados dentro de las resistencias de calefacción cumplen con las normas ferroviarias EN50155.
Resistencias para Pruebas de Locomotoras y Resistencias para Vías
WEIFAN diseña y fabrica bancos de carga personalizados para las pruebas de locomotoras diésel-eléctricas. El sistema de potencia de las locomotoras diésel-eléctricas consta de un motor diésel de alta potencia nominal, un alternador y unidades rectificadoras. Las unidades de prueba normalmente se conectan a la parte de CC de los sistemas de potencia diésel-eléctricos. Esto permite probar tanto el motor diésel como los alternadores y las unidades rectificadoras antes de poner las locomotoras en servicio.
WEIFAN puede proporcionar personalización tanto en los conceptos de diseño mecánico como eléctrico. Tanto la potencia nominal continua como las entradas de potencia pico pulsante provenientes de los sistemas de potencia diésel-eléctricos se disipan perfectamente mediante el diseño térmico bien estructurado de las unidades de prueba.
Características de las unidades de prueba de locomotoras:
l Estructura mecánica y configuración personalizables
l Capacidad para refrigerar megavatios de potencia disipada
l Soluciones orientadas al cliente para el control de las unidades de prueba
l Cambio insignificante del valor óhmico en caso de un aumento repentino de la temperatura de los elementos resistivos
Las unidades de resistencias para vías se utilizan en las redes de alimentación de catenarias del transporte público. El rango de tensión de las fuentes de alimentación de catenaria está definido en la norma EN 50163. Los convertidores de tracción de los vehículos de metro y tranvía están diseñados de acuerdo con las tensiones máximas permitidas de la catenaria definidas en esta norma.
Dado que las fuentes de alimentación de tracción de las redes de transporte público con catenaria de 750 Vcc o 1500 Vcc utilizan convertidores basados en diodos, las tensiones de su lado de CC no son controlables. Por lo tanto, algunas unidades deben limitar las tensiones de la catenaria para permitir que los vehículos ferroviarios funcionen de forma segura. Las resistencias para vías actúan como limitadores de tensión en caso de sobretensiones en la alimentación de la catenaria.
Componentes Inductivos para Vehículos Ferroviarios
Los componentes inductivos son elementos críticos tanto para los convertidores auxiliares como para los sistemas electrónicos de potencia de accionamiento principal. Los elementos inductivos para sistemas de accionamiento de CA y CC instalados a bordo deben contar con una estructura mecánica resistente para protegerlos contra las vibraciones y con un diseño térmico de última generación para conseguir el tamaño más compacto posible.
Reactancias con Núcleo de Aire / Núcleo de Hierro
Para filtrar los componentes armónicos de la alimentación de catenaria de los convertidores, se utilizan reactancias de línea. En las reactancias con núcleo de aire, la inductancia se mantiene constante para filtrar los armónicos durante situaciones de cortocircuito.
Los componentes inductivos de filtros sinusoidales, personalizados para inversores, se utilizan normalmente para suministrar a los motores de tracción señales sinusoidales con bajo contenido armónico.
Transformadores para Convertidores Auxiliares
Los transformadores situados en la etapa de salida de los convertidores auxiliares normalmente alimentan las cargas auxiliares y los circuitos electrónicos. Los transformadores para convertidores auxiliares requieren un diseño muy compacto con una alta capacidad de respuesta térmica en caso de funcionamiento a plena carga en estado estacionario.
Normas
EN 61373 para pruebas de vibración; IEC 60310 para las normas generales de componentes inductivos relacionados con aplicaciones ferroviarias.
Norma de Protección contra Incendios EN 45545
WEIFAN está comprometida con ofrecer a sus clientes soluciones personalizadas para equipos instalados a bordo de vehículos ferroviarios, como la norma de protección contra incendios/humo EN 45545. WEIFAN dispone de una amplia gama de productos inductivos que cumplen con la norma EN 45545, tanto en reactancias/transformadores con núcleo de aire como con núcleo de hierro.
Technical specifications are not available.
