Una guía teórica de los sistemas de locomotoras eléctricas

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Debido a su amplia variedad de ventajas en comparación con los sistemas de locomotoras diesel y de vapor, los sistemas de locomotoras eléctricas se han convertido en los sistemas más populares y ampliamente utilizados para los sistemas de tracción.

Con la llegada de los dispositivos electrónicos de potencia, los modernos sistemas de tracción eléctrica están utilizando inversores multinivel para un mejor rendimiento de tracción como alta precisión, respuesta rápida y mayor confiabilidad.




Sistemas de locomotoras eléctricas

Sistemas de locomotoras eléctricas

La evaluación del diseño de motores eléctricos y las tecnologías de electrificación no solo han llevado al diseño de locomotoras de alta velocidad (metros y ferrocarriles suburbanos), sino que también han elevado la eficiencia energética general.



¿Qué es una locomotora o tracción eléctrica?

Una fuerza motriz que provoca la propulsión de un vehículo se denomina sistema de tracción. El sistema de tracción es de dos tipos diferentes: sistema de tracción no eléctrico y sistema de tracción eléctrica.

Sistema de tracción no eléctrico

El sistema de tracción que no utiliza electricidad en ninguna etapa del movimiento del vehículo se denomina sistema de tracción no eléctrico. Dicho sistema de tracción se utiliza en locomotoras de vapor, motores de circuito integrado y en trenes maglev (trenes de alta velocidad).


Sistema de tracción eléctrica

El sistema de tracción que utiliza electricidad en todas las etapas o algunas etapas del movimiento de un vehículo se denomina sistema de tracción eléctrica.

Tracción eléctrica Vs no eléctrica

Tracción eléctrica Vs no eléctrica

En un sistema de tracción eléctrica, la fuerza motriz para tirar de un tren es generada por los motores de tracción. El sistema de tracción eléctrica se puede dividir en dos grupos: uno es autoalimentado y el otro es un sistema de tercer carril.

Los sistemas autoalimentados incluyen accionamientos eléctricos diésel y accionamientos eléctricos de batería que pueden generar su propia energía para tirar del tren, mientras que los sistemas de tercer raíl o cables aéreos utilizan la energía de una red o redes de distribución externas, y los ejemplos incluyen tranvías. , trolebuses y locomotoras accionadas por líneas eléctricas aéreas.

Tipos de sistemas de electrificación de vías

La electrificación de la vía se refiere al tipo de sistema de suministro de fuente que se utiliza para alimentar los sistemas de locomotoras eléctricas. Puede ser CA o CC o un suministro compuesto.

La selección del tipo de electrificación depende de varios factores como la disponibilidad de suministro, el tipo de área de aplicación o de los servicios como servicios urbanos, suburbanos y de línea principal, etc.

Los tres tipos principales de sistemas de tracción eléctrica que existen son los siguientes:

  1. Sistema de electrificación de corriente continua (CC)
  2. Sistema de electrificación de corriente alterna (CA)
  3. Sistema compuesto.

Sistema de electrificación de corriente continua (CC)

La elección de seleccionar el sistema de electrificación de CC incluye muchas ventajas, como consideraciones de espacio y peso, aceleración y frenado rápidos de motores eléctricos de CC, menor costo en comparación con los sistemas de CA, menor consumo de energía, etc.

En este tipo de sistema, la energía trifásica recibida de las redes eléctricas se reduce a bajo voltaje y se convierte en CC por los rectificadores y convertidores electrónicos de potencia .

3er sistema de riel

3er sistema de riel

Este tipo de suministro de CC se suministra al vehículo a través de dos formas diferentes: la primera vía es a través del tercer sistema de rieles (vía electrificada de recorrido lateral y de recorrido inferior que proporciona una ruta de retorno a través de rieles de recorrido), y la segunda vía es a través de la línea aérea Sistema DC. Esta CC se alimenta al motor de tracción como la serie de CC o motores compuestos para impulsar la locomotora, como se muestra en la figura anterior.

Los sistemas de suministro de electrificación DC incluyen suministro de 300-500V para los sistemas especiales como sistemas de baterías (600-1200V) para ferrocarriles urbanos como tranvías y metros ligeros, y el de 1500-3000V para servicios suburbanos y de línea principal como metros ligeros y pesados. trenes de metro . Los sistemas de riel tercero (riel conductor) y cuarto riel operan a bajos voltajes (600-1200V) y altas corrientes, mientras que los sistemas de riel aéreo usan altos voltajes (1500-3000V) y bajas corrientes.

Sistema de electrificación DC

Sistema de electrificación DC

Debido al alto par de arranque y al control de velocidad moderado, los motores de la serie de CC se emplean ampliamente en los sistemas de tracción de CC. Proporcionan un par elevado a bajas velocidades y un par bajo a altas velocidades.

Un controlador de velocidad del motor eléctrico se utiliza variando el voltaje que se le aplica. Los sistemas de accionamiento especiales que se utilizan para controlar estos motores eléctricos incluyen cambiadores de tomas, control de tiristores, control de chopper y accionamientos de control por microprocesador.

Las desventajas de este sistema incluyen la dificultad para interrumpir corrientes a altos voltajes cuando se eleva la condición de falla, y la necesidad de ubicar subestaciones de CC entre distancias cortas.

Sistema de electrificación de corriente alterna (CA)

Un sistema de tracción de CA se ha vuelto muy popular hoy en día, y se usa con más frecuencia en la mayoría de los sistemas de tracción debido a varias ventajas, como la rápida disponibilidad y generación de CA que se puede aumentar o disminuir fácilmente, fácil control de motores de CA, menor número de subestaciones requeridas, y la presencia de catenarias aéreas ligeras que transfieren bajas corrientes a altos voltajes, etc.

Los sistemas de suministro de electrificación de CA incluyen sistemas monofásicos, trifásicos y compuestos. Los sistemas monofásicos constan de un suministro de 11 a 15 KV a 16,7 Hz y 25 Hz para facilitar la velocidad variable a los motores de conmutación de CA.
Usa transformador reductor y convertidores de frecuencia para convertir de alta tensión y frecuencia industrial fija.

La monofásica de 25 KV a 50 Hz es la configuración más utilizada para la electrificación de CA. Se utiliza para sistemas de transporte pesado y servicios de línea principal, ya que no requiere conversión de frecuencia. Este es uno de los tipos de sistemas compuestos más utilizados en los que el suministro se convierte a CC para impulsar motores de tracción de CC.

Sistema de electrificación de CA

Sistema de electrificación de CA

El sistema trifásico utiliza un motor de inducción trifásico para impulsar la locomotora y tiene una potencia nominal de 3,3 KV, 16,7 Hz. El sistema de distribución de alto voltaje con suministro de 50 Hz se convierte a esta clasificación de motor eléctrico mediante transformadores y convertidores de frecuencia. Este sistema emplea dos líneas aéreas y el carril de la vía forma otra fase, pero esto plantea muchos problemas en los cruces y cruces.

La figura anterior muestra la operación de una locomotora eléctrica de CA en la que el sistema de catenaria recibe energía monofásica del sistema aéreo. El transformador aumenta el suministro y luego un rectificador lo convierte a CC. Un reactor de suavizado o un enlace de CC, filtra y suaviza la CC para reducir las ondulaciones, y luego la CC se convierte en CA mediante un inversor que varía la frecuencia para obtener una velocidad variable del motor de tracción (similar a VFD ).

Sistema compuesto

Este sistema incorpora las ventajas de los sistemas de CC y CA. Estos sistemas son principalmente de dos tipos: uno monofásico a tres fases o sistema Kando, y el otro sistema monofásico a CC.

Monofásico a trifásico o sistema Kando

Monofásico a trifásico o sistema Kando

En un sistema Kando, una sola línea aérea transporta el suministro monofásico de 16KV, 50Hz. Este alto voltaje se reduce y se convierte en un suministro trifásico de la misma frecuencia en la propia locomotora a través del transformador y convertidores .

Esta alimentación trifásica se suministra además al motor de inducción trifásico que impulsa la locomotora. Dado que el sistema de dos líneas aéreas del sistema trifásico es reemplazado por una sola línea aérea por este sistema, es económico.

Como ya hemos comentado en la electrificación de CA, que un sistema monofásico a CC es muy popular, es la forma más económica de línea aérea simple y tiene una amplia variedad de características de motores de la serie CC.
En este sistema en particular, un sistema de línea aérea monofásico de 25KV, 50Hz se reduce mediante un transformador dentro de la locomotora y luego se convierte a CC mediante rectificadores. La CC se alimenta al sistema de accionamiento de CC para impulsar el motor en serie y controlar su velocidad y sistemas de frenado.

Se trata de los sistemas de locomotoras eléctricas. Y esperamos haberle brindado información amplia y relevante sobre los diversos sistemas de suministro utilizados en los sistemas de tracción.

Lo alentamos a que escriba sus sugerencias, comentarios y retroalimentación sobre este artículo o ideas de proyectos en la sección de comentarios que se encuentra a continuación, y también esperamos que sus sugerencias reduzcan los accidentes por cortocircuitos en los sistemas de tracción.

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