Apuntes control de tracción eléctrica (I)


Textos extraídos del blog historiastren (Agradecimientos a Juanjo Olaizola)

En las electrificaciones en corriente continua se ha utilizado tradicionalmente motores de colector, los cuales se distinguen por su gran flexibilidad, es decir, con capacidad para proporcionar un esfuerzo de tracción elevado durante el arranque del tren, al mismo tiempo que ofrecen la posibilidad de funcionar a grandes velocidades con un esfuerzo de tracción reducido.

Para lograr esta flexibilidad en el motor de corriente continua, es preciso disponer de un sistema que permita variar progresivamente la tensión, para que sea posible iniciar la marcha con suavidad y, progresivamente, aumentar la velocidad a medida que se incrementa el voltaje que llega a los motores. Y sin embargo, uno de los grandes inconvenientes de la corriente continua estriba en la dificultad de variar su tensión.

Para superar este inconveniente, se han desarrollado tres sistemas, que normalmente se encuentran combinados en el mismo vehículo. Son los siguientes:

  • Intercalado de resistencias en serie con los motores, que absorben parte de la tensión de línea. A medida que aumenta la velocidad del tren éstas se van reduciendo progresivamente, hasta poder eliminarlas por completo.
  • Variación de la conexión de los motores, iniciando la marcha en serie, para pasar posteriormente a serie-paralelo y finalmente a paralelo, con lo que se consiguen diferentes tensiones de alimentación en los mismos. Por ejemplo, en un vehículo de dos motores se aplicará en cada uno de ellos la mitad de la tensión de línea cuando se conectan en serie y la tensión total cuando están en paralelo.
  • Shuntado de los campos inductores de los motores, para reducir el grado de excitación a medida que éste se incrementa.

Para efectuar las diversas combinaciones anteriormente descritas, se dispuso inicialmente de unos reguladores rotativos que a medida que eran accionados manualmente por el conductor, establecían uno u otro circuito eléctrico. Estos equipos, también denominados combinadores o “controller”, trabajaban a tensión plena, por lo que podían resultar peligrosos en caso de producirse en ellos un cortocircuito ya que se encontraban junto al maquinista. Este sistema de regulación directa ha sido utilizado, por lo general, en valores no superiores a los 1.000 voltios, principalmente en tranvías, así como en las electrificaciones ferroviarias más primitivas.

A principios del siglo XX comenzaron a generalizarse los sistemas de control indirecto. En estos casos, el maquinista acciona un regulador a baja tensión, que envía las órdenes oportunas a los contactores de alta tensión (de actuación eléctrica o neumática) situados en una cámara debidamente aislada y protegida, con los que se establecen los circuitos eléctricos requeridos. A partir de los años veinte se desarrollaron sistemas de aceleración automática, que detectaban la intensidad del consumo, eliminando automáticamente los diversos circuitos de resistencias a medida que ésta alcanzaba los valores previamente determinados.

El sistema de tracción mediante combinación de circuitos demostró durante años su gran fiabilidad. Sin embargo, energéticamente era poco eficiente, ya que durante todo el proceso de arrancada, una parte importante de la energía consumida se disipaba en forma de calor en las resistencias eléctricas. Este problema ha podido solucionarse gracias a los avances técnicos en materia de electrónica, a partir de los años sesenta, mediante los denominados “chopper” o “troceadores”, cuyo funcionamiento se basa en diodos que permiten regular con gran suavidad la tensión que llega a los motores desde “cero” hasta el voltaje máximo de la línea.

El posterior desarrollo de la electrónica ha permitido la utilización de motores trifásicos asíncronos al ser posible variar de una forma sencilla la frecuencia y la tensión que los alimenta. Esta clase de motores son mucho más robustos que los de corriente continua, al carecer de un elemento sometido a continuo desgaste como es el colector, por lo que en la actualidad representan la tecnología más avanzada en materia de tracción eléctrica. Los primeros vehículos de este tipo que han circulado en España y uno de los primeros construidos en serie en toda Europa, fueron los trenes de la serie 2.000 del Metro de Madrid, dotados de equipos de tracción de la firma alemana AEG.

Otra elemento característico de las locomotoras y automotores en tracción eléctrica es la disposición de sus motores, los cuales pueden estar suspendidos por la nariz, enteramente suspendidos o suspendidos en caja.

En la primera disposición, el motor está sujeto en un extremo al bastidor del bogie, mientras que en el otro se apoya sobre el eje de las ruedas, atacando directamente a su corona de engranajes. Esta disposición es la más primitiva y solamente es válida para velocidades relativamente bajas, ya que la mayor parte del peso del motor repercute directamente sobre la vía, lo que afecta a la conservación de la misma.

Los motores enteramente suspendidos están sujetos directamente al bastidor del bogie. Para compensar los movimientos relativos entre éste y el eje, debido a las oscilaciones producidas por la suspensión primaria del vehículo, es preciso instalar una transmisión elástica. Como el peso del motor no repercute directamente sobre la vía, al estar amortiguado por la suspensión primaria, este sistema es apto para velocidades elevadas.

Por lo que respecta a la tercera modalidad, el motor se emplaza bajo el bastidor del vehículo, por lo que la transmisión debe compensar los movimientos relativos generados por las suspensiones primarias y secundarias del bogie y también por su propio giro. En España, el popular “platanito” fue el primer tren en utilizar esta disposición de los motores de tracción, más tarde repetida en series como las 490, 120 y 121 de Renfe o la 3.600 de Feve.

La disposición tradicional en los vehículos de tracción eléctrica es la de un motor de tracción por cada eje. Sin embargo, a partir de los años sesenta comenzaron a difundirse los bogies monomotores, en los que un solo motor, de mayores proporciones, acciona los dos ejes del mismo bogie, como es el caso de las diversas series de la amplia familia de locomotoras “japonesas” de Renfe. Esta configuración ofrece mayor adherencia y reduce el riesgo de patinaje. Sin embargo, la aplicación de la más moderna electrónica ha limitado notablemente este problema por lo que en la actualidad, la mayor parte de los trenes se vuelven a construir con motores independientes para cada eje.

Por último cabe recordar que los motores eléctricos son reversibles, por lo que también pueden utilizarse como freno, bien sea reostático, bien de recuperación. En el primer caso, la energía generada en el frenado se disipa en forma de calor en las resistencias eléctricas situadas en la propia locomotora o en las subestaciones, mientras que en el segundo, puede ser devuelta a la línea aérea para su consumo por otro tren o incluso entregada a la red de distribución, con el consiguiente ahorro energético.

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No dejo de aprender día a día.
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