Diseñando sistemas de alimentación para aplicaciones ferroviarias

Sistemas de Alimentación para aplicaciones ferroviarias
 Por Gary Bocock, Director Técnico, XP Power

Las aplicaciones ferroviarias exigen que el equipo sea capaz de soportar los ambientes climáticos severos , mecánicos y eléctricos exigentes que se encuentran en las máquinas de tracción y material rodante.

Los equipos electrónicos, desde la iluminación pasando por la información y entretenimiento al pasajero, hasta la seguridad y sistemas de control de la maquinaria, requieren de convertidores DC/DC y deben cumplir con aspectos de seguridad,  y de fiabilidad.

En Europa, históricamente muchos países desarrollaron sus propias normativas ferroviarias, como la BRB/RIA en el reino Unido y la NF F 01-510 para aplicaciones en Francia. Con la privatización de algunas compañías de ferrocarril, se ha producido un movimiento general hacia la armonización de las normativas nacionales dentro de la Unión Europea. Se trata de  dos normativas para equipos electrónicos , la EN50155 y la EN50121, que han reemplazado las antiguas normativas nacionales, sin olvidar, que éstas son todavía ocasionalmente requeridas y no pueden ser enteramente  descartadas.

Figura 1 – Un ejemplo de un conjunto de conversión DC/DC para aplicaciones ferroviarias

La especificación mas frecuente y citada es la normativa Europea  EN50155 para “Equipos Electrónicos utilizados en material rodante” EN50155:2007.

Los elementos clave cuando se considera la selección de DC/DC’s y sub-elementos de potencia son los de entrada de la fuente de alimentación y las condiciones ambientales donde operará el convertidor. Las variaciones del voltaje de entrada, las interrupciones y los transitorios tienen que ser considerados, como cualquier carga electroestática y cualquier suceso que tenga que ver con la EMC.

Los puntos clave de las condiciones de entorno serán la temperatura ambiente, shock, vibración, y la humedad relativa.

Fig. 2:   RDQ100- 150

Por ejemplo, la Figura 2  muestra las nuevas series RDQ100-150 de XP POWER diseñadas para la tensión nominal de 110 VDC.

Los equipos y sistemas electrónicos utilizados en entornos ferroviarios experimentan una gran variación en la tensión de entrada con caídas repentinas de voltaje, transitorios y picos. También requieren trabajar de modo continuo aunque haya interrupciones en la red de hasta 10 ms que deben ser considerados en el diseño del equipo. El estándar del Reino Unido BRB/RIA12 “General Specification for Protection of Traction and Rolling Stock from Transients and Surges in DC Control Systems” requiere soportar una subida de 3.5 x tensión nominal para  20 ms , colocando para ello típicamente un filtro adicional para proteger los convertidores DC/DC.

La tabla 1 (debajo) detalla para cada una de las tensiones nominales utilizadas en el sector Industrial, los rangos de entrada, caídas de tensión y transitorios que deben cumplir con la EN50155 y los compara con los de la  BRB/RIA12  y la NF F 05-510.

Tabla 1: tensiones nominales típicas

Sobretensiones, descargas electroestáticas, transitorios y EMC están sujetos a la normativa EN50121-3-2:2006 de “Compatibilidad Electromagnética  – Material rodante – Equipos”. Es un conjunto de normas que especifican los límites para las emisiones electromagnéticas de los equipos ferroviarios hacia el exterior, y la inmunidad y emisiones electromagnéticas para los equipos que trabajen con las aplicaciones ferroviarias .

EN50121-3-2:2006 define los requerimientos de compatibilidad electromagnética para los equipos de material rodante. Las antiguas normativas nacionales de cada país tienen diferentes requerimientos de los definidos en la EN50121, los cuales tienen que ser considerados separadamente cuando sea indispensable.

Mas adelante, veremos otros aspectos y criterios a tener en cuenta a la hora de diseñar sistemas de alimentación para aplicaciones ferroviarias.