Resistores de potência em veículos ferroviários

Consumir o excesso de energia é o principal motivo para usar resistores no circuito do trem de força de um veículo ferroviário. Tanto no esforço de frenagem sem desgaste mecânico, quanto na prevenção das chaves do conversor de potência de sobretensões, os resistores de potência têm uma ampla faixa de área de utilização em veículos ferroviários.

As condições físicas inerentes às ferrovias, fazem com que os resistores de potência sejam mais robustos e confiáveis do que os resistores convencionais utilizados na indústria. EN 60322 é o principal padrão para resistores de freio dinâmico ferroviário, definindo o projeto técnico e os desafios de teste específicos para as condições operacionais ferroviárias. Existem também outras normas relacionadas com vibração, isolamento, etc, que tratam especificamente das condições ferroviárias referidas na EN 60322.

O tipo de veículo ferroviário é o principal fator decisivo no projeto e nas diretrizes de teste de resistores de potência utilizados em veículos ferroviários. A principal razão para os resistores de potência serem dependentes do veículo é o fato de que os veículos ferroviários são projetados em um conceito de veículo personalizado com relação à potência de propulsão, número total de passageiros e limites de velocidade operacional. Portanto, os requisitos de resistor de cada tipo de veículo geralmente diferem uns dos outros.

A maioria dos veículos ferroviários modernos está equipada com a eletrônica de potência de propulsão, tendo a capacidade de alimentar a energia de frenagem de volta à catenária. Em redes de transporte público como metrôs e bondes; as fontes de alimentação da catenária não têm capacidade de afundamento para interceptar a energia regenerativa e transferi-la para a rede devido à estrutura do circuito eletrônico de potência com base em diodo de operação de um quadrante. Frenar o veículo ferroviário através de resistores de potência é a maneira segura para os veículos usados em transporte ferroviário leve, como trens.

Em contraste com as redes ferroviárias de transporte público, as redes ferroviárias das linhas principais como transporte intermunicipal de passageiros ou logística de carga pesada, geralmente têm catenárias com capacidade de fornecer fluxo de energia da rede para os trens ou vice-versa. Em relação aos veículos ferroviários da linha principal; resistores de potência são usados principalmente em locomotivas diesel-elétricas. Além disso, as locomotivas elétricas que não têm capacidade de fluxo de energia bidirecional devem usar resistores de potência para utilizar a frenagem regenerativa.

Padrões para aplicações de resistores ferroviários

• IEC 60322 : 2001 Aplicações ferroviárias - Equipamento elétrico para material circulante - Regras para resistores de potência de construção aberta.
• IEC 61373 : 2010 Aplicações ferroviárias - Equipamentos de material rodante - Testes de choque e vibração.
• EN 50124-1 : 2001 Aplicações ferroviárias - Coordenação de isolamento. Requisitos básicos. Folgas e distâncias de fuga para todos os equipamentos elétricos e eletrônicos.

Resistores de frenagem dinâmica em veículos ferroviários de transporte público

Os veículos ferroviários usados nas redes de transporte público são operados em ciclos de aceleração /desaceleração entre as estações. O fluxo de energia de propulsão é da catenária para os motores de tração e, em seguida, dos motores de tração para o lado do conversor. A direção do fluxo de energia muda periodicamente entre as estações. Na vida útil, os veículos ferroviários de transporte público têm milhares, talvez milhões de fases de aceleração e desaceleração. Portanto, é muito crítico usar a frenagem regenerativa por meio da fase de desaceleração para estender a vida útil dos freios mecânicos. Resistores de potência são os componentes principais para a frenagem regenerativa a ser aplicada com sucesso em todas as condições de tensões catenárias. Além disso, o resistor de frenagem dinâmica apresenta menor desgaste do que a frenagem por atrito.

Características dos Resistores de Potência Utilizados em Transporte Público

• Alteração insignificante do valor ôhmico em caso de aumento repentino da temperatura dos elementos resistivos
• Estrutura mecânica altamente robusta contra vibrações
• Longa vida contra o ciclo térmico devido às fases de aceleração / desaceleração

Resistores de frenagem dinâmica em veículos ferroviários pesados

A frenagem não é um evento que muda periodicamente em veículos ferroviários pesados. A aceleração e a desaceleração dependente muito da inclinação da ferrovia. Como locomotivas de carga podem transportar milhares de toneladas de cargas dos portos marítimos para as montanhas ou podem transportar grandes quantidades de cargas das montanhas para os portos marítimos, os resistores de frenagem são componentes-chave para que os freios mecânicos não se desgastem imediatamente. Os resistores de frenagem podem ter perfil de frenagem contínua por longos períodos. Os resistores de potência usados em veículos ferroviários pesados devem apresentar uma estrutura mecânica altamente robusta. Além disso, para não degradar a potência de frenagem das locomotivas enquanto os resistores estão aquecendo, é crucial que a mudança na resistência seja mantida no mínimo em aumentos de temperatura.

Características dos resistores de potência utilizados em veículos ferroviários pesado

• Alteração insignificante do valor ôhmico em caso de aumento repentino da temperatura dos elementos resistivos
• Operação contínua em altas temperaturas
• Estrutura mecânica altamente robusta contra vibrações

Crowbar Resistors, Heaters

A ideia principal para os resistores crowbar é proteger as chaves eletrônicas de potência do conversor de tração de sobretensões excessivas altamente danificáveis. Existem dois tipos de pés de cabra.

1. Soft Crowbar : Soft Crowbar é utilizado para reduzir a tensão da barra DC em caso de sobretensões. O resistor soft crowbar é conectado a barra DC com um IGBT conectado série.

2. Hard Crowbar : Hard Crowbar é utilizado para forçar a abertura do disjuntor de alta velocidade, a fim de proteger as partes inteiras do conversor de danos massivos causados por sobretensões. O resistor hard crowbar está sempre conectado a barra DC e um tiristor conectado em série.

Os resistores Crowbar são projetados para dissipar alta energia em um período de tempo muito curto. Ao dimensionar as classificações elétricas de resistores crowbar; classificações de componente de conversor de front-end de entrada, classificação HSCB, a energia armazenada na capacitância do link CC deve ser considerada nos cálculos

Caracteristicas de resistores crowbar utilizados em conversores de tração

• Estrutura mecânica muito compacta
• Estrutura mecânica altamente confiável contra variações repentinas de temperatura
• Estrutura mecânica altamente robusta contra vibrações
• Alteração insignificante do valor ôhmico em caso de aumento repentino da temperatura dos elementos resistivos

Resistores de Aquecimento (Wagon Heater Resistors)

Os resistores de aquecimento de vagões são empregados tanto no caminho de frenagem regenerativa quanto nos veículos de transporte ferroviário público. Os resistores de aquecimento de vagões não são apenas resistores, pois incluem dispositivos de proteção dupla e recursos de diagnóstico.

Proteções usadas em resistores de aquecimento

• Proteção contra superaquecimento dos elementos do aquecedor
• Proteção contra aquecimento excessivo de vagões
• Proteção contra falhas do ventilador
• Proteção contra falhas de alimentação
• Disjuntor redundante contra falha do contator
• Ambos, ligar / desligar dos resistores de aquecimento são transmitidos para o sistema de controlo do trem

As soluções de resistor de aquecimento de vagão Hilkar são projetadas e fabricadas no escopo da norma EN 60322. Os subcomponentes usados dentro dos resistores de aquecimento estão em conformidade com a Norma ferroviária EN50155.

Testes de locomotivas e Resistores Trackside

Hilkar projeta e fabrica bancos de carga com projeto personalizado para teste de locomotivas diesel-elétrico. O trem de força de locomotivas diesel-elétrico, consiste em um motor a diesel de alta potência, um alternador e unidades retificadoras. As unidades de teste são normalmente conectadas à parte CC dos trens de energia elétrica a diesel. Isso serve para testar o motor a diesel, alternadores e unidades retificadoras antes de comissionar as locomotivas.

A Hilkar pode fornecer personalização em conceitos de projeto mecânico ou elétrico. Tanto a potência nominal contínua, quanto as entradas de potência de pico pulsante provenientes do trem de força a diesel, são perfeitamente dissipadas com um projeto térmico bem estruturado de unidades de teste.

As características das unidades de teste de locomotivas são:

• Estrutura mecânica personalizável e embalagem
• Capacidade de resfriar MW (Mega-watt) de potência dissipada
• Soluções orientadas ao cliente para o controle de unidades de teste
• Alteração insignificante do valor ôhmico em caso de aumento repentino da temperatura dos elementos resistivos

As unidades de resistores trackside são empregadas em redes de alimentação de catenária de transporte público. A faixa de tensão de alimentação catenária é definida no padrão EN 50163. Os conversores de tração de veículos de trem são projetados de acordo com as tensões catenárias máximas permitidas e definidas nesta norma

Uma vez que a fonte de alimentação de tração das redes de transporte público (750 Vdc ou 1500 Vdc) são conversores baseados em diodo, suas tensões do lado CC não são controláveis. Portanto, deve haver algumas unidades para limitar as tensões catenárias a fim de operar os veículos ferroviários com segurança. Os resistores trackside são os limitadores de tensão no caso de sobretensões de alimentação da catenária.

Inductive Components for Rail Vehicles

Os componentes indutivos são componentes críticos tanto dos conversores auxiliares como dos sistemas eletrónicos de alimentação de acionamento principal. Os elementos indutivos para sistemas de unidade CA e CC a bordo devem ter uma estrutura mecânica acidentada contra vibrações e um design térmico de última geração, a fim de ter o tamanho mais compacto

Reatores Chokes de núcleo de ar/ferro

Para filtrar as componentes harmônicas da alimentação catenária dos conversores, são utilizadas indutâncias de linha. Para reatores de núcleo de ar, a indutância é mantida constante para filtrar os harmônicos durante instâncias de curto-circuito.

Componentes indutivos do filtro sinusoidal, customizado para inversores, são normalmente empregados para fornecer a motores de tração sinusóides de baixa harmônica.

Transformadores para Conversores Auxiliares

Os transformadores no estágio de saída dos conversores auxiliares geralmente alimentam cargas e circuitos eletrônicos. Transformadores para conversores auxiliares geralmente requerem um design muito compacto com boas respostas térmicas no caso de operação a plena carga em estado estacionário.

Normas

EN 61373 para testes de vibração; IEC 60310 para as normas gerais de componentes indutivos ferroviários.

Normas de proteção contra incêndio EN 45545

Dedicada a atender nossos clientes com soluções customizadas para equipamentos de bordo de veículos ferroviários, como a norma de proteção contra incêndio / fumaça EN 45545, a Hilkar possui uma ampla gama de produtos indutivos garantindo a norma EN 45545 tanto em reatores/ transformadores com núcleo de ar quanto com núcleo de ferro.