Este folio lo he mandado a Dvorak, no pensaba ponerlo en el foro por espeso y pesado, pero viendo que la cosa no se encamina, lo expongo y que cada uno saque sus conclusiones, si el moderador opina que ocupa mucho espacio, y lo quiere comprimir que lo comprima yo no se hacerlo, si lo quiere retirar, lo retire. Espero que despeje algunas dudas y surjan otras.
Hola Dvorak, tal como comentas en las locomotoras antiguas, tanto el circuito de potencia como el de auxiliares, eran alimentados con generadores, es decir con corriente continua y el control se efectuaba por medio del conjunto del acelerador, del gobernol ( Sulzer, Woodward, Caterpillar, Cummins …) y del regulador de carga.
Se ha ido avanzando y los alternadores se han metido en la sala de máquinas desplazando a los generadores, el regulador de carga se ha incorporado en el mismo gobernol.
Actualmente, las ultimas locomotoras diesel-eléctricas, tienen alternadores y carecen de gobernol, ha sido sustituido por un computador (microprocesador EM2000).
He tomado como prototipo las locomotoras EURO 4000, por ser de la última generación de Alstom, Vossloh, Stadler, General Motors…hay más y más potentes, pero el control y tecnología aplicada es la misma.
Mas o menos el sistema funciona y responde de este modo. ( Es un bosquejo breve, pero sigue siendo un tocho para ponerlo en un foro).
Tres alternadores movidos por el motor diésel:
- El Alternador Principal. Está acoplado directamente al motor diesel por medio de una corona de acoplamiento. Produce corriente alterna trifásica. que se rectifica y convierte en corriente continua por medio de los puentes de rectificación que incorpora el propio alternador. La corriente máxima en régimen continuo a la salida del Alternador Principal (después de rectificada) es de 8100 A y tensión máxima de salida 1465 V.
Está provisto de un circuito de condensadores y resistencias, para eliminar las sobretensiones transitorias de conmutación.
Esta producción de corriente continua solo va a los motores de tracción.
Podríamos extendernos sobre el funcionamiento y todo el aparellaje que rodea su producción, pero no es el tema.
- Alternador Auxiliar, acoplado mecánicamente al Alternador Principal, pero independiente eléctricamente.
Este alternador, produce corriente alterna III, su tensión de salida nominal es de 215 V a 120 Hz cuando gira a 900 rpm.
El campo rotórico está excitado por corriente continua de baja tensión procedente del Generador Auxiliar
Sobre este alternador no existe control de su excitación, de modo que tan pronto empieza a girar el motor diésel, el alternador produce, su producción es variable en tensión y frecuencia en función de la velocidad de giro del motor diésel, temperatura y carga, tal como comentas en tu nota.
Este alternador alimenta los motores de los ventiladores de los radiadores del circuito de refrigeración, el motor de filtros de inercia y el equipo de aire acondicionado de las cabinas, la velocidad de estos motores es directamente proporcional a la tensión y frecuencia del alternador auxiliar, que a su vez depende de la velocidad del motor diésel como se ha comentado.
- Generador auxiliar, (tendríamos que llamarlo Alternador Auxiliar 2, pero las constructoras mandan y ponen la simbología que les parece mejor, en este caso le laman generador por ser continua la corriente que suministra a los equipos una vez rectificada ), pero es un alternador de corriente alterna III, arrastrado por el motor diésel por medio de una transmisión. Este generador auxiliar consta de un devanado trifásico inductor (rotor) que produce un campo magnético rotatorio, un devanado inducido (estator) donde se induce una corriente alterna trifásica aplicada a la salida del generador y de un excitador piloto. El excitador piloto lo forman un devanado de campo situado en el estator y una armadura (inducido) con un rectificador situado en el rotor.
La tensión alterna de salida de este generador auxiliar es convertida en corriente continua por un rectificador trifásico de onda completa externo. La tensión de salida se aplica también como señal de realimentación al módulo regulador de tensión del generador auxiliar para mantener constante la tensión de 74 Vcc, independientemente de la velocidad de giro y de la carga. El valor nominal de salida del generador auxiliar es de 18 Kw a 55 Vca trifásica, que a la salida del rectificador trifásico se convierten 74 Vcc. , para alimentar:
- Los circuitos de control, relés, contactores, disyuntores, interruptores
- Carga de baterías, alumbrado y señalización, bomba engrase turbo, bomba combustible…
- Excitación del Alternador auxiliar.
Durante el arranque el magnetismo residual del campo estacionario del excitador piloto (situado en el estator), induce una pequeña tensión en la armadura del excitador piloto (situada en el rotor), esta tensión alterna es rectificada por el rectificador del excitador (situado también en el rotor) y es aplicada al devanado de campo del generador, que producirá un campo magnético giratorio que induce una tensión alterna trifásica en el devanado de la armadura (situado en el estator). Esto te lo pongo para que sepas como se excita este generador auxiliar, porque si no uno se pierde en ciertos momentos y no sabe de dónde vienen las cosas (a mí también me pasa).
De los motores de tracción, no te digo nada porque para el control no intervienen y como son alimentados directamente del Alternador Principal, vamos al tema del control que es lo que te interesa.
El sistema de control eléctrico de la locomotora consiste en un computador (EM 2000), en base a rutinas de programas predeterminados de acuerdo con las entradas procedentes de los mandos establecidos por el maquinista y al estado de las señales de realimentación al computador. La maneta de aceleración que maneja el maquinista es la que determina los valores iniciales de referencia que deben ser mantenidos por el sistema de control.
Las entradas típicas al computador son proporcionadas por dispositivos como la palanca del acelerador, los interruptores de control en pupitre, transductores, contactos auxiliares de relés y contactores, sensores,…
El computador controla el circuito de potencia, la lógica de control (relés, contactores, inversores…) y detecta y anuncia la mayoría de las condiciones de fallo de la locomotora a través del display informativo montado en el pupitre de conducción. Toda la información significativa la registra en una memoria archivo. Esto sirve para obtener un registro permanente de fallos, valido para el mantenimiento correctivo.
El combinador o controler (manetas del maquinista) controla eléctricamente, la inversión (adelante – neutro – atrás), (Tracción – Freno dinámico), en tracción, es el sector que tiene 9 posiciones, del ralentí (0) al punto 8. En este sector se cierran los interruptores situados dentro del combinador y que establecen circuitos de baja tensión para regular la velocidad del motor diesel y la potencia de tracción, actuando a través del sistema de control, sobre el gobernador del diesel (EMDEC). Cada punto del acelerador aumenta las revoluciones del motor diesel desde 200 rpm al ralentí hasta las 904 en el octavo punto de aceleración. (950 si es solicitado por el EM2000).
El EMDEC, es un sistema de control electrónico de la inyección del motor diésel, que regula la velocidad del motor diésel a un valor predeterminado para cada uno de los puntos del acelerador y mantiene constante la velocidad en cada uno de los puntos. Si hubiera variaciones en la carga de la locomotora (una pendiente, una rampa), el computador reacciona para variar la excitación del Alternador Principal y mantener así la potencia a un nivel constante.
El EMDEC, asume todas las funciones que anteriormente hacia el Woodward, está formado por microprocesadores integrados y programados.
El Motor Diesel → Alternador Principal → Motores de Tracción, forman el sistema de potencia más básico. El sistema de control eléctrico controla estos elementos en bucle cerrado, de modo que la locomotora produzca suavemente los niveles de tracción para cada posición de la palanca del acelerador bajo diferentes condiciones de funcionamiento
No se muestran los circuitos de realimentación al computador y los interruptores de transferencia con objeto de simplificarla y no hacer un tocho ilegible.
Observando el diagrama simplificado del sistema de potencia, se aprecia que el Alternador Auxiliar, produce corriente alterna trifásica, para alimentación del Chopper que proporciona corriente de excitación al Alternador Principal y a los equipos auxiliares alimentados por corriente alterna, tales como los ventiladores de los radiadores, el motor del soplador de filtros de inercia y los equipos de aire acondicionado de las cabinas (estos no están representados en el diagrama, pues no influyen en el control de potencia).
Los dispositivos de realimentación, informan al computador de los niveles de tensión y corriente (intensidad) que hay en el Alternador Principal y en los motores de tracción. Los interruptores del controler informan al computador de la posición en que está la palanca de aceleración, esta información, más la procedente del regulador de carga y de los sensores, permiten al computador determinar cualquier aumento o disminución de la corriente de excitación del Alternador Principal, que se realizara por medio del control del Chopper.
En respuesta a las condiciones existentes, el EMDEC establece la velocidad del diésel deseada y la inyección de combustible necesaria para la posición de la palanca del acelerador establecida.
Cuando la velocidad actual del diésel difiere de la velocidad correspondiente a la establecida por el acelerador, el EMDEC actúa sobre la inyección del motor diésel y el EM2000 sobre la excitación del Alternado Principal, para corregir la velocidad del diésel.
Así, por ejemplo, cuando la velocidad del motor diésel disminuye, el EMDEC incrementará la inyección de combustible, por otra parte, el EM2000 reducirá, si es necesario, la carga del Alternador Principal sobre el motor diésel, reduciendo la excitación del mismo. Como resultado la velocidad del motor diésel se mantendrá constante a la establecida por la posición del acelerador.
El Alternador Auxiliar, suministra corriente alterna III al conjunto del Chopper, tensión variable entre 60 y 240 voltios, según el punto de aceleración.
El computador actúa sobre la excitación del Alternador Principal, para obtener los niveles de salida requeridos.
Por tanto, el Chopper, está controlando la excitación del Alternador Principal, por medio del EM2000.
El Chopper está formado por un conjunto rectificador, un módulo de control y dos transistores IGBTs ( Transistores Bipolares de Puerta Aislada).
El conjunto rectificador, rectifica la corriente alterna del Alternador Auxiliar en corriente continua cuya salida varia entre 90 y 300 Vcc en función de la salida del Alternador Auxiliar. La salida de CC es filtrada por un condensador conectado a la salida del conjunto rectificador y es aplicada al IGBT1, que cuando se pone en conducción permite el paso de corriente al circuito de excitación del Alternador Principal.
Los principales componentes del Chopper son los siguientes:
- Un conjunto rectificador de doble onda.
- Los módulos IGBTs.
- Un modulo de control del Chopper, con las siguientes funciones:
A) - Controla la conmutación de los dos IGTB (1), para la excitación del del Alternador Principal y el IGBT (2), para descargar rápidamente el circuito de excitación.
B) – Protección y detección de fallos.
C) – Interface con el EM2000 (computador).
Las señales de puerta de los IGBTs son controladas por el EM2000 que según la salida del Alternador Auxiliar y en la corriente requerida para la excitación del Alternador Principal, calcula el ciclo de trabajo de los IGBTs, estas señales de puerta son enviadas al modulo de control del Chopper, que realiza un control de ancho de pulso. La frecuencia y ancho de los pulsos resultantes de la modulación son enviados a la puerta del IGBT- 1 , de modo que cuanto mayor es el ancho del pulso se incrementa el periodo de conducción del IGBT-1 y en consecuencia se incrementa la corriente de excitación del Alternador Principal.
Por tanto, la corriente de excitación es controlada por el IGBT-1, esta conmuta a una frecuencia de 1KHz y su salida depende del ciclo de trabajo aplicado, que puede variar entre 0% y el 99%.
El 0 % corresponde a ninguna corriente de excitación.
El 99 % corresponde a la máxima corriente de excitación.
El IGTB-1, es usado para proporcionar la corriente de excitación y el IGTB-2 es utilizado para proteger el banco rectificador.
Creo que básicamente está explicado el sistema de control de potencia en las locomotoras diésel - eléctricas actuales, podríamos seguir comentando sobre las señales que entran y salen del Chopper, pero ya se sale de un de foro de trenes, que buscas un conocimiento general de un tema que tienes dudoso y no un estudio en profundidad del control de todos los elementos que intervienen para ese control.
Bien, Dvorak, si has llegado hasta aquí, enhorabuena, si ha servido a tu pregunta estupendo.
Si no te vale a la basura.
Antes, años 50 a 90, todo o casi todo, era con regulador Woodward, que es un sistema bastante diferente al actual.
Queda muchísimo tema en el tintero, pero para que sepas por dónde van los controles hoy en día, creo que puede valer.
PD. Me olvidaba, en la primera línea dices “el motor diésel está acoplado a un alternador”.
NOOO, el alternador está acoplado al motor diésel.(tómalo como una broma).
Es el motor diésel el primero en alinearse y el que manda alinearse a los demás.
Un saludo y espero te sirva, chispa.
PD.-2. Pongo la tabla de las diferentes velocidades del motor diesel, según el punto de aceleración le corresponde una potencia, cuando la saque ya la subiré. Lo pongo por curiosidad, pues se tiene que ligar la aceleración con la potencia en cada punto.
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