En un post anterior tuve ocasión de explicar un poco por encima el funcionamiento de un motor síncrono y posteriormente explicar el sistema de regulación que emplean las cabezas tractoras de la serie 100 y 101 aplicados a los motores síncronos que llevan.
Bien, en este segundo capítulo hablaremos de los motores asíncronos, explicando someramente su funcionamiento y posteriormente haré una breve y concisa introducción a la regulación de las máquinas asíncronas en las locomotoras serie 252. Posteriormente hablaré del salto tecnológico y cualitativo que supusieron en su día.
El motor asíncrono es una máquina eléctrica trifásica alimentada por una red de tres tensiones de amplitud y frecuencias determinadas. Se pueden distinguir los motores de Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla) y las máquinas de Rotor bobinado, donde los arrollamientos pueden estar conectados sobre barras.
Se puede constatar que sobre la curva característica, que en presencia de un par resistente superior al par de arranque, el motor no puede arrancar. Cuando el motor gira a su velocidad de sincronismo no se produce par, a velocidades inferiores, se produce par positivo (tracción), a velocidades más elevadas se produce par negativo (frenado). La velocidad de sincronismo viene determinada por la frecuencia estatórica y por las características constructivas del motor (número de polos).
Para un motor alimentado por una red trifásica de frecuencia y amplitud fija, el único parámetro susceptible de modificar la velocidad es el par exterior o resistente. El motor asíncrono está muy mal adaptado para tareas de tracción cuando se alimenta por una red fija. Para remediar el problema de regulación del par resistente, y por tanto, la velocidad, se puede insertar entre la red y el estator un transformador trifásico de cociente variable.
Por experiencia se puede observar que una disminución del 30% de la tensión de alimentación, para un mismo par resistente, obtener una disminución del 7% de la velocidad. Al mismo tiempo, el par de sincronismo disminuye un 50%, éste varía con el cuadrado de la velocidad por el cociente de la frecuencia de alimentación. Igualmente, si intercalamos un sistema de variación de frecuencia, obtenemos una variación de la velocidad sin modificar el par de sincronismo. Pese a que en la teoría es fácil controlar una máquina asíncrona, el la práctica, hasta que la tecnología no ha avanzado lo suficiente, no ha sido posible este control. Esto ha sido posible gracias a los semi-conductores que permiten diseñar convertidores de frecuencia adecuados.
Durante un tiempo se vino ensayando y experimentado en base a los contactores, es decir, variando el número de polos a través de la conexión de los mismos en estrella o triángulo. Sin ahondar en detalles, simplemente diré que no prosperaron.
Igualmente, sin entrar en detalles técnicos, diré que visto lo visto, se llega a la rápida conclusión que para controlar una máquina asíncrona, necesitamos un sistema de regulación de tensión y frecuencia. La regulación de tensión es fácil, y la de la frecuencia, con la aparición del ondulador trifásico también lo es. No entraré en detalles del funcionamiento de dichos onduladotes, si interesa, puede ser otro capítulo en el futuro.
Baste decir que los primeros experimentos se realizaron por parte de Alsthom y Oerlikon para las locomotoras con las CC14000. Se ensayó en base a grupos rotativos convertidores y motores trifásicos asíncronos. Indudablemente el sistema no prosperó, pero ahí quedó la experiencia. El verdadero intríngulis de los onduladotes trifásicos es que era y es necesaria una electrónica de control lo suficientemente desarrollada como para tener un mando suave y preciso sobre los onduladores.
En base a todo lo escrito anteriormente podemos llegar a la conclusión de que la regulación de los motores asíncronos de las locomotoras 252 es poco más o menos igual que cualquier sucesora suya. La diferencia es tan nimia como importante. Básicamente el funcionamiento se repetirá en posteriores desarrollos. Veamos.
La locomotora 252 en el caso de las primeras de la serie, aunque todas son fácilmente transformables, son bitensión y bicorriente. Es decir que están preparadas para correr bajo ambos tipos de corriente: alterna y continua y bajo dos tipos de tensión, a 25 kV en el primer caso y 3kV en el segundo. El funcionamiento es simple: A la locomotora le llega una u otra tensión a un transformador primario que nivela y corrige para obtener una tensión a corriente continua de 2,8 kV (nominal), esta tensión será la que alimente el circuito intermedio de la locomotora para llegar finalmente a los onduladotes o convertidores estáticos de 4 cuadrantes que serán los que variando tensión y frecuencia alimenten al motor con una corriente trifásica alterna.
Lo interesante de esta locomotora es la electrónica de potencia y la electrónica de control. Ambas están íntimamente ligadas para que de un modo totalmente digital se controlen valores analógicos.
No quiero entrar en muchos detalles porque necesitaría valerme de esquemas y escribir durante horas y horas, y no quiero cansaros, pero baste decir que la 252 tiene dos elementos claramente diferenciados: el ASG y el ZSG. El primero es lo que llamaríamos la lógica de control, se encarga de transformar una petición de esfuerzo con uno de los reguladores o una petición de esfuerzo proveniente del ATF (Automatismo Tracción Freno) en un esfuerzo determinado. Teniendo en cuenta que hay condicionantes como aplicaciones de freno, inversor seleccionado y un largo etcétera. Esta consigna de esfuerzo llega al ASG que es el encargado de controlar a los motores y esta consigna de esfuerzo se transforma en una consigna de par, es decir el ZSG trabaja con esfuerzos y el ASG con pares, ¿por qué? Porque el ASG necesita un valor más próximo a lo que realmente necesita demandar, que es finalmente una frecuencia y una tensión a los onduladores para conseguir el par consignado en los motores. Al ser el ASG el sistema de control que trabaja más próximo al valor real del motor, es la lógica que se encarga del sistema de deslizamiento y bloqueo de los ejes motores. De modo que el ASG recibe en todo momento información de las velocidades de los ejes motores y en cuanto detecta un bloqueo o un deslizamiento, modifica el par consignado para evitar un bloqueo o patinaje.
Es por ello que las locomotoras 252 tienen un muy buen sistema de antideslizamiento y antibloqueo. Porque la actuación no solo es rápida sino que además es precisa e independiente para cada eje motor.
Actualmente a mi modesto entender, la evolución tecnológica de la tracción eléctrica convencional sobre raíles simplemente es encontrar sistemas de control y regulación más precisos y rápidos, de modo que se pueda tener un tren de tracción distribuida donde haya una regulación independiente para cada eje motor. Es lo más parecido a tener un factor de deslizamiento próximo a la unidad, es decir aprovechar al máximo la adherencia, de modo que se pueda tener un considerable ahorro de energía y evitar desgastes físicos en el material. Mal que nos pese, el futuro son las unidades eléctricas. Un tren como unidad eléctrica permite una mejor explotación.
Espero no haberos aburrido.
Un saludo.
