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Convertitori DC/DC per applicazioni ferroviarie: come sceglierlo?

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Storicamente le batterie a 110V collocate nella locomotiva principale sono state la sorgente principale di corrente DC per la maggior parte delle applicazioni ferroviarie. Questo voleva dire che per illuminare i singoli vagoni era necessario far scorrere i cavi per tutta la lunghezza del treno.

Inoltre, dal momento che la batteria era direttamente connessa al quadro, ai relè e altri carichi pesanti quali il motore di avviamento, i cavi di tensione erano soggetti regolarmente a cadute e a picchi transitori così come interferenze elettromagnetiche e radio (EMI/RFI). I passeggeri, d'altro canto, rimanevano ignari a tali effetti, se non per variazioni occasionali dei livelli della luce in cabina.

I treni moderni sono molto più tecnologicamente avanzati rispetto ai predecessori ed includono ora una serie di caratteristiche di sicurezza con molteplici sensori e attuatori. Inoltre i passeggeri usufruiscono di comfort e tecnologie prima assenti, come l'aria condizionata, la comunicazione wireless oltre ai vari infotainment.

Garantire sicurezza e comfort non sarebbe possibile senza la presenza di diverse fonti di energia che forniscono costanti livelli di tensione DC, rimanendo protetti da rumori elettrici esterni. In questo blog approfondiremo alcune caratteristiche principali da tenere in considerazione nella scelta di convertitori dc-dc per applicazioni ferroviarie.

La certificazione EN 50155 per applicazioni ferroviarie si applica a tutti i dispositivi elettronici a servizio dell'industria ferroviaria ed è stata adottata dalla maggior parte delle case produttrici correlate. Si riferisce a sistemi alimentati a batteria e ad alimentatori a basso voltaggio che sono direttamente (o indirettamente) collegati al sistema e che coprono il controllo, la regolazione, la protezione e l'alimentazione del sistema. Tutti i convertitori DC-DC devono aderire all'EN 50155 in ogni sua forma, secondo i parametri elencati di seguito.

Le tensioni più usate nel settore sono 24V, 48V, 72V, 96V e 100V. Gli inevitabili cali e oscillamenti causati dai dispositivi nel sistema significano che questi livelli variano sensibilmente. La certificazione EN 50155 specifica che sono ammessi range dalle 0.7 alle 1.25 volte il loro valore nominale, con accettabili variazioni del transiente da 0.6 all'1.4 nominale (per durate fino a 100ms).

La compatibilità elettromagnetica (EMC) richiesta per dispositivi elettronici è definita da come si interfaccia lo strumento con l'ambiente esterno. Queste 'interfacce' sono conosciute come porte. Porte differenti hanno requisiti EMC differenti.

Per le porte batteria non ci sono limiti di emissioni nella frequenza da 9 kHz~150 kHz. Gli stessi requisiti EMC si applicano alle batterie, segnali e comunicazioni, processi di misurazione e alle porte di controllo e sono specificate nel EN 50121-3-2. I requisiti per il test di immunità sono ugualmente specificati nel EN 50121-3-2.

Tutti i dispositivi devono necessariamente essere in grado di sopportare i livelli di shock e vibrazione a cui un treno in regolare servizio è soggetto, senza avere perdite di performance. Questi livelli vengono definiti dal fornitore del servizio e in ogni caso devono rispettare le condizioni dettate dall'EN 61373 categoria 1, classe B (tabella sottostante).

PERFORMANCEEN50155 / IEC61373
VIBRAZIONICategoria < 0.3kg 5-150Hz 5g
SHOCKLong./Trans./Vert. axis 5g/3g/3g 30mS/30mS/30mS

Tutti i dispositivi elettronici devono essere studiati per lavorare al pieno delle proprie specifiche entro un range di diverse classi di temperatura.

I passeggeri e il conducente sono situati in scompartimenti di classe OT1 o OT2 (con un riferimento standard impostato sui +25°C).

Le classi OT3 e OT4 si riferiscono ai quadri elettrici (con una temperatura circa di +45°C).

La classe default è la OT3.

CLASSERANGE DI TEMPERATURA IN °C
OT1-25 - 55
OT2-40 - 55
OT3-25 - 70
OT4-40 - 70
OT5-25 - 85
OT6-40 - 85

Queste specifiche assicurano che i conduttori all'interno degli alimentatori abbiano sufficiente isolamento elettrico e sufficiente spazio fisico affinchè le dispersioni di corrente e le scintille non creino problemi. In particolare questo test si divide in due parti:

  • Una misurazione della resistenza dell'isolamento settata sui 500VDC. Il minimo livello di resistenza richiesta è di 20 Megaohms.
  • La seconda parte è un test rivolto alla resistenza della tensione. I livelli di tensione vengono lentamente incrementati (generalmente 10 secondi di intervallo) fino al valore massimo. Il voltaggio viene poi mantenuto per un minimo di dieci secondi ad un massimo di un minuto, dipende dal tipo di test.
BATTERIA DEL VEICOLO (V)ISOLAMENTO RICHIESTO VAC(50Hz) / DC
24500/750
48500/750
72 - 125 1000/1500
125 - 315 1500/2200

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Pubblicato nel: Guide