Convertidor DC-DC EC7BW18 de Cincon: Solución All-in-One para Aplicaciones Ferroviarias

Cincon ha presentado recientemente la nueva serie EC7BW18, la solución integral de alimentación All-in-One para aplicaciones ferroviarias. Este convertidor está especialmente diseñado para su uso en el sector ferroviario y ha sido certificado de acuerdo a la norma EN 50155. Esta norma, que define el estándar de aplicación en el sector ferroviario europeo, especifica los requisitos de voltaje y otros como temperatura, humedad y vibración.

En este artículo explicaremos en detalle en qué consiste la solución integral All-in-One para ferrocarril y las características principales de los elementos que la componen.

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Características

La serie EC7BW18-ECRT/EDRT cubre un amplio rango de voltajes de entrada (24, 36, 48, 72, 96 y 110 VDC), que de acuerdo a la norma ferroviaria EN 50155, son los que se utilizan para la distribución de energía por todo el sistema eléctrico. Este rango de entrada ultra-amplio también incluye el rango de los voltajes de fluctuación.

Esta serie incluye el montaje en chasis e integra la solución EMC. Dispone de 2 tipos de montaje en chasis: ECRT (montaje en chasis cerrado + solución integral ferrocarril) y EDRT (montaje en chasis cerrado + carril DIN + solución integral ferrocarril).

En la siguiente tabla se puede consultar los rangos de voltaje de entrada nominal, continua y de fluctuación de acuerdo a la norma EN50155:

Rango de voltajes de entrada según EN50155

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Esquema de la Solución Integral Cincon para Ferrocarriles

Según la definición de Cincon, la solución integral para ferrocarril debe incluir los siguientes elementos:

Elementos que componen la solución integral de Cincon para ferrocarriles

Se puede tener una idea más clara con la siguiente figura que muestra la estructura del conversor. La serie cumple con la norma EN 50155 ya que incorpora un limitador de corriente de entrada, un circuito de retención y una solución EMI.

Esquema del Conversor EC7BW18

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Cumplimiento de la Norma EN50155

Para simular la dureza del entorno ferroviario y verificar que el dispositivo funcionaría correctamente en ese entorno, en la mayoría de los países los requisitos de la norma ferroviaria están regulados según la norma EN 50155, siendo el estándar ferroviario en Europa.

En la soluciones que Cincon ha diseñado para el sector ferroviario, varios de sus productos, incluido este,  cumplen con la norma EN 50155. Para poder cumplirla, un dispositivo debe superar los requisitos exigidos a los elementos a prueba. Las pruebas a las que se someten incluyen inspección visual, prueba de rendimiento, prueba de fuente de alimentación, prueba de aislamiento, prueba de almacenamiento a baja temperatura, prueba de arranque a baja temperatura , prueba de calor seco, prueba de calor húmedo cíclico, prueba de EMC y prueba de vibración y choque (ver siguiente figura).

Lista de pruebas EN50155

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Elementos de la Solución Integral para Ferrocarriles

Como se ha explicado anteriormente, los elementos que componen la solución integral son:

• Limitador de Corriente de Arranque (inrush current limiter)
• Circuito de Retención (hold-up circuit)
• Solución EMI

A continuación se describen con más detalle.

Limitador de Corriente de Arranque

Para los convertidores CC-CC ferroviarios, es común agregar un condensador en la entrada para aumentar el tiempo de retención. Sin embargo, esta característica transitoria del condensador podría causar una mayor corriente de arranque en el lado de entrada. La cantidad de corriente de arranque sería proporcional al voltaje de entrada y al valor de capacitancia en el lado de entrada. Si no se realiza ninguna acción para restringir la corriente de arranque, esta provocará la caída de voltaje o activará la protección contra sobrecorriente de la fuente de alimentación principal, lo que causará falta de salida en el convertidor DC-DC.

Para superar este problema, el EC7BW18 integra un limitador de corriente de arranque activo que tiene un mejor rendimiento y menos impacto por la temperatura ambiente en comparación con un limitador de corriente de arranque pasivo.

La figura de la izquierda muestra que la corriente de arranque con el limitador de corriente de arranque activo es 3,12 A con un voltaje de entrada de 36 VDC. Por el contrario, en la figura de la derecha, sin el limitador de corriente de arranque, la corriente de arranque es de 27,6 A con igual tensión de entrada. La corriente de arranque aumenta en 24,48 A. Y esto sucede con un voltaje de entrada de 36 VDC. Si el voltaje de entrada fuese mayor, la diferencia sería superior.

Con limitador de corriente de arranque (izquierda) – Sin limitador de corriente de arranque (derecha)

Circuito de Retención

En un sistema de suministro de energía ferroviaria, es común observar como fluctúa el voltaje durante la distribución de la electricidad entre el generador, la batería y el pantógrafo durante breves instantes. También puede causar un corto período de circuito abierto o cortocircuito. En la prueba de suministro de energía según la norma EN50155, las interrupciones del suministro de voltaje y el cambio de suministro se clasifican en las siguientes clases:

Interrupciones de suministro:

• Clase S1 (Sin interrupción de voltaje): No exige ningún criterio de rendimiento, pero el equipo debe funcionar con normalidad después de una interrupción voltaje.
• Clase S2 (Tiempo de interrupción 10ms): Criterio de rendimiento A.
• Clase S3 (Tiempo de interrupción 20ms): Criterio de desempeño A.

Cambio de suministro:

• Clase C1 (0,6 * Vin durante 100ms, sin interrupciones): Criterio de desempeño A.
• Clase C2 (interrupción de suministro de 30 ms en Vin): Criterio de desempeño B.

Para que el dispositivo cumpla con los requisitos S2, S3 y C2, la forma más común es agregar un capacitor en el lado de entrada (por el mismo motivo que en el limitador de corriente de arranque). El valor de capacitancia se puede determinar mediante la siguiente fórmula:

Fórmula para el cálculo de la capacitancia en el circuito de retención

De acuerdo a esta fórmula, bajo la misma condición de tiempo de retención, cuando el voltaje de entrada es menor, el valor de capacitancia requerido será mayor. El EC7BW18-ECRT / EDRT tiene un circuito de retención que incluye un condensador que cumple con S2, S3 y C2. Para más detalles consulte la hoja de especificaciones y la nota de aplicación en la web de Cincon.

La imagen izquierda de la siguiente figura muestra un tiempo de retención de 13 ms con el circuito de retención y una tensión de entrada de 24 VCC. La imagen de la derecha muestra un tiempo de retención de 0,88 ms sin el circuito de retención y al mismo voltaje de entrada.

Con el Circuito de Retención (izquierda) / Sin el Circuito de Retención (derecha)

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Conclusión

En este artículo se ha presentado la Solución Integral para Ferrocarril de Cincon y los conceptos principales. El objetivo es ofrecer soluciones de energía ferroviaria Todo-en-Uno que cubran el circuito y los componentes necesarios. El condensador, el limitador de corriente de entrada y el circuito de retención cumplen con la norma EN 50155, y los requisitos S2, S3 y C2, además de la solución EMI que también está incluida. No se necesitan componentes ni circuitos adicionales.

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