La electrificación ferroviaria con CA trifásica se utilizó en Italia, Suiza y Estados Unidos a principios del siglo XX. Italia fue el principal usuario, desde 1901 hasta 1976, aunque las líneas a través de dos túneles también utilizaron el sistema; el Túnel Simplon entre Suiza e Italia de 1906 a 1930 (pero no conectado al sistema italiano), y el Túnel Cascade del Great Northern Railway en Estados Unidos de 1909 a 1939. La primera línea de ancho estándar estaba en Suiza, desde Burgdorf a Thun (40 km o 25 millas), de 1899 a 1933. [1] [2]
El sistema proporciona frenado regenerativo con la potencia devuelta al sistema, por lo que es especialmente adecuado para ferrocarriles de montaña (siempre que la parrilla u otra locomotora en la línea pueda aceptar la potencia). Las locomotoras utilizan motores de inducción trifásicos. Al carecer de escobillas y conmutadores, requieren menos mantenimiento. Los primeros sistemas italianos y suizos utilizaban una frecuencia baja ( 16+2 ⁄ 3 Hz) y un voltaje relativamente bajo (3000 o 3600 voltios) en comparación con los sistemas de CA posteriores. (Sin embargo, tanto el frenado regenerativo como el 16+2 ⁄ 3 Hz se implementaron con éxito también para sistemas monofásicos, como para el tipo "Cocodrilo" Swiss Ce 6/8 II y III .)
El cableado aéreo, que generalmente tenía dos líneas aéreas separadas y el riel para la tercera fase, era más complicado y la baja frecuencia utilizada requería un sistema de generación o conversión y distribución separado. La velocidad del tren se restringió a una a cuatro velocidades, con dos o cuatro velocidades obtenidas mediante cambio de polos o operación en cascada o ambas.
La siguiente es una lista de los ferrocarriles que han utilizado este método de electrificación en el pasado: [3]
El sistema se utiliza hoy sobre todo en ferrocarriles de cremallera (de montaña), donde el cableado aéreo es menos complicado [ dudoso - discutir ] y las restricciones en las velocidades disponibles son menos importantes. Los motores modernos y sus sistemas de control evitan las velocidades fijas de los sistemas tradicionales, ya que están construidos con convertidores de estado sólido.
Los cuatro ferrocarriles de este tipo actuales son
Todos utilizan frecuencia estándar (50 Hz o 60 Hz (Brasil)) en lugar de baja frecuencia, utilizando entre 725 y 3000 voltios.
El tránsito automatizado por vías-guía en China y Japón también puede utilizar electrificación trifásica a través de múltiples terceros rieles ubicados al costado de la vía-guía.
Esta lista muestra el voltaje y la frecuencia utilizados en varios sistemas, históricos y actuales.
Esta categoría no cubre los ferrocarriles con un suministro monofásico (o CC) que se convierte a trifásico en la locomotora o el vagón motor, por ejemplo , la mayoría de los equipos ferroviarios de la década de 1990 y anteriores que utilizan convertidores de estado sólido. El sistema Kando de la década de 1930, desarrollado por Kálmán Kandó en Ganz Works y utilizado en Hungría e Italia, utilizaba convertidores de fase rotativos en la locomotora para convertir el suministro monofásico en tres fases, al igual que el sistema de división de fases en la Norfolk. y Western Railroad en los Estados Unidos.
Por lo general, las locomotoras tenían uno, dos o cuatro motores en el chasis de la carrocería (no en los bogies) y no requerían engranajes. Los motores de inducción están diseñados para funcionar a una velocidad sincrónica particular y cuando funcionan por encima de la velocidad sincrónica cuesta abajo, la energía se devuelve al sistema. Se utilizó el cambio de polos y el funcionamiento en cascada (concatenación) para permitir dos o cuatro velocidades diferentes, y se requirieron resistencias (a menudo reóstatos líquidos ) para el arranque. En Italia, las locomotoras de mercancías utilizaban cascada simple con dos velocidades, 25 y 50 km/h (16 y 31 mph); mientras que las locomotoras expresas utilizaban cascada combinada con cambio de polos, dando cuatro velocidades, 37, 50, 75 y 100 km/h (23, 31, 46 y 62 mph). [2] Con el uso de 3.000 o 3.600 voltios a 16+2 ⁄ 3 (16,7) Hz, el suministro podría alimentarse directamente al motor sin un transformador incorporado.
Generalmente, el motor(es) se alimenta(n) de un solo eje, con otras ruedas unidas por bielas, ya que el motor de inducción es sensible a las variaciones de velocidad y con motores no unidos en varios ejes los motores sobre ruedas desgastadas harían poco o incluso ningún trabajo. ya que girarían más rápido. [9] Esta característica del motor provocó un percance en el túnel Cascade a un tren de mercancías GN en dirección este con cuatro locomotoras eléctricas, dos en cabeza y dos empujando. Los dos empujadores perdieron repentinamente potencia y el tren disminuyó gradualmente hasta detenerse, pero el maquinista principal de la unidad no se dio cuenta de que su tren se había detenido y mantuvo al controlador en la posición de potencia hasta que transcurrió el tiempo habitual para transitar por el túnel. Al no ver la luz del día, finalmente apagó la locomotora y descubrió que las ruedas de su locomotora estacionaria habían rozado dos tercios de la red del riel. [10]
Generalmente se utilizan dos cables aéreos separados, con el riel para la tercera fase, aunque ocasionalmente se usan tres cables aéreos. En los cruces, cruces y cruces se deberán mantener separadas las dos líneas, con alimentación continua a la locomotora, que deberá disponer de dos conductores vivos en el lugar de parada. Por lo tanto, se utilizan dos colectores por fase aérea, pero se debe evitar la posibilidad de puentear una sección muerta y provocar un cortocircuito desde el colector frontal de una fase al colector posterior de la otra fase. [11] La resistencia de los carriles utilizados para la tercera fase o retorno es mayor para AC que para DC debido al " efecto piel ", pero menor para la baja frecuencia utilizada que para la frecuencia industrial. Las pérdidas también aumentan, aunque no en la misma proporción, ya que la impedancia es en gran medida reactiva. [12]
La locomotora necesita tomar energía de dos (o tres) conductores aéreos. Las primeras locomotoras de los Ferrocarriles Estatales Italianos utilizaban un colector de arco ancho que cubría ambos cables, pero las locomotoras posteriores utilizaron un pantógrafo ancho con dos barras colectoras, una al lado de la otra. Un sistema trifásico también es propenso a tener espacios longitudinales más grandes entre las secciones, debido a la complejidad del cableado aéreo de dos cables, por lo que se necesita una base de captación larga. En Italia esto se lograba con largos colectores de arco que llegaban hasta los extremos de la locomotora, o con un par de pantógrafos, también montados lo más separados posible. [13]
En los Estados Unidos, se utilizaron un par de postes de trolebús . Funcionaron bien con una velocidad máxima de 15 millas por hora (24 km/h). El sistema de pantógrafo de doble conductor se utiliza en cuatro ferrocarriles de montaña que continúan utilizando energía trifásica ( el Cremallera del Corcovado en Río de Janeiro, Brasil , Jungfraubahn y Gornergratbahn en Suiza y el Petit train de la Rhune en Francia).
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Medios relacionados con electrificaciones trifásicas en Wikimedia Commons