Optimización del control de par y adhesión en sistemas de tracción ferroviaria

Resumen

La electrificación del transporte se ha impuesto últimamente en el sector del transporte para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar los efectos del cambio climático en el planeta. Por electrificación del transporte se entiende el proceso de sustitución de vehículos propulsados por combustibles fósiles por otros eléctricos, incluidos vehículos de carretera, todoterreno, ferroviarios, aviones y barcos. Los ferrocarriles eléctricos, entre otros medios de transporte, ofrecen una eficiencia energética sustancialmente mayor, menos emisiones y menores costes de explotación. Además, algunos sistemas de tracción eléctrica ofrecen una función de frenado regenerativo que convierte la energía cinética del tren en energía eléctrica, devolviéndola al sistema de suministro para que la utilicen otros trenes o la red eléctrica. Además, los ferrocarriles eléctricos pueden abastecerse de diversas fuentes, incluidas las energías renovables, en comparación con las locomotoras diésel. Los trenes eléctricos tienen una relación potencia-peso superior a la de los trenes propulsados por depósitos de combustible a bordo. Esto permite una aceleración más rápida, mayor potencia y límites de velocidad con menor producción de contaminación acústica. Desgraciadamente, el coste de capital de la electrificación ferroviaria es el principal, ya que requiere una nueva infraestructura que incluye estaciones de suministro eléctrico, líneas aéreas, sistemas de señalización y circuitos de protección contra interferencias, etc. Por lo tanto, las soluciones optimizadas para la electrificación ferroviaria deben ser consideradas durante las fases de diseño y operación para lograr los ingresos deseados. Esta tesis aborda las soluciones optimizadas para los accionamientos de tracción eléctrica en ferrocarriles desde la perspectiva del control. Se presentan en detalle los principales elementos que conforman el control de los accionamientos de tracción eléctrica, incluyendo las técnicas de modulación, el control del par y el control antideslizamiento rueda-carril. A continuación, se presentan varias estrategias propuestas para aprovechar al máximo las capacidades de par y tracción del motor de inducción alimentado por inversor en ferrocarriles. Se han analizado los principios físicos, la implementación y la evaluación del rendimiento de las estrategias propuestas. Además, se implementa la protección contra la vibración torsional como parte del control de tracción para mejorar la capacidad de tracción. La vibración torsional se ha simulado con éxito de acuerdo con las mediciones en pista. A partir de este logro, el modelo de simulación se aplicará a otros vehículos para validar la predicción de los valores de par dinámico máximo. La capacidad de predecir valores de par dinámico máximo es muy demandada por los fabricantes de vehículos ferroviarios, para permitir un desarrollo más eficiente de nuevos juegos de ruedas. Del mismo modo, estas simulaciones pueden ayudar a los fabricantes a probar la eficacia de sus implementaciones de protección contra las oscilaciones torsionales.