Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Si te acercas a un tren eléctrico y escuchas, oirás un zumbido bajo el ruido de las puertas y los anuncios. Detrás de ese zumbido hay un transformador de tracción trabajando muy, muy duro - y en el corazón de ese transformador hay pilas de finas láminas de acero llamadas laminaciones.
En el servicio de tracción ferroviaria, esas laminaciones viven una vida dura: vibraciones constantes, choques de las juntas de las vías, fuerzas violentas de cortocircuito, ciclos térmicos de patrones de carga pesada y, a veces, climas brutales. Los folletos de los transformadores de tracción hablan mucho de eficiencia y refrigeración, pero la robustez mecánica del paquete de laminación es igual de crítica para la fiabilidad a largo plazo.
Los transformadores de tracción ferroviaria no están sobre una plataforma de hormigón en una subestación tranquila. Están atornillado a un bogie o chasis (tipos embarcados) o cerca de la vía (instalaciones fijas) con frecuentes cortocircuitos y descargas de corriente.
Los transformadores de tracción a bordo deben sobrevivir:
Los transformadores de tracción fijos según EN 50329 sufren menos choques, pero se enfrentan a cortocircuitos frecuentes y descargas de corriente en la catenaria o en las líneas de alimentación.
La gran conclusión: en el servicio de tracción, el paquete de laminación es constantemente "sacudido, exprimido y calentado". Si su diseño mecánico es deficiente, los problemas no aparecen en el primer año: aparecen cuando la flota está en servicio y las interrupciones perjudican.
El núcleo de un transformador es un rompecabezas tridimensional cuidadosamente apilado de chapas de acero eléctrico de grano orientado, normalmente de 0,23-0,35 mm de grosor, aisladas y encajadas en un bastidor. Bien diseñado, el paquete de laminación hace tres cosas a la vez:
Esta tercera función es la que a menudo no se explica bien. En el servicio de tracción, básicamente se está pidiendo a una pila de láminas finas, separadas por aislamiento, que se comporten como un cuerpo mecánico robusto y amortiguado durante 30-40 años.
Si el sistema de laminación está mal diseñado o montado, el transformador puede pasar las pruebas de tipo, pero los zumbidos aumentan, los tornillos se aflojan y, en el peor de los casos, se empieza a ver el desgaste del aislamiento y daños internos años después.
El fallo mecánico de las laminaciones rara vez parece una fractura espectacular. En su lugar, suele ser una historia lenta y ruidosa de aflojamiento, rozamiento y desplazamiento bajo estrés repetido.
Con el tiempo, los pequeños cambios se acumulan: el barniz se agrieta, las rebabas muerden, la presión de las abrazaderas se relaja. Lo que empezó como una pila de laminación perfectamente ajustada se convierte en una pila ligeramente traqueteante, y cada ciclo de vibración y cortocircuito la empeora.
Para cuando se observan problemas graves de rendimiento, el núcleo suele haber sufrido miles o millones de microdeslizamientos entre laminaciones.
La buena noticia: la robustez del laminado no es magia. Es el efecto acumulativo de una docena de decisiones de diseño y fabricación que pueden controlarse, medirse y especificarse.
Desde la perspectiva de la robustez mecánica en servicio de tracción, se puede pensar en el sistema de laminado como un componente mecánico ajustado, no sólo magnético. Solo ese cambio de mentalidad hace que los ingenieros se planteen mejores preguntas sobre el material, la geometría y la sujeción.
El arte está en equilibrar todo esto con el rendimiento eléctrico, el peso y el coste, sobre todo a bordo, donde los límites de espacio y masa son implacables.
La experiencia cotidiana de un paquete de laminación en un transformador colgado bajo una UME de alta velocidad es muy distinta de la de un transformador de hormigón en tierra. Se rigen por normas que se solapan pero no son idénticas (EN 60310 para transformadores de tracción a bordo, EN 61373 para choques y vibraciones, EN 50329 para transformadores de tracción fijos, además de IEC 60076-5 para resistencia a cortocircuitos).
Comprender estas diferencias le ayudará a elegir el diseño de laminado adecuado.
| Tipo de aplicación | Principales tensiones mecánicas en las laminaciones | Consecuencias típicas de un diseño insuficiente | Diseño centrado en la robustez del laminado |
|---|---|---|---|
| Transformador de tracción a bordo (debajo del bastidor / techo) | Vibraciones y choques constantes de la vía, frenado e impactos del acoplador; cortocircuitos moderados; fuertes ciclos térmicos. | Aflojamiento progresivo de los paquetes, aumento del ruido, rozaduras en los bordes, riesgo de grietas en los marcos y soportes. | Elevada amortiguación de las vibraciones, sujeción robusta con pernos resistentes a la fatiga, fricción cuidadosamente ajustada entre las láminas, revestimientos resistentes a la corrosión, análisis del modo de vibración basado en FEM. |
| Transformador de tracción fijo (subestación / a lo largo de la vía) | Frecuentes cortocircuitos y choques de corriente de gran magnitud; choques sísmicos o de manipulación ocasionales; vibraciones moderadas. | Deformación local en esquinas o juntas, aflojamiento tras averías graves, aumento del ruido, desplazamiento del núcleo que afecta a las holguras. | Fuerte sujeción del yugo y el núcleo, pretensión de cortocircuito cuidadosamente calculada, apilamiento controlado de laminación y rebabas, disposición para inspección tras fallos importantes. |
| Transformador de tracción de a bordo de tipo seco (D-OBTT) | Elevadas vibraciones y choques, además de contracción y dilatación de la resina/aislamiento sólido; ciclos térmicos agresivos debido a los diseños ligeros. | Agrietamiento de la resina, desprendimiento entre el núcleo y las estructuras de soporte, ruido de alta frecuencia, soporte mecánico reducido para los bobinados. | Sistemas de resina con buen comportamiento a la fatiga, unión controlada núcleo-resina, diseño de laminación que gestiona la magnetostricción dentro del encapsulado rígido. |
La idea central: la misma física, diferentes énfasis. Si su flota se compone principalmente de unidades de tracción a bordo, casi querrá pensar como un ingeniero de NVH (ruido, vibración, dureza) del mundo del automóvil, sólo que a niveles de potencia mucho más altos.
Las normas rara vez dicen "haga sus laminaciones así", pero describen tensiones y regímenes de prueba que las laminaciones deben sobrevivir como parte de todo el transformador.
La norma EN 60310 establece las prestaciones, la seguridad y los métodos de ensayo de los transformadores de tracción instalados en los trenes, incluidos los requisitos que obligan indirectamente a un diseño mecánico robusto (ciclos térmicos, sobrecargas, comportamiento dieléctrico ante vibraciones, etc.).
La norma EN 61373 define los perfiles de ensayo de choque y vibración para equipos ferroviarios, que los transformadores de a bordo deben superar como conjuntos completos. La norma EN 50329 (transformadores de tracción fijos) señala explícitamente que estas unidades están sometidas a frecuentes cortocircuitos y descargas de corriente, y remite a la norma IEC 60076-5 para la resistencia a cortocircuitos.
Un transformador que apenas supera una prueba de cortocircuito o de vibración no es lo mismo que una que supera cómodamente el listón con márgenes mecánicos. El diseño robusto de la laminación forma parte de la construcción de ese margen.
En tracción, los tiempos de inactividad son caros y el acceso a los equipos puede resultar incómodo. Por eso hay un interés creciente en uso de vibraciones y señales acústicas para detectar problemas con antelaciónespecialmente en los transformadores de tracción.
Actualmente se reconoce que la vibración del núcleo es el principal factor que contribuye al ruido de los transformadores, especialmente en las unidades de potencia y tracción. La magnetostricción del acero de grano orientado provoca gran parte de esta vibración, y los cambios en la estanqueidad de la laminación, la presión de apriete o el estado del material se manifiestan como cambios distintivos en el espectro de vibración.
Las investigaciones más recientes exploran incluso el uso de redes neuronales de doble atención sobre datos de vibraciones para identificar en una fase temprana fallos entre vueltas en transformadores de tracción; los mismos flujos de datos pueden ayudar también a detectar problemas relacionados con la laminación.
El punto práctico: si ya está recopilando datos de vibraciones para la supervisión del estado, utilícelos también para realizar un seguimiento del estado de la laminación. Es una de las primeras ventanas a la degradación mecánica.
Si es usted fabricante de material rodante, propietario de infraestructuras o ingeniero de compras, rara vez tendrá que profundizar en los detalles del diseño del laminado. puede hacer preguntas más inteligentes que empujen a los proveedores hacia soluciones mecánicamente más robustas.
Piense en ello como llevar la robustez de la laminación de "implícita" a "explícita" en sus especificaciones técnicas y revisiones de diseño.
Los proveedores que realmente han reflexionado sobre la robustez del laminado pueden responder a estas preguntas de forma clara y coherente. Si las respuestas son vagas o están puramente orientadas al marketing, es una señal de alarma.
Las redes ferroviarias están cada vez más cargadas, con velocidades más altas, más aceleración y más electrónica de potencia en el bucle. Esto significa más contenido armónico, más cargas dinámicas y más tensión en los transformadores de tracción y sus núcleos.
La investigación sobre magnetoestricción, vibración y ruido de los transformadores avanza rápidamente, incluyendo aceros de grano orientado mejorados, estructuras de núcleo híbridas y métodos avanzados de simulación para predecir la vibración desde el nivel de microestructura hasta el transformador completo.
Es probable que lo veamos:
Por ahora, sin embargo, se mantiene un principio simple:
Si trata la robustez del laminado como un objetivo de diseño de primera clase, y no como una idea de última hora, sus transformadores de tracción zumbarán silenciosamente, funcionarán sin problemas y permanecerán en servicio más tiempo del previsto.
Y en algún lugar de un andén, un pasajero seguirá escuchando un zumbido silencioso y asumirá que todo "simplemente funciona", porque usted hizo el trabajo duro en las chapas de acero ocultas que lo hacen así.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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