“Come per molte soluzioni di mobilità elettrica, l’efficienza con cui l’energia viene convertita tra le varie forme nei treni elettrici sarà fondamentale per ridurre il loro effetto sul pianeta”. Lo dice Philip Lechner, che per trentacinque anni si è occupato in Avnet Abacus Emea dei prodotti per la Power Conversion. “Se si considera che l’energia per una ferrovia elettrica può essere distribuita dalla centrale elettrica a 400 kV, e i passeggeri si aspettano di caricare i loro telefoni da una porta USB di bordo a 5 V, è evidente che ci sono diverse fasi di conversione che possono portare potenziali perdite tra i due livelli di tensione”. Ecco perché i produttori di convertitori Dc/Dc e i produttori di semiconduttori che forniscono loro i dispositivi di commutazione sono costantemente impegnati a progettare circuiti e architetture che garantiscono una maggiore efficienza di conversione. A complicare il quadro, però, sono i requisiti del settore ferroviario: ambienti gravosi e aspettative di un’operatività di lunghissima durata. “L’elettronica per le applicazioni ferroviarie deve resistere ad ambienti che la espongono a inquinamento e nebbia salina, ampi sbalzi di temperatura (da –40 a +85ºC) e ad elevata umidità, nonché a urti e vibrazioni estremi. Dovrebbero inoltre essere resistenti al fuoco e al fumo e protetti contro interruzioni, variazioni e inversioni della tensione di alimentazione”, continua Lechner.
Le applicazioni per i convertitori Dc/Dc per il settore ferroviario tendono a essere suddivise in usi lungo i binari e applicazioni sui treni. Gli usi a terra possono includere il controllo del segnalamento ferroviario e l’abilitazione dell’infrastruttura delle comunicazioni, mentre le applicazioni su treno riguardano il controllo del sistema di trazione, frenatura e lubrificazione, i sistemi di sicurezza come controllo delle porte, controllo antincendio, segnaletica e Cctv, illuminazione, infotainment, sistemi di riscaldamento e ventilazione.
L’uso efficiente dell’energia riguarda anche i driver di trazione ferroviaria, dove sono sempre più impiegati dispositivi al carburo di silicio: questi ultimi sono in grado di commutare più rapidamente rispetto ai dispositivi al silicio, funzionano a temperature che distruggerebbero un dispositivo in silicio e richiedono meno raffreddamento. Si stima che utilizzando componenti SiC si potrebbe ottenere un risparmio energetico fino al 15%, rispetto agli approcci convenzionali.
Misurazione e raccolta dati
Infine, parlando di gestione dell’energia e costo energetico dei treni, un ruolo determinante lo giocano i sistemi di misurazione on-board e di raccolta dati a terra, divenuti nel tempo sempre più precisi. Un esempio è fornito da LEM recente, un marchio di riferimento nella tecnologia del rilevamento della corrente, che ha realizzato una soluzione plug-and-play specifica per questo scopo. Il sistema si chiama TEMA4G e può operare in un’ampia gamma di temperatura (tra -40°C e +85°C). In conformità alla normativa EN 50463:2017, il sistema misura, appunto, e trasmette i dati ai sistemi di ground data collection. Combina il contatore di energia di bordo EM4TII+ di Lem, già in servizio e collaudato su molti treni, con un modem industriale con connettività 4G e GPS. Florent Balboni, Global Product Manager for energy metering solutions di Lem, spiega: “Lo sviluppo del TEMA4G è stato reso possibile grazie alla nostra vasta e lunga esperienza nei sensori di bordo per treni e nei sistemi complessi che utilizzano software embedded”. Il sistema interfaccia ed elabora i segnali delle misurazioni effettuate dai sensori di corrente e di tensione generando i profili di energia associati ai carichi. I profili sono registrati in pacchetti di dati a intervalli di cinque minuti con data, ora, eventuali eventi rilevati e le coordinate di posizione. I pacchetti sono conservati nello strumento, in profili di consumo, per 300 giorni.
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