AO_438

Mobilità AUTOMAZIONE OGGI 102 | MAGGIO 2022 AUTOMAZIONE OGGI 438 I produttori di convertitori c.c.-c.c. e le società di semiconduttori che forniscono i dispositivi di commutazione sviluppano costantemente i circuiti e le architetture necessari per ottenere la maggiore efficienza possibile. Ciò che rende più difficile il processo per le aziende che ser- vono il settore ferroviario sono gli ambienti difficili in cui lavorano e le elevate aspettative di vita operativa. L’elettronica per applicazioni ferroviarie deve sopravvivere in ambienti che la espongono a inquinamento e nebbia salina, ad ampi sbalzi di temperatura (da -40 a 85 °C) e umidità elevata, nonché a urti e vibrazioni estremi. I sistemi elettronici, inoltre, devono essere re- sistenti al fuoco e al fumo e protetti da inter- ruzioni, variazioni e inversioni della tensione di alimentazione. Molti di questi requisiti sono stabiliti da standard rigorosi, che possono es- sere soddisfatti solo attraverso una buona at- tività ingegneristica abbinata a test elettrici e ambientali approfonditi. Le applicazioni dei convertitori c.c.-c.c. nell’in- dustria ferroviaria tendono a essere suddivise in due categorie: impianti a terra e applica- zioni di bordo. Gli impianti a terra possono includere funzioni di controllo di segnala- mento ferroviario e l’implementazione dell’in- frastruttura di comunicazione. Le applicazioni di bordo possono includere il controllo del sistema di trazione, dell’impianto frenante e della lubrificazione; i sistemi di sicurezza come i controlli relativi a porte, sistemi antincendio, segnaletica e telecamere a circuito chiuso; le funzioni per il comfort dei passeggeri come illuminazione, infotainment e sistemi di riscal- damento e ventilazione. I moduli convertitori c.c.-c.c. a bassa tensione di bordo sono spesso incapsulati con una protezione antipolvere e anti-umidità. Possono anche prevedere un dissipatore di calore incorporato per condurre l’energia termica lontano dai circuiti integrati e consentire un raffreddamento efficace. Sono forniti in formati standard ampiamente diffusi nell’industria ferroviaria, come i cosiddetti package ‘half-, quarter- o eight-brick’. Il passaggio al carburo di silicio La maggior parte dei moduli driver di tra- zione ferroviaria ad alta tensione si basa su Igbt, diodi e Mosfet in silicio. Usare in modo efficiente l’energia diventa sempre più im- portante, per cui alcuni produttori stanno sperimentando l’impiego di dispositivi al car- buro di silicio (SiC). Questi dispositivi possono commutare più rapidamente dei dispositivi in silicio, il che significa che le parti risonanti dei circuiti di conversione dell’alimentazione, come le bobine, possono essere più piccole. Le loro temperature operative distruggerebbero un normale dispositivo in silicio. Ciò significa che possono gestire più energia o utilizzare meno risorse di raffreddamento. CAF Power & Automation, con sede nei Paesi Baschi, sta sviluppando un sistema di trazione elettrica basato su dispositivi SiC che, secondo l’azienda, potrebbe assicurare un risparmio energetico del 15% rispetto agli approcci con- venzionali. Il produttore sta lavorando con il centro tecnologico Ikerlan e con Euskotren, un operatore di trasporto pubblico locale, per sviluppare e testare la tecnologia. CAF af- ferma che l’utilizzo dei dispositivi SiC ridurrà le perdite del convertitore di trazione del 70% e consentirà di raggiungere velocità di commu- tazione più elevate, migliorando l’efficienza. Rispetto al silicio, i dispositivi SiC supporte- ranno anche temperature operative molto più elevate e dissiperanno il calore più rapida- mente, poiché la loro conduttività termica è 3 volte superiore. Ciò aiuta a semplificare il re- gime di raffreddamento, contribuendo così a ridurre del 25% il volume e la massa comples- siva della soluzione di trazione. Oltre a questo, ciò renderà i treni più silenziosi, migliorando il comfort dei passeggeri. Il lavoro su tale sviluppo è in corso dal 2016 nell’ambito di un progetto di ricerca europeo Horizon 2020, finanziato dall’UE. La versione precedente del sistema di trazione utilizzava un inverter Igbt in silicio e dei diodi SiC, a di- mostrazione che le nuove tecnologie possono essere adottate in modo incrementale con- tribuendo in modo significativo allo sviluppo dell’industria ferroviaria. L’innovazione nel settore ferroviario sarà ca- ratterizzata da questo tipo di ottimizzazione di sistema, in cui il miglioramento di un aspetto limitato del progetto di un treno porterà dei vantaggi in altre aree. Una sfida entusiasmante per gli ingegneri che lavorano per ridurre l’im- pronta carbonica degli spostamenti, consisterà nell’esplorare nuove opzioni di progettazione per ottenere dei vantaggi sistemici. Avnet Abacus - www.avnet.com/wps/portal/abacus La completa elettrificazione delle reti ferroviarie del Regno Unito richiederà decenni, per cui verranno ancora utilizzate per lungo tempo altre forme di trazione, anche a gasolio