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Transformador Ferroviario: Tipos, Especificaciones y Aplicaciones
Aug 28, 2026
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Introducción
¿Qué es un transformador de tracción ferroviaria?
Transformador ferroviario de 6MVA 22-1.22kV
Transformador ferroviario de 5MVA 132-1.22kV
Transformador ferroviario de 5MVA 88-1.22kV
Transformador ferroviario de 5MVA 66-1.22kV
Transformador ferroviario 5MVA 44-6,6 kV
Transformador ferroviario 5MVA 22-6,6 kV
Un transformador ferroviario está diseñado para su uso en sistemas de electrificación ferroviaria para convertir, aislar y distribuir energía eléctrica para trenes y equipos relacionados. Uno de los tipos principales es el transformador de tracción, que suministra energía al sistema de tracción ferroviaria.
Un transformador de tracción ferroviaria, también conocido como transformador de potencia de tracción, normalmente convierte energía CA de alto-voltaje procedente de la red pública o de una red de suministro de energía ferroviaria en un voltaje adecuado para el sistema de tracción. Por lo general, se instala en una subestación de tracción ferroviaria, donde suministra energía a sistemas de catenaria aérea o de tercer-riel. Algunos transformadores de tracción también están diseñados para instalación directa en trenes eléctricos.
A diferencia de los transformadores de potencia convencionales, un transformador de tracción debe soportar cambios de carga frecuentes y rápidos. La aceleración del tren puede provocar aumentos repentinos de la corriente, mientras que el frenado y los cambios en el funcionamiento del tren pueden producir mayores variaciones en la carga eléctrica. Por lo tanto, los transformadores de tracción ferroviaria están diseñados para un funcionamiento confiable bajo cargas dinámicas, tensiones eléctricas, vibraciones y otras condiciones ferroviarias exigentes.
Para una introducción más amplia a la construcción y los componentes de los transformadores de tracción.
ver nuestroDescripción general del transformador de tracción.
3. Principio de funcionamiento del transformador ferroviario
El principio de funcionamiento del transformador ferroviario se basa en la inducción electromagnética. En una subestación de tracción, el transformador reduce la energía de alto-voltaje de la red o de la red de suministro de energía ferroviaria a un voltaje adecuado para el sistema de tracción ferroviaria.
Entrada de alto-voltaje: La electricidad procedente de líneas catenarias aéreas o de terceros-sistemas ferroviarios se alimenta al devanado primario del transformador ferroviario. La tensión de entrada puede oscilar entre 15 kV y 25 kV, según el sistema ferroviario.
Transformación de voltaje:La entrada de alto-voltaje energiza el devanado primario y crea un campo magnético cambiante en el núcleo del transformador. A través de la inducción electromagnética, este campo magnético induce un voltaje más bajo en el devanado secundario, siendo el voltaje determinado por la relación de vueltas del transformador.
Regulación de voltaje: El transformador ferroviario ajusta el voltaje para que coincida con los requisitos del sistema de tracción del tren, normalmente reduciéndolo a un nivel de voltaje más bajo adecuado para el equipo de propulsión del tren.
Entrega de energía: La potencia transformada luego se entrega al sistema de tracción, incluidos los motores de tracción u otros equipos a bordo, lo que permite que el tren funcione.
Protección y Control: Los transformadores ferroviarios deben soportar tanto un alto voltaje de entrada como demandas de carga variables durante la operación del tren. Los dispositivos de protección, como disyuntores y sensores, monitorean la temperatura, el voltaje y la corriente para garantizar un funcionamiento seguro y confiable.
Comentarios y ajuste: El monitoreo continuo permite que el sistema responda a los cambios en la carga y las condiciones operativas, lo que ayuda a mantener un rendimiento estable y prevenir fallas.
4. Tipos de transformadores ferroviarios
Existen varios tipos de transformadores ferroviarios y sus diseños varían según el sistema de suministro de energía ferroviario, la ubicación de instalación y la aplicación. Los tipos principales incluyen transformadores de tracción estacionarios, transformadores de tracción a bordo, transformadores automáticos-y transformadores de tracción multi-sistemas.
4.1 Transformadores de tracción estacionarios
Los transformadores de tracción estacionarios se instalan en las subestaciones ferroviarias a lo largo de la vía férrea. Bajan la energía de alto-voltaje de la red o de la red de suministro de energía ferroviaria antes de suministrar electricidad al tren a través del sistema de catenaria aérea o el tercer carril.
Estos transformadores se utilizan comúnmente en sistemas de electrificación ferroviaria para proporcionar un suministro de energía estable y confiable para trenes eléctricos.
4.2 Transformadores de tracción a bordo
Los transformadores de tracción a bordo se instalan directamente en trenes eléctricos o locomotoras. Tienen un diseño compacto y liviano porque deben moverse con el tren mientras manejan las altas-demandas de potencia del sistema de tracción.
Estos transformadores reciben energía del sistema aéreo del ferrocarril y la reducen a un voltaje adecuado para la tracción y el equipo eléctrico del tren.
4.3 Transformadores automáticos de tracción-
Los autotransformadores de tracción-se utilizan en sistemas de suministro de energía ferroviarios, particularmente en aplicaciones ferroviarias de alto-voltaje y alta-velocidad. Ayudan a mantener el voltaje requerido a lo largo de la línea ferroviaria y pueden reducir la caída de voltaje y las pérdidas de energía en largas distancias.
A diferencia de los transformadores convencionales de dos-devanados, un auto-transformador utiliza un devanado común para parte de los circuitos primario y secundario.
4.4 Transformadores de tracción de sistemas múltiples-
Los transformadores de tracción multi-sistemas están diseñados para trenes eléctricos que operan en redes ferroviarias con diferentes sistemas de electrificación. Pueden adaptarse a diferentes voltajes y frecuencias de suministro, lo que permite que los trenes operen en regiones o países con diferentes estándares de potencia ferroviaria.
4.5 Transformadores para sistemas de tracción CA y CC
Los transformadores de tracción ferroviaria también se pueden clasificar según el tipo de suministro eléctrico ferroviario.
Los transformadores de tracción de CA se utilizan en sistemas de electrificación ferroviaria de CA, incluidas muchas redes ferroviarias de larga-distancia y alta-velocidad. Reducen el voltaje de CA entrante al nivel requerido por el sistema de tracción del tren.
Los sistemas de tracción de CC se utilizan habitualmente en trenes de metro, tranvías y ferrocarriles suburbanos. En estos sistemas, los transformadores se utilizan generalmente junto con rectificadores para convertir la potencia de CA entrante en la potencia de CC requerida por el sistema ferroviario.
La elección del transformador ferroviario depende del sistema de electrificación ferroviaria, el voltaje y la frecuencia, el tipo de instalación, los requisitos del tren y las condiciones de operación.
5. Aplicaciones de los transformadores de tracción ferroviaria
Los transformadores de tracción ferroviaria se utilizan principalmente en sistemas ferroviarios electrificados para proporcionar energía confiable a los trenes y equipos ferroviarios relacionados. Sus aplicaciones varían según el tipo de ferrocarril, tren y sistema de electrificación.
| 5.1 Alta-velocidad y ferrocarril de pasajeros | |
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Los transformadores de tracción se utilizan ampliamente en sistemas ferroviarios de pasajeros convencionales y de alta-velocidad. Proporcionan la energía eléctrica necesaria para los trenes que circulan a altas velocidades y en condiciones de carga que cambian con frecuencia. |
| 5.2 Metro, tren ligero y tranvía | |
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Los transformadores de tracción también se utilizan en sistemas de transporte urbano, incluidos trenes de metro, trenes ligeros y tranvías. Soportan el suministro de energía eléctrica necesaria para las operaciones frecuentes de aceleración, frenado y parada-y-. |
| 5.3 Ferrocarriles de mercancías | |
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Los trenes de carga eléctricos requieren transformadores de tracción para soportar cargas pesadas y operaciones de larga-distancia. Estas aplicaciones imponen exigencias elevadas y en continuo cambio al sistema de potencia de tracción, lo que hace que el rendimiento confiable del transformador sea esencial. |
| 5.4 Sistemas ferroviarios internacionales | |
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Los trenes que circulan entre países o redes ferroviarias con diferentes estándares de electrificación pueden utilizar transformadores de tracción multi-sistema. Estos transformadores están diseñados para adaptarse a diferentes voltajes y frecuencias de suministro, lo que permite que los trenes operen en múltiples sistemas ferroviarios. |
6. Diseño y especificaciones del transformador de tracción ferroviaria.
El diseño del transformador de tracción depende del sistema de electrificación ferroviaria, tipo de instalación, nivel de voltaje, requisitos de energía y condiciones de operación. En comparación con los transformadores de potencia estándar, los transformadores ferroviarios deben soportar frecuentes cambios de carga, vibraciones mecánicas, tensiones eléctricas y condiciones operativas exigentes.
6.1 Núcleo y devanados
El núcleo del transformador proporciona una ruta de baja-reluctancia para el flujo magnético entre los devanados. Los materiales centrales de alta-calidad y una construcción rígida ayudan al transformador a mantener un rendimiento confiable bajo cargas ferroviarias fluctuantes.
Los devanados se diseñan de acuerdo con el voltaje y la potencia nominal requeridos. Se utilizan materiales conductores y sistemas de aislamiento de alta-calidad para proporcionar la resistencia mecánica y el aislamiento eléctrico necesarios para las aplicaciones ferroviarias.
6.2 Voltaje y Frecuencia
Las especificaciones del transformador de tracción dependen del sistema de suministro de energía ferroviaria. Los niveles comunes de suministro ferroviario incluyen:
- 15 kV, 16,7 Hz CA - utilizado en algunas redes ferroviarias europeas.
- 25 kV, 50/60 Hz CA - ampliamente utilizado para electrificación ferroviaria.
- Sistemas de tracción de 1,5 kV CC y 3 kV CC - utilizados en algunas redes ferroviarias urbanas y convencionales.
El voltaje de salida se selecciona de acuerdo con los requisitos del sistema de tracción y del equipo eléctrico conectado.
6.3 Potencia nominal
La potencia del transformador de tracción normalmente se especifica en kVA o MVA y depende del tren, la red ferroviaria y la carga esperada. Diferentes aplicaciones pueden requerir diferentes clasificaciones de potencia, desde unidades más pequeñas para trenes ligeros y tranvías hasta transformadores de mayor-capacidad para trenes de alta-velocidad y sistemas ferroviarios de servicio pesado-.
El transformador también debe estar diseñado para soportar sobrecargas-de corta duración y cambios rápidos de carga durante la aceleración, el frenado y el funcionamiento normal del tren.
6.4 Refrigeración y Construcción
Los transformadores de tracción pueden utilizar diferentes métodos de enfriamiento según la instalación y los requisitos de energía.
Los transformadores-inmersos en aceite utilizan líquido aislante tanto para refrigeración como para aislamiento.
Los transformadores de tipo seco-utilizan aire para refrigeración y materiales aislantes sólidos, lo que los hace adecuados para aplicaciones en las que no se prefiere el aceite.
Para aplicaciones a bordo, el transformador también debe cumplir estrictos requisitos de espacio y peso. Dependiendo del diseño del tren, los transformadores pueden instalarse en salas de máquinas, debajo del piso, en áreas de piso bajo-o en el techo.
6.5 Cambiador de tomas y regulación de voltaje
Se puede utilizar un cambiador de tomas para ajustar el voltaje del transformador de acuerdo con los requisitos del sistema de energía ferroviaria. Dependiendo de la aplicación, un transformador de tracción puede utilizar un cambiador de tomas con carga (OLTC) o un cambiador de tomas sin carga.
Un OLTC puede ajustar el voltaje mientras el transformador permanece energizado, mientras que un cambiador de tomas sin carga requiere que el transformador esté desconectado antes de cambiar la posición de la toma.
6.6 Eficiencia y Pérdidas de Energía
Los transformadores de tracción están diseñados para una alta eficiencia porque operan bajo condiciones de carga frecuentes y cambiantes. Sus pérdidas de energía incluyen principalmente pérdidas del núcleo y pérdidas de carga.
- Pérdidas centrales: Causado principalmente por histéresis y corrientes parásitas en el núcleo del transformador. Estas pérdidas permanecen relativamente estables cuando el transformador está energizado.
- Pérdidas de carga: Causado principalmente por la resistencia del devanado y aumenta con el cuadrado de la corriente de carga.
- Otras pérdidas: Las pérdidas parásitas, las pérdidas dieléctricas y la energía consumida por los equipos de refrigeración también pueden contribuir a las pérdidas totales.
La eficiencia y las pérdidas reales dependen del diseño del transformador, la potencia nominal, los materiales, el método de enfriamiento y la carga operativa. Por lo tanto, los valores de eficiencia y pérdida del transformador deben evaluarse de acuerdo con los requisitos específicos del proyecto y las normas aplicables.
6.7 Protección y Pruebas
Una protección confiable es esencial porque los transformadores de tracción operan bajo cargas eléctricas y dinámicas elevadas. Las funciones típicas de protección y monitoreo incluyen:
- Protección contra sobrecorriente
- Protección contra sobretensión
- Monitoreo de temperatura
- Vigilancia del aislamiento
- Protección de falla a tierra
Las pruebas del transformador de tracción se llevan a cabo para verificar el rendimiento eléctrico, la resistencia del aislamiento, el rendimiento de la temperatura y la confiabilidad general antes de que el transformador se ponga en servicio.
Las especificaciones y clasificaciones finales del transformador de tracción deben determinarse de acuerdo con el sistema de voltaje del ferrocarril, la frecuencia, la demanda de energía, las condiciones de instalación, el método de enfriamiento y las normas aplicables.
6.8 Desafíos clave del diseño
Los transformadores de tracción ferroviaria deben equilibrar varios requisitos, entre ellos:
Energía alta: Maneje cargas altas y que cambian rápidamente.
Gestión térmica: Disipa el calor en condiciones de funcionamiento exigentes.
Resistencia mecánica: Soporta vibraciones y tensiones mecánicas.
Compacidad: Cumple con las limitaciones de espacio y peso, especialmente para aplicaciones a bordo.
Fiabilidad: Mantenga un funcionamiento estable con un mantenimiento mínimo.
7. ¿Cómo seleccionar un transformador ferroviario?
La selección del transformador ferroviario adecuado depende del sistema eléctrico ferroviario, los requisitos de carga, las condiciones de instalación y las normas aplicables. Antes de realizar un pedido, es importante confirmar las siguientes especificaciones clave.
7.1 Potencia y voltaje nominales
El transformador debe tener capacidad suficiente para manejar la carga ferroviaria esperada, incluidas las cargas máximas y cambiantes durante la operación. La potencia nominal requerida y el nivel de alto-voltaje deben determinarse de acuerdo con el sistema de suministro de energía del ferrocarril.
SCOTECH puede proporcionar transformadores con potencia nominal de hasta 100 MVA y alto voltaje nominal de hasta 132 kV, con clasificaciones personalizadas disponibles según los requisitos del proyecto.
7.2 Requisitos de conexión y fase
La conexión del transformador debe coincidir con el sistema de tracción ferroviaria y su configuración de suministro eléctrico. Diferentes aplicaciones ferroviarias pueden requerir diferentes disposiciones de fases y conexiones de devanados.
Las opciones de conexión disponibles incluyen:
- Sí, d11
- Sí,d11,d5
- V₀V₀
- Scott-conectado (trifásico/bifásico)
- Leblanc-conectado (trifásico/bifásico)
- Woodbridge-conectado (trifásico/bifásico)
7.3 Medio de aislamiento y refrigeración
La elección del medio aislante y de refrigeración depende del entorno de instalación, los requisitos de rendimiento y las especificaciones del proyecto.
SCOTECH puede ofrecer diferentes opciones, incluidos FR3, aceite mineral, silicona, hidrocarburos y aceite vegetal.
Los sistemas de refrigeración también se pueden configurar según la clasificación y la aplicación del transformador, con radiadores galvanizados o de acero inoxidable-disponibles.
7.4 Tanque y accesorios
El tanque y la cubierta del transformador deben proporcionar suficiente resistencia mecánica y protección para los componentes internos. Dependiendo de los requisitos del proyecto, SCOTECH ofrece tanques y cubiertas de acero dulce o acero inoxidable-.
También se pueden configurar accesorios adicionales, que incluyen:
- Relevo Buchholz
- Transformador de corriente (CT)
- Cambiador de tomas en carga (OLTC)
- caja de clasificación
- Indicador de temperatura del devanado
- Otros accesorios de monitorización y protección.
7.5 Impedancia y requisitos personalizados
La impedancia del transformador afecta la regulación de voltaje y el rendimiento de cortocircuito-, por lo que debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos del sistema ferroviario.
SCOTECH admite impedancia personalizada y puede proporcionar un escudo electrostático cuando sea necesario. También se pueden personalizar otros parámetros del transformador según las especificaciones del proyecto.
7.6 Estándares y pruebas
Los transformadores ferroviarios deben diseñarse y probarse de acuerdo con los estándares requeridos para el proyecto y mercado específicos. SCOTECH diseña transformadores de acuerdo con IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA y otras normas relevantes aplicables.
Antes de seleccionar un transformador ferroviario, confirme la potencia nominal, voltaje, frecuencia, conexión, aislamiento y medio de enfriamiento, impedancia, accesorios, condiciones de instalación y estándares aplicables. Proporcionar estos detalles al fabricante del transformador ayuda a garantizar que el diseño final coincida con el sistema de energía ferroviaria y los requisitos operativos.
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