Nel settore ferroviario la continuità di servizio è un requisito di sistema: un fermo, un’anomalia o un comportamento non conforme impattano non solo la produttività, ma anche affidabilità operativa e sicurezza.
In questo scenario Ortea è stata selezionata da una società italiana, parte di una grande multinazionale che fornisce soluzioni infrastrutturali complete e integrate per l’industria ferroviaria globale, per una fornitura programmata su base annuale con consegne trimestrali di numerosi trasformatori dedicati a sistemi UPS.
L’obiettivo di questo articolo è chiarire come si realizza un trasformatore per UPS destinato al settore ferroviario e come Ortea affronta la sfida progettuale quando entrano in gioco capitolati rigorosi, vincoli dimensionali e normative specifiche.
COME SI PROGETTA UN TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO PER UPS DESTINATO AL SETTORE FERROVIARIO?
Un trasformatore per UPS ferroviario non è un semplice trasformatore di isolamento. Deve spesso lavorare con raddrizzatori a 12 impulsi, gestire armoniche, rispettare impedenze/induttanze di cortocircuito richieste dal capitolato, contenere correnti di inserzione e a vuoto, rientrare in ingombri imposti e risultare conforme a normative ferroviarie (oltre a quelle standard).
Ortea lo progetta con calcolo multi-fisico magnetico + termico + meccanico e lo industrializza con pianificazione di produzione e consegne ripetute.
PERCHÉ NEL SETTORE FERROVIARIO È PIÙ COMPLICATA LA PROGETTAZIONE DI TRASFORMATORI PER UPS?
In ambito ferroviario un UPS deve garantire continuità anche in condizioni non ideali: disturbi di rete, carichi sensibili, vincoli di installazione e requisiti che raramente sono “tutti allineati”. In queste applicazioni il trasformatore non è un componente accessorio: incide direttamente su qualità dell’energia, compatibilità con i convertitori (raddrizzatore/inverter), prestazioni termiche e rispetto delle specifiche.
Nel caso di riferimento, la catena UPS richiede due famiglie di trasformatori: un trasformatore in ingresso al raddrizzatore (architettura a 12 impulsi) e un trasformatore a valle dell’inverter per adattamento tensione e controllo delle armoniche.
La complessità aumenta per la presenza di armoniche (corrente e tensione) che influenzano perdite e riscaldamenti, limiti termici molto restrittivi (classe termica e sovratemperatura), ingombri stringenti e requisiti meccanici/di connessione, oltre a norme ferroviarie dedicate.
ARCHITETTURA TIPICA: TRASFORMATORE RADDRIZZATORE + TRASFORMATORE INVERTER
TRASFORMATORE PER RADDRIZZATORE A 12 IMPULSI (SISTEMA ESAFASE)
Per realizzare un raddrizzatore a 12 impulsi, utile a contenere il ripple e ridurre il disturbo verso rete, serve un trasformatore con due secondari che generano due terne trifasi.
I requisiti tipici includono un’impedenza tra primario e secondari elevata (nel caso descritto: Vcc% importante), spesso ottenuta con reattanza integrata (shunt) per contenere ingombri e costi senza compromettere la linearità, con attenzione alla saturazione. È inoltre determinante l’impedenza tra i due secondari, che limita sovracorrenti nel convertitore e dipende da geometrie e distanziamento degli avvolgimenti: qui la precisione di calcolo fa la differenza.
Un ulteriore vincolo frequente è la bassa corrente a vuoto, spesso richiesta a capitolato e influenzata da qualità del ferro, induzione scelta e realizzazione costruttiva, non solo dal progetto “su carta”.
TRASFORMATORE IN USCITA INVERTER (ELEVATORE + CONTROLLO ARMONICHE)
A valle dell’inverter serve un trasformatore per adattare la tensione (ad esempio verso 400 V) e, allo stesso tempo, contenere armoniche di corrente tramite una reattanza a dispersione. Una soluzione tipica è la dispersione in aria con Vcc% dedicata. Inoltre, il nucleo deve gestire l’effetto termico delle armoniche di tensione iniettate dall’inverter.
CALCOLO MULTI-FISICO: IL COMPROMESSO PROGETTUALE “CONTROLLATO”
Nel ferroviario è comune avere requisiti stringenti e in parte in contrapposizione: ridurre ingombri, limitare perdite e riscaldamenti, contenere correnti di inserzione, rispettare Vcc%/Xcc% richiesti a capitolato e mantenere una bassa corrente a vuoto. Per questo serve un compromesso progettuale governato, non “subìto”.
Progettare un trasformatore per UPS ferroviario significa controllare con precisione come nucleo e avvolgimenti si comportano in condizioni nominali e in presenza di armoniche, dispersioni volute (o imposte), vincoli geometrici e limiti termici. Ortea affronta questa complessità con un approccio multi-fisico che integra progettazione magnetica (flussi, induzione, perdite nel ferro, dispersioni, impedenze tra avvolgimenti), elettrica (Vcc/Xcc, correnti di corto, impatto armoniche e compatibilità con raddrizzatori/inverter), termica (perdite rame/ferro, sovratemperature ammissibili, smaltimento in funzione di ingombri e ventilazione) e meccanica/costruttiva (layout interno, distanze, terminali, cablaggi e ripetibilità produttiva).
In pratica non si tratta di “adattare” un trasformatore standard, ma di progettarlo attorno alla specifica ferroviaria, trovando il punto di equilibrio ottimale tra prestazioni, conformità e industrializzazione, così da garantire forniture ripetute e coerenti nel tempo.
INDUTTANZE/IMPEDENZE DI CORTOCIRCUITO (XCC/VCC%) E REATTANZE INTEGRATE
Quando si richiedono valori elevati tra primario e secondari, una reattanza integrata è spesso la scelta più efficace per limitare ingombri. Va però dimensionata per evitare saturazione e garantire linearità nelle condizioni previste.
PERDITE NEL NUCLEO E SCELTA DEL FERRO (GO)
Le armoniche possono incrementare sensibilmente le perdite nel ferro. La scelta del lamierino a grani orientati (GO) e del suo spessore è un punto progettuale determinante perché incide su temperatura, costi e affidabilità. In ambito ferroviario, con limiti termici e requisiti di continuità particolarmente stringenti, questa scelta va governata con calcoli accurati e know-how specifico.
CORRENTE A VUOTO E CORRENTE DI INSERZIONE
Ridurre la corrente di inserzione può andare in direzione opposta rispetto a corrente a vuoto e perdite nel ferro (ad esempio aumentando il traferro). Il risultato migliore deriva da un mix di scelta del ferro, dimensionamento dei traferri e qualità costruttiva.
TERMINALI E VINCOLI MECCANICI
Nel ferroviario è frequente richiedere disposizioni dei terminali specifiche e connessioni dedicate. Questo si traduce in requisiti di precisione meccanica e in un layout interno non banale.
TEMPERATURA: SOVRATEMPERATURA MASSIMA E CLASSE TERMICA
La progettazione punta a contenere perdite e ottimizzare le superfici dissipanti per rispettare vincoli termici. Nel caso citato: classe termica B con sovratemperatura limitata, in coerenza con il capitolato.
CONFORMITÀ NORMATIVA: PROGETTARE “A SPECIFICA”, NON ADATTARE A POSTERIORI
Nel settore ferroviario la conformità non è un allegato finale: è un driver di progetto. L’impostazione corretta parte dall’analisi del capitolato e dei requisiti (elettrici, termici, dimensionali, connessioni) prosegue con una progettazione del magnetico coerente con la specifica e si completa con verifiche e industrializzazione orientate alla ripetibilità, così che ogni lotto rispetti le stesse prestazioni e gli stessi vincoli di installazione.
Nel caso di riferimento, i trasformatori sono dichiarati conformi anche a normativa ferroviaria dedicata, oltre agli standard generali.
NON SOLO “PROGETTAZIONE”: FORNITURE CONTINUATIVE PROGRAMMATE
Il progetto include una fornitura a programma con pianificazione annuale e consegne trimestrali. Questo richiede standardizzazione dove possibile e customizzazione dove serve, controllo della distinta base e delle materie prime critiche, gestione varianti e tracciabilità dei componenti, processi ripetibili di produzione e collaudo, oltre a coordinamento logistico per consegne cadenzate e allineate alle esigenze del cliente.
Per il cliente significa continuità di fornitura, con la tranquillità che ogni trimestre arriva un prodotto coerente con capitolato, prestazioni attese e vincoli installativi, riducendo il rischio di fermi, rilavorazioni o ritardi di cantiere.
PERCHÉ SCEGLIERE ORTEA COME PARTNER PER TRASFORMATORI UPS IN AMBITO FERROVIARIO
Ortea combina know-how di calcolo multi-fisico (magnetico + termico + meccanico) per gestire requisiti complessi e spesso in contrapposizione, esperienza su architetture UPS (raddrizzatori a 12 impulsi e trasformatori inverter) con attenzione ad armoniche, perdite e comportamento dinamico del magnetico nelle reali condizioni di esercizio, e un approccio realmente “capitolato-driven” in cui ingombri, terminali, Vcc/Xcc, correnti a vuoto e di inserzione, limiti termici e vincoli di installazione diventano parametri di progetto controllati.
A questo si aggiunge l’affidabilità di fornitura: capacità di programmare produzioni e consegne ripetute, utile quando il cliente gestisce commesse progressive, cantieri o piani multi-sito e richiede continuità e coerenza lotto dopo lotto.
FAQ
UN TRASFORMATORE PER UPS FERROVIARIO È UGUALE A UN TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO STANDARD?
No. Deve spesso gestire requisiti aggiuntivi legati a raddrizzatori/inverter (armoniche, impedenze tra avvolgimenti, correnti a vuoto e di inserzione), vincoli di ingombro e conformità a normative ferroviarie.
PERCHÉ SI USA UN RADDRIZZATORE A 12 IMPULSI E COSA CAMBIA PER IL TRASFORMATORE?
Il 12 impulsi aiuta a contenere ripple e disturbo verso rete, ma richiede un sistema esafase ottenuto con un trasformatore a due secondari (due terne trifasi) e impedenze tra avvolgimenti progettate con precisione.
COSA SIGNIFICA “REATTANZA INTEGRATA” NEL TRASFORMATORE?
È una soluzione che integra l’effetto di reattanza per raggiungere l’impedenza richiesta limitando gli ingombri. Va progettata evitando saturazione e garantendo linearità nelle condizioni previste.
PERCHÉ LE ARMONICHE SONO UN TEMA COSÌ IMPORTANTE PER NUCLEO E TEMPERATURA?
Perché aumentano le perdite (anche nel ferro) e quindi il riscaldamento. La scelta del materiale e l’ottimizzazione del nucleo servono a rispettare i limiti termici del capitolato.
