Para la explicación del funcionamiento del metro se hará según los diferentes sistemas o elementos del metro, tomando como referencia el metro que circula en la actualidad por Madrid; los diferentes sistemas o elementos son los siguientes:

1) Esquema de potencia:
Los diferentes elementos del circuito de potencia de un metro son los siguientes:

• El pantógrafo, a través del cual el vagón recibe la corriente de alimentación de 600 v de corriente continua de la catenaria. A la salida de éste se tiene:

• El pararrayos, que actúa cuando se produce una sobreintensidad a causa de un cortocircuito o un problema en la línea, y la deriva a tierra para que no afecte al circuito.

• El disyuntor, que tiene una doble función:
• Impedir el retorno de la corriente a la catenaria.
• Evitar que si se produce un armónico de 50 Hz en la red éste interfiera en la red, ya que es a esta frecuencia a la que se transmiten las señales de circulación. En el caso de que esto se produzca el disyuntor actúa parando el motor para evitar accidentes.

• Las líneas, que transmiten la alimentación al resto de los vagones evitando así la aplicación de un pantógrafo y disyuntor en cada vagón o sirven para devolver la energía al carril de tierra.

 
• Contactores conectados a la línea que sale del disyuntor, los cuales permiten o no el paso de la corriente a  los onduladores.

 
• Onduladores, se colocan dos por vagón y se componen de diversos IGBT'S y elementos eléctricos que proporcionan la corriente alterna que necesitan los motores trifásicos para producir el movimiento de las ruedas.

 
• Motores trifásicos de tensión constante y frecuencia variable, alojados en los bogies de los motores. Se tienen dos bogies por vagón y dos motores trifásicos en cada bogie del motor.

 
• Resistencias de frenado, que en el caso de producirse un exceso de energía hacen que se produzca un aumento de carga en los motores ocasionando una disminución de la velocidad.

 
• Cable de masa para evitar descargas eléctricas peligrosas.

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La totalidad del circuito eléctrico de potencia (onduladores, resistencias y condensadores) se encuentra alojado en una cuba, la cual contiene un refrigerante (freón) para su enfriamiento.
 

2) Sistema mecánico, con los siguientes elementos:

• Los bogies, sobre los que se produce el movimiento. Cada coche se apoya sobre dos bogies que pueden ser motores o remolques; ambos tipos de bogies poseen los mismos elementos, salvo que los bogies motores llevan los dos motores trifásicos y los remolques no. El sistema de los bogies contiene:

• Un reductor en cada uno de los motores de los bogies, con sus correspondientes engranajes para convertir el movimiento longitudinal en transversal.
• Las ruedas, que son elásticas (de 840 mm. en el metro de Madrid)  y están diseñadas para evitar el descarrilamiento o el vuelco, manteniendo un contacto puntual con el carril, lo que proporciona una disminución de la resistencia al avance.
• Las cajas de grasa que albergan en su interior los rodamientos mediante los cuales se realiza la unión del bogie al vagón, evitando así el giro completo del vagón en las curvas y proporcionando un mayor confort a los pasajeros.
• La suspensión primaria, en contacto con las cajas de grasa mediante dos brazos sobre los que se apoyan los resortes de la suspensión. La suspensión primaria es neumática y su cometido es amortiguar los posibles movimientos debidos a los desniveles de la vía.
• La suspensión secundaria, para contrarrestar la carga que suponen los pasajeros que llevan cada vagón en cada momento.
• El sistema de freno de los bogies, compuesto a su vez por dos subsistemas de frenado:
• Subsistema de frenado por discos montado sobre el eje.
• El freno de estacionamiento.
• Las antenas, que son dos y salen del bastidor del bogie. Sirven para recoger la información del carril. Dicha información opera con el sistema de emergencia ATO y el de protección ATP.

Detalle de antenas en metro

• Los enganches, con distintos sistemas de acoplamiento según para lo que se utilicen.

• Los motores. Teniendo en cuenta que se consideran como unidad dos vagones de metro, de los cuales el primero es motor y el segundo remolque. El vagón motor lleva dos bogies bimotores de corriente alterna. Los tipos de motor más utilizados son los asíncronos trifásicos y monofásicos.

3) Sistema neumático, cuyos elementos son:

• Compresor, que proporciona aire comprimido a 10 Kg/cm²

• Freno neumático, para el caso del no funcionamiento del freno eléctrico.

• Freno de estacionamiento.

• Equipo neumático auxiliar, para la suspensión, silbatos, pantógrafo y desacoplamiento.

4) Convertidor estático, encargado de producir la energía eléctrica necesaria para la alimentación de servicios auxiliares.
 

5) Sistema de protecciones eléctricas, cuyo cometido es:

• Protección dinámica contra sobretensión.
• Protección contra sobrecorriente de línea y de fase.
• Protección contra patinaje y deslizamiento.
• Protección contra sobrevelocidad.
• Protección contra sobretemperatura de semiconductores y refrigerante.
• Protección contra sobretensiones inversas en IGBT'S.
• Protección contra mínima tensión de línea.
• Protección contra falta de alimentación en la electrónica de control.

6) Sistemas de freno, cuyos tipos de freno son los siguientes:

• Freno regenerativo, en el que el motor funciona como generador absorbiendo energía mecánica del eje del motor y devolviendo energía eléctrica a la red.
• Freno reostático, si el freno del motor se produce al aumentar la carga por la inserción de resistencias, en las cuales se disipa la energía en forma de calor (efecto Joule). Este tipo de freno es capaz de asumir el 100% de frenado.
• Frenado neumático, puede asumir el freno total y sirve de complemento al freno eléctrico.
• Freno de emergencia, puede ser activado por los pasajeros y produce una parada automática del metro.
• Freno de estacionamiento, por cilindros y sirve para el frenado de los dos ejes de cada bogie.

7) Sistema de alimentación, compuesto por:

• Subestaciones:

La alimentación eléctrica del metro se hace con corriente continua, normalmente a una tensión nominal de 600 v., debido a que la alimentación del metro se hace a través de la red eléctrica española y ésta posee corriente alterna de 15 Kv y 50 Hz, se debe rectificar la tensión; en el metro se emplean las subestaciones de corriente continua.

• Catenaria:

Se utilizan catenarias monofásicas de suspensión en Y, teniendo en cuenta los condicionantes influyentes en su instalación.

• Circuito de retorno:

Utilizado para cerrar el circuito eléctrico; se efectúa a través de los raíles.

Vagón de metro fabricado por C.A.F.

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