Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet l’utilisation et les principes d’installation des composants électrotechniques dans les fonctions ferroviaires de traction/freinage dynamique et les auxiliaires associés. Après une présentation du système de production d’énergie, il recense et détaille tous les composants électrotechniques de la chaîne de traction, du pantographe au rhéostat de freinage. Les technologies récentes mises en œuvre ont permis des progrès considérables en termes de productivité.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre CHAPAS : Senior expert (honoraire) Alstom Transport
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Marc DEBRUYNE : Master expert Alstom Transport
INTRODUCTION
Depuis son apparition en 1879 avec la première locomotive de Siemens, l’électrotechnique s’est développée pour la traction ferroviaire au même rythme que pour les autres secteurs industriels. Elle est ainsi l’un des arguments majeurs du chemin de fer en termes de performances, de productivité et donc de rentabilité économique. L’aspect environnemental est aussi l’une des motivations essentielles, quoique ancienne puisqu’à l’âge d’or de la traction à vapeur, on parlait déjà du grave problème de la pollution que seule l’électricité pouvait éliminer. Le transport ferroviaire est à ce titre aujourd’hui, et de très loin, le champion du développement durable et du respect de l’environnement.
L’électrotechnique et l’électronique de puissance intéressent tous les domaines ferroviaires, les installations fixes : alimentation en énergie, signalisation Traction électrique ferroviaire- Dynamique ferroviaire et sous-stations Composantes et applications électriques du système ferroviaire, énergie utilisée par le matériel roulant (engins de traction et matériel remorqué), ainsi que l’ensemble des catégories de transports ferroviaires : grande ligne, grande vitesse, matériels interurbains et urbains (métros et tramways) [C 4 440].
Il est intéressant d’en étudier les différents aspects sous l’angle des composants utilisés et de leurs principes d’installation. Notre exposé adopte une démarche fonctionnelle, laissant ainsi le champ à l’évolution très rapide des composants de détail mis en œuvre. Partant de l’alimentation, nous analysons les composants de la chaîne de traction et ses auxiliaires. Pour plus de détails, on se reportera aux références bibliographiques à .
Pour faciliter la compréhension, un panorama succinct de l’historique des composants électrotechniques montre l’évolution « non linéaire » de ceux-ci. La figure 1 donne les principales phases. Durant plus d’un siècle, l’électromécanique associée au moteur à courant continu à collecteur a régné sans partage sur la traction, atteignant même des sommets avec des locomotives de plus de 6 000 kW, construites en Suisse et en France. C’est seulement dans le dernier quart du siècle dernier que l’électronique de puissance a « pris le pouvoir » et le moteur asynchrone associé maintenant aux transistors IGBT s’étend de sorte qu’il est devenu la norme de construction de tous les matériels.
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Conclusion
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9. Installation des composants
Les composants des circuits de puissance et des auxiliaires sont groupés en blocs. Leur répartition répond aux contraintes de masse et d’encombrement, d’évacuation des pertes et de maintenance. L’évolution des blocs électriques est profondément marquée par la conception modulaire des sous-ensembles, notamment des convertisseurs à semi-conducteurs. La modularité permet de disposer de plusieurs blocs spécialisés, de moindres dimensions :
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bloc moteur par unité : bogie ou essieu ;
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bloc auxiliaire ;
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bloc commun comprenant les organes communs (disjoncteur continu, filtre, etc.) ;
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bloc de freinage rhéostatique.
Nous donnons ci-après les dispositions des composants électrotechniques de trois types d’engins moteurs.
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Locomotive à traction autonome (figure 35) : l’espace du compartiment des machines est occupé en grande partie par le groupe électrogène et son groupe de refroidissement ; la soute à combustible occupe la partie centrale sous le châssis. Il reste donc un volume réduit pour le bloc électrique comprenant les onduleurs et leur commande. Le rhéostat de freinage est, quant à lui, intégré à la toiture de la locomotive. Ces contraintes ne permettent pas d’installer une puissance bien supérieure à la moitié de celle d’un engin à traction électrique.
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Locomotive électrique (figure 36) : l’espace est totalement disponible pour les fonctions de transformation et conversion. Le transformateur, dans sa configuration actuelle, est très fréquemment installé sous le châssis, favorisant l’abaissement du centre de gravité de l’ensemble. Les blocs sont disposés symétriquement de part et d’autre d’un couloir central, permettant une maintenance aisée.
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Tramway et métro (figure 37) : la totalité de l’espace est dédié aux passagers. L’ensemble des composants est obligatoirement...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DEBRUYNE (M.) - Les chaînes de traction à IGBT de forte puissance - . Revue Générale des Chemins de Fer (avr. 2001).
-
(2) - JEUNESSE (A.), DEBRUYNE (M.) - BB 36000. La locomotive multitension européenne - . REE, no 9 (1998).
-
(3) - DEBRUYNE (M.) - High power IGBT traction drives - . World Congress on Railway Research, Cologne (nov. 2001).
-
(4) - KALLER (R.), ALLENBACH (J.M.) - Traction Électrique - . Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1995).
-
(5) - CHAPAS (P.) - La Traction Ferroviaire - . Documentation interne, Alstom Transport (2001).
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(6) - Les Constructions - . Guide de la technique (4). Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1993).
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