Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La traction électrique, bien qu'apparue en 1880, a réellement été développée à partir de 1970, avec l'apport de l'électronique de puissance. En effet, cette dernière a permis de réelles avancées en offrant la possibilité de mettre en relation toutes les formes d'énergie électrique, cela de façon continue et bidirectionnelle, avec un excellent rendement. Ainsi l'utilisation de semi-conducteurs en silicium a généré un véritable gain en souplesse de contrôle, en énergie consommée et en compacité/légèreté pour les machines. Cet article présente le cheminement des évolutions technologiques dans le domaine de la traction électrique, des premières machines à l'emploi d'interrupteurs électroniques. Avec la description de nouveaux matériaux, comme le carbure de silicium, ce dossier aborde également les tendances du domaine et les progrès à venir.
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Although electric traction was created in 1880, it was not developed until 1970 with the help of power electronics. Indeed, power electronics has allowed for significant progress by offering the possibility to link all forms of electric energy in a continuous and two-directional way, with an excellent yield. Thus, the use of silicon semiconductors has significantly improved the easiness of control, decreased the amount of energy used and increased the compactness/lightness of machines. This article presents the progress of technological evolutions in the field of electric traction, from the first machines up to the use of electronic switches. Via the description of new materials such as silicon carbide, this article also deals with the current trends of the domain and improvements to come.
Auteur(s)
-
Marc DEBRUYNE : Ingénieur HEI (Hautes Études Industrielles) - Master Expert en Systèmes de traction – Alstom Transport
INTRODUCTION
Il est communément admis que la traction électrique a pris naissance vers 1880 lorsque Werner von Siemens présentait pour la première fois un engin mû par un moteur électrique à l'exposition universelle de Berlin. À l'aube du vingtième siècle, tous les types de moteurs électriques étaient connus, qu'ils soient à courant continu, synchrone ou asynchrone. Cependant, il manquait à ces machines la souplesse de réglage, c'est ce que va apporter l'électronique de puissance quand elle fait son entrée avec les thyristors à la fin des années 1960.
Le fondement de l'électronique de puissance s'appuie essentiellement sur le concept d'interrupteur statique qui va être réalisé grâce au silicium, matériau aux propriétés étonnantes, capable de passer de l'état d'isolant à l'état de conducteur sous l'action d'une simple commande électrique.
En cheminant dans le domaine de la traction électrique depuis ses origines à travers toutes les étapes technologiques jusqu'à l'avènement des interrupteurs électroniques, on pourra apprécier le génie inventif des ingénieurs du ferroviaire et mesurer l'accroissement progressif mais constant des performances et de la compacité des équipements traction à chaque évolution des semi-conducteurs de puissance, diode, thyristor, GTO et IGBT.
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Conclusion
En anglais
4. Traction électrique du futur
4.1 Nouveaux challenges
La traction électrique à moteur asynchrone est aujourd'hui arrivée à maturité. Les convertisseurs onduleurs de tension à IGBT couvrent toute la gamme du matériel roulant du tramway aux puissantes locomotives multitensions en passant par les métros, les automotrices et les trains à grande vitesse, mais les besoins des opérateurs ferroviaires poussés par la demande du public sont toujours plus exigeants. Les axes d'amélioration de performances de la traction électrique qui ont pris naissance dès l'origine sont toujours là avec cependant de nouvelles contraintes ou plutôt des exigences d'excellence qui n'étaient pas en usage auparavant.
Les axes classiques d'amélioration restent toujours présents comme :
-
l'augmentation des puissances installées en vue d'accroître la vitesse et la charge ;
-
la réduction des masses et des volumes des équipements de traction pour faciliter l'installation à bord, laisser plus d'espace aux passagers et réduire indirectement la consommation énergétique ;
-
la réduction des pertes calorifiques et donc l'amélioration du rendement qui impacte directement la facture d'électricité mais aussi le volume des dispositifs de refroidissement ; moins de pertes à dissiper signifie aussi des radiateurs plus petits, des débits d'air de ventilation plus faibles et en conséquence moins de pollution et de nuisance sonore ; tout est lié, n'oublions pas qu'à bord d'un engin de traction quels que soient les fluides intermédiaires de refroidissement, le fluide final est toujours l'air ambiant.
De nouvelles contraintes plus récentes sont maintenant à prendre en compte :
L'aspect environnemental sous toutes ses formes :
-
perturbation électromagnétique avec l'émission de champs électriques mais surtout magnétiques ;
-
nuisance sonore due à la ventilation mais aussi à l'effet de magnétostriction dans les circuits magnétiques moteurs, transformateurs et bobinages ;
-
et bien sûr la pollution chimique par les fluides et matériaux divers qui entrent dans la constitution des équipements : huiles, eau glycolée, électrolytes divers...
L'aspect sécuritaire entre maintenant dans un certain nombre de fonctions de la chaîne de traction :
-
le freinage dynamique pour les trains à grande vitesse ;
-
la régulation...
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Traction électrique du futur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FORRAY (R.) - SNCF. Les locomotives de la série BB12000 à redresseurs au silicium. - Revue Générale des Chemins de Fer, fév. 1965.
-
(2) - NOUVION (F.), COSSIE (A.), DUPONT (R.) - SNCF. Les locomotives monophasées BB15000. - Revue Générale des Chemins de Fer, juin 1971.
-
(3) - MACHEFERT TASSIN (Y.), NOUVION (F.), WOIMANT (J.) - Histoire de la traction électrique. - Collection « histoire et technique », La Vie du Rail, tome 1 (1980), et tome 2 (1986).
-
(4) - LACÔTE (F.) - La nouvelle génération de matériel à grande vitesse de la SNCF. Le matériel TGV Atlantique. - Revue Générale des Chemins de Fer, déc. 1986.
-
(5) - JEUNESSE (A.) SNCF, DEBRUYNE (M.H.) Alston - La BB36000 : la locomotive multitension européenne. - Revue de l'électricité et de l'électronique REE, oct. 1998.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Matériel moteur. Moteur synchrone autopiloté alimenté par un onduleur de courant.
ANNEXES
Laboratoire de machines électriques http://lme.epfl.ch/page15864.html
Traction électrique Vol. 1, 2e édition entièrement revue et augmentée http://www.polymtl.ca/pub/argumentaire.php?l=fre=7616
HAUT DE PAGE
EPE European Power Electronics and Drive http://www.epe-association.org/epe/index.php
PCIM Power Conversion Intelligent Motion http://www.mesago.de/en/PCIM/main.htm
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs de matériel ferroviaire
Alstom Transport http://www.transport.alstom.com
Bombardier http://www.bombardier.com
Siemens http://www.siemens.com
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