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RÉSUMÉ
Actuellement, seuls deux principes électriques de motorisation en système ferroviaire sont rencontrés à travers le monde : les circuits inducteurs sur mobiles et les circuits inducteurs sur la voie. Cet article évoque les applications appelées Maglev couvrant les deux principaux systèmes dits à attraction ou à répulsion. Ces systèmes font tous appel, sur voie obligatoirement ferrée magnétiquement, aux deux principaux types de motorisation linéaire, synchrone ou asynchrone. Les applications commerciales à faible vitesse, pour les dessertes courtes à nombreux arrêts et fortes fréquences, sont différenciées de celles à grande vitesse et à grande distance entre arrêts. Pour finir, sont évoqués les prototypes spéciaux et les recherches en cours.
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Yves MACHEFERT-TASSIN : Directeur honoraire des Études et recherches traction du groupe Schneider - Conseil ferroviaire du Tunnel sous la Manche et Eurotunnel - Professeur honoraire « Traction électrique » à l'École spéciale des travaux publics (ESTP)
INTRODUCTION
Il existe déjà, et depuis longtemps, comme nous le verrons dans l'historique des applications ferroviaires des moteurs linéaires, une abondante littérature sur les principes utilisés et leurs applications en recherche, développement, et essais réalisés.
C'est pourquoi nous ne reviendrons pas en détail sur les principes et les calculs, fort bien exposés dans le dossier [D 3 700] « Moteurs électriques à mouvement linéaire et composé », sauf évidemment, si l'application réalisée avec succès fait appel à des dispositions particulièrement nouvelles ou à des combinaisons de fonctions, autres que la traction et le freinage, ce qui est le cas le plus fréquent des systèmes guidés à sustentation magnétique notamment. Ces systèmes dépendent cependant de « rails » guides ou porteurs, et souvent de roues, quand les éléments de soutien magnétique ne sont pas en action, et parfois même alors que les parties motrices linéaires le sont. C'est ce qui explique que nous évoquons donc aussi les applications appelées « Maglev » (Magnetic Levitation ) qui couvrent les deux principaux systèmes dits à attraction (« Transrapid » d'origine allemande ) ou à répulsion (« Maglev » japonais actuels ). Ces systèmes font tous appel, sur voie obligatoirement ferrée magnétiquement, aux deux principaux types de motorisation linéaire, synchrone ou asynchrone.
Après le rappel des choix réalisés, de moteurs, ainsi que de leur alimentation soit venant des mobiles, soit fixés à la voie, ou combinant parfois les deux, les applications commerciales nous permettront de différencier celles à faible vitesse, pour les dessertes courtes à nombreux arrêts et fortes fréquences, de celles à grande vitesse à grande distance entre arrêts. Pour finir, nous évoquons enfin les prototypes spéciaux et les recherches toujours en cours, ou restant… en attente d'évolution.
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1. Principes électriques utilisables
On constate aisément que le « linéaire » a presque tout essayé comme formules de propulsion électrique en remplacement, sur voie ferrée, des moteurs rotatifs devenus à fréquence variable et actionnant les essieux et les roues motrices (à adhérence) soit directement, soit par réduction d'engrenages généralisée. Après ce centenaire écoulé d'idées, d'essais et de… 5 réalisations en service commercial au monde, en 2008 à notre connaissance, il ne reste en voie ferrée ou non, que deux principes de motorisation adoptés actuellement. Ils font tous deux appel aux derniers modèles de convertisseurs statiques (à GTO ou IGBT) réalisés pour les « rotatifs » :
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d'une part les circuits inducteurs sur mobiles avec entrefers réduits ou peu variables (1 cm par exemple), vis-à-vis des induits développés sur voie ;
-
d'autre part les circuits inducteurs sur la voie, avec entrefers plus grands et assez variables (1 à 10 cm par exemple), vis-à-vis des induits sur véhicules (ces derniers pouvant électriquement jouer un rôle inducteur).
Ces considérations électromécaniques sont indépendantes du type de commutation électrique et des courants choisis pour les moteurs :
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asynchrone polyphasé dans le premier cas, concernant surtout les véhicules roulant sur voies ferrées, à roues non motrices, mais ayant aussi convenu à des véhicules à sustentation et guidage électromagnétique à attraction de type Transrapid ;
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synchrone à commutation électronique par secteurs depuis la sous-station pour les plus récents des véhicules Maglev de toutes catégories, à attraction ou répulsion, avec ou sans roues auxiliaires ou de secours.
Si la mise en pratique du moteur rotatif à induction, utilisant les courants alternatifs polyphasés date de 1888 environ, avec N. Tesla et Ferraris, il faut attendre 1905 pour voir des débuts d'application, sous forme développée, donc linéaire, d'un moteur polyphasé de traction ferroviaire à double inducteur enserrant une plaque disposée verticalement entre les rails d'une voie ferrée, à la manière d'un ruban homogène. L'idée de Zehden est brevetée en 1902 (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
BOUCHEROT (P.) - Bulletin de la Société Internationale des Électriciens. - Vol. 8, p. 731 (1908).
A wound rotor motor 1400 feet long. - Westinghouse Engineer. Electropult, no 6 (1946).
SHTURMAN - Moteur d'induction à circuit magnétique ouvert. - Elecktrichestvo, no 10, p. 43 (1946).
SHTURMAN, ARANOV - Effets d'extrémités dans les moteurs d'induction à circuit magnétique ouvert. - Elecktrichestvo, no 2, p. 54 (1947).
BARWELL - Some speculations on the future of railway mechanical engineering. - Proc I. Mechanical E, vol. 176, n o 3, p. 61-82/88-91 (1962).
LAITHWAITE (E.) - Linear induction motor Proceedings IEE. - Déc. 1957.
ALBOULL - Les moteurs asynchrones linéaires. - L'Électricien, janv. 1965.
EBELT - Le moteur linéaire dans ses emplois pour les engins moteurs électriques. - Deutsche Eisenbahntechnik, fév. 1966.
LAITHWAITE (E.) - Linear induction motor for high-speed railways. - Barwell. Electronics and Power, vol. X, avr. 1964.
WIART (A.) - Bases théoriques et applications des moteurs linéaires. - Revue Jeumont-Schneider, no 8 (1970).
MACHEFERT-TASSIN (Y.) - Le moteur linéaire. Applications du moteur linéaire dans les transports. - Revue Générale de l'Électricité, T. 80, n o 2. (voir aussi conférences de Grenoble...
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