Apport de l'électronique de puissance pour la traction électrique

1 - Trois révolutions technologiques

• 1.1 - Vapeur
• 1.2 - Électricité
  Figure 1 - Contrôle par résistances et contacteurs – Arbre à cames JH Figure 2 - Moteur « direct ». Contrôle par transformateur à prises et graduateur Figure 3 - Redresseur à ignitrons – Contrôle par graduateur Figure 4 - Redresseur à diodes – Contrôle par graduateur
• 1.3 - Électronique de puissance

2 - Interrupteurs électroniques en traction électrique

• 2.1 - Thyristor : premier semi-conducteur contrôlé
  Figure 6 - Thyristors lents pour redresseurs contrôlés Figure 7 - Thyristors rapides pour hacheurs ou onduleurs Figure 8 - Thyristor GTO
• 2.2 - Thyristor GTO
  Figure 9 - Coupe d'un transistor IGBT
• 2.3 - Transistor IGBT
  Figure 10 - Transistors IGBT employés en traction électrique Figure 11 - Évolution des semi-conducteurs en traction

3 - Évolution des schémas de puissance en traction électrique

• 3.1 - Historique
  Figure 12 - Historique des technologies utilisées en traction électrique Figure 13 - Évolution des schémas avec les différents types de moteurs de traction
• 3.2 - Simplification – Compacité – Performance
  Figure 14 - Condensateurs de puissance Figure 15 - Hacheur à thyristors des BB7200-BB22000… TGV-PSE Figure 16 - Onduleur de tension à thyristors de la BB10003 Figure 17 - Onduleur de courant à thyristors type Z2N Figure 18 - Onduleur de tension à GTO type BB36000 Figure 19 - Onduleur de tension à IGBT toutes applications moteurs triphasés
• 3.3 - Efficacité énergique en alimentation alternative monophasée
  Figure 20 - TGV-Atlantique – Amélioration du facteur de puissance (AFP) Figure 21 - TGV-Atlantique – Formes d'ondes ponts mixtes avec et sans AFP Figure 22 - Redresseur d'entrée – pont monophasé à commutation forcée PMCF Figure 23 - Comparaison Ponts mixtes et PMCF
• 3.4 - Standardisation des schémas et des sous-ensembles
  Figure 24 - Schéma simplifié standard pour matériel bitension AC-DC Figure 25 - Bras IGBT, « brique » de base de la standardisation

4 - Traction électrique du futur

• 4.1 - Nouveaux challenges
• 4.2 - Moteurs synchrones à aimants permanents
  Figure 26 - Moteur roue à aimants permanents 65 kW du VAL 208 Figure 27 - Moteur à aimants du bogie Syntegra Siemens Figure 28 - Moteur à aimants permanents de l'AGV Figure 29 - Évolution en kg/kW des moteurs de traction Tableau 1
• 4.3 - Management de l'énergie électrique et autonomie
  Figure 30 - Modes de fonctionnement avec système de stockage d'énergie Figure 31 - Tramway muni d'un système de stockage d'énergie à supercondensateurs

5 - Conclusion