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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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5. Conversion électrique
5.1 Différents types de convertisseurs et leurs applications
Les convertisseurs se répartissent en trois types :
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redresseur monophasé 4-quadrants (figure 16a) délivrant une tension redressée régulée servant, à partir de la tension secondaire du transformateur, de bus continu d’alimentation de l’onduleur. Il est réversible et fonctionne en onduleur lors du freinage par récupération. Il est parfois dénommé « pont monophasé à commutation forcée » (PMCF), redresseur mixte, onduleur MLI (modulation de largeur d’impulsion, redresseur actif) ;
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onduleur (figure 16b) délivrant, à partir du filtre principal ou du bus continu, une tension et une fréquence variables, permettant ainsi le réglage du couple du moteur asynchrone de traction, en traction et en freinage électrique ;
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hacheur (figure 16c) permettant de limiter la tension du bus intermédiaire en « freinage rhéostatique ».
L’association de ces convertisseurs couvre la totalité des cas de traction, quelle que soit l’alimentation ou la configuration des moteurs.
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Métro sous 750 V continu : à partir du captage du courant par frotteurs, le filtre alimente un onduleur sur lequel sont connectés en parallèle les quatre moteurs d’une motrice (figure 17). En freinage par récupération, les moteurs fonctionnent en génératrices asynchrones et l’onduleur fonctionne en redresseur. Si le réseau ne peut pas récupérer toute l’énergie de freinage,...
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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).
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(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).
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(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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