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SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

Le système FERELEC permet de mettre en évidence les comportements particuliers d’un système réel de traction électrique, en tenant compte de la

variabilité de la charge, du profil de la voie, du problème de l’adhérence roue – rail, de la pénétration dans l’air.

Le système réel considéré dans ce document est constitué d’une locomotive BB 15000, de ses wagons chargés ou non, des rails et de la

caténaire.

SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

Frontière du système de traction étudiéFrontière du système de traction étudié

A0A0

BB 15000Caractéristiques

- Longueur : 17,48 m

- Masse totale : 88 tonnes

- Diamètre roues : 1,215 m (mi-usées)

- Réduction : 1:1,659

- Vitesse maximale : 180 km /h

- Effort à la jante à la vitesse maximale : 82 kN

En exploitation:

- Puissance continue : 4000 kW (128 kN à 110 km/h)

- Puissance unihoraire : 4420 kW

- Vitesse maximale : 160 km/h

2 bogies indépendants. 1 moteur électrique par bogie, entraînant 2 essieux par l’intermédiaire d’un réducteur mécanique à rapport constant.

190

93

11098 152 172

180

V(km/h)

Fj (kN)294

0

Caractéristique de traction(roues mi-usées, adhérence

moyenne)

128

Champ maximum

Rayon des courbes

Principes de construction des voies de chemin de ferPrincipes de construction des voies de chemin de fer

Profil de voie

1000m

35mLa SNCF admet par exemple des déclivités de 35 pour 1 000 (3,5 %) pour certaines lignes de transport de voyageurs à très grande vitesse.

Le franchissement des courbes contraint à limiter la vitesse des Le franchissement des courbes contraint à limiter la vitesse des trains : pour circuler à 200 km/h, le rayon des courbes minimum trains : pour circuler à 200 km/h, le rayon des courbes minimum est de 1 700 mètres. Pour rouler à 270 km/h, le rayon des est de 1 700 mètres. Pour rouler à 270 km/h, le rayon des courbes doit être de l’ordre de 4 000 mètres.courbes doit être de l’ordre de 4 000 mètres.

d = 35/1000 = 3,5%

SNCF-CAV-Eric BERNARD

Rayon

La caténaire permet d’alimenter la motrice en énergie, depuis les sous-stations. Le câble supérieur, appelé «  porteur », aide à maintenir la caténaire. Le « retour » du courant se fait par les rails..

Support en ogive (viaduc de Garabit)

La caténaire

Support 25kV Support 1500V poutrelle H

Feuille de route

Dans sa cabine, le conducteur surveille la signalisation et contrôle la marche du train grâce aux instruments disposés devant lui.

Il assure le démarrage, l’arrêt du train et règle la vitesse selon sa feuille de route.

Le pupitre de commande de la BB 15000

-Réseau monophasé 230 V -Perturbations énergétiques:

- Dialogue conducteur / motrice selon :

horaires, présence conducteur, liaison radio, signaux optiques.

- Dialogue voie / motrice :arrêt automatique de sécurité.

N.B.: le conducteur n’appartient pas au système

, ,

Informations visuelles

Pertes énergétiques

Énergie électrique renvoyée au réseau

WW RR EE

A-0

- Vitesse de déplacement (consignes vitesse ou courant ) en fonction de :

charge remorquée, profil, conditions climatiques,

état des rails.

Système Ferelec :

Transporter

A0A0

pénétration dans l’air, état des rails,

déclivité (gravité).

Voyageurs ou

marchandises en situation initiale

Voyageurs oumarchandises

transportés

[locomotive + wagons + rails + caténaire]

Voyageurs ou marchandises

EERRWW

Communiquer

A1

Traiter les donnéesA2

A3Gérer l’énergie

Déplacer

Acquérir lesdonnées A5

Cabine, pupitre de commande

Automate, régulateurs, logique électrique et pneumatique

Capteurs de vitesse, et courant

* Informations affichées

Traction / Freinage

Images vitesses, courants moteurs et ponts A0

Pertes énergétiques

Énergie électrique renvoyée au réseau

Commande :- disjoncteur- pantographe- auxiliaires

Vitesse, courants

Monophasé 230 V / 50 Hz

Locomotive, wagons, rails

Informations à afficher

A4* Énergie mécanique

restituée

n moteurs,charge

I moteurs et ponts

Voyageurs ou marchandises

en situation initiale

Perturbations énergétiques

Ws

* Ordres conducteur motrice

* Energie mécanique

Réglage I moteurs (pilotage ponts)

Le signe * indique un lienhypertexte associé au flux

Rails, caténaire artificielle, procédé

de gestion d’énergie

C

Ws

Waux

Ws

* Dialogue voie / motrice

Ws

* Modes de marcheConsignes v, I

transportés

R E

Energie mécanique

I moteurs I ponts

I ponts

A3

Distribuer

A31

Adapter

A32

A33Moduler

Convertir

Caténaire, pantographe,disjoncteur, contacteurs,

rail

Transformateurs

Ponts

Traction / Freinage

230V / 50 Hz

2 moteurs série

A34

Energie électrique restituée

Waux et Ws

Energie électrique restituée

Energie électriquerestituée

Energie mécanique restituée

Réseau monophasé 230V / 50 Hz

WWCommandes

EE

Disjoncteur, pantographeÉnergie électrique renvoyée au réseau

Pertes énergétiques

Gérer l’énergie desauxiliaires et de commande

A35

Auxiliaires

2 x 24V / 50Hz

CC

- Circuits auxiliaires et de commande

RRRéglage courants moteurs (commandes ponts)

Energie électrique

Couplage moteurs

Résistances de freinage

Dissiper

A35

Couplage résistances

A4

Déplacer

Adapter l’énergie A41

Voyageurs ou marchandises Voyageurs

Transmettrepar adhérence

A42

Réducteurs mécaniques(bogies moteurs)

Liaison roue / rail

Energie mécanique

Pertes par frottement (bogies moteurs)

* Energie mécanique Pertes dues à la pénétration dans l’air

Etat de la voie Déclivité,

air

Pertes par frottement(bogies wagons)

Pertes dues au glissement roue / rail

Pertes énergétiques

Energie mécanique restituée

Dissiper

A44Freins

mécaniques

* Energie mécanique restituée

* Energie mécanique restituée

Vitesseroue

* Energie auxiliaires (Waux)

Perturbations énergétiquesextérieures

EE

Caisse de la locomotive, wagons

Energie mécanique

Energiepneumatique

Le signe * indique un lienhypertexte associé au flux

* Energie

mécanique

A43en situation initiale ou marchandises

transportés

Frontière du système de traction étudiéFrontière du système de traction étudié

A0A0

A0A0

Frontière du système de traction étudié

Pénétration dans l’air

ventilateur

Les effets aérodynamiques sont représentés par le couple résistant exercé par le ventilateur sur l’axe de la charge

tournante. Le ventilateur est équipé d ’un volet de réglage du débit d ’air.

Déclivité

Machine de charge

La déclivité (palier, rampe ou montée, pente ou descente) est représentée par le couple exercé par la machine

de charge sur l’axe de la charge tournante.

Charge remorquée

Machine de charge

La charge de 170 tonnes est représentée par la charge tournante ( 2 volants d’inertie, 2,5 kg.m²)

Les effets d’une charge de 340 tonnes sont représentés par la charge tournante et par la machine de charge, qui produit un couple représentatif des effets de l’inertie supplémentaire.

Charge tournante

Couplages moteurs et modulateurs

Modes de marche, consignes courant et /ou vitesse

Les entrées de la fonction « Communiquer »

Comptes-rendus et signalisation

Les sorties de la fonction « Communiquer »

Supports d’activité de la fonction « Traiter les données »

La carte train réalise l’interface armoire électrique / micro - ordinateur

Carte « Train »Carte « Train »

Les circuits de logique câblée (circuits de commande)

Le logiciel FERELEC

H – capteurs de vitesse, moteurs et charge

(codeurs incrémentaux)

Supports d’activité de la fonction « Acquérir les données »

Capteurs de courant, moteurs et modulateurs

E – galets «rail»

G – galets «wagon»F – galets «moteur»

La transmission d’énergie mécanique galet moteur charge s’effectue par frottement acier sur acier (contact roue - rail)

E – galets «rail»

G – galets «wagon»F – galets «moteur»

La transmission d’énergie mécanique galet moteur charge s’effectue par frottement acier sur acier (contact roue - rail)

Transmission de l’énergie mécanique

L’énergie mécanique est transmise du moteur de traction à la « roue » (galet moteur) par un

ensemble poulies / courroie crantée de rapport 1:1

Courroie

Galet moteur

Rail tournant

Galet wagon

Bobine de conducteur H05 V-K 2,5mm² cuivre

100m 5,2 mH

ou self 4 / 7,3 mH

Caténaire artificielle

Schéma

Transformateurs

TC2 : transformateur de traction

Monophasé 230-400V / 2x24 V 2500 VA

TC1 : transformateur d’alimentationdes circuits de commandeMonophasé 230-400V / 2x24 V 250 VA

Schéma

Modulateurs d’énergie (ponts redresseurs)

V2: pont complet monophasé 250V 57A V3: pont mixte monophasé 250V 57A

Schéma

Résistances de freinage

Schéma

R1: résistance 0,1 Ohm 250 WR4: résistance 0,1 Ohm 250 W

Moteurs de traction

Schéma

Moteurs à courant continu à excitation série T15 Leroy SomerP=0,95 kW pour n=1000 min-1, U=24,9V et I= 50 AP=0,475 kW pour n=500 min-1, U=14,4V et I= 50 AIP 20 Isolation classe FService S6 60%

Deux moteurs, « avant » et « arrière » (A)

Caténaire artificielle

Transformateur de traction

Transformateurd’alimentation du

circuit de commande

Alimentation de la machine de charge.Hors frontière d’étude

Pont mixtePont complet

Le pont complet peut être transformé en pont mixte(fermeture de KM8)

Moteur de traction

Résistance de freinage

Bibliographie - InternetBibliographie - Internet

Centre audiovisuel-Banque d’images SNCF: photos utilisables uniquement dans les pages

du présent document. Toute autre utilisation est interdite.

Dossier de ressources techniques «  Ferelec » LEROY-SOMER, par Jean Filippini

Encyclopédie des Sciences et des Techniques QUILLET

http://www.transports.equipement.gouv.fr

http://www.sncf.com

http://www.rff.fr

http://www.uic.com

http://mercurio.iet.unipi.it/tgv/

http://www.multimania.com/souil/photos

http://h7a.free.fr

http://tdf.free.fr

http://perso.infonie.fr/cheminsdefer/

SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

Les auteurs du présent document :

• Xavier RaynaudXavier RaynaudProfesseur stagiaire GE Electrotechnique

• Patrick RaluyPatrick RaluyProfesseur stagiaire GM Construction

• Serge MiasSerge MiasFormateur à l’IUFM de Midi-Pyrénées

en collaboration avec:• Philippe Ladoux, J.M. Mendousse,Philippe Ladoux, J.M. Mendousse, formateurs à l’IUFM de Midi-

Pyrénées.