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Quitter La locomotive BB 15 000 Généralités sur la traction ferroviaire LA TRACTION ELECTRIQUE Guide de navigation Analyse fonctionnelle Préambule historique.

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1 Quitter La locomotive BB Généralités sur la traction ferroviaire LA TRACTION ELECTRIQUE Guide de navigation Analyse fonctionnelle Préambule historique Bibliographie - Internet Informations préalables aux activités sur Ferelec Auteurs SNCF-CAV- J.J. DANGELO

2 Guide de navigation Sélection fonction Retour menu Diapositive précédente Diapositive suivante Permet de sélectionner une fonction dans une liste proposée. Permet de revenir au menu du niveau strictement supérieur. Permet daccéder à la diapositive suivante dans la logique de larborescence du diaporama. Permet daccéder à la diapositive précédente dans la logique de larborescence du diaporama. Permet de quitter le diaporama. Un clic souris sur : Texte souligné bleu : indique un lien hypertexte. Quitter SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

3 Le train, dhier à demain Le train, dhier à demain… Le système de guidage par rail est connu depuis le 17ème siècle, mais la première locomotive a été construite en 1804 en Angleterre. Les premières locomotives à vapeur seront peu à peu remplacées par les locomotives à traction diesel, diesel-électrique, turbine-électrique et électrique. Parmi les moyens de transport par rail on trouve aussi les monorails. Lavenir permettra peut être de voyager « en suspension » grâce à des trains à sustentation magnétique comme le Maglev. Aujourdhui, le TGV permet de voyager à 270 km/h en vitesse commerciale. TGV Atlantique Monorail Vapeur Diesel-électrique Electrique Maglev SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

4 Structure dune locomotive à traction électrique TGV : les trains à grande vitesse de la SNCF LA TRACTION ELECTRIQUE Infrastructure des lignes SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

5 Evolution de lélectrification en France : La traction électrique apparaît en France au début du 20 ème siècle, avec la mise en service en 1900 des lignes Orsay-Austerlitz et Invalides-Moulineaux. Ces lignes sont alimentées par une tension continue de 600V, à partir dun troisième rail. Dautres types délectrification sont ensuite mis en place : différentes alimentations en continu (600V, 750V), puis, grâce à lévolution de la technologie, 1,5kV continu et 25kV 50Hz monophasé (fréquence industrielle). Le contact pantographe déployé / caténaire permet lalimentation en énergie du convoi.pantographe caténaire Infrastructure des lignes

6 Rayon des courbes Principes de construction des voies de chemin de fer Profil de voie 1000m 35m La SNCF admet par exemple des déclivités de 35 pour (3,5 %) pour certaines lignes de transport de voyageurs à très grande vitesse. Le franchissement des courbes contraint à limiter la vitesse des trains : pour circuler à 200 km/h, le rayon des courbes minimum est de mètres. Pour rouler à 270 km/h, le rayon des courbes doit être de lordre de mètres. d = 35/1000 = 3,5% SNCF-CAV-Eric BERNARD Rayon

7 Un rail moderne doit pouvoir supporter un trafic de 1 milliard de tonnes avant dêtre retiré du service. Les traverses en béton, plus lourdes que les traverses en bois, confèrent une plus grande stabilité à la voie et leur durée de vie est supérieure. Rails Traverse (bois ou béton) Ballast (empilement de cailloux) Le rail traditionnel était constitué de barres successives séparées par des intervalles ou joints de dilatation, à lorigine du bruit caractéristique des trains. Aujourdhui, les voies sont faites de « barres longues ». Les contraintes mécaniques dues aux variations de température sont équilibrées par les réactions des traverses et du ballast. Le confort de roulement est nettement amélioré. Structure des voies Le rail adopté dans tous les pays est le rail type Vignole qui comporte : un patin pour lappui sur les traverses, un champignon pour le roulement et une âme entre patin et champignon. SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

8 Entretien et exploitation des lignes Lautomatisation des installations de sécurité répond à la triple nécessité daméliorer le débit des lignes, de renforcer la sécurité et de faciliter le travail du personnel des gares. Linformatique intervient de plus en plus dans la sécurité et la régulation du trafic. Les anciens postes daiguillage à leviers, à faible rayon daction, sont regroupés en postes de commande automatique des itinéraires, capables de tracer simultanément les itinéraires de plusieurs trains. Sur les voies, la signalisation manuelle fait place aux blocs automatiques et aux transmissions voie-machine. Poste daiguillage à leviers Poste de commande automatique SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

9 km de lignes, dont km en service : Lignes principales: km - Lignes à Grande Vitesse (LGV): km - Lignes à deux voies et plus: km - Lignes à voie unique (voie normale): km - Lignes à voie unique (voie étroite): 167 km - Lignes électrifiées km. en Volts continu: km. en Volts alternatif: km. par troisième rail et autres: 122 km Situation au 31/12/99 MODES DE TRACTION TRACTION ELECTRIQUETRACTION DIESEL En service Lignes classiques:Continu 1500 VEn cours(principales lignes) Monophasé 25 kVEn projet________________ Autres tensions Lignes nouvelles:Continu 1500 V Monophasé 25 kV

10 . La caténaire permet dalimenter 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

11 Le pantographe est un « bras » positionné sur le toit des locomotives électriques. Il assure lalimentation en énergie électrique, par contact glissant avec la caténaire. Lénergie est parfois amenée par un troisième rail, dans ce cas, le pantographe nest plus nécessaire. caténaire pantographe SNCF-CAV-Eric BERNARD

12 2 motrices encadrant 10 remorques masse : 444 t longueur ht : 237 m vitesse maxi : 300 km/h puissance : 8800 kW capacité : 485 places TGV Atlantique SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

13 2 motrices encadrant 18 remorques masse : 752 t longueur ht : 394 m vitesse maxi : 300 km/h puissance : kW capacité : 766 places Eurostar Eurostar SNCF-CAV- J.J. DANGELO

14 2 motrices encadrant 8 remorques masse : 386 t longueur ht : 200 m vitesse maxi : 300 km/h puissance : 8800 kW capacité : 516 places SNCF-CAV- J.J. DANGELO TGV DUPLEX

15 Le réseau TGV

16 A lintérieur du TGV Atlantique: Bogie moteur Compartiment voyageurs Rhéostat de freinage Groupe auxiliaire de puissance Pantographe Bloc puissance Équipements de sécurité et ordinateur de bord Antenne de signalisation Réservoir de fréon Bloc pneumatique Bogie Bloc dabsorption des chocs Attelage automatique Châssis principal Transformateur principal

17 La locomotive à traction électrique Les premières locomotives à traction électrique expérimentales furent mises au point vers la fin du XIXe siècle en différentes tensions continues ou alternatives. Mais cest à partir des années que lutilisation de la traction électrique se généralise. Avantages: La locomotive à traction électrique est plus silencieuse, plus rapide, plus facile à conduire et surtout plus puissante que les locomotives à traction diesel ou vapeur. Lénergie électrique est économique et performante sur les lignes à fort trafic (coût de l électrification). BB 8100 : 1948 ; 1.5 KV

18 Une locomotive à traction électrique est mue par un ou plusieurs moteurs électriques, appelés moteurs de traction, qui permettent la conversion de lénergie électrique en énergie mécanique. Lénergie électrique fournie par le réseau électrique hors ligne ferroviaire est captée à la caténaire par un pantographe ou par lintermédiaire dun troisième rail, le retour d'alimentation se fait par les rails.moteurs de traction caténairepantographe Deux types de locomotives à traction électrique sont exploitées sur le réseau français : la locomotive à courant continu 1.5kV ou à courant monophasé 25kV 50Hz. Les locomotives modernes « bi-courant », (continu et monophasé), voire « multitensions » sont utilisables sur lensemble du réseau. 3ème rail sur réseau 750V et 1.5 kV CC La locomotive à traction électrique SNCF-CAV- J. M. ANGLES BB « multitensions » (adaptée aux réseaux européens) et BB « bi-courant »

19 La locomotive est principalement constituée dune caisse (châssis principal) dun ou plusieurs bogies (châssis secondaires), équipés dun ou plusieurs essieux.caisse bogies Les essieux peuvent être moteur (entraînant) ou porteur (non entraînant). essieux Structure de la locomotive à traction électrique

20 LUnion Internationale du Chemin de Fer, à laquelle adhère la SNCF, a établi des règles internationales de désignation des locomotives. Ces règles sont précisément décrites par la fiche UIC n° (Voir aussi: Quelques règles « simplifiées » : - nombre dessieux moteurs fixés au même châssis ou bogie : A=1, B=2, C=3… - nombre dessieux porteurs fixés au même châssis ou bogie : désignés par le chiffre correspondant; - le nombre qui suit (15000, 67000,…) désigne le numéro de série de la machine. Exemples : - BB : locomotive à 2 bogies à 2 essieux moteurs par bogie. - CC : locomotive à 2 bogies à 3 essieux moteurs par bogie. - BB BB 300 : locomotive à 4 bogies à deux essieux moteurs par bogie. - A1A A1A : locomotive à 2 bogies équipés de 2 essieux moteurs séparés par un essieu porteur. Dénomination dune locomotive: SNCF-CAV- J. M. ANGLES

21 caisse ou châssis principal Exemple de la BB 15000

22 Les 2 bogies ou châssis secondaires Exemple de la BB Moteurs de traction Ressort de suspension primaire Amortisseur Essieu Ce bogie est constitué de deux moteurs de traction qui entraînent chacun un essieu (deux roues). Ressort de suspension secondaire Le bogie et ses équipements

23 2 essieux par bogie ou châssis secondaire, tous moteurs. Exemple de la BB 15000

24 BB Caractéristiques - 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 lintermédiaire dun réducteur mécanique à rapport constant.bogies moteur essieux réducteur V (km/h) Fj (kN) Caractéristique de traction (roues mi-usées, adhérence moyenne) 128 Champ maximum

25 Caractéristiques - 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 lintermédiaire dun réducteur mécanique à rapport constant V (km/h) Fj (kN) Caractéristique de traction (roues mi-usées, adhérence moyenne) 128 Champ maximum BB 15000

26 1 – Pantographe 2 – Disjoncteur 3 – Bloc rhéostatique 4 – Sécheur dair et réfrigérant 5 – Bloc batteries 6 – Bloc protections 7 – Bloc thyristors 9 – Réfrigérant du transformateur 10 – Transformateur principal 11 – Capteur de préannonce 13 – Bogie complet équipé de son moteur de traction et de son réducteurBogie 6

27 Nomenclature 1 – Pantographe 2 – Disjoncteur 3 – Bloc rhéostatique 4 – Sécheur dair et réfrigérant 5 – Bloc batteries 6 – Bloc protections 7 – Bloc thyristors 8 – Groupe moteur compresseur 9 – Réfrigérant du transformateur 10 – Transformateur principal 11 – Capteur de préannonce 12 – RéducteurRéducteur 13 – Bogie équipé de son moteur de traction et de son réducteurBogie moteur réducteur 14 –Emplacement du moteur de tractionmoteur 15 – Cabine et pupitre de commandeCabine et pupitre de commande 14

28 Bogie de BB Axe de rotation dun essieu Roue à monter sur un axe dessieu du bogie… Le bogie complet sans les 4 roues….

29 Positionnement du moteur électrique sur un bogie de la BB Moteur électrique entraînant le réducteur en rotation Axe de rotation du moteur électrique

30 Positionnement du réducteur mécanique sur un bogie de la BB Ensemble réducteur mécanique Axes de rotation des deux essieux Axe de rotation du moteur électrique Roues dentées du réducteur

31 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, larrêt du train et règle la vitesse selon sa feuille de route. Le pupitre de commande de la BB 15000

32 Approche fonctionnelle Système de traction étudié: Locomotive ( BB15000), wagons, rails et caténaire

33 -Réseau monophasé 25 kV -Perturbations énergétiques: - Dialogue conducteur / motrice selon : horaires, présence conducteur, liaison radio, signaux optiques. - Dialogue voie / motrice : arrêt automatique de sécurité. N.B.: le conducteur nappartient pas au système,, Informations visuelles Pertes énergétiques Énergie électrique renvoyée au réseau WRE A-0 - Vitesse de déplacement (consignes vitesse ou courant ) en fonction de : charge remorquée, profil, conditions climatiques, état des rails. Système de transport ferroviaire : locomotive ( BB15000) locomotive ( BB15000) + wagons + rails + caténaire Transporter A0 pénétration dans lair, état des rails, déclivité (gravité). Voyageurs ou marchandises en situation initiale Voyageurs ou marchandises transportés

34 Voyageurs ou marchandises E R W Communiquer A1 Traiter les données A2 A3 Gérer lénergie Déplacer Acquérir les données A5 Cabine, pupitre de commande Automate, régulateurs, logique électrique et pneumatique Capteurs de vitesse, et courant * Informations affichées Traction / Freinage Images vitesse roue, courants des moteurs A0 Pertes énergétiques Énergie électrique renvoyée au réseau Commande : - disjoncteur - pantographe - auxiliaires Vitesse, courants Monophasé 25kV / 50 Hz Locomotive, wagons, rails * Informations à afficher A4 * Énergie mécanique restituée v roue I moteurs Voyageurs ou marchandises en situation initiale Perturbations énergétiques Ws * Ordres conducteur motrice * Energie mécanique Réglage I moteurs (pilotage thyristors) Le signe * indique un lien hypertexte associé au flux Rails, caténaire, procédé de gestion dénergiecaténaire C Ws *Waux Ws * Dialogue voie / motrice Ws * Modes de marche Consignes v, I transportés R E

35 A3 Distribuer A31 Adapter A32 A33 Moduler Convertir CaténaireCaténaire, pantographe,pantographe rail, disjoncteur Transformateur Ponts Traction / Freinage 25kV / 50 Hz 2 moteurs série A34 Energie électrique restituée Waux et Ws Energie mécanique Energie électrique restituée Energie mécanique restituée Réseau monophasé 25kV / 50 Hz W Commandes E Disjoncteur, pantographe Énergie électrique renvoyée au réseau Pertes énergétiques Gérer lénergie des auxiliaires et de commande A35 Auxiliaires I moteurs 2 x 950V / 50Hz C Circuits auxiliaires et de commande - Ws alimentation circuits commande - Waux énergie pneumatique frein, chauffage, éclairage cabine et wagons... R Réglage courants moteurs (commandes ponts) Energie électrique Couplage moteurs Dissiper Résistances de freinage A35 Couplage résistance s

36 A4 Déplacer Adapter lénergie 41 Voyageurs ou marchandises en situation initiale Voyageurs ou marchandises transportés Transmettre par adhérence 42 Réducteurs mécaniques (bogies moteurs) Liaison roue / rail Energie mécanique Pertes par frottement (bogies moteurs) * Energie mécanique Pertes dues à la pénétration dans lair Etat de la voie Déclivité, air Pertes par frottement (bogies wagons ) Pertes dues au glissement roue / rail Pertes énergétiques Energie mécanique restituée Dissiper 43 Freins mécaniques * Energie mécanique restituée * Energie mécanique restituée Vitesse roue * Energie auxiliaires (Waux) Perturbations énergétiques extérieuresE Caisse de la locomotive, wagons Energie mécanique Energie pneumatique Le signe * indique un lien hypertexte associé au flux * Energie mécanique 44

37 Bibliographie - Internet Centre audiovisuel-Banque dimages SNCF: photos utilisables uniquement dans les pages du présent document. Dossier de ressources techniques « Ferelec » LEROY-SOMER, par Jean Filippini Encyclopédie des Sciences et des Techniques QUILLET SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

38 Les auteurs du présent document : Karine AntonyKarine Antony Eric DrouaireEric Drouaire Renaud LascoursRenaud Lascours Emmanuelle PeberayEmmanuelle Peberay Xavier RaynaudXavier Raynaud Professeurs stagiaires GE Electrotechnique Patrick RaluyPatrick Raluy Professeur stagiaire GM Construction Serge MiasSerge Mias Formateur à lIUFM de Midi-Pyrénées en collaboration avec: Philippe Ladoux, J.M. Mendousse,Philippe Ladoux, J.M. Mendousse, formateurs à lIUFM de Midi- Pyrénées.


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