Ferelec Présentation Le système réel Approche fonctionnelle Quitter Ferelec Auteurs Aide à l’approche fonctionnelle-structurelle du système Présentation Le système réel Approche fonctionnelle Bibliographie – Sites internet Guide de navigation  SNCF-CAV- J.J. D’ANGELO

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

 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

A0 Frontière du système de traction étudié

Caractéristique de traction (roues mi-usées, adhérence moyenne) BB 15000 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 l’intermédiaire d’un réducteur mécanique à rapport constant. Fj (kN) Caractéristique de traction (roues mi-usées, adhérence moyenne) 294 Champ maximum 190 128 93 V (km/h) 98 110 152 172 180

 SNCF-CAV-Eric BERNARD Principes de construction des voies de chemin de fer Rayon des courbes Le franchissement des courbes contraint à limiter la vitesse des 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 courbes doit être de l’ordre de 4 000 mètres. d = 35/1000 = 3,5% 35m Profil de voie La SNCF admet par exemple des déclivités de 35 pour 1 000 (3,5 %) pour certaines lignes de transport de voyageurs à très grande vitesse. 1000m  SNCF-CAV-Eric BERNARD

La caténaire 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 1500V poutrelle H Support 25kV Support en ogive (viaduc de Garabit)

Le pupitre de commande de la BB 15000 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.

A-0 Transporter A0 W R E Voyageurs ou marchandises transportés - Dialogue conducteur / motrice selon : - Vitesse de déplacement (consignes vitesse ou courant ) en fonction de : -Réseau monophasé 230 V -Perturbations énergétiques: horaires, présence conducteur, liaison radio, signaux optiques. pénétration dans l’air, état des rails, déclivité (gravité). charge remorquée, profil, conditions climatiques, état des rails. - Dialogue voie / motrice : arrêt automatique de sécurité. W R E Voyageurs ou marchandises transportés Voyageurs ou marchandises en situation initiale , , Transporter Informations visuelles A0 Pertes énergétiques Énergie électrique renvoyée au réseau Système Ferelec : A-0 [locomotive + wagons + rails + caténaire] N.B.: le conducteur n’appartient pas au système

A0 W R E Voyageurs ou Voyageurs ou marchandises marchandises Le signe * indique un lien hypertexte associé au flux Vitesse, courants * Ordres conducteur  motrice Ws * Informations affichées Communiquer * Dialogue voie / motrice A1 Perturbations énergétiques Cabine, pupitre de commande Réglage I moteurs (pilotage ponts) Ws Traction / Freinage * Modes de marche Consignes v, I Traiter les données A2 Commande : - disjoncteur - pantographe - auxiliaires Automate, régulateurs, logique électrique et pneumatique Informations à afficher Énergie électrique renvoyée au réseau C R E Gérer l’énergie Monophasé 230 V / 50 Hz A3 Ws Pertes énergétiques * Energie mécanique Voyageurs ou marchandises en situation initiale Rails, caténaire artificielle, procédé de gestion d’énergie Waux Voyageurs ou marchandises Déplacer A4 transportés * Énergie mécanique restituée Locomotive, wagons, rails n moteurs, charge Ws Acquérir les données I moteurs et ponts A5 A0 Capteurs de vitesse, et courant Images vitesses, courants moteurs et ponts

A3 W E C R A31 A35 A32 A33 A34 A35 Réseau monophasé 230V / 50 Hz Commandes Traction / Freinage Réglage courants moteurs (commandes ponts) Disjoncteur, pantographe Auxiliaires Énergie électrique renvoyée au réseau Distribuer A31 Gérer l’énergie des auxiliaires et de commande Waux et Ws Caténaire, pantographe, disjoncteur, contacteurs, rail A35 - Circuits auxiliaires et de commande 230V / 50 Hz Adapter A32 Energie électrique restituée Transformateurs Couplage moteurs Pertes énergétiques 2 x 24V / 50Hz Moduler A33 I ponts Ponts Energie électrique restituée I moteurs I ponts Energie électrique Convertir Energie mécanique restituée A34 Energie mécanique Couplage résistances 2 moteurs série Energie électrique restituée Dissiper A3 A35 Résistances de freinage

A4 E Voyageurs ou marchandises Voyageurs en situation initiale Perturbations énergétiques extérieures * Energie auxiliaires (Waux) Energie mécanique Energie pneumatique Energie mécanique restituée Adapter l’énergie A41 Vitesse roue Pertes par frottement (bogies moteurs) Réducteurs mécaniques (bogies moteurs) Dissiper Etat de la voie Déclivité, air A44 Freins mécaniques * Energie mécanique Pertes énergétiques Energie mécanique Transmettre par adhérence Pertes dues au glissement roue / rail A42 * Energie mécanique restituée Liaison roue / rail Pertes par frottement (bogies wagons) * Energie mécanique Pertes dues à la pénétration dans l’air Voyageurs ou marchandises Voyageurs Déplacer A43 en situation initiale ou marchandises transportés * Energie mécanique restituée Caisse de la locomotive, wagons A4 Le signe * indique un lien hypertexte associé au flux

A0 Frontière du système de traction étudié

Frontière du système de traction étudié

Pénétration dans l’air 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. ventilateur

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. Machine de charge

Charge remorquée 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. Machine de charge Charge tournante

Les entrées de la fonction « Communiquer » Modes de marche, consignes courant et /ou vitesse Couplages moteurs et modulateurs

Les sorties de la fonction « Communiquer » Comptes-rendus et signalisation

Supports d’activité de la fonction « Traiter les données » Le logiciel FERELEC Carte « Train » La carte train réalise l’interface armoire électrique / micro - ordinateur Les circuits de logique câblée (circuits de commande)

Supports d’activité de la fonction « Acquérir les données » Capteurs de courant, moteurs et modulateurs H – capteurs de vitesse, moteurs et charge (codeurs incrémentaux)

E – galets «rail» F – galets «moteur» G – galets «wagon» La transmission d’énergie mécanique galet moteur charge s’effectue par frottement acier sur acier (contact roue - rail)

E – galets «rail» F – galets «moteur» G – galets «wagon» 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 Rail tournant Courroie Galet moteur Galet wagon

Caténaire artificielle Schéma Bobine de conducteur H05 V-K 2,5mm² cuivre 100m 5,2 mH ou self 4 / 7,3 mH

Transformateurs Schéma TC1 : transformateur d’alimentation des circuits de commande Monophasé 230-400V / 2x24 V 250 VA TC2 : transformateur de traction Monophasé 230-400V / 2x24 V 2500 VA

Modulateurs d’énergie (ponts redresseurs) Schéma V2: pont complet monophasé 250V 57A V3: pont mixte monophasé 250V 57A

Résistances de freinage Schéma R1: résistance 0,1 Ohm 250 W R4: résistance 0,1 Ohm 250 W

Moteurs de traction Deux moteurs, « avant » et « arrière » (A) Moteurs à courant continu à excitation série T15 Leroy Somer P=0,95 kW pour n=1000 min-1, U=24,9V et I= 50 A P=0,475 kW pour n=500 min-1, U=14,4V et I= 50 A IP 20 Isolation classe F Service S6 60% Schéma

Alimentation de la machine de charge.Hors frontière d’étude Transformateur d’alimentation du circuit de commande Caténaire artificielle Transformateur de traction

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

Résistance de freinage Moteur de traction

Bibliographie - Internet  SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE 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 Raynaud Professeur stagiaire GE Electrotechnique Patrick Raluy Professeur stagiaire GM Construction Serge Mias Formateur à l’IUFM de Midi-Pyrénées en collaboration avec: Philippe Ladoux, J.M. Mendousse, formateurs à l’IUFM de Midi-Pyrénées.