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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
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
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 »
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
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
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.
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