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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La locomotive BB 15 000

Généralités sur la traction ferroviaire

LA TRACTION ELECTRIQUE

Guide de navigation

Analyse fonctionnelle

Préambule historique

Bibliographie - Internet

Informations préalables aux activités sur FerelecInformations préalables aux activités sur Ferelec

Auteurs

SNCF-CAV- J.J. D’ANGELO

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SNCF-CAV-FABBRO et LEVEQUE

Le train, d’hier à demainLe train, d’hier 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 . L’avenir permettra peut être de voyager « en suspension » grâce à des trains à sustentation

magnétique comme le Maglev. Aujourd’hui, le TGV permet de voyager à 270 km/h en vitesse commerciale.

TGV AtlantiqueMonorail

Vapeur Diesel-électrique Electrique

Maglev


Structure d’une locomotive à traction électriqueStructure d’une locomotive à traction électrique

TGV : les trains à grande vitesse de la SNCFTGV : les trains à grande vitesse de la SNCF

LALA TRACTIONTRACTION ELECTRIQUEELECTRIQUE

Infrastructure des lignesInfrastructure des lignes


Evolution de l’électrification en France :

La traction électrique apparaît en France au début du 20ème 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 d’un troisième rail. D’autres types d’électrification sont ensuite mis en place : différentes alimentations en continu (600V, 750V), puis, grâce à l’évolution de la technologie, 1,5kV continu et 25kV 50Hz

monophasé (fréquence industrielle). Le contact pantographe déployé / caténaire permet l’alimentation en énergie du convoi.

Infrastructure des lignesInfrastructure des lignes

Rayon des courbes

Rayon

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

Un rail moderne doit pouvoir supporter un trafic de 1 milliard de tonnes avant d’être 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 l’origine du bruit caractéristique des trains. Aujourd’hui, 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 l’appui sur les traverses, un champignon pour le roulement et une âme entre patin et champignon.


Entretien et exploitation des lignes

L’automatisation des installations de sécurité répond à la triple nécessité d’améliorer le débit

des lignes, de renforcer la sécurité et de faciliter le travail du personnel des gares.

L’informatique intervient de plus en plus dans la sécurité et la régulation du trafic. Les anciens postes d’aiguillage

à leviers, à faible rayon d’action, 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 d’aiguillage à leviers

Poste de commande automatique


33 163 km de lignes, dont 32 105 km en service :

• Lignes principales: 31 386 km

- Lignes à Grande Vitesse (LGV): 1 286 km- Lignes à deux voies et plus: 15 904 km

- Lignes à voie unique (voie normale): 15 315 km

- Lignes à voie unique (voie étroite): 167 km

- Lignes électrifiées 14 174 km

. en 1 500 Volts continu: 5 804 km

. en 25 000 Volts alternatif: 8 248 km

. par troisième rail et autres: 122 km

Situation au 31/12/99

MODES DE TRACTIONTRACTION ELECTRIQUE TRACTION DIESEL

En serviceLignes classiques: Continu 1500 V En cours (principales lignes)

Monophasé 25 kV En projet ________________

Autres tensions

Lignes nouvelles: Continu 1500 V

Monophasé 25 kV

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

Le pantographe est un « bras » positionné sur le toit des locomotives électriques.

Il assure l’alimentation en énergie électrique, par contact glissant avec la caténaire.

L’énergie est parfois amenée par un troisième rail, dans ce cas, le pantographe n’est plus nécessaire.

caténaire

pantographe

SNCF-CAV-Eric BERNARD

2 motrices encadrant 10 remorquesmasse : 444 tlongueur ht : 237 mvitesse maxi : 300 km/hpuissance : 8800 kWcapacité : 485 places

TGV AtlantiqueTGV Atlantique



EurostarEurostar




TGV DUPLEXTGV DUPLEX

Le réseau TGV

A l’intérieur 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 d’absorption

des chocs

Attelage automatique

Châssis principal

Transformateur principal

La locomotive à traction électriqueLes premières locomotives à traction électrique expérimentales furent mises au point vers la fin

du XIXe siècle en différentes tensions continues ou alternatives.

Mais c’est à partir des années 1940-1950 que l’utilisation 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. L’énergie électrique est économique et performante sur les lignes à fort trafic (coût de l ’électrification).

BB 8100 : 1948 ; 1.5 KV

Une locomotive à traction électrique est mue par un ou plusieurs moteurs électriques, appelés moteurs de traction, qui permettent la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique. L’énergie électrique fournie par le réseau électrique hors ligne ferroviaire est captée à la caténaire par un pantographe ou par l’intermédiaire d’un troisième rail, le retour d'alimentation se fait par les rails.

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 l’ensemble du réseau.

3ème rail sur réseau 750V et 1.5 kV CC

La locomotive à traction électrique

SNCF-CAV- J. M. ANGLESBB 36000 « multitensions » (adaptée aux réseaux européens) et BB 26000 « bi-courant »

La locomotive est principalement constituée d’une caisse (châssis principal) d’un ou plusieurs bogies (châssis secondaires) , équipés d’un ou plusieurs essieux.

Les essieux peuvent être moteur (entraînant) ou porteur (non entraînant).

Structure de la locomotive à traction électrique

L’Union 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° 612-0. (Voir aussi: www.uic.com)

Quelques règles « simplifiées » : - nombre d’essieux moteurs fixés au même châssis ou bogie : A=1, B=2, C=3… - nombre d’essieux 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 25000 : locomotive à 2 bogies à 2 essieux moteurs par bogie.

- CC 72000 : 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 68000 : locomotive à 2 bogies équipés de 2 essieux moteurs séparés par un essieu porteur.

Dénomination d’une locomotive:

SNCF-CAV- J. M. ANGLES

caisse ou châssis principal

Exemple de la BB 15000

Les 2 bogies ou châssis secondaires


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

2 essieux par bogie ou châssis secondaire, tous moteurs.


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

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.

190

93

11098 152 172

180

V(km/h)

Fj (kN)294

0

Caractéristique de traction(roues mi-usées, adhérence

moyenne)

128

Champ maximum

BB 15000

1 – Pantographe

2 – Disjoncteur

3 – Bloc rhéostatique

4 – Sécheur d’air 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 réducteur

6

Nomenclature1 – Pantographe

2 – Disjoncteur

3 – Bloc rhéostatique

4 – Sécheur d’air 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 – Réducteur

13 – Bogie équipé de son moteur de traction et de son réducteur

14 –Emplacement du moteur de traction

15 – Cabine et pupitre de commande

14

Bogie de BB 15000

Axe de rotation

d’un essieu

Roue à monter sur un axe d’essieu du bogie…

Le bogie complet sans les 4 roues….

Positionnement du moteur électrique sur un bogie de la BB 15000

Moteur électrique entraînant le réducteur en rotation

Axe de rotation du moteur électrique

Positionnement du réducteur mécanique sur un bogie de la BB 15000

Ensemble réducteur mécanique

Axes de rotation des deux essieux

Axe de rotation du moteur électrique

Roues dentées du réducteur

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

Approche fonctionnelle Approche fonctionnelle

Système de traction étudié:

Locomotive ( BB15000), wagons, railset caténaire

-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 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 de transport ferroviaire :locomotive ( BB15000) + wagons

+ rails + caténaire

Transporter

A0A0

pénétration dans l’air, état des rails,

déclivité (gravité).

Voyageurs ou

marchandises en situation initiale

Voyageurs oumarchandises

transportés

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 vitesse roue, courants des moteurs A0


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


en situation initiale

Perturbations énergétiques

Ws

* Ordres conducteur motrice

* Energie mécanique

Réglage I moteurs (pilotage thyristors)

Le signe * indique un lienhypertexte associé au flux

Rails, caténaire, procédé de

gestion d’énergie

C

Ws

*Waux

Ws

* Dialogue voie / motrice

Ws

* Modes de marcheConsignes v, I

transportés

R E

A3

Distribuer

A31

Adapter

A32

A33Moduler

Convertir

Caténaire, 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 électriquerestituée

Energie mécanique restituée

Réseau monophasé 25kV / 50 Hz

WWCommandes

EE

Disjoncteur, pantographeÉnergie électrique renvoyée au réseau


Gérer l’énergie desauxiliaires et de commande

A35

Auxiliaires

I moteurs

2 x 950V / 50Hz

CC

Circuits auxiliaires et de commande

- Ws - Ws alimentation alimentation circuits commandecircuits commande- Waux - Waux énergie énergie pneumatique frein,pneumatique frein,chauffage, éclairage chauffage, éclairage cabine et wagons...cabine et wagons...

RRRéglage courants moteurs (commandes ponts)

Energie électrique

Couplage moteurs

Dissiper

Résistances de freinage

A35

Couplage résistance

s

A4

Déplacer

Adapter l’énergie 41


en situation initiale

Voyageurs ou

marchandises transportés

Transmettrepar adhérence 42

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


Energie mécanique restituée

Dissiper 43

Freinsmécaniques

* 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

44

Bibliographie - InternetBibliographie - Internet

Centre audiovisuel-Banque d’images 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

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/


Les auteurs du présent document :• Karine Antony Karine 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 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.

Documents

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