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LCOMOTIVES BB 15000 A COURANT MONOPHASE

PARTIE ELECTRIQUE - 3


VI - LA PROTECTION ULTRA-RAPIDE

La présence de thyristors permet d'assurer, au moins dans la marche "Traction", une protection ultra-rapide de la locomotive.
Si on se reporte au schéma général de traction, on constate que le secondaire alimentant le pont complet voit toujours la totalité du courant absorbé par le moteur correspondant. Ce courant peut ainsi être mesuré avec une approximation suffisante par un transformateur d'intensité inséré dans l'alimentation du pont complet et la protection est obtenu par le dispositif schématisé à la figure 47.

Ce dispositif est constitué par une plaquette électronique de mesure qui excite la gachette du thyristor Th lorsque le courant mesuré dépasse la valeur limite que l'on s'est fixée.
Le déblocage de ce thyristor assure la mise sous tension et l'auto-maintient du relais R à contacts à lames souples sous ampoule de verre (ILS).

protection rapide
Un tel relais ne possédant pas de circuit magnétique (à l'exception des lames de contacts) est peu selfique. Sa constante de temps est donc réduite. En outre, l'inertie des lames de contact est extrèmement faible.
Les contacts de ce relais se ferment en 2,5ms après le dépassement du seuil d'intensité fixé. On obtient ainsi un relais ultra-rapide qui permet de bloquer les gachettes des thyristors de telle sorte que l'intensité délivrée par le transformateur disparait dès l'alternance qui suit le dépassement.

Les oscillogrammes reproduits figure 48 montrent le fonctionnement d'un tel relais sur flash provoqué artificiellement par court-circuitage des pôles auxiliaires du moteur de traction.
On voit qu'après le blocage du relais, le transformateur, dès l'alternance suivante, ne fournit plus de courant. L'énergie emmagasinée dans la self du circuit se décharge sur le circuit de "roue libre".

VII - LA PROTECTION THERMIQUE

Nous avons déjà indiqué que la ventilation de l'ensemble redresseur était assurée par deux groupes de ventilateurs alimentés chacun à partir d'un transformateur d'intensité. La ventilation est donc essentiellement variable, le débit étant sensiblement proportionnel à l'intensité absorbée par les moteurs de traction. Aussi n'est-il pas possible de vérifier le fonctionnement de la ventilation par des procédés classiques tels que manostats par exemple.

Nous avons été conduits à mettre au point un dispositif réalisant une image thermique approchée des redresseurs principaux. Un transformateur d'intensité mesure le courant absorbé par le moteur de traction. Ce courant traverse 2 diodes "tête bêche" montées sur un radiateur unique placé dans l'air de ventilation. Une sonde à résistance à coefficient de température positif mesure la température du radiateur-image et entraîne le déclenchement d'un relais de protection lorsque la valeur de cette température dépasse 80C.

Les composants et les intensités du circuit de mesure ont été choisis pour assurer dans tous les cas la protection des redresseurs principaux en cas de manque de ventilation.

Osillogramme sur flash moteur

VIII - LA MOTEUR DE TRACTION

La locomotive BB15000 est équipée de moteurs type TAB666 autoventilés, à courant ondulé, entièrement suspendus, qui dérivent directement des moteurs des locomotives BB16500, 8500, 17000, 25500 et CC70000, 72000.
Ce sont des moteurs de dimensions importantes (grand diamètre et faible longueur de fer). Figures 49 et 50.

photo moteur TAB666  demi coupe transversale du moteur
diamètre extérieur de la carcasse :
diamètre de l'induit :
longueur du fer utile :
1600mm
1180mm
330mm

Ce moteur, à circuit magnétique feuilleté, comporte 8 pôles principaux et 8 pôles auxiliaires. Il est muni d'un enroulement de compensation.
L'isolation est réalisée:
   - en classe H (silicone) pour l'induit,
   - en classe F (époxy) pour les inducteurs.
Le retour de la classe H à la classe F ne marque pas une régression. En effet, avec une isolation époxy on peut réduire les échauffements d'environ 20% par rapport à ceux obtenus avec la classe H. Bien que le coefficient de conductivité thermique des époxy ne soit guère supérieur à celui des silicones, c'est essentiellement l'absence d'air ou de vacuoles (compartiments délimités par une membrane) dans la masse qui confère à une isolation époxy ses propriétés intéressantes.
Comme ses caractéristiques diélectriques sont également excellentes, nous l'avons adopté de façon générale pour l'isolation du stator.

Le régime de définition du moteur TAB666 est le suivant :

Le collecteur

Les lames sont en cuivre à l'argent, à talon rapporté par brasage.
La vitesse périphérique maximale est de 55m/s à 1300 tr/mn ou 180 km/h.
Les liaisons collecteur-bobinage sont réalisées par soudure T.I.G.
Du fait de la grande hauteur du talon, résultant de l'écart important entre le diamètre de l'induit et celui du collecteur, l'échauffement de ce dernier reste très en dessous de la limite admise.
Le cône avant du collecteur est protégé par une bande de téflon.

Le Porte-balais et les balais

Les portes-balais sont du type à ressort spiral direct, sans aucune articulation. Ils sont réalisés en cuivre au chrome, pour éviter leur détérioration en cas d'amorçage dans la chambre du collecteur.
Ils sont montés sur une couronne tournante afin de facilité l'échange des balais. Un verrou fixe la position de cette couronne sur la ligne neutre.
Des connecteurs à machoires assurent l'alimentation de l'induit et évitent tout démontage de pièces boulonnées lors des opérations d'entretien.
Les supports porte-balais sont montés sur isolateurs en micaver chemisés par une bague de téflon. Cette disposition améliore leur tenue à l'arc.

Le Circuit magnétique

Le circuit magnétique (carcasse, masses polaires principales et auxiliaires) est entièrement feuilleté et des trous de ventilation sont prévus dans les tôles, afin d'assurer des passages d'air convenables pour l'évacuation des pertes.

Les bobines inductrices

Les bobines principales, constituées par des spires en cuivre méplat enroulées sur chant, sont en 2 parties, de manière à obtenir une plus grande surface de refroidissement, et collées sur les pôles principaux à l'aide de résine époxy.
L'isolation classe F est assurée :
   - entre spires, par du verre époxy,
   - extérieurement, par enrubannage de ruban verre-samica et feutre polyester.
Les bobines sons imprégnées sous vide à la résine époxy. L'ensemble obtenu est particulièrement compact.
Les bobines auxiliaires, également constituées par des spires de cuivre méplat enroulé sur chant, sont collées sur les pôles auxiliaires.
L'isolation est identique à celle des bobines principales. Les connexions entre les bobines inductrices sont réalisées avec des conducteurs en cuivre méplat, brasés à l'argent-cadmium aux sorties des bobines.
Un enroulement de compensation est logé dans les rainures des pôles principaux dont l'entrefer est progressif.

Masse du moteur

La masse du moteur sans plateau d'entraînement s'établit à 6200 kg, se décomposant :
   - rotor = 2750 kg
   - stator = 3450 kg
Le rapport masse/puissance est donc de :
   - 2,85 kg/kW au régime continu à 755 tr/mn
   - 2,71 kg/kW au régime continu à 1235 tr/mn.
A la vitesse de définition, le rapport masse/couple est de 2,83 kg/mdaN.
Ces chiffres sont à comparer à ceux des moteurs de traction type TBA660 B1 des BB8500, 17000, 25500, soit :
   - 3,5 kg/kW
   - 2,8 kg/mdaN.

IX - TRANSFORMATEUR PRINCIPAL et SELFS DE LISSAGE

L'installation et le refroidissement du transformateur et des selfs de lissage a toujours posé des problèmes sur nos locomotives à redresseurs. Le transformateur refroidi de façon classique par circulation d'huile nécessite à cet effet l'installation d'un groupe moto-pompe et d'un groupe de ventilation capable d'évacuer ses pertes par l'intermédiaire des refrigérants. Les selfs de lissage sont ventilées, soit en parallèle avec les réfrigérants du transformateur, soit en parallèle avec les moteurs de traction. Cette dernière formule complique l'installation, et n'est pas applicable dans le cas de moteurs auto-ventilés. La première formule nécessite l'installation de gainages complexes et entraîne une ventilation "par aspiration" comme celle du transformateur. En cas d'amorçage sur les selfs, elle peut être une cause d'incidents graves.

Aussi, avons-nous préféré loger l'ensemble de ces organes (transformateur et selfs) qui subissent simultanément les mêmes contraintes thermiques, dans une cuve refroidie par la même circulation d'huile et les mêmes refrigérants.
Cette disposition, un peu plus lourde que la précédente, présente par contre le très gros avantage de simplifier notablement l'installation, de soustraire les selfs à la pollution de la ventilation et d'aboutir à une tenue des organes comparable à celle du transformateur principal.

Photo du transfo principal
 vue du transfo et des selfs

La cuve de cet ensemble est supportée par deux brancards qui viennent s'appuyer par plots élastiques sur les traverses de caisse. Elle est fermée par un couvercle boulonné permettant le démontage aisé des parties actives.
Le couvercle de cuve comporte un bornier sur lequel sont rassemblées toutes les bornes du transformateur et des selfs qui sont ensuite raccordés par des shunts souples au bornier du bloc principal qui, nous l'avons déjà vu, vient se placer exactement au-dessus.
La photographie de la figure 51 ci-dessus, donne une vue de cet ensemble dont la forme a été particulièrement étudiée pour son installation sur la locomotive. On notera la forme du conservateur à la partie supérieure duquel se trouve la borne 25 kV. On trouve également au dessus du conservateur :
   - la membrane de sécurité avec son conduit de dégagement sous caisse
   - l'assécheur d'air et ses soupapes de respiration.
La cuve de cet ensemble porte également le gainage de ventilation qui vient de raccorder, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité, à la gaine de ventilation du bloc principal.

Indiquons que la mise au point détaillé de l'exécution des soudures de cet ensemble a été faite sur une maquette plexiglass réalisée au 1/10.
La figure 53 ci-dessus donne la vue du transformateur et des selfs de lissage qui sont installées à l'intérieur de la cuve.

Le transformateur

C'est un transformateur cuirassé dont le circuit magnétique est maintenu par des cadres de serrage en acier; l'ensemble est ensuite fixé dans la cuve. Cette technique assure une bonne tenue mécanique du circuit magnétique et permet un démontage facile de la partie active.
Le circuit magnétique, à joints droits, est en tôle à cristaux orientés, à faibles pertes. Le bobinage est réalisé en galettes enchevêtrées. L'isolation est assurée avec des papiers et cartons traités (INSULDUR) autorisant un échauffement du cuivre supérieur de 15C à l'echauffement habituellement admis (90C au lieu de 75C).
Des écrans sont disposés entre les enroulements haute et basse tension.

Les selfs de lissage

Les deux selfs de lissage sont réalisées selon la même technique que le transformateur proprement dit
   - bobinage en galettes, isolation aux papiers et cartons traités (INSULDUR)
   - circuit magnétique en tôles à faible pertes, maintenues par des cadres de serrage.
Ce sont des selfs sans noyau magnétique, le retour de flux s'effectue par des shunts magnétiques disposés à l'extérieur du bobinage. L'association judicieuse des deux selfs côte à côte permet de gagner un shunt magnétique de retour.

Le schéma des bobinages est donné à la figure 54.
On y remarque :
a) le transformateur principal à rapport fixe, comprenant :

   - 1 bobinage primaire A1 - A0

   - 4 bobinages secondaires a1 - a3, a2 - a4, a5 - a7, a6 - a8.

Chaque moteur de traction étant alimenté par 2 secondaires.
L'enroulement a5 - a7 comporte une prise a9, pour l'alimentation des inducteurs lors de fonctionnement en freinage.

   - 1 bobinage tertiaire C1 - A0 pour l'alimentation du chauffage du train; cet enroulement comporte 2 prises intermédiaires C2 et C3 pour l'alimentation des auxiliaires.

b) Les 2 selfs de lissage (SFL1 a-b) et (SFL2 a-b).
Pour la tension de 25 kV, les tensions secondaires sont les suivantes :

   Secondaire traction : 950 V

   Secondaire chauffage : 1650 V avec prises à 425 V et 142 V pour l'alimentation des auxiliaires.

schéma des bobinages

Le coefficient de self induction de chaque self de lissage est de 4 mH. Cette valeur reste pratiquement constante quelle que soit l'intensité absorbée par le moteur de traction.
La masse totale de cet ensemble s'établit à 11,2 t y compris les accessoires se décomposant comme suit :
   - Transformateur : 4,400 t
   - Selfs de lissage : 2,0 t
   - Cuve et accessoires : 2,8 t
   - Huile : 2 t


Bibliographie :
- Documents D.E.T.E.

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