Telechargé par Malika Oubilla

RAPPORT DE STAGE à l'ONCF CASA PORT

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Rapport de stage
d’initiation
Au sein de l’établissement ERAC (Etablissement de Maintenance des
Rames Automotrices de Casablanca) de l’ONCF (Office national des
chemins de fer) Casa Port - Août 2016.
Réalisé par :
HAYAT Zahia : Etudiante au 1ère année à l’EST Berrechid – Génie électrique.
OUBILLA Malika : Etudiante au 1ère année à l’ENSAM CASA – cycle préparatoire.
Encadré par :
Mr. EL BETEOUI & Mr. ARAHOUCH.
Plan :
Remerciement : ......................................................................................... 3
Introduction : .......................................................................................... 4
1. Présentation de l’ONCF : ................................................................ 5
1.1. Histoire de l’ONCF .................................................................. 5
1.2. ONCF : Etablissement Public, depuis 1963 .............................. 5
1.3. Réseau ferroviaire : .................................................................. 7
1.4. SMCF : Société Marocaine des Chemins de Fer, bientôt .......... 8
1.5. Valeurs de l’ONCF ................................................................... 9
2. Généralités sur les rames automotrices électriques ZM .............. 10
3. La chaîne de traction :.................................................................. 12
3.1. Captage de courant : ............................................................ 12
3.2. Parcours du courant : ........................................................... 13
3.3. Hacheurs : ............................................................................ 13
3.4. Moteur de traction : ............................................................. 19
3.5. Défaillances de la chaîne de traction : .................................. 21
Conclusion : .......................................................................................... 22
Glossaire : ............................................................................................ 23
Bibliographie : ....................................................................................... 24
Webographie : ........................................................................................ 24
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Remerciement :
Nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont contribué au
succès de notre stage. Tout d'abord, nous adressons nous remerciements à nos
professeurs, qui ont fait de gros efforts pour la réussite de notre formation
d’ingénierie, nos parents et nos amis, pour leur soutien et encouragements.
Nous tenons à exprimer toute notre gratitude à Mme. BIHI Responsable des Ressources Humaines- d’avoir accepté de nous accorder la
possibilité d’effectuer un stage au sein de l’ONCF Casa Port ERAC.
Nous tenons à remercier vivement nos encadrants de stage, Mr EL
BETEOUI ingénieur de maintenance de l’ERAC et Mr. ARAHOUCH , chef
d’atelier département électrique, pour leur accueil, le temps passé
ensemble et le partage des informations et conseils au quotidien. Grâce
aussi à leur confiance et bienvenue nous avons pu nous accomplir
totalement dans les missions.
Je remercie également toute l'équipe des techniciens de l’atelier
pour leur accueil, leur esprit d'équipe et en particulier Mr MOUSSINE
Fouad, Mr JOULAH pour leurs informations concernant la partie
électrique : informations essentielles à la réalisation de ce modeste rapport.
Enfin, nous remercions également tous ceux qui ont contribué de près ou de
loin à la réussite de ce travail.
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Introduction :
Le génie électrique est lié à différents domaines de la technologie dont
l’aéronautique, le biomédical, l’énergétique, l’informatique, les systèmes électriques
et électroniques, de même que les télécommunications. Elle contribue la conception
industrielle, la gestion et la mise sur pied de projets. Les ingénieurs en génie
électrique voient au futur en tenant compte de l’impact de la technologie sur le
monde pour réaliser des projets électrisants.
Dans le cadre de notre formation à l’EST et ENSAM, nous avons souhaité
réaliser notre stage dans une entreprise répondant à ces enjeux du futur en
technologie… Afin de pouvoir acquérir des connaissances et de l’expérience en
dehors du monde des études. Le stage a été effectué au sein de l’Office Nationale
des Chemins de Fer (ONCF) et plus précisément, dans l’établissement des rames
automotrices Casa port qui s’occupe de l’entretien et la réparation des rames ZM.
Au cours de ce stage nous avons eu l’opportunité d’enrichir nos connaissances et de
découvrir le milieu industriel.
Le sujet choisi et traité repose sur l’étude de la chaîne de traction des
rames ZM, il s’agit du chemin parcouru pour mouvoir la rame à partir d’une source
d’alimentation.
Dans un premier temps nous décrirons l'entreprise et son secteur en
insistant sur ses particularités notamment dans le financement international. Puis
nous étudierons nos missions, lors de ce stage avant de dresser un bilan de celui-ci.
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1. Présentation de l’ONCF :
1.1.
Histoire de l’ONCF
La construction du réseau des chemins de fer du Maroc remonte au début
du 20ème siècle. En effet, les premières lignes construites à voie de 0,60m ont été
établies à partir de 1916, et ce n'est qu'en 1923 que la construction des voies à
écartement normal a été confiée à trois Compagnies concessionnaires privées. Ces
dernières se partagèrent le trafic ferroviaire, en exploitant chacune la partie du
réseau qui lui était concédée, jusqu'en 1963, lorsque le Gouvernement Marocain a
décidé le rachat des concessions et la création de l'Office National des Chemins de
Fer (ONCF).
Depuis la création de l’office, le Matériel Moteur, le Matériel Remorqué,
les installations fixes de Traction n’ont cessé également d’évoluer et ce pour faire
face à des exigences accrues du pays (Minerais, augmentation de trafic…), ce qui
amenait l’ONCF à procéder d’une part et de façon progressive, à un renforcement
de leur parc Moteur, constitué en totalité d’engins à vapeur, et d’autre part à se
pencher sur l’étude de l’électrification d’une partie du réseau.
1.2. ONCF : Etablissement Public, depuis 1963
Placé sous la tutelle du Ministère de l’Équipement et des Transports,
l’ONCF est un établissement public à caractère industriel et commercial doté de la
personnalité civile et de l’autonomie financière. Il a pour missions :
 L’exploitation du réseau ferroviaire national,
 Les études, la construction et l’exploitation des lignes nouvelles des
chemins de fer,
 L’exploitation de toutes les entreprises se rattachant directement ou
indirectement à l’objet des missions de l’Office.
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Forme juridique
Établissement semi-public
Sigle
ONCF
Slogan(s)
« L'avenir se lit sur nos lignes »
Siège social
Direction
Rabat (Maroc)
Mohammed Rabie Khlie
(Directeur général)
Effectifs
7 858
Filiales
Supratours
Site web
http://www.oncf.ma
Localisation
Maroc
Longueur
2 110 km
Écartement des rails
Standard UIC (1 435 mm)
Trafic voyageurs
39.5 millions (2014)
Trafic fret
34.6 millions de tonnes (2014)
En outre, L’ONCF opère en ce qui concerne son activité de transport sur
trois marchés stratégiquement indépendants, à savoir :
sport de marchandises diverses
Le transport de phosphates.
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1.3. Réseau ferroviaire :
Figure 1: Grandes Lignes
Le réseau ferroviaire marocain est, à l'instar des réseaux ferrés des
différents pays africains, assez peu dense, la concentration des populations et des
zones d'activités en dehors du Sahara et des hauts reliefs de l'Atlas n'ont pas incité
l'opérateur ONCF à développer son réseau dans ces régions. À fin 2013 l'ONCF
dispose d'un total de 3 657 km de voies ferroviaires dont 2 238 km sont électrifiées.
Les 3 657 km de voies sont toutes toujours en activité et gérées par l'ONCF comme
opérateur unique de maintenance y compris les embranchements particuliers vers
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ses clients cimentiers, sidérurgistes, industriels, agroalimentaires et miniers. Ce
réseau de voies ferrées est composé comme suit:
 3 657 km total de voies ferroviaires en activité ;
 2 921 km de voies de circulation principales ;
 736 km d'embranchements particuliers, de voies de service et de
traitement logistique ;
 2 110 km de lignes principales à écartement UIC exploité pour le
transport de Fret et passagers;
 1 965 km de ces lignes sont en Long Rail Soudé LRS (93% du
réseau);
 1 300 km de lignes électrifiées (60% du réseau);
 640 km de lignes à double voies (30% du réseau).
Entre 2015 et 2025 l'ONCF ne prévoit pas de modifications majeures
quant au linéaire de son réseau mise à part la connexion des deux nouveaux ports
commerciaux de Nador West Med et Kénitra Atlantique. Cependant, les travaux de
dédoublements, électrifications et renouvellement de rail & caténaires en cours se
poursuivront la majeure partie est censée être livrée entre 2016 et 2020.
1.4. SMCF : Société Marocaine des Chemins de Fer, bientôt
Afin d'ouvrir le marché ferroviaire marocain à la concurrence,
l'ONCF s’apprête à être bientôt transformé en Société Anonyme (SA), Elle sera
baptisée SMCF (Société Marocaine des Chemins de Fer). La future SMCF est une
société anonyme dont le capital sera, dans un premier temps, détenu à 100% par
l’État. Elle aura pour missions, dans le cadre d’une convention de concession :
 La gestion des infrastructures ferroviaires exploitées et en cours de
construction,
 L’exploitation technique et commerciale des services de transport
ferroviaire sur le réseau qui lui est concédé.
Le nouveau statut prévoit l’ouverture du secteur ferroviaire à la
concurrence en autorisant l’arrivée de nouveaux opérateurs qui pourront :
 Investir dans des projets de nouvelles extensions d’infrastructures,
 Nouer des partenariats avec l’opérateur historique pour assurer des
prestations complémentaires aux missions qui lui sont dévolues ou
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la SMCF estime qu’un prestataire peut effectuer de manière plus
avantageuse qu’elle même.
1.5. Valeurs de l’ONCF
« L'avenir se lit sur nos lignes », le slogan de l’ONCF nous montre la
tendance vers l’évolution, le progrès et le bon future, respectant 4 valeurs : La
transparence, l’engagement, la rigueur et l’excellence.
Ces derniers viennent renforcer l’ONCF dans sa volonté de mieux servir
notre pays et d’améliorer, par la qualité de ses services, la vie quotidienne de tous
et de chacun.
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2. Généralités sur les rames automotrices électriques ZM
L'ONCF souhaite mettre en place un nouveau service cadencé
entre Rabat et Casablanca au début des années 1980, avec pointes à 160 km/h.
Mais il ne dispose pas du matériel nécessaire. Un appel d'offres est donc lancé en
août 1981 afin d'acquérir le matériel adéquat. La Belgique dispose d'une longue
expérience en matière de 3000 volts : la SNCB vient de réceptionner ses
nouvelles automotrices doubles série 300 dites "break", et en décembre 1981, le
consortium La Brugeoise/ACEC achève la livraison d'une série de 50 rames
automotrices triples, également en 3000 volts, à la compagnie des chemins de fer
de l'|État de São Paulo (FEPASA) au Brésil. C'est tout naturellement que
l'ONCF se tourne vers ce constructeur pour la fourniture de son nouveau matériel.
AM80 BREAK est donc la nouvelle rame qui est baptisée ZM.
Une automotrice est composée de trois voitures: ZMC, ZR, ZRC.
Les accouplements automatiques permettent de former, une rame de deux
automotrices. La composition maximum prévue est de deux rames sextuples.
ZMC : voiture motrice deuxième classe avec cabine de conduite et un
accouplement automatique.
ZR
: voiture remorque deuxième classe.
ZRC : voiture remorque première et deuxième classes avec un
accouplement automatique et poste de conduite.
 Capacité :
Places assises:
1 ère classe : ZRC : 32
2ème classe : ZMC : 99
ZR : 100
ZRC : 40
Places debout : ZRC + ZR + ZMC : 84 x 2 = 168 places par rame.
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 Dimensions :
-Longueur d’une automotrice triple
: 75,810 m
-Largeur
: 2,900 m
-Hauteur Rail- niveau toiture
: 4,177 m
-Voie
: 1,435 m
-Distance entre essieux : Bogie moteur
: 2,800 m
Bogie porteur
: 2,600 m
-Diamètre des roues
: Bogie moteur
: 1010 – 940 mm
Max - Min
Bogie porteur
: 950 - 880
Max – min
-Masse totale à vide
: 145,100 Kg
 Caractéristiques :
Vitesse maximale
Accélération au démarrage
: 160 km/h
: 0.35 m/s2 (en charge max)
Décélération
: 0.75 m/s2
Puissance totale
: 4x354 kW =1416kw
Rapport de réduction 87/32
: 2.719
 Caractéristiques principales :
Les rames triples sont équipées d’un accouplement intégral réalisant
automatiquement les accouplements mécanique, électrique et pneumatique.
Quatre automotrices triples peuvent au maximum tractionner ensemble.
Ces automotrices 3KV CC à thyristors développent une puissance de
1416 KW et permettent une vitesse max de 160 Km/h.
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Elles sont équipées d’un frein pneumatique à
électropneumatique et un frein de secours à commande pneumatique.
commande
3. La chaîne de traction :
Une chaîne de traction est un système installé sur le toit et en dessous de train.
Elle convertit l’énergie électrique, captée depuis la caténaire, en énergie
mécanique, permettant ainsi aux roues de tourner et donc au train d’accélérer et de
freiner.
3.1. Captage de courant :
Les caténaires sont des ensembles de câbles placés au-dessus des voies. Ils
ont mission d’alimentation de 3KV, captée par le pantographe et plus précisément
par l’archet.
Pour lever le pantographe, il faut d’abord une basse tension 110V donnée par la
batterie, qui alimente le moteur compresseur, qui augmente la pression. Une
pression de 4bars est suffisante pour lever le pantographe à capter la 3KV.
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3.2. Parcours du courant :
Dès que le courant est capté par l’archet, il passe par le filtre d’entrée qui a
pour mission le filtrage des oscillations de la tension. Après la charge du filtre, le
disjoncteur DJ se ferme et laisse le courant arrive au fusible de protection du relais
tension nulle Q30, qui détecte le niveau de la tension caténaire, alimente les
voltmètres HT et le compteur d’énergie.
Le convertisseur statique CVS réalise d’une part la charge batterie et l’alimentation
des circuits d’asservissement sous tension 110V CC et l’alimentation sous tension
220V DC des circuits de ventilation du convertisseur et des extracteurs d’air des
circuits de chauffage et ventilation.
3.3. Hacheurs :
Les convertisseurs continu-continu ont pour fonction de fournir une tension
continue variable à partir d'une tension continue fixe. On distingue deux types
de convertisseurs continu-continu. Ceux qui sont non isolés, que l'on appellera
hacheurs, et ceux qui comportent un transformateur assurant l'isolation
galvanique, que l'on appelle alimentations à découpage.
Le schéma électrique du hacheur pour un moteur est le suivant :
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En rouge gras, nous avons le circuit de base d'un hacheur élémentaire. A savoir
un thyristor principal, une diode de roue libre, une bobine de lissage. En rouge
fin, le dispositif d'extinction dont nous allons voir le rôle. En noir gras, le circuit
commun au moteur à savoir le filtre et une diode de retour (qui sera nécessaire
pour le shuntage). Les modes démarrage, pleine tension et shuntage.
Le circuit à hacheur est employé de trois façons différentes selon la consigne de
tension à réaliser du démarrage à la vitesse maximum. Ce fonctionnement est
indispensable pour limiter des perturbations harmoniques en ligne caténaire et
sur les circuits de voies…
Dans le montage suivant :
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L'interrupteur H est représenté par son symbole normalisé.
D est une diode de roue libre.
L permet de lisser le courant i. On considère que la fréquence de hachage f est
suffisamment importante pour considérer que i est de forme triangulaire.
Le moteur à courant continu est modélisé par sa f.é.m. E' en série avec sa
résistance R.
L'interrupteur H est en fait un transistor qui fonctionne en régime de
commutation c'est-à-dire qu'il se comporte soit comme un interrupteur fermé,
soit comme un interrupteur ouvert. On commande le transistor par son courant
de base iB.
 Lorsque iB = 0 , le transistor est bloqué ; il se comporte comme un
interrupteur ouvert et dans ce cas, la tension uH = E.
 Lorsque iB est suffisamment important (courant de saturation), iB = iB
SAT , le transistor est saturé ; il se comporte comme un interrupteur
fermé et dans ce cas, la tension uH = 0.
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 L'interrupteur H s'ouvre et se ferme périodiquement. On appelle T cette
période et f = 1/ T la fréquence de hachage.
La durée pendant laquelle l'interrupteur H est fermé s'appelle tF.
On définit le rapport cyclique α par :
On peut ainsi écrire que tF = α.T
La valeur moyenne de la tension en sortie du hacheur série :
<
> = ( / )×
Avec
: aire située sous la courbe
<
>= / ×
<
>= ×
×
 La constante de temps électrique du moteur est beaucoup plus faible que
la constante mécanique de celui-ci et n’est pas négligeable devant la
période du hacheur. Le courant va donc répondre aux fluctuations de la
tension en sortie du hacheur. Une fois le régime permanent établi (le
moteur démarre avant t=0), on a montré dans le paragraphe précédent
que la vitesse était constante : donc E= Cte.
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 A t=0, u passe brutalement de 0 à VCC. La variation du courant d’induit
du moteur est régit par l’équation différentielle suivante :
La constante de temps est
= /
et la valeur finale de i est (
− )/ .
 i croit donc suivant la courbe de réponse d’un 1er ordre à un échelon,
mais n’a pas le temps d’atteindre sa valeur finale avant t= .
 A t=
, u passe brutalement de VCC à 0. La variation du courant
d’induit du moteur est régit par l’équation différentielle suivante :
La constante de temps est = / et la valeur finale de i est – / i décroit
donc suivant la courbe de réponse d’un 1er ordre à un échelon, mais n’a pas le
temps d’atteindre sa valeur finale avant t= .
 A t=T, on revient à la configuration de t=0 Le courant i est donc
périodique. On obtient la forme d’onde suivante :
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 L’ondulation de courant Δ peut être approximer pour le hacheur série
par la relation :
Pour diminuer cette ondulation de courant, on peut donc augmenter la
fréquence F du hacheur ou augmenter le L du moteur en ajoutant à celui-ci une
inductance de lissage en série.
 Comment le hacheur série permet-il la variation de vitesse des moteurs à
courant continu ?
La tension en sortie du hacheur est continue mais pas parfaitement lissée. Cependant,
en rendant par réglage la période T du hacheur négligeable par rapport à la constante
de temps mécanique du moteur, la vitesse de celui-ci n’aura pas le temps de varier.
Tout se passe comme-ci le moteur était alimenté par une tension continue
parfaitement lissée = < > = × .
Avec le réglage de , on obtient différentes valeurs de U qui correspondent à des
caractéristiques mécaniques différentes pour le moteur (droites parallèles). Ces droites
permettent d’obtenir plusieurs points de fonctionnement avec la charge entraînée.
Le hacheur permet également le démarrage à tension d’induit réduite.
Exemple de l’entraînement d’une pompe :
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3.4. Moteur de traction :
Les rames ZM ont des moteurs à courant continu (MCC), deux moteurs par
bogie, deux bogies.
Un bogie est un chariot sur lequel sont fixées les essieux.
Les moteurs sont constitués d’un :
Stator qui est le siège d'un champ magnétique fixe Bs créé par des
enroulements statoriques. Ce stator est aussi appelé inducteur en référence au
fonctionnement en génératrice de cette machine.
Rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant la polarité dans chaque
enroulement rotorique au moins une fois par tour et qui permet de créer un
champ magnétique rotorique en quadrature avec le champ statorique. Les
enroulements rotoriques sont aussi appelés enroulements d'induits, ou
communément induit en référence au fonctionnement en génératrice de cette
machine.
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L'excitation série étant, aujourd'hui réservé aux moteurs, cela car il n'est pas
habituel d'utiliser le terme de machine à excitation série.
Ce type de moteur est caractérisé par le fait que le stator est raccordé en série avec
le rotor.
Donc
 Le même courant traverse le rotor et le stator : Ii = Ie = I
 La tension d'alimentation U = Ui + Ue
 Bs = ke . I
La figure suivante présente le schéma équivalent de la MCC :
L'avantage principal des machines à courant continu réside dans leur :
 Adaptation simple aux moyens permettant de régler ou de faire varier
leur vitesse
 Leur couple et leur sens de rotation : les variateurs de vitesse.
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 Raccordement direct à la source d'énergie : batteries d'accumulateur,
piles, etc.
 …etc.
3.5. Défaillances de la chaîne de traction :
On peut citer quelques défaillances sur le niveau des machines et composants
de la chaîne de traction, les plus fréquentes dont il y a :
 Le patinage : il s’agit d’un déséquilibre entre les vitesses des roues, alors
le capteur de patinage donne le signal à arrêter les moteurs de traction ;
 Lamelles cassées comme nous l’avons vu, et nous avons insisté à leur
changement.
 Moteur brûlé
 Les bondes de pantographe usées par frottements, ce qui peut menacer la
caténaire.
 Basse tension insuffisante à entrainer le moteur compresseur de
pantographe. Nous avons vu ce cas pendant notre mission, le
pantographe n’arrive pas à se lever ; en consultant la poste de conduite
on a trouvé la pression est inférieure à 5bars, et la basse tension 90V : ce
qui est bien sûr insuffisant.
 D’autres problèmes peuvent affecter les micro-contacteurs et les
contacteurs shauntage ; ainsi que le cablage… etc.
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Conclusion :
Ce stage qui a duré un mois nous a permis de compléter
l’ensemble des connaissances acquises durant notre formation
d’ingénierie, de tester nos capacités et de nous familiariser avec
un nouvel environnement.
En effet, les travaux que nous avons effectués et auxquels
on a participé sont à la base de la compréhension des différences
techniques et stratégies suivies pour la bonne marche de
l’O.N.C.F à savoir les moteurs de traction. Ils nous ont permis,
ainsi, de voir le déroulement des travaux effectués à l’ERAC
d’assister à certaines opérations d’entretien des rames ZM et de
se rendre compte des relations humaines dans l’établissement.
Enfin, nous tenons à féliciter tout le personnel de l’ERAC,
pour son savoir-faire, ses compétences, ses actions conjuguées
pour une meilleure productivité et pour le temps consacré pour
faire découvrir aux stagiaires le fonctionnement de plusieurs
machines.
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Glossaire :
o Rame : Un type de véhicule à chemin ferroviaire.
o Caténaire :
File
d’alimentation
des
rames
automotrices électriques.
o Pantographe : Un bras qui a le rôle du capteur
d’alimentation.
o Bogie : Un châssis qui contient deux essieux et
deux moteurs de tractions.
o Compresseur : Un moteur qui donne de l’air
comprimé.
o Hacheur : Un convertisseur continu-continu, qui
varie la vitesse des moteurs de traction.
o Thyristor : Une diode à circuit commande.
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Bibliographie :
Manuel de conduite et de dépannage : Rames Automotrices
Electriques « ZM ».
Webographie :
www.ONCF.ma.
www.Wikipedia.org.
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