Redressement non commandé sur charge RLE en conduction

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Figure 1 : Locomotive BB2500
Constituant principal de l’étage d’entrée de la chaine de conversion d’énergie, le
convertisseur statique réalisant la conversion alternatif-continu a été réalisé par des
montages de technologies très différentes suivant la date de conception du matériel
roulant considéré.
1974 : Locomotive BB2500 (4130kW) : Redresseur par pont de diodes PD2.
2000 : Locomotive BB 27000 (4200 kW) : Entrelacement de 4 ponts monophasés à
commutation forcées (IGBT)
Les évolutions technologiques ont permis d’améliorer la qualité de l’énergie consommée
par le matériel ferroviaire roulant, notamment en réduisant les harmoniques au niveau de
l’onde de courant absorbée par l’engin de traction.
Ces harmoniques peuvent perturber le fonctionnement des autres éléments du système
ferroviaire (équipements de signalisations) tout comme ils peuvent perturber l’engin de
traction lui-même.
Exemple n°1 :
Figure n°2 : Locomotive BB15100
La locomotive BB15100 a été fabriquée à 65 exemplaires et mises en service de 1971
à 1978, vitesse maximale 180 km/h pour un train de voyageurs.
Il s’agit d’une locomotive mono-tension qui fonctionne uniquement sous caténaire
monophasée 25 kV 50 Hz.
Redressement non commandé sur
charge RLE en conduction continue
TSI 1
2009-2010
Ie Is
Réseau de distribution
Redresseur statique monophasé
Utilisation de la tension redressée :
- Vers machines à courant continu
(par l’intermédiaire de hacheurs par
exemple) OU
- Vers machines à courant alternatif
alimentées par l’intermédiaire d’onduleurs.
Caténaire
Pantographe
I. Conversion alternatif-continu, exemples d’applications liés à la traction
Transformateur abaisseur de tension dont la puissance apparente peut atteindre
plusieurs MVA et pouvant posséder plusieurs enroulements secondaires.
Figure n°1 : Schéma de principe de l’étage de conversion AC-DC pour la traction ferroviaire

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Figure n°3 : Schéma simplifié de la chaine de traction de la BB15100
(CS : Convertisseurs statiques AC/DC, associations de redresseurs à diodes et à thyristors)
Puissance utile de chaque moteur : 2100 kW.
Alimenté par le réseau alternatif monophasé 25 kV, 50 Hz, le courant absorbé au
primaire du transformateur (courant noté I
p
sur le schéma, figure n°3, ci-dessus) contient
de nombreux harmoniques (celui-ci n’est pas sinusoïdal) ; malgré l’association des
ponts redresseurs.
Ces harmoniques peuvent perturber le fonctionnement des autres éléments du système
ferroviaire (équipements de signalisations), tout comme ils peuvent perturber l’engin de
traction lui-même
En 1981, la SNCF a expérimenté sur cette locomotive un dispositif de relèvement du
facteur de puissance à base de filtres passifs.

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Exemple n°2 :
Figure n°4 : TGV POS (Paris Ost Frankreich Süd Deutschland)
Le TGV POS a été mis en service juin 2007, départ de Paris vers Strasbourg, Metz,
Munich, Francfort, Zurich et Luxembourg (vitesse commerciale de 320 km.h
-1
sur le
parcours français et de 300 km.h
-1
sur lignes grande vitesse allemandes).
Figure n°5 : Convertisseurs statiques AC/DC sur le TGV POS
(PMCF : Ponts monophasés à commutation forcée à IGBT)
I
p

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Chacune des 2 motrices est constituée de 4 ensembles "essieux-moteurs" regroupés en
2 blocs moteurs (de 1200 kW), un par bogie.
Pour le TGV POS, la pénétration sur les réseaux allemands et suisses nécessite des
rames tri-tensions adaptées aux tensions 25kV-50Hz monophasée et 1500V continu du
réseau français et, d’autre part, à la tension spécifique 15 kV-16,7Hz des réseaux
allemands et suisses.
Sur réseau alternatif, le courant absorbé au primaire du transformateur (courant
noté I
p
sur le schéma, figure n°5, page précédente) est quasi-sinusoïdal.
Les 2 exemples précédents montrent que, dans le cadre de la traction ferroviaire, le
convertisseur statique alternatif-continu est réalisé par des montages de technologies
très différentes suivant la date de conception du matériel roulant considéré.
Les évolutions technologiques ont permis d’améliorer la qualité de l’énergie consommée
par le matériel ferroviaire roulant, notamment en réduisant les harmoniques au niveau de
l’onde de courant absorbée par l’engin de traction.
.
Exemple n°3 :
Figure n°6 : Exemple de réseau d’alimentation électrique de tramway
Seul le redressement monophasé non commandé à diodes est traité dans les
pages suivantes (avec charge RLE en conduction continue).

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II. Redressement monophasé à diodes
A. Structure du convertisseur statique
Figure n°7 : Structure du convertisseur direct (AC/DC)
B. Interrupteurs statiques utilisés
Fonctionnement :
• Si Ve(t) > 0, K1 et K4 sont fermés.
• Si Ve(t) < 0, K3 et K2 sont fermés.
Figure n°9 : Caractéristique statique de K1   diode
Figure n°10 : Caractéristique statique de K2   diode « inversée »
Is
Vs(t)
Ve(t)
•
t)sin(ω 2VVe(t)
E
=
• Is > 0, conduction continue
I
K
V
K
I
K1
V
K1
V
K2
I
K2
Figure
n°
8
: interrupteurs statiques
K (convention récepteur)
I
K1
V
K1
0
I
K2
V
K2
0