Brevet FR2354213A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne un systeme d'alimentation des organes auxiliaires embarqués sur une voiture de voyageurs destinee en particulier au service des trains des lignes internationales. A l'heure actuelle, les principaux organes auxiliaires installés à bord des voitures ferroviaires pour le service des voyageurs sont alimentés en énergie électrique de la façon suivante A) ALIMENTATION EN 24 VOLTS Cette tension de sortie est utilisée pour les équipements d'éclairage, la charge des batteries d'accumulateur, le freinage êlectropneumatique, l'équi- pement d'anti-enrayage des freins, la télécommande, les tableaux à basse tension et les divers équipements de signalisation ainsi que les dispositifs de ventilation. Cette alimentation en 24 volts ne depasse en général pas une puissance maximale d'environ 6 kilowatts. B) ALIMENTATION POUR LE CHAUFFAGE La puissance électrique maximale nécessaire pour le chauffage ne dépasse généralement pas 35 a 45 kilowatts fournis à partir du caténaire d'ali mentation en courant de traction électrique. C) ALIMENTATION DU GROUPE MOTO-COMPRESSEU5 POUR LE REFROIDISSEMENT DE L'AIR Cette alimentation nécessite une puissance d'environ 30 kilowatts à fournir sous tension 380 volts en courant triphasé indispensable pour assurer le démarrage du moteur électrique qui peut être enfermé dans une enceinte étanche remplie de fréon pour entrainer le compresseur. Le systeme actuellement utilise pour la fourniture des'trois types de courant électrique qui viennent d'être explicités consiste à associer à chacun des types de courant une alimentation électrique autonome à partir de la puissant électrique captee par la locomotive au caténaire et transmise à chacune des voitures du train par un câble d'alimentation.Cette alimentation électrique autonome est constituée pour les différents types de courant I.- ALIMENTATION EN 24 VOLTS (puissance de 4 à 6 kilowatts) Cette alimentation est realisée par une source de courant continu autonome qui peut être a) une dynamo entraînée par la rotation d'un essieu de la voiture et controlée par un régulateur, b) un groupe transformateur et redresseur installé à l'aval de l'alimentation en 380 volts triphasé, c) un groupe de transformation statique prélevant son énergie directement sur le câble de puissance du train relié à la caténaire et fournissant une régulation séparée pour la source de courant continu (24V) et pour la charge des batteries (24 a 32V) Il.- ALIMENTATION POUR LE CHAUFFAGE (35 à 45 kolowatts) Cette alimentation s'effectue par l'intermédiaire d'un sélecteur qui réagit à la nature du courant (continu ou alternatif), à la valeur de la tension (25 000 volts ou 15 000 volts alternatif , 3 000 volts ou 1 500 volts con tinu )et qui peut discriminer également la fréquence d'alimentation de la caténaire (fréquence industrielle à 50 Hertz ou fréquence de traction 16 2/3 Hertz pour les électrifications en Suisse, Allemagne, Autriche et Scandinavie). Le sélecteur pour les différents types de courant de traction est asservi à un combinateur électromécanique qui combine les resistances de chauffage en série ou en parallèle selon le niveau de la tension fournie par la conduite électrique de puissance.(3 000 volts continu, 1 500 volts continu ou alternatif ou 1 000 volts alternatif). III.- Alimentation en 380 volts triEhas (30 kilowatts) Cette alimentation est fournie par l'intermédiaire d'une source autonome constituée par a) un groupe motogenerateur. Ce groupe peut comporter un alter nateur entrainé par un moteur électrique alimenté directement à partir du caténaire ou bien entrai né par un moteur Diesel indépendant.L'alternateur peut être asservi à une commande le mettant en service uniquement lorsqu'il est nécessaire de produire une puissance de réfrigération, bj un convertisseur statique prélevant son énergie directement à partir de la ligne électrique de puissance du train reliée au caténaire, Les systemes d'alimentation électrique pour les voitures de voyageurs qui viennent d'être décrits supposent l'emploi d'un certain nombre d'éléments fixes à la caisse dé la voiture avec des amenées de courant à relativement haute tension ce qui ne manque pas de nuire à l'accessibilité et à la sécurité de ces éléments qui sont relativement encombrants et onéreux. On doit noter de plus que dans le cas ou l'alimentation en 24 volts est fournie par un groupe transformateur redresseur installé à l'aval de la source de 380 volts triphasé, cette source de courant triphasé est très peu sollicitée pendant la periode hivernale ou il n'est pratiquement pas fait appel à l'installation de réfrigération de la voiture alors que la source de courant triphasé doit être maintenue sous tension pendant toute la période d'occupation des voitures. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des systèmes d'alimentation électrique précites. A cet effet, le dispositif d'alimentation électrique des organes auxiliaires embarqués sur une voiture ferroviaire pour voyageurs, en particulier pour le service international ou à longue distance du type comportant un bloc de transformation du courant de la ligne de train a relativement haute tension (en principe entre 3 000 et 1 000 volts) en courant triphasé standard (à 380 volts entre phases) est caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur susceptible, en fonction de la temperature régnant dans la voiture, soit de couper l'alimentation en 380 volts triphasé soit de la relier au groupe moto-compresseur de réfrigération en cas d'appel à la réfrigération, soit de la relier à des résistances électriques.de chauffage de la voiture en cas d'appel au chauffage. Les résistances électriques de chauffage sont de préférence réparties dans les divers compartiments de la voiture et Sont soumise à une régulation individuelle pour chacun de ces compartiments. L'alimentation électrique des résistances de chauffage de chaque compartiment peut alors être controlée par un thermostat de coupure susceptible d'être réglé par les voyageurs occupant ce compartiment. Selon un autre mode de réalisation, le bloc de transformation du courant a relativement haute tension comporte, en amont du commutateur, un transformateur de courant apte à fournir du courant continu (entre 24 volts et 72 volts) pour la charge des batteries, l'éclairage et les auxiliaires à puissance moyenne de la voiture. Le bloc de transformation haute tension (3 000 à 1 000 volts) en moyenne tension (380 volts triphasé) et basse tension éventuelle (courant continu 24 à 72 volts) est un convertisseur statique de tension sans parties tournantes et les résistances électriques utilisées pour le chauffage de la voiture peuvent être des resistances standard du type de celles utilisées pour le courant 220 volts monophasé. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé ou la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation selon l'invention du dispositif d'alimentation électrique des organes auxiliaires embarqués sur une voiture ferroviaire pour voyageurs. La ligne électrique 1 représente la conduite électrique de puissance du train (alimentée directement par le caténaire en 1500 volts et 3 000 volts contint ou bien par l'intermédiaire d'un transformateur avec sprtie respecti- vement en 1 500 volts et en 1 000 volts alternatif pour le courant 50 périodes ou 16 2/3 périodes). Le bloc électrique 2 fixe à la caisse d'une voiture de voyageurs prévue pour le service grandes lignes ou international comporte un groupe d'alimentation 3 qui prélève son energie directement sur la ligne électrique 1. Le groupe d'alimentation 3 est constitué de préférence d'un convertisseur statique stabilise comportant une partie à relativement haute tension 3a (3 000 à 1 000 volts selon le type de courant de traction) et d'une partie à relativement basse tension 3b enfermées chacune dans un bloc séparé. La partie à basse tension 3b comporte une sortie 4 en 24 volts servant pour les organes à basse tension 4a et une sortie 5 en courant 380 volts triphasé qui est utilisée pour alimenter alternativement les résistances de chauffage 6 et le groupe motocompresseur 7 de réfrigération de l'air. Un organe de regulation 8 est commandé par la température regnant à l'intérieur des voitures pour piloter un dispositif de commutation 9 interposé entre la sortie triphasé 5 et les organes de chauffage 6 et de réfrigération 7, de telle façon que les organes 6 et 7 ne puissent pas être couplés simultanément à la sortie de courant triphasé. Le courant à relativement haute tension amené par le ligne de train 1 est reçu dans le bloc à haute tension 3a muni d'une isolation convenable et est transformé en un courant à tension plus basse pour être distribué par le groupe 3b en courant continu 24 volts par la ligne 4 et en courant triphasé 380 volts par la ligne 5. La ligne à courant triphasé peut alimenter soit le moteur électrique asynchrone entrainant le compresseur de réfrigération de la voiture et des ventilateurs divers, soit l'installation de chauffage constituée de résistances disposées soit dans le circuit de ventilation de la voiture dans la cas d'une régulation centralisée du chauffage, soit dans chaque compartiment de la voiture dans le cas ou une régulation du chauffage par compartiment est possible. De nombreux avantages sont obtenus avec l'installation d'alimentation électrique qui vient d'être décrite et concernent 10) l'amélioration de la sécurité à l'isolation des éléments à haute tension qui sont présents à un seul exemplaire dans un coffret qui peut être dimensionné de façon à éviter des incidents en service, 20) la réduction du poids des equipements et du coût de l'installation grâce à la possibilité d'utiliser le système de division de tension pour la chauffage, pour le refroidissement et pour les organes auxi liaires alors que ce système de division de tension devait être réalisé en trois exemplaires dans les systèmes précédents, 30) une meilleure accessibilité des différents organes d'alimentation électrique, 40) la possibilité d'obtenir pendant une plus grande période de l'année une charge importante sur le groupe abaisseur de tension en particu lier pendant la période hivernale ou la charge de chauffage est sensiblement égale à la charge de climatisation pendant l'été compte tenu du facteur de charge (cos f ) du moteur asynchrone du groupe moteur compresseur.Le dispositif d'alimentation électrique pour voitures de voyageurs qui vient d'être décrit permet d'utiliser pour le chauffage des résistances standard du type 220 volts monophasé relativement bon marché et de laisser à la disposition des voyageurs le réglage du chauffage des compartiments, ce qui constitue un moyen d'économie d'énergie non négligeable si l'on tient compte du fait qu'en période hivernale la puissance électrique consommée pour le chauffage d'un train et qui persiste pendant toutes les périodes d'arret du train est quelquefois supe rieure à la puissance moyenne nécessaire pour la traction de cette voiture à vitesse modérée. On peut d'ailleurs imaginer que le con vertisseur statique entre la haute tension de la ligne de train et le 380 volts triphasé ne soit mis sous tension que pendant les périodes effectives d'utilisation du 380 volts triphasé, la source de courant continu ( 24 volts) étant alimentée en permanence par la ligne de train à haute tension, ce qui ménage le convertisseur statique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIDNS 1.- Dispositif d'alimentation électrique des organes auxiliaires embarques sur une voiture ferroviaire pour voyageurs, en particulier pour le service international ou à longue distance, du type comportant un bloc de transformation du courant de la ligne de train à relativement haute tension (en principe entre 3 000 et 1 000 volts) en courant triphasé standard (à 380 volts entre phases), caracterisé en ce qu'il comporte un commutateur susceptible, en fonction de la température regnant dans la voiture, soit de couper l'alimentation en 380 volts triphasé soit de la relier au groupe moto-compresseur de réfrigération en cas d'appel à la réfrigération, soit de la relier à des résistances électriques de chauffage de la voiture en cas d'appel au chauffage. 2.- Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, carac terse en ce que les résistances electriques de chauffage sont réparties dans les divers compartiments de la voiture et sont soumise à une régulation individuelle pour chacun de ces compartiments. 3.- Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alimentation électrique des résistances de chauffage de chaque compartiment est controlee par un thermostat de coupure susceptible d'être réglé par les voyageurs occupant ce compartiment. 4.- Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bloc de transformation du courant a relativement haute tension comporte en amont du commutateur un transformateur de courant apte à fournir du courant continu (entre 24 volts et 72 volts) pour la charge des batteries, l'éclairage et les auxiliaires à puissance moyenne de la voiture. 5.- Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caracterise en ce que le bloc de transformation haute tension (3 000 à 1 000 volts) en moyenne tension (380 volts triphase) et basse tension éventuelle (courant continu 24 à 72 volts) est un convertisseur statique de tension sans parties tourantes. 6.- Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les résistances electriques utilises pour le chauffage de la voiture sont des résistances standard du type de celles utilises pour le courant 220 volts monophasé.