Brevet FR2769763A1 — publié le 19990416

L'invention concerne un véhicule ferroviaire comportant plusieurs voitures et un dispositif d'alimentation en courant possédant au moins une batterie, à laquelle peut être connecté un consommateur. Dans les véhicules ferroviaires, on sait d'une manière générale alimenter une batterie à partir d'un secteur, un onduleur étant monté en aval de la batterie, onduleur qui, après conversion de la puissance prélevée de la batterie, alimente des consommateurs électriques qui sont affectés à une voiture du véhicule ferroviaire. Le problème qui est à la base de l'invention consiste, dans un véhicule ferroviaire du type ci-dessus, à trouver les mesures qu'il convient de prendre, grâce auxquelles il soit possible d'assurer une alimentation fiable et ininterrompue en courant de deux barres collectrices électriques, affectées aux voitures d'un véhicule ferroviaire, et utilisant des potentiels de tension différents. Ce problème est résolu selon l'invention par un véhicule ferroviaire du type ci-dessus, caractérisé en ce que par au moins deux voitures passent une barre collectrice électrique de traction et une barre collectrice de batterie, par lesquelles passent des tensions électriques continues ayant des potentiels différents; que la barre collectrice électrique de traction est connectée à un réseau d'alimentation; que la barre collectrice électrique de traction et la barre collectrice de batterie sont reliées l'une à l'autre par plusieurs blocs secteur de commutation électriques, à montage antiparallèle, au moins un premier bloc secteur de commutation étant connecté côté entrée à la barre collectrice électrique de traction et côté sortie à la barre collectrice de batterie, et au moins un autre bloc secteur de commutation étant connecté côté entrée à la barre collectrice de batterie et côté sortie à la barre collectrice électrique de traction; et qu'au moins un bloc secteur de commutation additionnel, connecté côté entrée à la barre collectrice électrique de traction, est, côté sortie, connecté directement à la batterie, et, par l'intermédiaire d'un élément commutateur unidirectionnel, polarisé dans le sens du passage, est raccordé à la barre collectrice de batterie. Dans un véhicule ferroviaire équipé selon l'invention, une barre collectrice électrique de traction, ainsi qu'une barre collectrice de batterie, passent par les voitures à alimenter et qui sont reliées l'une à l'autre. La barre collectrice électrique de traction est alors alimentée par un générateur qui est propre au véhicule ou par une alimentation extérieure en courant, et fait passer par exemple un potentiel électrique continu de 670 Volts; en marche normale, cette barre collectrice alimente des consommateurs de grande puissance. En revanche, pour un faible niveau de tension électrique, ce sont des consommateurs relativement peu puissants, comme l'éclairage et analogues, qui sont connectés à la barre collectrice de batterie. Pour l'alimentation de la barre collectrice de batterie, qui marche sur ballerine, on utilise au moins un bloc secteur de commutation, qui est alimenté par la barre collectrice électrique de traction. Dans le cas d'une panne de l'alimentation usuelle en courant de la barre collectrice électrique de traction, on prévoit un bloc secteur de commutation supplémentaire, à montage antiparallèle par rapport au premier bloc secteur de commutation, et qui côté entrée est alimenté par la barre collectrice de batterie et côté sortie alimente la barre collectrice électrique de traction. La puissance prélevée de la barre collectrice de batterie est alors convertie au potentiel de la tension de consigne de la barre collectrice électrique de traction. Ces blocs secteur de commutation, à montage antiparallèle deux par deux, peuvent chacun être exploités simultanément, mais il est avantageux, grâce à des moyens de commande appropriés, de n'activer dans chaque cas que le bloc secteur de commutation qui alimente la barre collectrice de batterie quand l'alimentation extérieure en courant de la barre collectrice électrique de traction est intacte, et qui, dans le cas d'une panne de l'alimentation extérieure en courant, active le bloc secteur de commutation monté en montage antiparallèle par rapport au premier, pour prélever de la barre collectrice de batterie la puissance nécessaire à l'alimentation de la barre collectrice électrique de traction. Pour assurer la charge électrique d'une batterie, on raccorde un bloc secteur de commutation supplémentaire à la barre collectrice de traction, bloc qui côté sortie alimente directement la batterie correspondante, dont la tension nominale correspond à la tension nominale de la barre collectrice de batterie, et est par exemple de 110 Volts. Dans ce cas, ce bloc secteur de commutation supplémentaire est, côté batterie, et par l'intermédiaire d'un élément de commutation unidirectionnel, en particulier une diode, relié par liaison électrique à la barre collectrice de batterie, cet élément commutateur étant polarisé, pour ce qui concerne sa direction de passage, de façon à permettre l'écoulement du courant vers la barre collectrice de batterie, tout en interdisant une charge de cette batterie à partir de la barre collectrice de batterie. Grâce à ce découplage, on en arrive à ce que, bien que la barre collectrice de batterie puisse être alimentée par tous les blocs secteur de commutation assurant l'alimentation, la batterie peut quand même, indépendamment du niveau de charge ou de tension de la barre collectrice de batterie, être chargée conformément aux directives, par l'intermédiaire du bloc secteur de commutation qui lui est affecté. Si nécessaire, la barre collectrice de traction va cependant être alimentée en énergie par l'intermédiaire de l'élément commutateur unidirectionnel, et même à partir de la batterie et/ou du bloc secteur de commutation supplémentaire qui lui est affecté. De préférence, on prévoit dans une voiture deux batteries distinctes pour alimenter la barre collectrice de batterie, dont chacune peut être chargée, par l'intermédiaire d'un bloc secteur de commutation additionnel qui lui est propre, à partir de la barre collectrice de traction, et dont chacun est relié, par l'intermédiaire d'un élément de commutation unidirectionnel qui lui est propre, à la barre collectrice de batterie. La barre collectrice de batterie doit ainsi, en cas de problème, être alimentée par deux batteries distinctes, auquel cas on évite une charge ou une décharge réciproques des batteries par l'intermédiaire des éléments de commutation. Pour augmenter la sécurité de l'exploitation, il est de même avantageux de raccorder à chaque bloc secteur de commutation alimenté par la barre collectrice de traction, par un montage électrique en parallèle, un bloc secteur de commutation supplémentaire, à montage antiparallèle. ll est alors avantageux, pour simplifier la structure et la fabrication, ainsi que la commande, de relier aussi mécaniquement l'un à l'autre chaque ensemble de deux blocs secteur de commutation à montage antiparallèle. Présente en outre un avantage le fait que deux voitures du véhicule ferroviaire soient équipées des mêmes dispositifs d'alimentation en courant, ce en conséquence de quoi non seulement on a une amélioration globale du maintien du régime de secours en cas de défaut, mais encore on a la possibilité, lors d'une séparation d'un long véhicule ferroviaire, de maintenir, du moins pendant le régime de secours, l'alimentation en courant dans les deux moitiés du véhicule. n est alors possible, dans ce cas de marche, d'insérer tant dans la barre collectrice de traction que dans la barre collectrice de batterie un couplage, amovible par un moyen électrique et mécanique, entre deux voitures. Dans ce cas, à au moins l'une de ces voitures peut être attelée au moins une voiture supplémentaire, dans laquelle passent simplement la barre collectrice de traction et la barre collectrice de batterie Dans ce cas, une autre voiture peut aussi être configurée comme une locomotive ou une motrice, dans laquelle sont logés des dispositifs de propulsion par lesquels sont entraînées les roues des voitures. L'invention va être expliquée plus en détail ci-après à l'aide du schéma de principe d'un exemple de réalisation. Des voitures 1 et 2 d'un véhicule ferroviaire sont reliées l'une à l'autre par un attelage mécanique 3 et par deux liaisons électriques distincts 4 et 5. La liaison électrique 4 est alors disposée entre des tronçons d'une barre collectrice de traction 6, tandis que des tronçons d'une barre collectrice de batterie 7 sont, par l'intermédiaire de la liaison électrique 5, reliés l'un à l'autre, eux aussi d'une manière amovible. La barre collectrice de traction 6 est alimentée en électricité par un secteur non-représenté, qui est alimenté, par l'intermédiaire de caténaires, par des générateurs propres à chaque véhicule, ou par des secteurs extérieurs. La barre collectrice de traction 6 transporte alors par exemple une tension continue de 670 Volts et sert en particulier à l'alimentation de consommateurs très puissants, tels que des installations de climatisation et analogues. La barre collectrice de batterie 7, qui, tout comme la barre collectrice de traction 6, passe par toutes les voitures 1, 2 à alimenter, est dimensionnée pour un potentiel de tension plus faible, correspondant par exemple à une tension continue de 110 Volts, et sert à alimenter l'ensemble des consommateurs ayant ce niveau de tension, tels que l'éclairage, les éléments indicateurs, les horloges, et analogues. En exploitation normale, la barre collectrice de traction 6 est alimentée en énergie à partir d'un secteur qui ]ui est affecté. Pour alimenter aussi en énergie la barre collectrice de batterie 7, un premier bloc secteur de commutation 10 est raccordé à la barre collectrice de traction 6, bloc secteur qui, côté entrée, prélève de l'énergie à partir de la barre collectrice de traction, et la convertit au potentiel de tension de la barre collectrice de batterie 7. Ce premier bloc secteur de commutation 10 est ainsi, côté entrée, raccordé à la barre collectrice de traction 6 et, côté sortie, à la barre collectrice de batterie 7, un commutateur 11 et un fusible 12, en série avec ce dernier, étant disposé dans le trajet du courant de sortie. De cette manière, il est possible de procéder à volonté, par l'intermédiaire du commutateur 11, à une séparation de l'alimentation en courant de la barre collectrice de batterie, ou encore la séparation a lieu d'une manière forcée lors du déclenchement du fusible 12. Pour permettre, en cas d'une panne de secteur empêchant l'alimentation de la barre collectrice de traction 6, d'alimenter les consommateurs 8 nécessaires à l'exploitation, on prévoit un bloc secteur de commutation 13 supplémentaire, qui côté entrée est alimenté par la barre collectrice de batterie 7 et qui, côté sortie, et après une conversion de puissance au potentiel de tension de la barre collectrice de traction 6, l'alimente en énergie. Le premier bloc secteur de commutation 10 et le bloc secteur de commutation 13 supplémentaire peuvent alors être configurés en particulier comme des blocs secteur de commutation à montage antiparallèle, ou encore, d'un point de vue électrique et mécanique, être réalisés sous forme d'un module englobant les dispositifs nécessaires de captage et de commande. Alors que le premier bloc secteur de commande 10 sert, en exploitation normale, et à lui seul, à l'alimentation en énergie de la barre collectrice de batterie 7, on prévoit pour charger une batterie 14 ou pour charger deux batteries 14 distinctes, présentes pour des raisons de redondance, un bloc secteur de commutation 16 supplémentaire par batterie, bloc secteur qui, tout comme le premier bloc secteur de commutation 10, est, côté entrée, alimenté par la barre collectrice de traction 6 et auquel, côté sortie, est directement raccordée une batterie 14. Chaque bloc secteur de commutation 16 supplémentaire sert essentiellement à charger la batterie raccordée 14, ou à en maintenir la charge. Cependant, en particulier quand la barre collectrice de batterie 7 est soumise à des contraintes élevées, il reprend une partie de la charge électrique et, dans ce but, et par l'intermédiaire d'une diode polarisée dans la direction du passage, servant d'élément de connexion unidirectionnel, est par sa sortie raccordé par un montage en parallèle aux deux prises de sortie du premier bloc secteur de commutation 10. La diode 17 est alors polarisée dans la direction du passage de façon à permettre un écoulement du courant vers la barre collectrice de batterie 7, l'écoulement du courant étant cependant bloqué dans l'autre sens. De ce fait, on évite, en particulier en présence de deux batteries indépendantes 14, et comme on l'a dit ci-dessus, qu'un courant de compensation puisse s'écouler entre les batteries quand l'état de charge des batteries n'est pas le même. A cette occasion, on évite aussi que le premier bloc secteur de commutation 10 influe sur la charge des batteries 14. La charge des batteries 14 peut alors être commandée, d'une manière indépendante d'une batterie à l'autre, par une commande correspondante des blocs secteur de commutation supplémentaires qui s'y rattachent Avantageusement, un bloc secteur de commutation 13.1, à montage antiparallèle, est affecté par un moyen électrique ou mécanique non seulement au premier bloc secteur de commutation 10, mais aussi à chacun des blocs secteur de commutation 16 supplémentaires. De ce fait, la charge des différents blocs secteur de commutation 13.1 supplémentaires est, lors de l'alimentation de la barre collectrice de traction 6 à partir de la barre collectrice de batterie 7, répartie sur plusieurs blocs secteur de commutation. On arrive aussi à une plus grande sécurité d'exploitation en cas de défaut de l'un des blocs secteur de commutation 13, 13.1. Pour augmenter encore plus la sécurité de l'exploitation, un dispositif d'alimentation équivalent, constitué de blocs secteur de commutation 10, 13, 16 et de batteries 14, est affecté de préférence à chacune des deux voitures 1 et 2. On a alors aussi un avantage, selon lequel, lors d'une séparation des voitures 1 et 2 par détachement des couplages 3, 4 et 5, les deux voitures 1 et 2, et chacune des autres voitures qui leur sont attelées, présentent une alimentation suffisante des consommateurs présents 8, 9. Dans le cas d'autres voitures, il suffit alors de poser simplement la barre collectrice de traction 6 et la barre collectrice de batterie avec les consommateurs qui leur sont raccordés. L'une des voitures 1, 2, ou les voitures qui leur sont couplées, peuvent être pourvues d'un dispositif de propulsion pour roues de voiture 18, et donc être configurées comme des locomotives ou des motrices, et être reliées à la barre collectrice de traction et à la barre collectrice de batterie. Revendications 1. Véhicule ferroviaire comportant plusieurs voitures et un dispositif d'alimentation en courant possédant au moins une batterie, à laquelle peut être connecté au moins un consommateur, caractérisé en ce que par au moins deux voitures (1, 2) passent une barre collectrice électrique de traction (6) et une barre collectrice de batterie (7), par lesquelles passent des tensions électriques continues ayant un potentiel différent; que la barre collectrice électrique de traction (6) est connectée à un réseau d'alimentation; que la barre collectrice électrique de traction (6) et la barre collectrice de batterie (7) sont reliées l'une à l'autre par plusieurs blocs secteur de commutation électriques (10, 13, 13.1, 16), à montage antiparallèle, au moins un premier bloc secteur de commutation (70) étant connecté côté entrée à la barre collectrice électrique de traction (6) et côté sortie à la barre collectrice de batterie (7), et au moins un autre bloc secteur de commutation (13, 13.1) étant connecté côté entrée à la barre collectrice de batterie (7) et côté sortie à la barre collectrice électrique de traction (6); et qu'au moins un bloc secteur de commutation (16) additionnel, connecté côté entrée à la barre collectrice électrique de traction (6), est, côté sortie, connecté directement à la batterie (14), et, par l'intermédiaire d'un élément commutateur unidirectionnel (17), polarisé dans le sens du passage, est raccordé à la barre collectrice de batterie (7). 2. Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un autre bloc secteur de commutation (16) est prévu, alimenté par la barre collectrice électrique de traction (6), et qui côté sortie est raccordé directement à une batterie supplémentaire (14) et, par l'intermédiaire d'un élément commutateur unidirectionnel (17), polarisé dans la direction du passage, est connecté à la barre collectrice de batterie (7). 3. Véhicule ferroviaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque bloc secteur de commutation (10, 16) alimenté par la barre collectrice électrique de traction (6) présente un couplage électrique et mécanique avec un bloc secteur de commutation (13, 13.1) supplémentaire, à montage antiparallèle, alimenté par la barre collectrice de batterie (7). 4. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins deux voitures (1, 2) sont équipées chacune d'au moins deux paires de blocs secteur de commutation à montage antiparallèle et de deux batteries (14), alimentées séparément par ces derniers. 5. Véhicule ferroviaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que, entre deux voitures (1, 2), des couplages (3, 4, 5), amovibles par un moyen électrique et mécanique, sont insérés tant dans la barre collectrice électrique de traction (6) que dans la barre collectrice de batterie (7). 6. Véhicule ferroviaire selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'à au moins une voiture (1 ou 2) est couplée au moins une autre voiture, dans laquelle sont disposés simplement la barre collectrice électrique de traction (6) et la barre collectrice de batterie (7). 7. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une voiture est pourvue de dispositifs de propulsion destinés aux roues de la voiture.