Brevet FR2821804A1 — publié le 20020913

CHAINE DE TRACTION ELECTRIOUE POUR LOCOMOTIVE UTILISANT DES MOTEURS DE TRACTION ASYNCHRONES DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne les locomotives ferroviaires entraînées par des moteurs de traction électrique et utilisant comme source d'énergie une turbine à gaz. Art antérieur problème posé Dans le domaine de la traction ferroviaire, il est très courant d'utiliser des moteurs électriques à courant continu pour entraîner les essieux d'une locomotive. La source génératrice de courant peut être diverse, par exemple l'apport d'électricité par caténaire, ou la production d'électricité, à l'intérieur même de la locomotive, par un moteur thermique diesel. Il est également utilisé, dans certains types de locomotives, une turbine à gaz entraînant un générateur de courant continu pour alimenter le ou les moteurs électriques de traction à courant continu. Pour obtenir des vitesses variables pour les moteurs de traction, il est nécessaire de faire varier le courant envoyé dans le rotor, quelle que soit la vitesse. Or, une turbine à gaz ne fonctionne à un rendement acceptable que dans une fourchette restreinte de vitesses proches du rendement maximal. Ceci implique qu'il n'est pas souhaité de faire varier la vitesse de rotation de la turbine à gaz. Par ailleurs, la modulation de la puissance des moteurs avec un ondulateur classique nécessite de le dimensionner pour la puissance maximale de la chaîne de traction. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un autre type de chaîne de commande des moteurs de traction d'une locomotive dont la source de production d'énergie électrique est une turbine à gaz embarquée à bord de la locomotive. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est une chaîne de traction électrique d'un véhicule équipé d'au moins un moteur de traction. Selon l'invention, les (ou le) moteurs de traction sont (est) asynchrones à pôles bobinés, la chaîne comprend un onduleur pour chaque moteur de traction et recevant une petite proportion de la puissance électrique déterminée pour alimenter en courant alternatif le rotor des moteurs en faisant varier la fréquence d'alimentation de chaque rotor, afin de faire varier le glissement du fonctionnement des moteurs, le stator de chaque moteur étant alimenté directement à la fréquence déterminée de la source de puissance électrique. La petite proportion de puissance électrique déterminée alimentant les rotors est de préférence comprise entre 10 et 15 % de la puissance totale électrique déterminée. De préférence, on utilise un dispositif de pilotage de freinage, de préférence à thyristors, en amont du ou des moteurs de traction pour récupérer la puissance électrique fournie par le ou les moteurs de traction, lorsqu'ils fonctionnent en générateurs, par exemple, lors des freinages. Dans ce cas, il est avantageux qu'une première partie de la puissance récupérée soit utilisée pour la climatisation de la locomotive ou des voitures tractées ou pour la charge de batteries alimentant des auxiliaires électriques et qu'une deuxième partie de cette puissance calorifique récupérée soit dissipée par un dispositif de dissipation de chaleur placé sur le toit de la locomotive. Le dispositif selon l'invention s'applique à une locomotive ferroviaire, la puissance électrique déterminée étant fournie par une turbine à gaz entraînant un réducteur, entraînant lui-même un alternateur. Description détaillée d'une réalisation de l'invention L'unique figure représente donc le dispositif selon l'invention. Sur la gauche de cette figure, se trouve une turbine à gaz 1 qui constitue la source génératrice de puissance, par exemple pour une locomotive ferroviaire. Cette turbine à gaz 1 entraîne un réducteur 2 qui entraîne lui-même un alternateur 3. Celui-ci tourne entre 2 000 et 3 000 t/min. Il est de préférence a aimant permanent. La puissance électrique fournie par l'alternateur 3 est communiquée en grande partie directement vers les stators 10S de deux moteurs de traction 10. En effet, 85 à 90 % de cette puissance électrique leur est transmise. Les 10 ou 15 % restant de la puissance électrique sont communiqués à deux onduleurs 5. En effet, la puissance électrique est fournie sous forme d'un courant alternatif. La fréquence de ce courant est donc tributaire de la conception de l'alternateur 3 et de sa vitesse de rotation. En conséquence, les variations de la fréquence d'alimentation des stators des deux moteurs de traction 10 sont proportionnelles aux variations de la vitesse de rotation de l'alternateur 3. Par contre, le rôle des onduleurs 5, qui alimentent chacun le rotor 10R d'un des deux moteurs de traction 10, est de moduler cette fréquence d'alimentation en augmentant ou en réduisant la fréquence d'alimentation des rotors. De cette manière, on peut influer sur le glissement du fonctionnement de chacun des moteurs de traction 10. A cet effet, on rappelle que ceux-ci sont des moteurs asynchrones à rotor bobiné. De cette manière, il est possible de procéder à des accélérations progressives, sans faire varier la vitesse de rotation de la turbine à gaz 1, et donc de l'alternateur 3. De plus, les deux onduleurs 5 étant indépendants, il est possible de les faire agir de façon différente, de manière à pouvoir obtenir un effet de différentiel sur l'essieu de traction, ou un effet d'anti-patinage ou bien d'anti-enrayage, toujours sans modification rapide de la vitesse de la turbine à gaz 1. La puissance calorifique dégagée par les deux onduleurs peut être dissipée par des dispositifs de dissipation de chaleur 6. L'alimentation des stators des deux moteurs de traction 10 se fait par l'intermédiaire d'un dispositif de pilotage de freinage 12 qui partage la majeure partie de la puissance électrique fournie par l'alternateur sur le stator 10S de chacun des moteurs de traction 10. De préférence, le dispositif de pilotage de freinage 12 est du type à thyristors. Lors des freinages, la puissance dissipée par le dispositif de pilotage de freinage 12 est dissipée par un dispositif de dissipation de chaleur 6 dont les résistances sont placées sur le toit de la locomotive. Le dispositif de pilotage de freinage, en phase motrice, laisse passer la puissance de l'alternateur 3 vers les stators 10S des moteurs de traction 10. Par contre, en phase de freinage, les moteurs de traction 10 comporte comme des alternateurs et l'énergie active qu'ils produisent est envoyée dans le dispositif de dissipation de chaleur 6 branché sur le dispositif de dissipation de freinage 12. Il est très avantageux de coupler les deux moteurs de traction 10 par leur rotor 10R, au moyen d'un embrayage 11, pour la traction en ligne droite. Avantages de l'invention On note qu'une seule ligne d'arbres mécaniques est nécessaire sur l'alternateur 3. Les deux onduleurs 5 sont de taille relativement petite, puisqu'ils ne doivent traiter qu'au maximum 15 % de la puissance électrique globale fournie par l'alternateur 3. Les moteurs de traction 10 étant de type asynchrone à rotor bobiné sont de technologie simple. Bien entendu, la turbine à gaz 1 fonctionne dans une fourchette de vitesse de rotation englobant, de façon relativement serrée, la vitesse où elle fournit un rendement maximal. REVENDICATIONS 1. Chaîne de traction électrique d'un véhicule équipé d'au moins un moteur électrique de traction (10), caractérisée en ce que les (ou le) moteurs de traction sont (est) asynchrones à pôles bobinés, la chaîne comprennant un onduleur (5) pour chaque moteur de traction (10) et recevant une petite proportion de la puissance électrique déterminée pour alimenter en courant alternatif le rotor (10R) de chaque moteur de traction (10), en faisant varier la fréquence d'alimentation de ces rotors (10R), afin de faire varier le glissement du fonctionnement des moteurs de traction (10), le stator (10S) du même moteur de traction (10) étant alimenté directement à la fréquence déterminée de la source de puissance électrique. 2. Chaîne de traction électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la petite proportion de puissance électrique déterminée, alimentant les rotors (10R) desdits moteurs de traction (10) est de préférence comprise entre 10 et 15 % de la puissance totale électrique déterminée. 3. Chaîne de traction électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de pilotage de freinage (6) en amont du ou des moteurs de traction (10) pour récupérer la puissance électrique fournie par le ou les moteurs de traction (10), lorsqu'ils fonctionnent en générateur, par exemple lors des freinages. 4. Chaîne de traction électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de pilotage de freinage (10) est un dispositif à thyristors. 5. Chaîne de traction électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie de la puissance calorifique récupérée lors des phases de freinage est utilisée pour la climatisation de la locomotive et/ou des voitures tractées et qu'une deuxième partie de cette puissance calorifique récupérée est dissipée par un dispositif de dissipation de chaleur (6) placé sur le toit du véhicule. 6. Chaîne de traction électrique selon la revendication 1, utilisée pour une locomotive ferroviaire équipée d'une turbine à gaz (1) entraînant un réducteur (2), entraînant lui-même un alternateur (3) placé à bord de ladite locomotive.