Brevet FR3024613A1 — publié le 20160205

Module d'alimentation électrique d'un bloc moteur, système de traction et véhicule électrique associé La présente invention concerne un module d'alimentation électrique d'un bloc moteur, le module étant destiné à être connecté entre une caténaire à travers laquelle circule un premier signal d'alimentation électrique de fréquence prédéterminée et le bloc moteur, le module d'alimentation électrique comprenant : - des moyens de filtrage adaptés pour recevoir un deuxième signal électrique, le deuxième signal étant obtenu à partir du premier signal d'alimentation électrique et comprenant une composante parasite dont la fréquence est globalement égale au double de la fréquence prédéterminée, et pour filtrer la composante parasite afin d'obtenir un troisième signal d'alimentation électrique délivré au bloc moteur, et - un convertisseur alternatif/continu destiné à être connecté électriquement entre la caténaire et les moyens de filtrage. La présente invention concerne également un système de traction d'un véhicule électrique comprenant un bloc moteur et un tel module d'alimentation électrique du bloc moteur et un véhicule électrique comprenant un tel système de traction. Dans le domaine des systèmes de traction de véhicules électriques et notamment de véhicules ferroviaires, il est connu d'utiliser un module d'alimentation électrique connecté entre une caténaire à travers laquelle circule un premier signal d'alimentation électrique de fréquence prédéterminée et un bloc moteur. Un tel module d'alimentation électrique comprend des moyens de filtrage munis d'une bobine et d'un condensateur connectés en série et adaptés pour filtrer une composante parasite de fréquence globalement égale au double de la fréquence prédéterminée. Plus précisément, le condensateur et la bobine sont adaptés pour recevoir un deuxième signal électrique, obtenu à partir du premier signal électrique et comprenant la composante parasite. Ils assurent le filtrage de la composante parasite dans le deuxième signal, afin d'obtenir un troisième signal d'alimentation électrique qui est délivré au bloc moteur. La bobine et le condensateur permettent de limiter la variation et notamment le taux d'ondulation d'une tension délivrée au bloc moteur. Cependant, un tel module d'alimentation électrique reste coûteux et lourd et n'est donc pas optimisé pour son intégration dans un véhicule électrique, tel qu'un véhicule ferroviaire. Le but de l'invention est de proposer un module d'alimentation électrique et, plus généralement, un système de traction dont le poids et le coût sont réduits, afin notamment de favoriser leur intégration dans un véhicule électrique, tel qu'un véhicule ferroviaire. A cet effet, l'invention concerne un module d'alimentation électrique d'un bloc moteur du type précité, caractérisé en ce que les moyens de filtrage consistent en un circuit dont l'inductance est globalement nulle. Grâce à l'invention, le poids et le coût du module d'alimentation électrique sont réduits. En effet, le fait d'utiliser pour le filtrage de la composante parasite uniquement des condensateurs permet, comparativement à l'état de la technique, de s'affranchir de l'utilisation d'une bobine et de la remplacer par des condensateurs dont le coût et le poids sont inférieurs. Un tel module d'alimentation électrique permet ainsi de garantir le filtrage de la composante parasite tout en ayant une masse et un coût réduits. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel module d'alimentation électrique comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement admissibles : - les moyens de filtrage comportent uniquement un ou des condensateurs, - la capacité totale des moyens de filtrage est comprise entre 5 mF et 100 mF. - la capacité totale des moyens de filtrage vérifie l'inégalité suivante : C*V2 >T 2* P dans laquelle C est la capacité totale exprimée en Farads, V l'amplitude d'une tension appliquée aux bornes du bloc moteur exprimée en Volts, P une puissance de traction du bloc moteur exprimée en Watts et T un rapport désiré entre, d'une part, une énergie délivrée au bloc moteur et, d'autre part, la puissance de traction, exprimé en seconde, le rapport désiré T étant supérieur à 21 ms, - les moyens de filtrage comprennent plusieurs condensateurs connectés en parallèle les uns des autres, - le module comprend un transformateur électrique, le transformateur électrique comprenant un circuit électrique primaire destiné à être relié électriquement à la caténaire et un circuit électrique secondaire relié électriquement au convertisseur alternatif/continu. L'invention a pour objet un système de traction d'un véhicule électrique, le système de traction comprenant un bloc moteur et un module d'alimentation électrique du bloc moteur, le module d'alimentation électrique étant propre à être connecté électriquement à une caténaire à travers laquelle circule un premier signal d'alimentation électrique de fréquence prédéterminée. Conformément à l'invention, le module d'alimentation est selon l'une quelconque des revendications précédentes. Avantageusement, le bloc moteur comprend un moteur électrique et un onduleur, et l'onduleur est positionné entre le module d'alimentation électrique et le moteur électrique. L'invention a également pour objet un véhicule électrique comprenant un système de traction tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule électrique comprenant un système de traction conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une représentation schématique du système de traction de la figure 1. Le véhicule électrique 10 représenté à la figure 1 comprend un système de traction 12 relié électriquement à une caténaire 14 via un dispositif de connexion 16. Le véhicule électrique 10 est, par exemple, un véhicule ferroviaire. Le système de traction 12 comprend un bloc moteur 18 et un module 20 d'alimentation électrique du bloc moteur 18. La caténaire 14 est propre à être traversée par un premier signal d'alimentation électrique S1 de fréquence prédéterminée. Le premier signal d'alimentation électrique S1 est, par exemple, un signal alternatif dont la fréquence prédéterminée est égale à 50 Hz et dont la tension est de l'ordre de plusieurs kiloVolts. Le dispositif de connexion 16 relie électriquement la caténaire 14 à une borne d'entrée 24 du module d'alimentation électrique 20 et est adapté pour délivrer le premier signal S1 sur la borne d'entrée 24. Le bloc moteur 18 comprend, comme présenté à la figure 2, un moteur électrique 26 et un onduleur 28 s'étendant entre une borne de sortie 30 du module d'alimentation électrique 20 et le moteur 26. Le module d'alimentation électrique 20 est connecté entre la caténaire 14 et le bloc moteur 18. Le module d'alimentation électrique 20 comprend, comme présenté à la figure 2, un transformateur électrique 34, un convertisseur alternatif/continu, c'est-à-dire un convertisseur AC/DC 36 et des moyens de filtrage 38. Le transformateur 34 comprend un circuit primaire 40 destiné à être relié électriquement à la caténaire 14 via la borne d'entrée 24 et un circuit secondaire 42 connecté en entrée du convertisseur AC/DC 36. Le convertisseur AC/DC 36 est destiné à être relié électriquement entre la caténaire 14 et les moyens de filtrage 38. Plus précisément, le convertisseur AC/DC 36 est relié électriquement entre le transformateur 34 et les moyens de filtrage 38. Le convertisseur AC/DC 36 comprend deux points 44, 46 d'entrée du courant reliés électriquement au circuit secondaire 42, ainsi que deux points 48, 50 de sortie du courant reliés électriquement aux moyens de filtrage 38. Le convertisseur AC/DC 36 délivre au niveau du point de sortie 48 un deuxième signal électrique S2, obtenu à partir du premier signal S1 et comprenant une composante parasite dont la fréquence est globalement égale au double de la fréquence prédéterminée. Le convertisseur AC/DC 36 est par exemple un pont redresseur et comprend une pluralité de diodes. Les moyens de filtrage 38 sont constitués, par exemple, comme présenté à la figure 2, d'un premier C1, d'un deuxième C2 et d'un troisième C3 condensateurs connectés en parallèle les uns des autres et reliés entre les troisième 48 et quatrième 50 points de sortie. Les moyens de filtrage 38 s'étendent entre le convertisseur AC/DC 36 et le bloc moteur 18. Le bloc moteur 18 est relié électriquement aux points de sortie 48, 50 via la borne de sotie 30 et est connecté en parallèle des premier C1, deuxième C2 et troisième C3 condensateurs via la borne de sortie 30. Les moyens de filtrage 38 sont adaptés pour filtrer la composante parasite comprise dans le deuxième signal S2 pour obtenir un troisième signal S3 d'alimentation électrique qu'ils délivrent au bloc moteur 18, c'est-à-dire délivré au bloc moteur 18 via la borne de sortie 30. La composante parasite est essentiellement due au fonctionnement du convertisseur AC/DC 36 et la fréquence de la composante parasite est par exemple égale à 100 Hz. Les moyens de filtrage 38 comprennent uniquement des condensateurs C1, C2, C3 et sont dépourvus de bobine. Ainsi, l'inductance des moyens de filtrage 38 est globalement nulle et les moyens de filtrage 38 consistent en un circuit dont l'inductance est globalement nulle. Le module d'alimentation électrique 20 est donc dépourvu de bobine entre le convertisseur AC/DC 36 et la borne de sortie 30. On note C, la capacité totale, c'est-à-dire encore la capacité équivalente des premier C1, deuxième C2 et troisième C3 condensateurs. La capacité totale C est par exemple comprise entre 5 mF (milliFarads) et 100 mF. La valeur de la capacité totale C est telle qu'elle permet de limiter l'ondulation d'une tension U1 délivrée au bloc moteur 18. Le taux d'ondulation de la tension U1 délivrée au bloc moteur 18 est égale au rapport entre la valeur crête à crête de la tension U1 et la valeur moyenne de la tension U1 et est avantageusement inférieur ou égal à 20%, de préférence à 10%. La capacité totale C vérifie l'inégalité suivante : C*V2 >T' (1) 2 * P dans laquelle : - C est la capacité totale exprimée en Farrads (F), - V est l'amplitude de la tension U1 appliquée au niveau de la borne de sortie 30, c'est-à-dire aux bornes du bloc moteur 18, exprimée en Volts (V), - P est une puissance de traction du bloc moteur 18 exprimée en Watts (W), et - T est un rapport désiré, exprimé en secondes (s), pour un fonctionnement nominal du bloc moteur 18 entre, d'une part, une énergie délivrée sur la borne de sortie 30, c'est-à-dire aux bornes du bloc moteur 18 et, d'autre part, la puissance de traction P. Le rapport T a une valeur prédéterminé et est, de préférence, choisi supérieur à 21 ms et la valeur des premier C1, deuxième C2 et troisième C3 condensateurs est choisie de sorte que la capacité totale C ait une valeur qui vérifie l'inégalité (1) présentée ci- dessus. Avantageusement, les premier C1, deuxième C2 et troisième C3 condensateurs sont connectés entre deux barres en matériau électriquement conducteur qui sont propres à être électriquement connectées au bloc moteur 18 et qui sont isolées électriquement l'une de l'autre et forment un bus d'alimentation du bloc moteur 18. Les moyens de filtrage 38, c'est-à-dire les condensateurs C1, C2, C3 permettent, grâce à la valeur de leur capacité, de limiter le taux d'ondulation de la tension U1 délivrée au bloc moteur 18 à 20% et ainsi d'assurer un fonctionnement du bloc moteur 18 de manière optimale, sans risque d'erreur liées à une trop forte variation de la tension U1 délivrée au bloc moteur 18. De plus, le fait d'utiliser uniquement les premier C1, deuxième C2 et troisièmes C3 condensateurs pour réaliser le filtrage de la composante parasite, et non une bobine en série avec un condensateur, permet de réduire la masse du module d'alimentation électrique 20 et ainsi de réduire la masse du système de traction 12 et du véhicule électrique 10, tout en assurant le filtrage de la composante parasite et donc le bon fonctionnement du bloc moteur 18. Ceci permet de réduire notamment la consommation du véhicule électrique 10, ainsi que l'usure des voies sur lesquelles il circule. En variante, les moyens de filtrage 38 comprennent un seul condensateur, ou des condensateurs connectés en série les uns des autres.35 REVENDICATIONS1.- Module (20) d'alimentation électrique d'un bloc moteur (18), le module (20) étant destiné à être connecté entre une caténaire (14) à travers laquelle circule un premier signal (51) d'alimentation électrique de fréquence prédéterminée et le bloc moteur (18), le module d'alimentation électrique (20) comprenant : - des moyens de filtrage (38) adaptés pour recevoir un deuxième signal électrique (S2), le deuxième signal (S2) étant obtenu à partir du premier signal d'alimentation électrique (51) et comprenant une composante parasite dont la fréquence est globalement égale au double de la fréquence prédéterminée, et pour filtrer la composante parasite afin d'obtenir un troisième signal (S3) d'alimentation électrique délivré au bloc moteur (18), et - un convertisseur alternatif/continu (36) destiné à être connecté électriquement entre la caténaire (14) et les moyens de filtrage (38), caractérisé en ce que les moyens de filtrage (38) consistent en un circuit dont l'inductance est globalement nulle. 2.- Module d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (38) comportent uniquement un ou des condensateurs (C1, C2, C3). 3.- Module d'alimentation électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la capacité totale (C) des moyens de filtrage (38) est comprise entre 5 mF et 100 mF. 4.- Module d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité totale (C) des moyens de filtrage (38) vérifie l'inégalité suivante : C*V2 >T 2 * P ' dans laquelle C est la capacité totale exprimée en Farads, V l'amplitude d'une tension appliquée aux bornes du bloc moteur exprimée en Volts, P une puissance de traction du bloc moteur (18) exprimée en Watts et T un rapport désiré entre, d'une part, une énergie délivrée au bloc moteur (18) et, d'autre part, la puissance de traction, exprimé en seconde, le rapport désiré T étant supérieur à 21 ms. 5.- Module d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (38) comprennent plusieurs condensateurs (C1, C2, C3) connectés en parallèle les uns des autres. 6.- Module d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (20) comprend un transformateur électrique (34), le transformateur électrique comprenant un circuit électrique primaire (40) destiné à être relié électriquement à la caténaire (14) et un circuit électrique secondaire (42) relié électriquement au convertisseur alternatif/continu (36). 7.- Système de traction (12) d'un véhicule électrique (10), le système de traction (12) comprenant un bloc moteur (18) et un module (20) d'alimentation électrique du bloc moteur (18), le module d'alimentation électrique (20) étant propre à être connecté électriquement à une caténaire (14) à travers laquelle circule un premier signal (51) d'alimentation électrique de fréquence prédéterminée, caractérisé en ce que le module d'alimentation (20) est selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8.- Système de traction d'un véhicule électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc moteur (18) comprend un moteur électrique (26) et un onduleur (28), et en ce que l'onduleur (28) est positionné entre le module d'alimentation électrique (20) et le moteur électrique (26). 9.- Véhicule électrique (10) comprenant un système de traction (12), caractérisé en ce que le système de traction (12) est selon la revendication 7 ou 8.