Brevet FR3024419A1 — publié le 20160205

Appareil électrique d'un véhicule ferroviaire avec système de préchauffage intégré La présente invention concerne un appareil électrique d'un véhicule ferroviaire, du type comprenant : des modules électroniques, chacun desdits modules comportant au moins un composant électronique ; un boîtier auquel sont fixés les modules ; et un dispositif de chauffage des modules électroniques. L'invention s'applique particulièrement à des véhicules ferroviaires pouvant être soumis à des températures très basses, par exemple inférieures à -25 °C et pouvant même descendre au-delà de -50 °C. De telles températures empêchent un fonctionnement correct de plusieurs modules électroniques. Il est connu d'équiper de tels véhicules ferroviaires d'un système central de préchauffage, diffusant de l'air chaud à l'intérieur des véhicules pour augmenter la température des composants. A titre d'exemple, un système connu, d'une puissance de 26 kW, nécessite 11 heures de préchauffage pour faire passer de -40°C à -25 °C un appareil électrique de véhicule ferroviaire. La présente invention a pour but de fournir un appareil électrique dans lequel le dispositif de chauffage permet de réduire la durée de préchauffage et la consommation électrique associée. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif électrique d'un véhicule ferroviaire du type précité, dans lequel le dispositif de chauffage comporte plusieurs éléments de chauffage, chaque élément de chauffage étant disposé à l'intérieur du boîtier, à proximité d'un composant électronique, ledit élément de chauffage étant situé sous ledit composant. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniques possibles : - chaque module électronique est associé à une température minimale de fonctionnement, les modules électroniques étant disposés dans le boîtier du bas vers le haut selon des températures minimales de fonctionnement croissantes ; - le module électronique ayant la température minimale de fonctionnement la plus élevée parmi les modules est fixé à une partie supérieure du boîtier, au-dessus de tous les éléments de chauffage ; - le boîtier comporte un matériau thermiquement conducteur, tel qu'un métal ; - les éléments de chauffage sont des résistances électriques ; - les modules électroniques sont reliés entre eux par un premier circuit électrique et les éléments de chauffage sont reliés entre eux par un second circuit électrique, distinct du premier circuit électrique ; - le dispositif comprend une sonde de température située à proximité d'un module électronique ; - la sonde est reliée à un moyen de signalisation comportant au moins deux états, un premier état correspondant à une température mesurée inférieure à un premier seuil, un deuxième état correspondant à une température mesurée supérieure au premier seuil ; - le second circuit est muni d'un interrupteur apte à couper l'alimentation électrique du second circuit lorsque la température mesurée par la sonde est supérieure à un deuxième seuil, lui-même supérieur au premier seuil ; - le deuxième seuil est supérieur au premier seuil d'un écart compris entre 20°C et 80°C. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la figure 1 est une vue d'un appareil électrique d'un véhicule ferroviaire, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique de l'appareil de la figure 1. L'appareil 10 représenté à la figure 1 est destiné au fonctionnement électrique d'un véhicule ferroviaire, en particulier d'une locomotive (non représentée). L'appareil 10 comporte un boîtier support 12, ayant par exemple la forme d'une cage constituée de barres 14 verticales et horizontales. Les barres 14 divisent le boîtier 12 en plusieurs logements 16. Le boîtier 12 et/ou les barres 14 sont de préférence formés d'un matériau thermiquement conducteur tel qu'un métal, par exemple de l'acier. Des modules électroniques 18, 19, 20, 21 sont disposés dans les logements 16 et fixés à des barres 14. Les modules électroniques comprennent par exemple un module de commande 18, un condensateur 19, un disjoncteur 20 et un module 21 de pilotage d'interrupteurs du module de commande 18. D'autres appareillages, comme une tour de refroidissement 26, sont également disposés dans les logements 16. De manière générale, on entend par « module électronique » un dispositif comprenant au moins un composant électronique et de préférence plusieurs composants électroniques. On entend par « composant électronique » un composant destiné à être parcouru par un courant électrique, tel qu'un sectionneur ou une carte électronique. Par exemple, le module de commande 18 comporte plusieurs cartes électroniques 22. De même, le module 21 de pilotage d'interrupteurs comporte plusieurs cartes électroniques 23. Les modules électroniques 18, 19, 20, 21 ne sont en état de fonctionner que dans une certaine plage de température ambiante. En particulier, les modules électroniques 18, 19, 20, 21 sont associés à des températures minimales Tnn de fonctionnement. Par exemple, le module de commande 18 est inutilisable en-dessous d'une température minimale Tminl égale à -25 °C. Le condensateur 19, le disjoncteur 20 et le module 21 ne peuvent fonctionner qu'à partir d'une température minimale Tmin2 égale à - 40 °C. L'appareil 10 comprend un dispositif 24 de chauffage des modules électroniques 18, 19, 20, 21. Le dispositif de chauffage 24 comprend notamment des éléments de chauffage 26, 28, 30, 32 qui sont préférentiellement des résistances électriques. De préférence, au moins une résistance électrique 26, 28, 30, 32 est située à proximité et au-dessous de chacun des modules électroniques 18, 19, 20, 21 nécessitant une température minimale Tmin de fonctionnement. Plus préférentiellement, au moins une résistance électrique 26, 28, 30, 32 est située à proximité et au-dessous de chacun des composants électroniques nécessitant une température minimale de fonctionnement. Par exemple, chaque carte électronique 22 du module de commande 18 est associée à une résistance 26 située en-dessous de la carte. De même, chaque carte électronique 23 du module 21 de pilotage d'interrupteurs est associée à une résistance 30 située en-dessous de la carte. On entend par « à proximité » une distance entre chaque élément de chauffage et le composant électronique correspondant, comprise entre 0 cm et 20 cm, de préférence entre 1cm et 10 cm, plus préférentiellement entre 1 cm et 5 cm. La distance, ainsi que les caractéristiques de chauffage de chaque résistance 26, 28, 30, 32, sont adaptées en fonction de la température minimale 'min et des propriétés des composants électroniques face à la chaleur. De préférence, chaque résistance électrique 26, 28, 30, 32 du dispositif de chauffage 24 est disposée dans un logement 16 renfermant un module électronique 18, 19, 20, 21. Chaque résistance 26, 28, 30, 32 est fixée aux barres 14 du logement 16, ou encore au composant électronique à chauffer. De préférence, les modules électroniques 18, 19, 20, 21 sont disposés dans le boîtier 12 de sorte que les modules ayant la température minimale Tmin2 la plus basse soient situés en-dessous des modules ayant la température minimale Tminl la plus élevée. De manière générale, un module avec une température minimale de fonctionnement inférieure à celle d'un autre module est situé en-dessous de cet autre module ou au niveau de cet autre module. En particulier, le module de commande 18 est de préférence situé dans l'un des logements 16 localisés en partie supérieure du boîtier 12. Ainsi, les résistances 30, 32 associées aux modules situés en bas du boîtier 12 contribuent à chauffer le module de commande 18 situé en haut du boîtier 12. Dans l'exemple de la figure 1, toutes les résistances 26, 28, 30, 32 sont préférentiellement situées plus bas que le module de commande 18, qui a la température minimale Inn, de fonctionnement la plus élevée. La figure 2 représente schématiquement les modules électroniques 18, 19, 20, 21 de l'appareil 10. Plus précisément, les modules électroniques 18, 19, 20, 21 sont reliés entre eux par un premier circuit 34 d'alimentation électrique. Le premier circuit 34 est raccordé à un réseau d'alimentation 36, par l'intermédiaire d'un premier interrupteur 38 apte à commuter entre une position fermée et une position ouverte. Les résistances électriques 26, 28, 30, 32 du dispositif de chauffage 24 sont reliées entre elles par un second circuit électrique 40, distinct du premier circuit 34. Le second circuit 40 est raccordé au réseau d'alimentation 36, par l'intermédiaire d'un second interrupteur 42 apte à commuter entre une position fermée et une position ouverte. Ainsi, le second circuit 40 est alimenté en électricité de manière indépendante du premier circuit 34. L'appareil 10 comprend en outre une sonde de température 44. La sonde 44 est située de préférence à faible distance, par exemple à moins de 10 cm, du module qui a la température minimale Inn, de fonctionnement la plus élevée, en l'occurrence le module de commande 18. La sonde 44 est reliée à un moyen 46 de signalisation de température. Le moyen 46 comporte au moins deux états. Un premier état correspond à une température mesurée inférieure à un premier seuil Ti, un deuxième état correspond à une température mesurée supérieure ou égale au premier seuil. Le moyen 46 est par exemple un voyant lumineux, éclairé en rouge lorsque la température mesurée par la sonde 44 est inférieure à Ti et éclairé en vert lorsque la température mesurée est supérieure ou égale à T. Le voyant lumineux 46 est par exemple situé dans une cabine de conduite de la locomotive ou dans un local technique. De manière optionnelle, la sonde 44 est reliée à plusieurs moyens 46 de signalisation de température, situés dans des zones différentes. L'appareil 10 comprend en outre un module 50 de régulation de température. Préférentiellement, le module de régulation 50 est intégré au module de commande 18. Le module 50, schématisé à la figure 2, comporte un microprocesseur 52, une mémoire 54 et au moins un bus 56 de communication. Par l'intermédiaire d'une interface 58, le module 50 est relié à la sonde de température 44. Un programme 60 est mémorisé dans la mémoire 54. Par l'intermédiaire de l'interface 58, le programme 60 est apte à commander la commutation des interrupteurs 38, 42 comme détaillé ci-après. Un procédé de fonctionnement du dispositif 10 va maintenant être décrit. En cas de grand froid, la sonde 44 signale à un opérateur extérieur, par l'intermédiaire du moyen de signalisation 46, que la température à proximité des modules 18, 19, 20, 21 est inférieure au premier seuil Ti. Le moyen de signalisation 46 est dans son premier état, par exemple éclairé en rouge dans le cas d'un voyant lumineux. De préférence, la valeur du premier seuil Ti est choisie dans une gamme de température supérieure ou égale aux températures minimales Tn-', de fonctionnement des modules 18, 19, 20, 21. Par exemple, la valeur du premier seuil Ti est égale à la température minimale de fonctionnement la plus élevée, soit Tminl = -25 °C. L'opérateur commute le second interrupteur 42 en position fermée, le premier interrupteur 38 étant en position ouverte. Les résistances 26, 28, 30, 32 sont alimentées par le second circuit 40 et produisent de la chaleur, tandis que les modules 18, 19, 20, 21 du premier circuit 34 ne sont pas alimentés en électricité. Chaque résistance 26, 28, 30, 32 étant préférentiellement située juste au-dessous d'un composant d'un module 18, 19, 20, 21, la chaleur émise par chacune desdites résistances monte en direction d'un composant à réchauffer. Par ailleurs, le module de commande 18 étant préférentiellement situé en haut du boîtier 12, la chaleur émise par l'ensemble des résistances 26, 28, 30, 32 contribue à réchauffer le module de commande 18, dont la température minimale Tminl de fonctionnement est la plus élevée. Dans le cas où le boîtier 12 est formé d'un matériau thermiquement conducteur, le boîtier 12 fait office de diffuseur de la chaleur émise par les résistances 26, 28, 30, 32. Ceci réduit encore la durée de préchauffage. Les modules 18, 19, 20, 21 sont ainsi réchauffés avant leur mise en marche, de manière à atteindre une plage de température appropriée à leur fonctionnement. A titre d'exemple, pour une locomotive stockée en extérieur à -40 °C, un tel dispositif 10 permet de mettre la locomotive en état de fonctionnement au bout de 40 minutes de chauffage des résistances 26, 28, 30, 32. Pour un stockage à -50 °C, la locomotive est en état de fonctionnement au bout d'environ 3 heures de chauffage des résistances 26, 28, 30, 32. Lorsque la sonde 44 détecte que le premier seuil de température Ti est atteint, le moyen de signalisation 46 passe dans son deuxième état, par exemple éclairé en vert dans le cas d'un voyant lumineux. L'opérateur extérieur est ainsi averti que la température à proximité de la sonde 44 est supérieure ou égale au premier seuil Ti. La sonde 44 étant préférentiellement proche du module de commande 18 situé en haut du boîtier 12, la température autour des composants 19, 20, 21 situés plus bas n'est pas nécessairement supérieure ou égale au premier seuil Ti. Cependant, comme décrit ci-dessus, la température minimale Tmin2 de fonctionnement des modules 19, 20, 21 est largement inférieure à la température minimale Inn, de fonctionnement du module de commande 18. L'homme du métier est à même de déterminer la disposition spatiale des modules 18, 19, 20, 21, des résistances 26, 28, 30, 32 et de la sonde 44, ainsi que la valeur du seuil Ti, de manière à ce que tous les modules 18, 19, 20, 21 soient à une température acceptable de fonctionnement lorsque la sonde 44 détecte que le premier seuil Ti est atteint. Selon un mode de réalisation, le programme 60 interdit une commutation manuelle du premier interrupteur 38 en position fermée tant que la température mesurée par la sonde 44 est inférieure au premier seuil Ti. Selon une variante, le premier interrupteur 38 commute automatiquement en position fermée lorsque la température mesurée par la sonde 44 atteint le premier seuil Ti. Les modules 18, 19, 20, 21 peuvent alors être mis en marche pour faire fonctionner la locomotive. Si nécessaire, le chauffage des modules 18, 19, 20, 21 est poursuivi durant le fonctionnement de la locomotive. Cependant, en cas de montée de la température extérieure, il n'est pas souhaitable de poursuivre le chauffage sous peine d'atteindre des températures trop élevées pour un fonctionnement correct des modules 18, 19, 20, 21. On considère que le second interrupteur 42 est en position fermée. Lorsque la température mesurée par la sonde 44 passe au-dessus d'un deuxième seuil 12, le programme 60 commande le passage en position ouverte du second interrupteur 42 afin de cesser d'alimenter en électricité les résistances 26, 28, 30, 32. En effet, le chauffage des modules 18, 19, 20, 21 n'est plus nécessaire et pourrait même entraîner des dysfonctionnements. La valeur du deuxième seuil 12 est supérieure à la valeur du premier seuil T. De préférence, la valeur de 12 est supérieure à la valeur de Ti d'un écart Al compris entre 20°C et 80°C. Par exemple, 12 = +10 °C. Selon une variante de réalisation, le second interrupteur 42 est un interrupteur thermique, apte à passer en position ouverte lorsque le deuxième seuil 12 est dépassé. Le passage du second interrupteur 42 en position ouverte lors du dépassement du deuxième seuil 12 n'est alors pas géré par un programme 60 incorporé au module de commande 18. Selon une variante aux modes de réalisation décrits ci-dessus, le module de régulation 50 n'est pas intégré au module de commande 18. Plusieurs appareils 10 tels que représentés à la figure 1, équipant par exemple plusieurs zones d'un même véhicule, sont reliés à un même module de régulation 50. Chaque dispositif 10 est équipé d'une sonde 44, toutes les sondes 44 étant reliées à un même moyen de signalisation 46. De manière préférentielle, le moyen de signalisation 46 passe du premier au deuxième état lorsque tous les appareils 10 atteignent le seuil Ti de température. Le moyen 46 signale ainsi que tous les modules électroniques 18, 19, 20, 21 des différentes zones sont en état de fonctionnement. REVENDICATIONS1.- Appareil (10) électrique d'un véhicule ferroviaire, comprenant : - des modules électroniques (18, 19, 20, 21), chacun desdits modules comportant au moins un composant électronique (22), - un boîtier (12) auquel sont fixés les modules, - un dispositif (24) de chauffage des modules électroniques, caractérisé en ce que le dispositif (24) de chauffage comporte plusieurs éléments de chauffage (26, 28, 30, 32), chaque élément de chauffage étant disposé à l'intérieur du boîtier, à proximité d'un composant électronique (22), ledit élément de chauffage étant situé sous ledit composant (22). 2.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel : - chaque module électronique (18, 19, 20, 21) est associé à une température minimale (Tmini, Tmin2) de fonctionnement, - les modules électroniques sont disposés dans le boîtier (12) du bas vers le haut selon des températures minimales (Turin,, Tmin2) de fonctionnement croissantes. 3.- Appareil selon la revendication 2, dans lequel le module électronique (18) ayant la température minimale (Tn-'ni) de fonctionnement la plus élevée parmi les modules est fixé à une partie supérieure du boîtier (12), au-dessus de tous les éléments de chauffage (26, 28, 30, 32). 4.- Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (12) comporte un matériau thermiquement conducteur, tel qu'un métal. 5.- Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les éléments de chauffage (26, 28, 30, 32) sont des résistances électriques. 6.- Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - les modules électroniques (18, 19, 20, 21) sont reliés entre eux par un premier circuit électrique (34), - les éléments (26, 28, 30, 32) de chauffage sont reliés entre eux par un second circuit électrique (40), distinct du premier circuit électrique.35 7.- Appareil selon la revendication 6, comprenant une sonde de température (44) située à proximité d'un module électronique (18). 8.- Appareil selon la revendication 7, dans lequel la sonde (44) est reliée à un moyen de signalisation (46) comportant au moins deux états, un premier état correspondant à une température mesurée inférieure à un premier seuil (Tl), un deuxième état correspondant à une température mesurée supérieure au premier seuil. 9.- Appareil selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel le second circuit (40) est muni d'un interrupteur (42) apte à couper l'alimentation électrique du second circuit lorsque la température mesurée par la sonde (44) est supérieure à un deuxième seuil (T2), le deuxième seuil (T2) étant supérieur au premier seuil (Tl). 10.- Dispositif de commande selon la revendication 9, dans lequel le deuxième seuil (T2) est supérieur au premier seuil (Tl) d'un écart (41) compris entre 20°C et 80°C.