Le FREINAGE ÉLECTRIQUE







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GÉNÉRALITÉS
 
Les freins à frottements sec, trouvent leur limite dans l'usure et la destruction des matériaux par la chaleur. 
 
Un système de freinage est dit électrique lorsque les moteurs de traction entraînés par le train, fonctionnent en génératrices.

Il existe deux système de freinage électrique :
• Le freinage rhéostatique,
• Le freinage par récupération. 

Le frein est dit rhéostatique lorsque l'énergie produite par les moteurs de traction est dissipée en chaleur dans des résistances (résistances de démarrage sur les engins à courant continu, résistances spécialement installées pour les engins à hacheurs ou à courant monophasé).
Dans ce mode de freinage, seul l'engin moteur freine.
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Le frein est dit à récupération lorsque l'énergie produite est renvoyée dans la caténaire, moyennant des dispositifs de commutation appropriés sur l'engin moteur et à condition que les sous-stations d'alimentation soient réversibles.
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AVANTAGES du FREINAGE ÉLECTRIQUE
Protection de la roue
L'énergie mécanique du train n'est plus dissipée par frottement du sabot contre la roue, les sollicitations thermiques et mécaniques auxquelles est soumise la table de roulement n'existe pratiquement plus. 
Cela permet de limiter : 
• Les échauffement de la roue,
• L'usure des sabot est diminuée, 
• L'usure de la table de roulement des roues est diminuéee permettant de garder une bonne tenue en ligne dans le temps.

Souplesse d'emploi
Le frein rhéostatique permet une souplesse d'emploi très importante : 
• Il est disponible en permanence, 
• Le réglage de l'effort de retenu est ajustable finement, 
• Il permet la descente des déclivités d'une façon régulière, sans à-coups.

Economie du au freinage électrique
Le freinage n'étant plus réalisé par le frottement de deux matériaux, sabot-roue ou disque-plaquette, il en résulte une économie non négligable sur :
• Les semelles de frein,
• L'usure des tables de roulement, 
• Les coût de main d'oeuvre,
• Les temps d'immobilisation des engins pour maintenance.

Economie d'entretien
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Limite imposée par l'adhérence
En traction c'est l'adhérence rail-roue qui assure l'entraînement des moteurs de traction.
Une première limitation de l'effort de freinage est donc déterminée par le coefficient d'adhérence rail-roue. 
Si la roue ne rencontre pas des conditions d'adhérence satisfaisante il y a "glissement", c'est à dire une vitesse d'essieu inférieure à la vitesse réelle. Un blocage de l'essieu est même possible.

Limite imposée par les caractéristiques de l'engin moteur
L'effort maximum possible de freinage électrique est limité par l'intensité admissible par les moteurs lorsqu'ils fonctionnent en génératrices.

Qu'il s'agisse de freinage rhéostatique ou de freinage par récupération, une résistance est toujours insérée dans le circuit de freinage.
Les limites de performances des deux systèmes sont donc imposées par la tenue des résistances qui, placées dans un endroit donné, doiven,t transformer en chaleur une énergie électrique, sous réserve que les calories puissent être évacuées par une ventilation naturelle ou forcée.

DIFFÉRENTS TYPES d'UTILISATION du FREINAGE ÉLECTRIQUE
Le freinage électrique de maintien
Le freinage électrique est dit de maintien s'il a seulement pour effet de maintenir la vitesse du convoi sensiblement constante dans le descente des longues pentes sans intervention du frein pneumatique.

Il est également utilisé pour réguler la vitesse lors de la conduite en vitesse imposé (VI).

Le freinage électrique combiné
Le frein électrique est dit combiné lorsqu'il résulte de la conjugaison du freinage pneumatique et du freinage électrique sur les engins moteurs.

Lors de la commande d'un freinage pneumatique sur le train, le freinage électrique est mis en action sur la locomotive.

L'effort de freinage est fixé par la valeur de la dépression VOIR QFCG. Dès que le courant de freinage apparaît, le frein pneumatique est automatiquement supprimé. Réciproquement, il est rétabli en cas de disparition du freinage électrique.


En freinage rhéostatique d'urgence
En freinage rhéostatique d'urgence (dépression CG supérieure à 1,7 bars), en superposant au freinage électrique un freinage pneumatique partiel ou total selon la vitesse.
Le poids frein V + E est alors inscrite sur la caisse de l'engin moteur.

Le freinage rhéostatique d'urgence doit présenter un caractère de sécurité, c'est pourquoi son fonctionnement est indépendant de la tension caténaire.
C'est un freinage rhéostatique à excitation séparée, celle-ci étant fournie par une ou plusieurs batteries spéciales. De ce fait l'effort de retenue peut être réalisé même en cas d'absence du courant caténaire.

Nota :
Le freinage par récupération en continu ou en monophasé nécessite la présence d'une tension caténaire, n'est pas un frein de sécurité.
Les engins ainisi équipés doivent avoir en plus un frein rhéostatique à excitation séparée mis en action lors des serrages d'urgence.

FONCTIONNEMENT d'un MOTEUR de TRACTION en GÉNÉRATRICE
Les moteurs de traction à courant continu peuvent fonctionner de deux manières différentes :
• En moteur, on lui fournit du courant : il tourne, utilisation en traction
• En générateur, on le fait tourner : il produit du courant, utilisation en freinage.

Dans le cas du freinage électrique, les moteurs de traction, entraînés par le train, fonctionnent en générateur.
L'énergie ainsi produite est :
• Soit dissipée sous forme calorifique dans des résistances disposées sur l'engin moteur, C'est le freinage rhéostatique,
• Soit renvoyée à la caténaire, c'est le freinage par récupération.

Pour pouvoir utiliser les moteurs de traction en génératrice, il faut alimenter les inducteurs.

Cette alimentation peut être fournie par :
• Le moteur lui-même, fonctionnant en génératrice à excitation série ou autoexcitation,
• Par une source indépendante du moteur de traction ou excitation séparée qui peut être :
      • Une ou plusieurs batteries,
      • Par la caténaire, l'énergie fournie étant transformée à bord de l'engin par un groupe tournant ou un appareillage statique (convertisseur, hacheur). 

La solution la plus simple est d'utiliser l'excitation série ou autoexcitation, mais cette façon de faire ne donne pas entière satisfaction pour obtenir un freinage électrique rhéostatique de bonne qualité.
Cette solution a été adoptée sur les premiers engins équipés du freinage rhéostatique car on ne disposait pas alors de moyens simples pour réaliser une excitation séparée des inducteurs.
Engin moteurs avant 1970.

Désormais l'excitation séparée des inducteurs est utilisé et permet un fonctionnement extrèmements satisfaisant des génératrices et réalise ainsi un freinag électrique très sûr , efficace et d'une grande souplesse.
Engins moteurs à partir de 1970.

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