TECHNIQUE


Les ENGINS MOTEURS


GÉNÉRALITÉS

Les engins moteurs (EM) utilisés à la SNCF sont de plusieurs types : 
• Diesel, 
• Électrique. 
 
Parmi les engins moteurs électriques ils sont soit : 
• Monocourant, (continu ou monophasé),
• Bicourant, 
• Tricourant, 
• Quadricourant (plus en service CC40100) 
 
La SNCF utilise de nombreux engins moteurs avec des caractéristiques propres différentes. Ils sont affectés sur les trains en fonction de leurs caractéristiques : 
• Vitesse, 
• Puissance, 
• Type de tension accepté (continu 1500v et monophasé 25Kv, ....),
• Mise en UM (Unité Multiple) possible ou non, 
• Mise en réversibilité, 
• Equipé du FEP (Frein Electropneumatique) ou pas, 
• Présence du freinage rhéostatique,
• …. 
 
Pour les engins moteurs électriques, il en existe de deux types : 
 • Les engins électromécaniques, types BB8500, BB17000, BB25500,…, 
 • Les engins électroniques, types BB7200, BB15000, BB22200,… 

Nous allons voir le fonctionnement de ces engins dans leurs grandes lignes, ainsi que les équipements nécessaires à leurs fonctionnements.
ASPECT GÉNÉRAL d'un ENGIN MOTEUR

aspect general em
Aspect général d'un engin moteur

LES PRINCIPAUX ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE L'ENGIN MOTEUR
 
Les principaux éléments constitutifs de la locomotive sont :

1. Aux extrémités :
• Les cabines de conduite 1 et 2

cabine de conduite
Cabines de conduite BB 25500

2. Le compartiment central est constitué :  
Côté cabine 1 :
• Des ventilateurs moteurs 1, 
• Des blocs redresseurs moteurs 1, 
• Des armoires d'appareillage moteur (inverseur, isolement,….) 

Côté cabine 2 
• Des ventilateurs moteurs 2, 
• Des blocs redresseurs moteurs 2, 
• Des armoires d'appareillage moteur (inverseur, isolement,….) 

ventilateur des moteurs de traction
Ventilateurs des moteurs de traction

bloc redresseur
Blocs redresseurs moteurs

armoire appareillage
Armoires appareillage moteurs

3. La partie centrale comprend :  
• Le transformateur,
• Le graduateur avec ses contacteurs et son tambour,
• Bloc central (rhéostat, disjoncteur continu JRT, fusible…), 
• Les selfs de lissage, 
• Le compresseur, 
• Bloc d’appareillage du frein PBL2,
• …, 
  
transformateur
Transformateur

graduateur
Graduateur
bloc central
Bloc central

self de lissage
Self de lissage
compresseur
Compresseur

bloc frein pbl2
Bloc frein PBL2

 
 4. La toiture qui supporte : 
• Les 2 pantographes spécialisé « monophasé et continu » (captage du courant de traction),
• Le disjoncteur monophasé type DBTF (Permet la mise en et hors service de l'EM, il jout également le rôle de protection en cas de défaut sur l'EM),
• La ligne de toiture (Permet de relier électriquement les deux pantographes).
 
pantographes
Pantographes
disjoncteur monophase
Disjoncteur monophasé

ligne de toiture
Ligne de toiture

5.
 Sur le bogie :
• Les moteurs de traction

moteurs de traction
Moteur de traction
 
6. Sous la caisse : 
• Les réservoirs principaux. (capacité de 400 l chacun)

reservoir principaux
Réservoirs principaux

ALIMENTATION des MOTEURS de TRACTION


                                                     
                        
                           
                                                                                                                                              
                                                                      
                                                                                                                                              
                                                                             

GÉNÉRALITÉS

A l'origine de la traction électrique, il semblait logique d'alimenter la caténaire sous tension fixe en courant alternatif à la fréquence du réseau national. 
 
Il suffit ensuite de disposer à l'intérieur des engins moteurs d'un appareillage capable d'abaisser la tension ligne en une tension compatible avec le moteur monophasé série à collecteur (alternatif). 
 
Le problème est qu'à l'époque, on ne parvient pas à maîtriser les difficultés de commutation du moteur, croissant avec l'augmentation de la fréquence. 
 
Devant ces difficultés, il est décidé d'utiliser des moteurs à fréquence plus basse 16 ⅔ Hz, mais malgré tout, les problèmes demeurent. 
 
L'utilisation de moteur à courant continu permet d'éliminer les problèmes de commutation et rend le contrôle de la tension à bord de l'engin moteur possible.  
Le choix se porte sur : Le moteur à courant continu à collecteur.
 
 
Comme on ne savait pas transformer de façon simple, compacte et d'un coût acceptable, le courant à bord des engins moteurs, les caténaires seront alimentées en un courant directement assimilable par le moteur : Le courant continu.  
 
La France fait le choix en 1920 d'utiliser la tension 1500 V continu
 
 
Dès 1950, il devient possible de réaliser la conversion d'énergie à bord des engins moteurs et cela autorise l'utilisation du courant monophasé de fréquence industriel 50 Hz. 
 
La France fait le choix du courant 25 Kv 50 Hz.  
 
La France se retrouve donc avec 2 types d'alimentation des caténaires : 
• Le 1,5Kv =, situé principalement dans le sud de la France, 
• Le 25Kv ≈, 
 
Le moteur à courant continu à collecteur reste le moteur de traction utilisé. 
 
A partir de la, divers engins moteur vont voir le jour. 
 
Toujours pour des raisons technologiques, les premiers EM étaient de conception électromécanique,  
 
Des EM monocourant fonctionnant soit : 
• Sous 1,5Kv = du type : BB8500, BB9200, BB9300..., 
• Sous 25Kv ≈ du type: BB16000, BB16500, BB17000.... 
 
Des EM bicourant fonctionnant sous 25Kv ≈ et 1,5Kv = : 
• Types : BB25200, BB25500.... 
 
Par la suite avec l'avènement et la maîtrise de l'électronique de puissance, l'alimentation des moteurs de traction s'en trouvera complètement transformée. De nouveaux engins moteurs voit le jour, 
 
Des EM monocourant fonctionnant soit : 
• Sous 1,5Kv = du type : BB7200, 
• Sous 25Kv ≈ du type: BB15000,  
 
Des EM bicourant fonctionnant sous 25Kv ≈ et 1,5Kv = : 
• Types : BB22200. 
 
Ces engins moteurs, continus cependant d'utiliser le moteur à collecteur à courant continu
 
Il faudra attendre la BB26000 pour voir utiliser un autre type de moteur de traction : le moteur synchrone
 
Nous allons aborder l'alimentation des moteurs de traction suivant les deux technologies utilisées. 

Moteur utilisé.

Le moteur utilisé sur les engins types BB8500, BB17000, BB25500, est un moteur série à courant continu à collecteur fonctionnant sous une tension maximale de 1500 volts.

Le moteur série a été choisi pour son fort couple au démarrage.

Il se compose d'un induit et d'un inducteur montés en série.

moteur serie
      
      
inducteur moteur
                           Moteur série                                                                                      Induit                                                                                                               Inducteur
EM à GRADUATEUR
En monophasé (courant alternatif) :
Généralités

L'alimentation caténaire étant réalisée en courant alternatif monophasé 25 Kv 50 Hz, il est nécessaire d'intercaler un certain nombre d'équipement pour transformer le courant alternatif en courant continu et également permettre le démarrage progressif du moteur.

On utilise pour cela :
• Un pantographe, pour le captage du courant à la caténaire PT(M),
• Un disjoncteur pour permettre l'alimentation et la protection de l'engin moteur DJ(M),
• Un transformateur principal TFP1,
• Un graduateur qui va permettre de faire varier la tension à la sortie du transfomateur TFP1,
• Un TFP2, possédant 1 enroulement secondaire pour chaque moteur,
• Un pont redresseur, pour redresser l'alternance négative (RM1 et 2),
• Une self de lissage pour amener la forme du courant en une tension continu acceptable pour le moteur de traction (SFL 1 et 2)
• Le moteur de traction 1 et 2 (Induit et inducteur),
• Un inverseur (J51 et J52) pour changer le sens de rotation du moteur de traction.

alimentation general em
Schéma d'alimentation générale des moteurs de traction sous courant monophasé
Détails des différents éléments constituant l'alimentation.

Le pantographe (PT)

Sur un EM bicourant, comme la BB25500 capable de fonctionner sous les deux tensions d'alimentation disponible en France, elle possède deux pantographes, chacun spécialisé en fonction de la tension à capter.

Sous tension continu, l'intensité captée à la caténaire par cet EM est très importante, environ 2000A.
Pour cette raison le pantographe continu PT(C) est muni de deux archets en contact avec la caténaire, pour répartir l'intensité captée.
La pression de contact entre le pantographe continu et la caténaire est également accentuée pour éviter au maximum les décollements de pantographes, qui engendreraient des flash néfastes pour l'EM, le pantographe et la caténaire.

Sous tension monophasée, l'intensité captée à la caténaire par cet EM est beaucoup moins importante, environ 120A.
Pour cette raison le pantographe monophasé PT(M) n'est muni que d'un archet en contact avec la caténaire.

La pression de contact entre le pantographe monophasé et la caténaire est moins importante, du fait que l'intensité captée est nettement moindre que sous courant continu.

Le conducteur choisi le pantographe en fonction de la tension caténaire par l'intermédiaire d'une clé amovible qu'il place dans une serrures panto correspondant à la tension d'alimentation caténaire.

serrure panto
Serrure panto

Le disjoncteur (DJ).

Les disjoncteurs sont utilisés pour mettre en service et hors service les engins moteurs.
Ils sont également utilisés comme appareils de protection, capable de fonctionner à très grande vitesse, pour interrompre l'alimentation électrique en cas de défaut sur l'EM.

L'intensité et la tension captées à la caténaire ayant des caractéristiques très différentes, l'engin moteur possède deux disjoncteurs spécialisés en fonction de la tension d'alimentation.

Le disjoncteur monophasé DJ(M) se trouve sur la toiture de l'engin moteur, tandis que le disjoncteur continu DJ(C) se trouve à l'intenrieur de l'engin moteur dans les compartiments haute tension.

Le transformateur (TFP1)
Sur ces engins, on utilise 2 transformateurs. 

Le TFP1
:
Il s'agit d'un autotransformateur, le primaire et le secondaire sont constitués par le même enroulement, sur lequel est connecté le graduateur.

La tension aux bornes du TFP1 peut varier entre 0 et 22000 volts. 
 
Nota : Sous tension continue, le transformateur TFP1 n'est pas utilisé.


Le graduateur (GR)

C'est un appareil volumineux qui permet à chaque manœuvre du conducteur :

Sous courant monophasé :

• De prendre une spire différente du transformateur, le rapport de transformation s'en trouve changé, ce qui permet de modifier la tension disponible à l'entrée du TFP2, dans un sens ou dans l'autre.

Sous courant continu :
• De shunter ou remettre en service les résistances de démarrage, ce qui permet de faire varier la tension aux bornes des moteurs de traction. 

Le transformateur TFP2

Le transformateur TFP2 situé après le graduateur, possède un enroulement primaire et deux enroulements secondaires.

Chaque enroulement secondaire alimente un moteur de traction

Le TFP2 permet l'alimentation des moteurs de traction sous une tension de 0 à 1900 volts. 

Nota : Sous tension continu, le transformateur TFP2 n'est pas utilisé.

Le pont redresseur (RM)
La tension disponible à la sortie du transformateur est alternative, le moteur de traction étant un moteur à courant continu, il est nécessaire de modifier la forme d'onde du courant pour le rendre compatible avec le moteur à courant continu.

La tension alternative possédant une alternance positive suivi d'une alternance négative, le pont redresseur a pour rôle de faire passer l'alternance négative en une alternance positive.

Après le pont redresseur la forme d'onde de la tension est toujours alternative mais les alternances sont maintenant toutes positives.

Nota : Sous courant continu le pont redresseur n'est pas utilisé.
La self de lissage (SFL)
Le pont redresseur, permet de faire passer l'alternance négative à une alternance positive.
A ce stade la forme de la tension disponible à la sortie du pont redresseur n'est pas continu et ne peut pas être envoyée vers le moteur. 

Une self de lissage est intercalée entre le pont redresseur et le moteur de traction et elle permet d'obtenir un courant aplani, légèrement ondulé, mais qui peut être acceptée par le moteur de traction.

Nota : Sous courant continu la self de lissage n'est pas utilisée.

Le moteur de traction (M)
Le moteur de traction est composé d'un induit, la partie tournante du moteur, et d'un inducteur, partie fixe.
L'induit et l'inducteur étant en série, on l'appelle le moteur série.

L'inverseur (J)
Il est nécessaire de pouvoir inverser le sens de rotation du moteur, afin de pouvoir faire rouler l'engin moteur, soit dans le sens avant, soit dans le sens arrière.

Pour cela on utilise un inverseur (J51 ou J52). 

Le moteur série fonctionne suivant les principes des champs magnétiques. Ces champs magnétiques, parcourent l'induit et l'inducteur.

Pour inverser le sens de rotation d'un moteur série, il faut soit :
• Inverser le sens du courant dans l'induit,
• Ou inverser le sens du courant dans l'inducteur.

Jamais dans les deux en même temps, puisque si on inverse le sens du courant (donc le champ magnétique) dans l'induit et l'inducteur, et en décomposant, on inverserait le sens de rotation du moteur lorsque l'on inverserait le courant dans l'induit et on l'inverserait à nouveau en inversant le courant dans l'inducteur. De ce fait on inverserait deux fois le sens du courant ce qui reviendrait à ne pas modifier le sens de rotation de départ du moteur.

Sur un EM type BB25500, le constructeur a choisi pour inverser le sens de rotation du moteur, d'inverser le sens du courant dans l'inducteur

sens de rotation moteur
                                                                                  
sens de rotation moteur
                                               Inversion du courant dans l'inducteur                                                                                                    Inversion du courant dans l'inducteur   
Le fonctionnement sous monophasé

alimentation des moteurs de traction
Alimentation des moteurs de traction par les diodes D1 et D3

alimentation des moteurs de traction
Alimentation des moteurs de traction par les diodes D2 et D4

Le fonctionnement:
Le courant est capté par le pantographe monophasé, franchit le disjoncteur fermé (DJ).

Cela permet d'alimenter le transformateur (TFP1).

Le graduateur permet au conducteur de régler la tension de sortie du transformateur en faisant varier le rapport de transformation. A chaque commande du conducteur, une spire différente est prise par les contacts du graduateur et cela permet d'augmenter ou diminuer la tension au secondaire du TFP1.

Cette tension disponible à la sortie du TFP1 (tension alternative), est appliquée au primaire du TFP2.

Le TFP2, possède deux enroulements secondaires qui chacun, alimentent un moteur de traction.

Lorsque la tension est dans le sens positif, elle franchit la diode D1 (alternance positive), la self de lissage SFL1 (la tension devient ondulée acceptable par le moteur), traverse l'induit moteur, l'inverseur J51, l'inducteur M1 et retourne au secondaire par la diode D3.

Lorsque la tension est dans le sens négatif, elle franchit la diode D2 (le courant est dirigé dans le même sens que précédemment, l'alternance négative se retrouve positive), la self de lissage SFL1 (la tension devient ondulée acceptable par le moteur), traverse l'induit moteur, l'inverseur J51, l'inducteur M1 et retourne au secondaire par la diode D4.
En continu

Le moteur utilisé est bien sur celui présent sur l'EM, c'est à dire des moteurs série à collecteur fonctionnant sous 1500 volts. 

Mais comme la tension d'alimentation de l'engin moteur est du courant continu, il n'est plus nécessaire de modifier la forme d'onde du courant, puisque celui-ci est directement assimilable par le moteur.

Il suffira juste de pouvoir régler la tension d'alimentation du moteur.

De ce fait, l'équipement nécessaire pour alimenter les moteurs de traction s'en trouve réduit.

On utilisera :
• Un pantographe, pour le captage du courant à la caténaire PT(C),
• Un disjoncteur pour permettre l'alimentation et la protection de l'engin moteur DJ(C),
• Un rhéostat,
• Un graduateur qui va permettre de faire varier la tension en shuntant tout ou partie d'un rhéostat,
• Le moteur de traction 1 et 2 (Induit et inducteur),
• Un inverseur (J51 et J52) pour changer le sens de rotation du moteur de traction.

Rappel.
Equipements utilisés sous courant monophasé et qui n'est pas nécessaire sous courant continu:
• Un transformateur principal TFP1,
• Un TFP2, possédant 1 enroulement secondaire pour chaque moteur,
• Un pont redresseur, pour redresser l'alternance négative (RM1 et 2),
• Une self de lissage pour amener la forme du courant en une tension continue acceptable pour le moteur de traction (SFL 1 et 2)

alimentation oteur sous courant continu
Schéma d'alimentation générale des moteurs de traction sous courant continu

Détails des différents éléments constituant l'alimentation
Pour un peu plus de détails voir la partie correspondant sous monophasé.

Le pantographe (PT)

Il s'agit la, d'un pantographe spécialisé pour le courant continu avec un double archet.

Le disjoncteur (DJ)

On utilise un autre disjoncteur continu (DJC), qui permet de couper des intensités plus importantes et qui est localisé dans les compartiments haute tension.

Le Rhéostat (Rh)

Le rhéostat, appelé aussi rhéostat de démarrage, constitué sur le schéma par les résistances R1 à R15 pour le moteur 1 et R2 à R16 pour le moteur 2.

Le rôle du rhéostat est de permettre un démarrage progressif du moteur en permettant par son élimination l'augmentation de la tension aux bornes du moteur de traction.

Le graduateur (G)

Le conducteur par l'intermédiaire du graduateur va, en fermant les différents contacteurs (CR) permettre le shuntage des résistances qui composent le rhéostat et permettre ainsi l'augmentation de tension aux bornes du moteur de traction.

Le moteur de traction (M)

C'est le même moteur que sous courant monohasé.

L'inverseur (J)

La également on réutilise les mêmes inverseurs.
Explication sur le fonctionnement.

Pour démarrer un moteur électrique que faut-il faire : simplement lui fournir une tension suffisante pour le faire tourner.

Examinons pour le moteur de traction de notre engin moteur ce qui se passerait si nous le soumettions directement à la tension de la caténaire.

Nous savons d'après la loi d'ohm, que U=R/I. D'où nous pouvons tirer que I=U/R.

Si nous appliquons cette relation nous avons :
• U= 1500v (tension d'alimentation de la caténaire),
• R= 0.03 Ω (valeur de la résistance du moteur de traction).

Calculons maintenant la valeur de l'intensité si nous appliquions directement la tension caténaire à notre moteur.

I=U/R =1500/0.3 = 50000 Ampères

Notre moteur serait immédiatement détruit.

Donc pour éviter de détruire notre moteur et pour permettre un démarrage en douceur on incorpore en série avec le moteur un rhéostat, qui a pour rôle de limiter l'intensité et la tension auquel notre moteur sera soumis.

Reprenons notre calcul, en sachant que notre rhéostat à une valeur globale de 2.1  Ω
I=U/R = 1500/2.1 = 714 Ampères (en négligeant la résistance du moteur)

On se retrouve avec des valeurs acceptables pour le démarrage de notre moteur.

Allons plus loin :
Nous avons dit qu'au démarrage de l'EM, les moteurs étaient en série. Donc une partie du rhéostat se trouve en série avec le moteur 1 et une autre partie est en série avec le moteur 2.
Nous avons donc 2 parties du rhéostat en série, la résistance globale double : Valeur du Rh1 + Rh2 = 2.1+2.1 4.2 Ω.

Reprenons notre calcul, en sachant que notre rhéostat à maintenant une valeur de 4.2  Ω
I=U/R = 1500/4.2 = 357 Ampères (en négligeant la résistance du moteur).

On se retrouve maintenant avec un démarrage en douceur.

Il suffit ensuite par l'intermédiaire du graduateur de venir shunter progressivement les résistances du rhéostat pour faire varier la tension d'alimentation des moteurs de traction.


Elimination des résistances.

    
Elimination du rhéostat par l'intermédiaire du graduateur en fermant les contacteurs de shuntage (CR1 et CR2) puis (CR3 et CR4)

Nota :
Pour obtenir encore plus de progressivité dans l'alimentation du moteur, on peut changer le couplage des moteurs de traction, c'est à dire de les brancher soit en série soit en parallèle.

Dans un EM type BB25500, les moteur sont au départ montés en série et ensuite le conducteur a la possibilité de les placer en parallèles.

moteurs en serie
       
moteurs en parallele
                                                                             Moteurs en série                                                                                                           Moteurs en parallèle
Le THYRISTOR
Généralités

Sur les engins types, BB7200, BB15000, BB22200, le graduateur est remplacé par une commande électronique de puissance.

Ainsi la technologie des engins moteurs passe, d'électromécanique à électronique.

L'avantage étant de supprimer des appareils volumineux, qui même s'ils sont fiables nécessitent un entretien particulier. L'électronique apporte un gain en volume, en masse, en confort de conduite,....,et ne nécessite aucun entretien.

Ainsi le composant utilisé, le THYRISTOR, est un composant statique piloté par une électronique de commande.

Le grand intérêt est qu'avec une électronique basse tension, on peut commander des tensions et des intensités de très fortes valeurs (Plusieurs centaines de volts ou ampères).

Nous allons commencer par nous interresser au fonctionnement, de manière simple, du thyristor.

Le thyristor
(Appelé aussi Hacheur de courant).
Pour faire simple, le thyristor peut être comparé à une diode, mais la particularité et l'avantage est que l'on peut commander le passage ou non du courant à la demande.

Il est composé : 
• D’une anode, 
• D’une cathode, 
• Et d’une gâchette 

thyristor
Thyristor
On voit sur l'image que le thyristor ressemble à une diode, auquel on a rajouté une "gachêtte", qui est utilisée pour débloquer le thyristor.

Le thyristor comme la diode ne se laisse traverser que dans un seul sens. 

diode sens passant
                                         
diode sens bloqué
                                                                                                 Sens passant                                                                                  sens bloqué

Mettons le thyristor au travail.

Nous réalisons un petit schéma simple composée :
• D'une alimentation,
• D'un thyristor,
• D'une lampe.

schema de principe
Schéma de principe

Sur les schémas suivant je montre le fonctionnement du thyristor lorsque le courant circule de l'anode vers la cathode et l'inverse sur la même image pour plus de clarté.

Appliquons maintenant une tension entre :
• L’anode (+) et la cathode (-), sens passant, la lampe reste éteinte.
• La cathode (+) et l'anode (-), sens bloqué, la lampe reste éteinte.

alimentation du montage
Alimentation du montage

On applique une tension entre :
• L’anode (+) et la cathode (-), sens passant, et dans le même temps on applique une tension sur la gâchette : la lampe s’allume
• La cathode (+) et l’anode (-), sens bloqué, et dans le même temps on applique une tension sur la gâchette : la lampe reste éteinte. 

application d'un courant de gâchette
Application d'un courant de gâchette
On applique une tension entre :
• L’anode (+) et la cathode (-), sens passant, et ensuite on supprime la tension de gâchette : la lampe reste allumée.
• La cathode (+) et l’anode (-), sens bloqué, et ensuite on supprime la tension de gâchette : la lampe reste éteinte

suppression de la tension de gâchette
Suppression de la tension de gâchette

Compléments sur le thyristor.
Le thyristor peut être utilisé indifféremment en courant continu ou alternatif

La difficulté principale est que lorsque que l’on a appliqué une tension de gâchette pour débloquer le thyristor, il est difficile ensuite de le bloquer à nouveau sauf en utilisant un circuit d’extinction délicat à mettre en œuvre.

Ce circuit d’extinction est nécessaire lorsque le thyristor est utilisé sous courant continu

Lorsque le thyristor est utilisé sous courant alternatif le problème ne se pose pas puisque la tension varie et passe régulièrement par 0 (50Hz).

Le thyristor a la propriété de se bloquer tout seul lorsque la tension qui l'alimente passe par 0 (cas d’une alimentation industriel (50Hz). 

Ainsi il n’est plus nécessaire d’utiliser un circuit d’extinction, il suffit d’avoir une électronique de commande plus simple qui réalimentera régulièrement la gâchette du thyristor pour le débloquer à nouveau, donc cela permet de le commander à volonté

EM à THYRISTOR
En monophasé (courant alternatif)
Généralités
L'alimentation caténaire étant réalisée en courant alternatif monophasé 25 Kv 50 Hz, il est nécessaire d'intercaler un certain nombre d'équipement pour transformer le courant alternatif en courant continu et également permettre le démarrage progressif du moteur.

On utilise pour cela :
• Un pantographe, pour le captage du courant à la caténaire PT(M),
• Un disjoncteur pour permettre l'alimentation et la protection de l'engin moteur DJ(M),
• Un transformateur principal TFP, possédant un enroulement secondaire pour l'alimentation des moteurs,
• Un pont redresseur, pour redresser l'alternance négative (RM) composé de diodes et de thyristors,
• D'un filtre principal, composé d'une self et d'une capacité (SF-FI et CAP FI)
• De thyristor pour commander les moteurs,
• Une self de lissage pour amener la forme du courant en une tension continu acceptable pour le moteur de traction (SFL 1 et 2)
• Le moteur de traction 1 et 2 (Induit et inducteur),
• Une diode Dr (située aux bornes de l'induit et de l'inducteur),
• Un inverseur (J51 et J52) pour changer le sens de rotation du moteur de traction.
alimentation generale em à thyristor
Schéma d'alimentation générale des moteurs de traction sous courant monophasé

Nous allons détailler uniquement les composants qui diffèrent d'une alimentation à graduateur. 

Nota : Vous pouvez vous reporter à la section EM à graduateur pour plus de détails sur certains appareils.

Le pont redresseur (RM)

Le pont redresseur est composé de diodes et de thyristor qui vont permettre, de redresser le courant alternatif en un courant redressé.

Le filtre principal

Influence des thyristors sur la caténaire.
L'intensité prélevée à la caténaire par une locomotive à hacheurs de courant (thyristor) est variable. Il se produit une chute de tension à chaque "ponction" de courant qui correspond au temps de conduction du hacheur. 

influence de la conduction des thyristors sur la tension catenaire
Influence de la conduction des thyristors sur la tension caténaire

Afin de régulariser sensiblement l'intensité captée à la caténaire : 

• On intercale entre la ligne et le hacheur un filtre constitué par une self (SF-FI) et une capacité (CAP FI) montés en série.
• Pendant l'intervalle de temps où le hacheur est bloqué la capacité se charge. 
• Lorsque le hacheur est débloqué, la self limite l'accroissement du courant en provenance de la caténaire et la capacité se décharge et fournit la plus grande partie du courant d'alimentation. 
 
Sur le schéma les thyristors (TYR 1 et 2) sont en fait constitués de 3 thyristors dont le fonctionnement est décalé dans le temps. Cette disposition permet d'augmenter le nombre de ponction  à la caténaire pour une même intensité d'alimentation des moteurs de traction.

Thyristor (Tyr 1 et 2)

Les thyristors 1 ou 2 règlent la tension disponible aux bornes des moteurs en fonction du manipulateur de commande utilisé par le conducteur.

Le réglage de la tension aux bornes du moteur par l'intermédiaire d'un thyristor, se fait en jouant sur le temps de conduction du thyristor.


alimentation moteur par thyristor
Alimentation du moteur par thyristor
Diode (Dr)

La diode Dr, appelée diode de déversement.

Lorsque le thyristor (TYR 1 ou 2) est débloqué, la self freine l'établissement du courant.

Lorsque le thyristor (TYR 1 ou 2) est bloqué, le courant induit produit par la self continue d'alimenter le moteur, le retour du courant s'effectuant par le circuit de la diode (Dr).

Réglage de la tension avec un thyristor sous courant alternatif

Le courant alternatif se présente sous cette forme (signal sinusoïdal)

sinusoide
Sinusoïde

Le courant circule dans le pont redresseur (voir fonctionnement plus haut) et ce retrouve sous cette forme à la sortie du pont redresseur. L'alternance négative se retrouve positive.

signal sinsoidal redresse
Signal sinusoïdal redressé

A partir de la, la différence avec un pont redresseur à diode par rapport à celui à thyristor est que l'on va pouvoir commander à volonté le passage ou non du courant.

Pour cela on va jouer sur le temps de conduction du thyristor. Plus le thyristor sera débloqué au début de la sinusoïde et plus le courant moyen disponible sera important. A l'inverse plus on attendra pour débloquer le thyristor par rapport à la position de la sinusoïde et plus le courant moyen sera faible.

deblocage thyristor debut alternance

deblocage thyristor milieu alternance

deblocage thyristor fin alternance
             Déblocage du thyristor en début d'alternance                               Déblocage du thyristor au milieu del'alternance                              Déblocage du thyristor en fin d'alternance
En continu

Le moteur utilisé est bien sur celui présent sur l'EM, c'est à dire des moteurs séries à collecteur fonctionnant sous 1500 volts. 

Mais comme la tension d'alimentation de l'engin moteur est du courant continu, il n'est plus nécessaire de modifier la forme d'onde du courant, puisque celui-ci est directement assimilable par le moteur.

Il suffira juste de pouvoir régler la tension d'alimentation du moteur.

De ce fait, l'équipement nécessaire pour alimenter les moteurs de traction s'en trouve réduit.

On utilisera :
• Un pantographe, pour le captage du courant à la caténaire PT(C),
• Un H(MC) commutateur "Mono-Continu", positionné sur "continu",
• Un disjoncteur pour permettre l'alimentation et la protection de l'engin moteur DJ(C),
• Un filtre principal (SF-FI et CAPFI),
• Un thyristor qui va permettre de faire varier la tension aux bornes du moteur en agissant sur le temps de débloquage du thyristor,
• Une self de lissage (malgré le fait que la tension soit continue, le fait de hacher la tension va introduire une ondulation du courant qu'il faudra atténuer,
• Le moteur de traction 1 et 2 (Induit et inducteur),
• Un inverseur (J51 et J52) pour changer le sens de rotation du moteur de traction.

Rappel.
Equipements utilisés sous courant monophasé et qui n'est pas nécessaire sous courant continu:
• Un transformateur TFP,
• Un pont redresseur (RM), pour redresser l'alternance négative


Réglage de la tension sous courant continu.
L'alimentation du moteur se fait par une tension continue.

alimentation en courant continu
Alimentation en courant continu
Le réglage de la tension aux bornes du moteur se fait en découpant la tension (en hachant la tension), à intervalle régulier. En fonction du temps de conduction du thyristor la valeur moyenne de la tension est plus ou moins importante.

valeur moyenne de la tension
     
valeur moyenne de la tension
   
valeur moyenne de la tension
                         Temps de conduction faible                                                               Temps de conduction moyen                                                            Temps de conduction important  
Valeur moyenne de la tension en fonction du temps de déblocage du thyristor