EP3971050A1 - Véhicule électrique, notamment locomotive électrique, à deux onduleurs alternés et procédé correspondant - Google Patents

Véhicule électrique, notamment locomotive électrique, à deux onduleurs alternés et procédé correspondant Download PDF

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Publication number
EP3971050A1
EP3971050A1 EP21197866.3A EP21197866A EP3971050A1 EP 3971050 A1 EP3971050 A1 EP 3971050A1 EP 21197866 A EP21197866 A EP 21197866A EP 3971050 A1 EP3971050 A1 EP 3971050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
axle
bogie
inverter
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21197866.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Rodet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Alstom Transport Technologies SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Transport Technologies SAS filed Critical Alstom Transport Technologies SAS
Publication of EP3971050A1 publication Critical patent/EP3971050A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/04—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels by controlling wheel pressure, e.g. by movable weights or heavy parts or by magnetic devices
    • B61C15/06—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels by controlling wheel pressure, e.g. by movable weights or heavy parts or by magnetic devices by displacing fuel, ballast, or the like

Definitions

  • the invention also relates to a corresponding pulling method.
  • Locomotives have at least two two-axle bogies with two wheels each, four wheels per bogie, and eight wheels in all.
  • Each axle is generally driven in rotation by an electric motor of its own.
  • the two motors of each bogie are powered by the same inverter, itself electrically connected to an external source of electrical energy, for example via a pantograph in contact with a catenary.
  • the body tends to pitch up and the first bogie, located further to the front, is less vertically loaded than the second bogie located further to the rear. Furthermore, for the same reasons, the first axle is less vertically loaded than the second, and the third is less loaded than the fourth.
  • traction bars arranged as low as possible between the body and the bogies, on each side of the bogies in the direction of traction.
  • these pull-up bars have drawbacks. They are bulky and require several connection points between the bogies and the body.
  • the traction bars cause significant load variations in the primary suspensions, which in the skidding and grip recovery phases can cause rapid and sudden variations in the loads on the primary suspensions and cause resonance. in gallop of the bogie on its primary suspensions (ie between the body and the bogie frames) which are difficult to manage.
  • a so-called “pivot” drive device placed in the center of the bogie approximately in the plane of the axles and the primary suspensions, is preferred to traction bars, to avoid this galloping phenomenon.
  • this “pivot” drive has the effect of accentuating the vertical load difference between the front and rear axles of the same bogie.
  • the power transmitted to the motors of each of the bogies is therefore adapted to the front axle of each bogie. It follows that, all other things being equal, the traction performance is reduced by about 20% compared to a locomotive comprising traction bars or comprising four inverters assigned respectively to the four motors.
  • An object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, that is to say in particular to provide an electric vehicle, in particular a locomotive, whose traction performance is improved, less heavy and expensive than a vehicle having a number of inverters equal to the number of motors, and without the inherent drawbacks of drawbars.
  • the subject of the invention is an electric vehicle according to claim 1.
  • the vehicle comprises one or more of the characteristics corresponding to claims 2 to 8, taken alone or in all technically possible combinations.
  • the invention also relates to a method of traction according to claim 9.
  • the method is according to claim 10.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a locomotive according to the invention.
  • a vehicle 10 according to the invention is described, and more particularly a locomotive 10.
  • the vehicle is a tram or a road vehicle, for example a bus.
  • the locomotive 10 is for example suitable for running on rails 11 (only one of which is shown schematically on the figure 1 ) and to tow one or more other railway vehicles (not shown).
  • the locomotive 10 is for example adapted to receive electrical energy from a catenary 12.
  • the locomotive 10 has for example a mass of approximately 21 tons per axle and is advantageously adapted to exert a traction force F greater than or equal to 300 kN.
  • the locomotive 10 has for example a speed V and an acceleration ⁇ in a direction of traction T defined by the catenary 12.
  • the locomotive 10 comprises a body 14 defining a roof 16.
  • the locomotive 10 comprises a first bogie 18 and a second bogie 20, the first bogie 18 being located in front of the second bogie 20 in the direction of traction T in a defined direction of traction by the running (speed V) of the locomotive 10.
  • front and rear are used to facilitate the present description with reference to the direction of movement of the locomotive 10.
  • front actually means “on one side of the locomotive in the direction of pull” and “back” means “on the other side”.
  • the locomotive 10 advantageously comprises a first suspension 22 and a second suspension 24 connecting the body 14 respectively to frames 26, 28 of the first bogie 18 and of the second bogie 20.
  • the locomotive also comprises drive devices 23, 25 called "pivots » Suitable for driving the body 14 from the frames 26, 28 of the bogies.
  • the locomotive 10 also comprises an electrical power supply system 30 adapted in particular to distribute electrical energy to a first motor M1 and a second motor M2 of the first bogie 18, and to a third motor M3 and a fourth motor M4 of the second bogie 20 .
  • the locomotive 10 has more than two bogies, for example three.
  • the locomotive 10 is adapted to receive electrical energy from a third rail (not shown).
  • the first bogie 18 comprises a first axle 32 and a second axle 34 mounted on the frame 26 and driven in rotation respectively by the first motor M1 and the second motor M2.
  • the second bogie 20 is for example structurally similar to the first bogie 18.
  • the second bogie 20 comprises a third axle 36 and a fourth axle 38 mounted on the frame 28 and driven in rotation respectively by the third motor M3 and the fourth motor M4.
  • the first bogie 18 and the second bogie 20 have more than two axles, for example three.
  • the second axle 34 and the fourth axle 38 are respectively located behind the first axle 32 and the third axle 36 in the direction of traction T.
  • the drive devices 23, 25 are advantageously adapted to allow rotation of the body 14 respectively around a first transverse direction T1 and a second transverse direction T2 relative to the frames 26, 28.
  • the drive devices 23, 25 are for example located substantially in the middle of the first bogie 18 and of the second bogie 20 in the direction of traction T.
  • the drive devices 23, 25 for example form ball joints between the body and the chassis 26, 28, and advantageously allow movement of the body relative to the chassis respectively in the transverse directions T1, T2, and vertically.
  • the drive devices 23, 25 are located approximately in the plane of the axles and any primary suspensions of the bogies to which they belong.
  • the first transverse direction T1 and the second transverse direction T2 are substantially orthogonal to the direction of traction T.
  • the first transverse direction T1 and the second transverse direction T2 are horizontal when the rails 11 are horizontal.
  • the system 30 comprises for example two pantographs 40, 42 fixed to the roof 16 and movable selectively with respect to the body 14 between a lowered position, in which they are not in contact with the catenary 12, and a raised position, in which they are in electrical contact with the catenary.
  • the system 30 comprises a first inverter 44 and a second inverter 46 electrically connected to the pantographs 40, 42 by an upstream circuit 48.
  • the system 30 comprises a first downstream circuit 50 electrically connecting the first inverter 44 to the first motor M1 and to the third motor M3.
  • the system 30 also comprises a second downstream circuit 52, not electrically connected to the first downstream circuit 50, and electrically connecting the second inverter 46 to the second motor M2 and to the fourth motor M4.
  • the upstream circuit is for example configured so that the first inverter 44 and the second inverter 46 are electrically in parallel with each other.
  • the first downstream circuit 50 is for example respectively configured so that the first motor M1 and the third motor M3 are electrically in parallel with each other.
  • the second downstream circuit 52 is for example respectively configured for the second motor M2 and the fourth motor M4 to be electrically in parallel with each other.
  • the first inverter 44 is adapted to transmit a first electric power to the first motor M1 and to the third motor M3 considered together.
  • the second inverter 46 is adapted to transmit a second electrical power to the second motor M2 and to the fourth motor M4 considered together, the system 30 being advantageously configured so that the second power is greater than the first power during an acceleration phase of the locomotive 10. This sends more power to the rear axles of the bogies.
  • the difference between the first power and the second power is a function of the traction force F.
  • the first inverter 44 and the second inverter 46 are suitable for delivering, under a certain voltage, a three-phase current to the motors, at a variable frequency.
  • Motors M1 to M4 are advantageously suspended from the bogie frame, and in this case connected by a coupling to semi-suspended reduction gears, or are suspended by the nose, and in this case are one with the reduction gears to constitute an assembly called "barrel". -box".
  • Locomotive 10 runs on rails 11 with speed V. Locomotive 10 is in the acceleration phase and develops a traction force F greater than or equal to 300 kN. This traction force F causes the locomotive 10 to pitch up in reaction, and the bogie frames 18 and 20 to pitch up. This means that the first suspension 22 is less loaded vertically than the second suspension 24.
  • the second axle 34 is more loaded than the first axle 32.
  • the fourth axle 38 is more loaded than the third axle 36.
  • the first inverter 44 and the second inverter 46 receive electrical energy from the pantograph 40 in the raised position.
  • the first inverter 44 delivers the first electric power to the first motor M1 and to the third motor M3 considered together.
  • the second inverter 46 delivers the second electrical power to the second motor M2 and to the fourth motor M4 considered together.
  • the system 30 is controlled so that the second power is greater than the first power when the locomotive is accelerating.
  • Motors M1 to M4 drive axles 32 to 38 accordingly.
  • the second inverter 46 is limited in power not by the third axle 36, but by the second axle 34, which is more heavily loaded than the third axle, which makes it possible to maximize the adhering load without risking one of the wheels slipping. axles 32 to 38.
  • the traction performance of the locomotive 10 is improved.
  • the locomotive 10 is less heavy and expensive than a locomotive having a number of inverters equal to the number of motors, and does not have the drawbacks inherent in traction bars.
  • the locomotive is equipped with traction bars as mentioned in the preamble of this document.
  • the motors and gearboxes are of the cannon box type (motor suspended by the nose), that is to say that their masses rest essentially on the axles. The results are summarized in the following table.
  • the first bogie 18 is overloaded by +0.9% at the level of the first suspension 22, while the second bogie 20 is overloaded by +21.2% at the level of the second suspension 24.
  • the wheels of the first axle 32 are loaded at -7.4% (they are therefore unloaded, press less on the rails).
  • the wheels of the second axle 34 are loaded at ⁇ 7.1% (therefore a little more loaded than those of the first axle 32).
  • the wheels of the third axle 36 are loaded at +7.1% (they are therefore overloaded).
  • the wheels of the fourth axle 38 are loaded at +7.4%. Therefore, if one inverter per axle is available, that is to say four inverters in the example, the power transmitted to each of the motors M1 to M4 of the axles can be adapted.
  • Motors M1 to M4 receive powers modulated respectively at -7.1%, -7.4%, +7.1% and +7.4% compared to a static situation (without wheelie of the locomotive).
  • the total power transmitted to the motors therefore varies by 0%: 100% of the overall adherent load is retained despite the rearing of the locomotive driven by traction F.
  • each motor of the same bogie receives the same power.
  • the power transmitted by each inverter is therefore adapted to the motor of the least loaded axle of the bogie in question.
  • the transmitted power is modulated at ⁇ 7.4% for the first axle 32 and the second axle 34, and at +7.1% for the third axle 36 and the fourth axle 38.
  • the total power is reduced very little and 99.8% of the overall adherent load is retained.
  • traction bars are a good means of preserving the adherent load, even when only two inverters are available, assigned respectively to the two bogies.
  • Traction bars act by reducing the imbalances between axles within a bogie.
  • traction bars have major drawbacks already mentioned above, and in particular cause very significant load variations at the primary suspension levels. (nearly 45% between the 2 axles of the same bogie, cumulative differences of 31 and 13%) which, as already said above, can make it very difficult to manage the anti-skid with resonance settings bogie frames on their primary suspensions.
  • the locomotive no longer has traction bars and is fitted with drives between the body and the “pivot” type bogies.
  • the motors are suspended from the bogie frame and drive semi-suspended reduction gears in the sense defined above. The results are summarized in the following table.
  • the first bogie 18 is loaded to ⁇ 4.5% (it is therefore unloaded) at the level of the first suspension 22, while the second bogie 20 is loaded +4.5% at the level of the second suspension 24. Again the second bogie 20 is more loaded than the first bogie 18.
  • the wheels of the first axle 32 are loaded at -20.9%.
  • the wheels of the second axle 34 are loaded at +14.3%.
  • the wheels of the third axle 36 are loaded at -14.3%.
  • the wheels of the fourth axle 38 are loaded at +20.9%.
  • motors M1 to M4 receive powers modulated respectively at -20.9%, +14.3%, -14.3% and +20.9% compared to to a static situation (without wheelie of the locomotive).
  • the total power transmitted to the motors therefore varies by 0%: 100% of the overall adherent load is retained despite the rearing of the locomotive driven by traction F
  • each motor of the same bogie receives the same power.
  • the power transmitted so as not to risk slipping, is modulated at -20.9% for the first axle 32 and the second axle 34, and at -14.3% for the third axle 36 and the fourth axle 38.
  • the total power is very reduced and only 82.4% of the adhering load that would be possible without the locomotive pitching up is retained.
  • the transmitted power is modulated at -20.9% for the first inverter 18, and +14.3% for the second inverter 20.
  • the total power is less reduced than in the previous case, and 96.7% of the adhering load theoretically possible is retained without the locomotive pitching up.

Landscapes

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Abstract

Véhicule (10) électrique, notamment locomotive électrique, comprenant :- au moins un premier bogie (18) et un deuxième bogie (20), le premier bogie étant situé en avant du deuxième bogie selon une direction de traction (T) dans un sens de traction, le premier bogie (comprenant au moins un premier essieu (32), et un deuxième essieu (34) situé en arrière du premier essieu, le deuxième bogie comprenant au moins un troisième essieu (36) et un quatrième essieu (38) situé en arrière du troisième essieu,- un système (30) d'alimentation électrique comportant au moins un premier onduleur (44) et un deuxième onduleur (46), et- quatre moteurs (M1, M2, M3, M4) adaptés pour entraîner respectivement lesdits essieux.Les premier et troisième moteurs sont reliés électriquement au premier onduleur. Les deuxième et quatrième moteurs sont reliés électriquement au deuxième onduleur.Procédé de traction correspondant.

Description

  • La présente invention concerne un véhicule électrique, notamment locomotive électrique, comprenant :
    • au moins un premier bogie et un deuxième bogie, le premier bogie étant situé en avant du deuxième bogie selon une direction de traction de la locomotive et dans un sens de traction, le premier bogie comprenant au moins un premier essieu, et un deuxième essieu situé en arrière du premier essieu dans la direction de traction, le deuxième bogie comprenant au moins un troisième essieu et un quatrième essieu situé en arrière du troisième essieu dans la direction de traction,
    • un système d'alimentation électrique comportant au moins un premier onduleur et un deuxième onduleur, et
    • au moins un premier moteur, un deuxième moteur, un troisième moteur et un quatrième moteur adaptés pour entraîner respectivement le premier essieu, le deuxième essieu, le troisième essieu et le quatrième essieu.
  • L'invention concerne aussi un procédé de traction correspondant.
  • Les locomotives ont au moins deux bogies à deux essieux de deux roues chacun, soit quatre roues par bogie, et huit roues en tout. Chaque essieu est en général entraîné en rotation par un moteur électrique qui lui est propre. Par souci d'économie et pour gagner en poids, les deux moteurs de chaque bogie sont alimentés par un même onduleur, lui-même relié électriquement à une source externe d'énergie électrique, par exemple via un pantographe en contact avec une caténaire.
  • Lorsque que la locomotive exerce une force de traction de 300 kN ou plus et qu'elle est en phase d'accélération, la caisse a tendance à se cabrer et le premier bogie, situé plus à l'avant, est moins chargé verticalement que le deuxième bogie situé plus à l'arrière. En outre, pour les mêmes raisons, le premier essieu est moins chargé verticalement que le deuxième, et le troisième est moins chargé que le quatrième.
  • Par conséquent, certaines roues appuient moins sur les rails que les roues que d'autres et risquent de patiner, avec une perte de puissance de traction.
  • Pour limiter ces effets, il est connu d'utiliser des barres de traction disposées aussi bas que possible entre la caisse et les bogies, de chaque côté des bogies dans la direction de traction. Toutefois, ces barres de traction présentent des inconvénients. Elles sont encombrantes et nécessitent plusieurs points de connexion entre les bogies et la caisse. En outre, les barres de traction provoquent des variations de charge importantes au niveau des suspensions primaires, ce qui dans les phases de patinage et de reprise d'adhérence peut occasionner des variations rapides et brutales de charges aux suspensions primaires et engendrer des mises en résonnance en galop du bogie sur ses suspensions primaires(i. e. entre la caisse et les châssis de bogies) qui sont difficiles à gérer.
  • Aussi, on préfère aux barres de traction un dispositif d'entraînement dit à « pivot », placé au centre du bogie approximativement dans le plan des essieux et des suspensions primaires, pour éviter ce phénomène de galop. En contrepartie, cet entraînement à « pivot » a pour effet d'accentuer la différence de charge verticale entre les essieux avant et arrière d'un même bogie. Avec un seul onduleur par bogie, la puissance transmise aux moteurs de chacun des bogies est donc adaptée à l'essieu avant de chaque bogie. Il en résulte que, toutes choses égales par ailleurs, la performance de traction est réduite d'environ 20% par rapport à une locomotive comportant des barres de traction ou comportant quatre onduleurs affectés respectivement aux quatre moteurs.
  • Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités, c'est-à-dire en particulier de fournir un véhicule électrique, notamment une locomotive, dont la performance de traction est améliorée, moins lourde et onéreuse qu'un véhicule ayant un nombre d'onduleurs égal au nombre de moteurs, et sans les inconvénients inhérents aux barres de traction.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un véhicule électrique selon la revendication 1.
  • Selon des modes de réalisation particuliers, le véhicule comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques correspondant aux revendications 2 à 8, prise(s) seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • L'invention a également pour objet un procédé de traction selon la revendication 9.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le procédé est selon la revendication 10.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue schématique, de côté, d'une locomotive selon l'invention.
  • En référence à la figure 1, on décrit un véhicule 10 selon l'invention, et plus particulièrement une locomotive 10. En variante, le véhicule est un tram ou un véhicule routier, par exemple un bus.
  • La locomotive 10 est par exemple adaptée pour rouler sur des rails 11 (dont un seul est schématisé sur la figure 1) et pour tracter un ou plusieurs autres véhicules ferroviaires (non représentés). La locomotive 10 est par exemple adaptée pour recevoir de l'énergie électrique d'une caténaire 12.
  • La locomotive 10 a par exemple une masse de 21 tonnes par essieu environ et est avantageusement adaptée pour exercer un effort de traction F supérieur ou égal à 300 kN.
  • La locomotive 10 possède par exemple une vitesse V et une accélération Γ selon une direction de traction T définie par la caténaire 12.
  • La locomotive 10 comprend une caisse 14 définissant un toit 16. La locomotive 10 comprend un premier bogie 18 et un deuxième bogie 20, le premier bogie 18 étant situé en avant du deuxième bogie 20 selon la direction de traction T dans un sens de traction défini par la marche (la vitesse V) de la locomotive 10.
  • Les mots « avant » et « arrière » sont utilisés pour faciliter la présente description en référence au sens de circulation de la locomotive 10. Toutefois, comme la locomotive est avantageusement adaptée pour circuler dans les deux sens selon la direction de traction T, « avant » signifie en fait « d'un côté donné de la locomotive selon la direction de traction » et « arrière » signifie « de l'autre côté ».
  • La locomotive 10 comprend avantageusement une première suspension 22 et une deuxième suspension 24 reliant la caisse 14 respectivement à des châssis 26, 28 du premier bogie 18 et du deuxième bogie 20. La locomotive comprend aussi des dispositifs d'entraînement 23, 25 dits « pivots », adaptés pour entraîner la caisse 14 depuis les châssis 26, 28 des bogies.
  • La locomotive 10 comprend aussi un système 30 d'alimentation électrique adapté notamment pour distribuer l'énergie électrique à un premier moteur M1 et un deuxième moteur M2 du premier bogie 18, et à un troisième moteur M3 et un quatrième moteur M4 du deuxième bogie 20.
  • Selon une variante non représentée, la locomotive 10 a plus de deux bogies, par exemple trois.
  • Selon une autre variante non représentée, la locomotive 10 est adaptée pour recevoir l'énergie électrique d'un troisième rail (non représenté).
  • Le premier bogie 18 comprend un premier essieu 32 et un deuxième essieu 34 montés sur le châssis 26 et entraînés en rotation respectivement par le premier moteur M1 et le deuxième moteur M2.
  • Le deuxième bogie 20 est par exemple structurellement analogue au premier bogie 18. Le deuxième bogie 20 comprend un troisième essieu 36 et un quatrième essieu 38 montés sur le châssis 28 et entraînés en rotation respectivement par le troisième moteur M3 et le quatrième moteur M4.
  • Selon une variante non représentée, le premier bogie 18 et le deuxième bogie 20 ont plus de deux essieux, par exemple trois.
  • Le deuxième essieu 34 et le quatrième essieu 38 sont situés respectivement en arrière du premier essieu 32 et du troisième essieu 36 dans la direction de traction T.
  • Les dispositifs d'entraînement 23, 25 sont avantageusement adaptées pour autoriser une rotation de la caisse 14 respectivement autour d'une première direction transversale T1 et d'une deuxième direction transversale T2 par rapport aux châssis 26, 28.
  • Les dispositifs d'entraînement 23, 25 sont par exemple situées sensiblement au milieu du premier bogie 18 et du deuxième bogie 20 dans la direction de traction T. Les dispositifs d'entraînement 23, 25 forment par exemple des liaisons rotule entre la caisse et les châssis 26, 28, et autorisent avantageusement un débattement de la caisse par rapport aux châssis respectivement dans les directions transversales T1, T2, et verticalement.
  • Par exemple, les dispositifs d'entraînement 23, 25 se situent approximativement dans le plan des essieux et des éventuelles suspensions primaires des bogies auxquels ils appartiennent.
  • La première direction transversale T1 et la deuxième direction transversale T2 sont sensiblement orthogonales à la direction de traction T.
  • La première direction transversale T1 et la deuxième direction transversale T2 sont horizontales lorsque les rails 11 sont horizontaux.
  • Il existe aussi avantageusement des suspensions (non représentées) dites « primaires » entre les châssis 26, 28 et les essieux 32, 34, 36, 38, les suspensions 22 et 24 étant alors dites « secondaires ».
  • Le système 30 comprend par exemple deux pantographes 40, 42 fixés sur le toit 16 et mobiles sélectivement par rapport à la caisse 14 entre une position abaissée, dans laquelle ils ne sont pas en contact avec la caténaire 12, et une position relevée, dans laquelle ils sont en contact électrique avec la caténaire.
  • Le système 30 comprend un premier onduleur 44 et un deuxième onduleur 46 reliés électriquement aux pantographes 40, 42 par un circuit amont 48.
  • Le système 30 comprend un premier circuit aval 50 reliant électriquement le premier onduleur 44 au premier moteur M1 et au troisième moteur M3. Le système 30 comprend aussi un deuxième circuit aval 52, non connecté électriquement au premier circuit aval 50, et reliant électriquement le deuxième onduleur 46 au deuxième moteur M2 et au quatrième moteur M4.
  • Le circuit amont est par exemple configuré pour que le premier onduleur 44 et le deuxième onduleur 46 soient électriquement en parallèle l'un de l'autre.
  • Le premier circuit aval 50 est par exemple respectivement configuré pour le premier moteur M1 et le troisième moteur M3 soient électriquement en parallèle l'un de l'autre.
  • Le deuxième circuit aval 52 est par exemple respectivement configuré pour le deuxième moteur M2 et le quatrième moteur M4 soient électriquement en parallèle l'un de l'autre.
  • Le premier onduleur 44 est adapté pour transmettre une première puissance électrique au premier moteur M1 et au troisième moteur M3 considérés ensemble.
  • Le deuxième onduleur 46 est adapté pour transmettre une deuxième puissance électrique au deuxième moteur M2 et au quatrième moteur M4 considérés ensemble, le système 30 étant avantageusement configuré pour que la deuxième puissance soit supérieure à la première puissance pendant une phase d'accélération de la locomotive 10. Ceci permet d'envoyer plus de puissance aux essieux arrière des bogies.
  • Avantageusement, la différence entre la première puissance et la deuxième puissance est fonction de l'effort de traction F.
  • Le premier onduleur 44 et le deuxième onduleur 46 sont adaptés pour délivrer sous une certaine tension, un courant triphasé aux moteurs, à une fréquence variable.
  • Entre les moteurs M1 à M4 et les essieux 32, 34, 36, 38, il existe des réducteurs (non représentés). Les moteurs M1 à M4 sont avantageusement suspendus au châssis de bogie, et dans ce cas reliés par un accouplement à des réducteurs semi suspendus, ou sont suspendus par le nez, et dans ce cas font corps avec les réducteurs pour constituer un ensemble appelé « canon-box ».
  • Le fonctionnement du véhicule, et notamment de la locomotive 10, découle de sa structure et va maintenant être brièvement décrit. Ce fonctionnement illustre un procédé selon l'invention.
  • La locomotive 10 roule sur les rails 11 avec la vitesse V. La locomotive 10 est en phase d'accélération et développe un effort de traction F supérieur ou égal à 300 kN. Cet effort de traction F provoque en réaction un cabrage de la locomotive 10, et un cabrage des châssis des bogies 18 et 20 Ceci fait que la première suspension 22 est moins chargée verticalement que la deuxième suspension 24.
  • De plus, au sein du premier bogie 18, le deuxième essieu 34 est plus chargé que le premier essieu 32. Au sein du deuxième bogie 20, le quatrième essieu 38 est plus chargé que le troisième essieu 36.
  • Lorsque que la locomotive circule en sens contraire (vers la gauche de la figure 1), ces relations d'ordre s'inversent.
  • Le premier onduleur 44 et le deuxième onduleur 46 reçoivent de l'énergie électrique en provenance du pantographe 40 dans la position relevée.
  • Le premier onduleur 44 délivre la première puissance électrique au premier moteur M1 et au troisième moteur M3 considérés ensemble. Le deuxième onduleur 46 délivre la deuxième puissance électrique au deuxième moteur M2 et au quatrième moteur M4 considérés ensemble. Le système 30 est commandé pour que la deuxième puissance soit supérieure à la première puissance lorsque la locomotive accélère.
  • Les moteurs M1 à M4 entraînent en conséquence les essieux 32 à 38.
  • Ainsi, le deuxième onduleur 46 est limité en puissance non pas par le troisième essieu 36, mais par le deuxième essieu 34, plus chargé que le troisième essieu, ce qui permet de maximiser la charge adhérente sans risquer un patinage de l'une des roues des essieux 32 à 38.
  • Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, la performance de traction de la locomotive 10 est améliorée. De plus, la locomotive 10 est moins lourde et onéreuse qu'une locomotive ayant un nombre d'onduleurs égal au nombre de moteurs, et ne présente pas les inconvénients inhérents aux barres de traction.
  • Bien que le croisement des onduleurs soit particulièrement intéressant pour les locomotives, le principe s'applique également à d'autres véhicules
    • Exemples comparatifs
  • Les exemples suivants ont été calculés pour une locomotive analogue à la locomotive 10, c'est-à-dire à deux bogies et quatre essieux, ayant une masse de 21 tonnes par essieux et développant une traction de 300 kN.
  • Dans une première série d'exemples, la locomotive est équipée de barres de traction telles qu'évoquées dans le préambule du présent document. Les moteurs et réducteurs sont du type canon box (moteur suspendu par le nez), c'est-à-dire que leurs masses reposent essentiellement sur les essieux. Les résultats sont résumés dans le tableau suivant. [Tableau 1]
    Evolution de la charge (%) Charge adhérente globale
    Secondaire Deuxième bogie Premier bogie
    + 21,2 +09
    Primaire -13 +31 -31 +13
    Nombre et branchement onduleurs Quatrième essieu Troisième essieu Deuxième essieu Premier essieu
    Nombre et branchement onduleurs
    Rail 1 onduleur / essieu + 7,4 + 7,1 - 7,1 - 7,4 100 %
    1 onduleur / bogie + 7,1 + 7,1 - 7,4 - 7,4 99,8 %
    Tableau 1 : Résultats avec barres de traction et moteurs non-suspendus.
  • Le premier bogie 18 est surchargé de +0,9% au niveau de la première suspension 22, tandis que le deuxième bogie 20 est surchargé de +21,2% au niveau de la deuxième suspension 24.
  • Au niveau des rails 11, les roues du premier essieu 32 sont chargées à -7,4% (elles sont donc déchargées, appuient moins sur les rails). Les roues du deuxième essieu 34 sont chargées à -7,1% (donc un peu plus chargées que celles du premier essieu 32). Les roues du troisième essieu 36 sont chargées à +7,1% (elles sont donc en surcharge). Les roues du quatrième essieu 38 sont chargées à +7,4%. Donc, si l'on dispose d'un onduleur par essieu, c'est à dire de quatre onduleurs dans l'exemple, on peut adapter la puissance transmise à chacun des moteurs M1 à M4 des essieux. Les moteurs M1 à M4 reçoivent des puissances modulées respectivement à -7,1%, -7,4%, +7,1% et +7,4% par rapport à une situation statique (sans cabrage de la locomotive). La puissance totale transmise aux moteurs varie donc de 0% : on conserve 100% de la charge adhérente globale malgré le cabrage de la locomotive entraîné par la traction F.
  • Si l'on ne dispose que de deux onduleurs affectés respectivement aux deux bogies (contrairement à l'invention), chaque moteur d'un même bogie reçoit la même puissance. La puissance transmise par chaque onduleur est donc adaptée au moteur de l'essieu le moins chargé du bogie considéré. Ainsi, la puissance transmise est modulée à -7,4% pour le premier essieu 32 et le deuxième essieu 34, et à +7,1% pour le troisième essieu 36 et le quatrième essieu 38. La puissance totale est très peu réduite et l'on conserve 99,8% de la charge adhérente globale.
  • Ceci illustre le fait que les barres de traction sont un bon moyen de préserver la charge adhérente, même quand on ne dispose que de deux onduleurs affectés respectivement aux deux bogies. Les barres de tractions agissent en réduisant les déséquilibres entre essieux au sein d'un bogie Toutefois, les barres de tractions présentent d'importants inconvénients déjà signalés plus haut, et en particulier d'occasionner des variations de charge très importantes aux niveaux des suspensions primaires (de près de 45% entre les 2 essieux d'un même bogie, cumul des écarts de 31 et 13 %) ce qui, comme déjà dit plus haut peut rendre très délicat la gestion de l'anti-patinage avec des mises en résonance des châssis des bogies sur leurs suspensions primaires.
  • Dans une deuxième série d'exemples, la locomotive n'a plus de barres de traction et est équipée d'entraînements entre caisse et bogies de type « pivot ». Les moteurs sont suspendus au châssis de bogie et entraînent des réducteurs semi-suspendus au sens défini ci-dessus. Les résultats sont résumés dans le tableau suivant. [Tableau 2]
    Evolution de la charge (%) Charge adhérente Globale
    Secondaire Deuxième bogie Premier bogie
    + 4,5 - 4,5
    Primaire - 0,5 +7 - 7 + 0,5
    Nombre et branchement des onduleurs Quatrième essieu Troisième essieu Deuxième essieu Premier essieu
    1 onduleur / essieu + 20,9 - 14,3 + 14,3 - 20,9 100 %
    Rail 1 onduleur / bogie - 14,3 - 14,3 - 20,9 - 20,9 82,4 %
    1 onduleur / bogies croisés + 14,3 + 14,3 - 20,9 - 20,9 96,7 %
    Tableau 2 : Résultats avec suspensions « pivot » et moteurs semi-suspendus.
  • Le premier bogie 18 est chargé à -4,5% (il est donc déchargé) au niveau de la première suspension 22, tandis que le deuxième bogie 20 est chargé +4,5% au niveau de la deuxième suspension 24. A nouveau le deuxième bogie 20 est plus chargé que le premier bogie 18.
  • Au niveau des rails 11, les roues du premier essieu 32 sont chargées à -20,9%. Les roues du deuxième essieu 34 sont chargées à +14,3%. Les roues du troisième essieu 36 sont chargées à -14,3%. Les roues du quatrième essieu 38 sont chargées à +20,9%.
  • Donc, si l'on dispose d'un onduleur par essieu, les moteurs M1 à M4 reçoivent des puissances modulées respectivement à -20,9%, +14,3%, -14,3% et +20,9% par rapport à une situation statique (sans cabrage de la locomotive). La puissance totale transmise aux moteurs varie donc de 0% : on conserve 100% de la charge adhérente globale malgré le cabrage de la locomotive entraîné par la traction F
  • Si l'on ne dispose que de deux onduleurs affectés respectivement aux deux bogies (contrairement à l'invention), chaque moteur d'un même bogie reçoit la même puissance. Ainsi, la puissance transmise, pour ne pas risquer de patiner, est modulée à -20,9% pour le premier essieu 32 et le deuxième essieu 34, et à -14,3% pour le troisième essieu 36 et le quatrième essieu 38. La puissance totale est très réduite et l'on ne conserve que 82,4% de la charge adhérente qui serait possible sans cabrage de la locomotive.
  • Si maintenant on relie le premier moteurs M1 et le troisième moteur M3 au premier onduleur 18, et le deuxième moteur M2 et le quatrième moteur M4 au deuxième onduleur 20 selon l'invention, la puissance transmise est modulée à -20,9% pour le premier onduleur 18, et à +14,3% pour le deuxième onduleur 20. La puissance totale est moins réduite que dans le cas précédent, et l'on conserve 96,7% de la charge adhérente théoriquement possible sans cabrage de la locomotive.

Claims (10)

  1. Véhicule (10) électrique, notamment locomotive (10) électrique, comprenant :
    - au moins un premier bogie (18) et un deuxième bogie (20), le premier bogie (18) étant situé en avant du deuxième bogie (20) selon une direction de traction (T) de la locomotive et dans un sens de traction, le premier bogie (18) comprenant au moins un premier essieu (32), et un deuxième essieu (34) situé en arrière du premier essieu (32) dans la direction de traction (T), le deuxième bogie (20) comprenant au moins un troisième essieu (36) et un quatrième essieu (38) situé en arrière du troisième essieu (36) dans la direction de traction (T),
    - un système (30) d'alimentation électrique comportant au moins un premier onduleur (44) et un deuxième onduleur (46), et
    - au moins un premier moteur (M1), un deuxième moteur (M2), un troisième moteur (M3) et un quatrième moteur (M4) adaptés pour entraîner respectivement le premier essieu (32), le deuxième essieu (34), le troisième essieu (36) et le quatrième essieu (38),
    caractérisé en ce que le premier moteur (M1) et le troisième moteur (M3) sont reliés électriquement au premier onduleur (44), et le deuxième moteur (M2) et le quatrième moteur (M4) sont reliés électriquement au deuxième onduleur (46).
  2. Véhicule (10) selon la revendication 1, comprenant une caisse (14), le premier bogie (18) et le deuxième bogie (20) comprenant respectivement des châssis (26, 28), le véhicule (10) comprenant en outre des systèmes d'entraînement (23, 25) reliant respectivement la caisse (14) aux châssis (26, 28) du premier bogie (18) et du deuxième bogie (20), les systèmes d'entraînement (23, 25) étant adaptés pour autoriser une rotation de la caisse (14) respectivement autour d'une première direction transversale (T1) et d'une deuxième direction transversale (T2) par rapport aux châssis (26, 28) du premier bogie (18) et du deuxième bogie (20) respectivement, la première direction transversale (T1) et la deuxième direction transversale (T2) étant sensiblement orthogonales à la direction de traction (T) lorsque le véhicule (10) avance en ligne droite.
  3. Véhicule (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier moteur (M1), le deuxième moteur (M2), le troisième moteur (M3) et le quatrième moteur (M4) ont respectivement des masses, au moins 40%, de préférence au moins 80%, de chacune des masses reposant sur les châssis (26, 28) du premier bogie (18) et du deuxième bogie (20).
  4. Véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel :
    - le premier moteur (M1) et le deuxième moteur (M2) sont montés respectivement sur le premier essieu (32) et le deuxième essieu (34), et suspendus entièrement ou partiellement au châssis (26) du premier bogie (18), et
    - le troisième moteur (M3) et le quatrième moteur (M4) sont montés respectivement sur le troisième essieu (36) et le quatrième essieu (38), et suspendus entièrement ou partiellement au châssis (28) du deuxième bogie (20).
  5. Véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ayant deux bogies (18, 20) et quatre essieux (32, 34, 36, 38).
  6. Véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier moteur (M1) et le troisième moteur (M3) sont montés électriquement en parallèle l'un de l'autre, et le deuxième moteur (M2) et le quatrième moteur (M4) sont montés électriquement en parallèle l'un de l'autre.
  7. Véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier onduleur (44) est adapté pour transmettre une première puissance électrique au premier moteur (M1) et au troisième moteur (M3) considérés ensemble, et le deuxième onduleur (46) est adapté pour transmettre une deuxième puissance électrique au deuxième moteur (M2) et au quatrième moteur (M4) considérés ensemble, le système (30) étant configuré pour que la deuxième puissance soit supérieure à la première puissance pendant une phase d'accélération du véhicule (10), le deuxième moteur (M2) et le quatrième moteur (M4) étant situés du côté opposé au sens de la marche du véhicule (10) par rapport au premier moteur (M1) et au troisième moteur (M3) respectivement.
  8. Véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le premier onduleur (44) et le deuxième onduleur (46) sont adaptés pour délivrer, sous une certaine tension, un courant triphasé à fréquence variable.
  9. Procédé de traction mettant en œuvre un véhicule (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un entraînement du premier essieu (32), du deuxième essieu (34), du troisième essieu (36) et du quatrième essieu (38) respectivement par le premier moteur (M1), le deuxième moteur (M2), le troisième moteur (M3) et le quatrième moteur (M4).
  10. Procédé de traction selon la revendication 9, dans lequel, pendant une phase d'accélération du véhicule (10), le premier onduleur (44) transmet une première puissance électrique au premier moteur (M1) et au troisième moteur (M3) considérés ensemble, et le deuxième onduleur (46) transmet une deuxième puissance électrique au deuxième moteur (M2) et au quatrième moteur (M4) considérés ensemble, la deuxième puissance étant supérieure à la première puissance, le deuxième moteur (M2) et le quatrième moteur (M4) étant situés du côté opposé au sens de la marche du véhicule (10) par rapport au premier moteur (M1) et au troisième moteur (M3) respectivement.
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