FR3001666A1 - Tramway electrique et reseau de transport associe - Google Patents

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Abstract

L'invention se rapporte à un tramway (12A, 12B) électrique pour un réseau de transport (10), le réseau de transport (10) comportant une pluralité de stations (14A, 14B) comportant chacune une unité (16) de recharge en électricité. Le tramway (12A, 12B) comprend un organe (20) de stockage d'énergie électrique comprenant un moyen (24) de connexion à une unité (16) de recharge, et une chaîne (22) de traction alimentée uniquement par l'organe (20) de stockage d'énergie électrique. Le tramway (12A, 12B) est caractérisé en ce que l'inductance du moyen (24) de connexion est inférieure à 1 Henry (H).

Description

TRAMWAY ELECTRIQUE ET RESEAU DE TRANSPORT ASSOCIE La présente invention concerne un tramway électrique. Elle se rapporte également au réseau de transport associé.
Compte tenu de l'accroissement de la circulation urbaine, il est souhaitable de faire circuler des tramways de grande capacité pouvant atteindre 30 mètres à 40 mètres de longueur et ceci sans faire appel à une alimentation par caténaire, en particulier dans les centres des villes très encombrés d'équipements de toutes sortes, tout en leur assurant des performances et des vitesses commerciales compatibles avec les besoins des systèmes de transport. Il est ainsi connu du document FR-A-2 780 684 un réseau de transport constitué par un ensemble de véhicules de transport en commun circulant sur une ou plusieurs lignes et des stations d'arrêt bordant ces lignes au voisinage desquelles les véhicules de transport sont susceptibles de s'arrêter. Les véhicules ont chacun au moins un moyen de propulsion électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs d'énergie électrique. Les accumulateurs sont constitués par des supercapacités. Certaines des stations comportent un dispositif d'alimentation électrique. Chaque véhicule comporte des moyens de coopération avec le dispositif d'alimentation des stations d'arrêt pour la recharge rapide totale ou partielle des accumulateurs.
Mais, selon cette solution, des caténaires ou des rails conducteurs sont encore présents puisqu'il convient de les confondre dans l'architecture de la station par souci de sécurité et également d'esthétisme. Il existe donc besoin pour un tramway électrique pouvant fonctionner sans la fourniture d'électricité par le biais de caténaires ou de rails conducteurs.
A cet effet, il est proposé un tramway électrique pour un réseau de transport, le réseau de transport comportant une pluralité de stations comportant chacune une unité de recharge en électricité. Le tramway comprend un organe de stockage d'énergie électrique comprenant un moyen de connexion à une unité de recharge, et une chaîne de traction alimentée uniquement par l'organe de stockage d'énergie électriq ue. L'inductance du moyen de connexion est inférieure à 1 Henry (H). comprend une ou suivant toutes les Suivant des modes de réalisation particuliers, le véhicule plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou combinaisons techniquement possibles : nt des composants - la chaîne de traction comporte un onduleur comprena supportant une tension continue au maximum de 1200 Volts (V). - l'organe de stockage d'énergie électrique est choisi dans le groupe constitué par une batterie, une association de plusieurs batteries et un supercondensateur. - l'inductance du moyen de connexion est inférieure à 0,5 H. - le tramway comporte un toit, l'organe de stockage d'énergie électrique étant sur le toit du tramway. L'invention concerne aussi un réseau de transport comportant une pluralité de stations comportant chacune une unité de recharge en électricité, le réseau de transport étant caractérisé en ce que le réseau de transport comporte en outre, au moins un tramway tel que précédemment décrit.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le réseau comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - les unités de recharge en électricité comportent une sortie délivrant une tension et les unités de recharge en électricité sont reliées à un réseau de distribution électrique adapté à délivrer une tension régulée à la sortie de chaque unité de recharge en électricité. - le réseau de distribution électrique est adapté à délivrer une tension continue s'élevant à 750 V. - le réseau de distribution électrique est dépourvu de caténaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux figures qui sont : - figure 1, une vue schématique de deux tramways se succédant sur une ligne comportant deux stations, l'un à arrêt en station et l'autre entre deux stations ; et - figure 2, une vue schématique d'un exemple d'une partie de tramway selon l'invention. Un réseau de transport 10 est présenté à la figure 1. Dans cet exemple, le réseau de transport 10 est un réseau dédié au transport de passagers. En variante, le réseau de transport 10 est dédié au transport de marchandises. Le réseau de transport 10 comprend deux tramways 12A et 12B. Le réseau de transport 10 forme un itinéraire sur lequel circule chaque tramway 12A, 12B. Le réseau de transport 10 comporte également une pluralité de stations 14A, 14B bordant l'itinéraire. Par l'expression « station», il est entendu tout emplacement ou zone géographique où les tramways 12A, 12B sont susceptibles de s'arrêter que ce soit, par exemple, une station à vocation commerciale, un arrêt à simple vocation d'exploitation, un terminus ou encore un feu tricolore. Ainsi, une station 14A, 14B est un lieu dans lequel le tramway 12A, 12B s'immobilise. Dans l'exemple de la figure 1, le réseau 10 comporte deux stations 14A et 14B. Le premier tramway 12A est à l'arrêt dans la première station 14A tandis que le deuxième tramway 12B est à l'approche de la deuxième station 14B. Chaque station 14A, 14B est munie d'une unité 16 de recharge en électricité comportant une sortie propre à délivrer une tension. Dans le cas de la figure 1, ces unités 16 de recharge en électricité sont identiques.
Les unités 16 de recharge en électricité sont reliées à un réseau de distribution électrique 18 adapté à délivrer une tension régulée à la sortie de chaque unité 16 de recharge en électricité. Une tension régulée est une tension constante à 10% près. Un tel réseau de distribution électrique 18 est dépourvu de caténaires. Une caténaire n'est pas adaptée à fournir une tension régulée. Des surtensions relativement importantes sont souvent observées sur les caténaires. De préférence, la tension régulée délivrée par le réseau de distribution électrique 18 est une tension continue de 750 V. Le réseau de distribution électrique 18 est, selon l'exemple de la figure 1, un ensemble de fils souterrains relié à une centrale électrique non représentée.
Chaque tramway 12A, 12B est un tramway électrique. Le tramway 12A, 12B comprend un organe 20 de stockage d'énergie électrique, une chaîne 22 de traction et un moteur 23. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique est une association de plusieurs batteries.
En variante, l'organe 20 de stockage d'énergie électrique est une batterie ou un supercondensateur. Le tramway 12A, 12B comprend un fil 24 et un moyen 25 de connexion à une des unités 16 de recharge en électricité. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique est relié au moyen 25 de connexion par le fil 24.
Le moyen 25 de connexion a la forme d'un plot conducteur faisant saillie du fond du tramway 12A, 12B. Il est rétractable. Le moyen 25 de connexion du premier tramway 12A est déployé tandis que le moyen 25 de connexion du deuxième tramway 12B est dans une position rétractée. Dans la position déployée, le moyen 25 de connexion forme une saillie plus importante depuis le fond du tramway 12A, 12B que dans la position rétractée. Le moyen 25 de connexion présente une inductance inférieure à 1 Henry (H).
De préférence, l'inductance du moyen 25 de connexion est inférieure à 0,5 H. La chaîne 22 de traction comporte un onduleur 26 représenté sur la figure 2 uniquement dans un souci de clarté de la représentation. Un onduleur est un organe d'électronique de puissance permettant de délivrer des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique continue formée par l'organe 20 de stockage d'énergie électrique. L'onduleur 26 est relié d'une part à l'organe 20 de stockage d'énergie électrique via une connexion 28 et d'autre part au moteur électrique 23 du tramway 12A, 12B via un lien 30.
L'onduleur 26 comprend des composants adaptés pour une tension continue maximale de l'ordre de 1200 Volts (V). A titre d'exemple, les composants de l'onduleur 26 sont des transistors IGBT. Un transistor à grille isolée (IGBT, de l'anglais lnsulated Gate Bipolar Transistor) est un organe semi-conducteur de la famille des transistors utilisé comme interrupteur électronique, principalement dans les montages électroniques de puissance. La connexion 28 est munie d'un interrupteur 32. L'interrupteur 32 est en position ouverte lorsque le tramway 12A, 12B est à l'arrêt et en position fermée lorsque le tramway 12A, 12B est en mouvement. La chaîne 22 de traction est alimentée par l'organe 20 de stockage d'énergie électrique lorsque le tramway 12A, 12B est en mouvement ou en phase de démarrage. Le moteur 23 est un moteur électrique qui permet la propulsion du tramway 12A, 12B. Selon l'exemple de la figure 1, le tramway 12A, 12B présente un toit 34. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique et la chaîne 22 de traction sont placés sur le toit 34.
Le fonctionnement du tramway 12A, 12B en interaction avec le réseau de transport 10 va maintenant être décrit. Lorsque le tramway 12A, 12B est situé entre deux stations 14A, 14B comme c'est le cas du tramway 12B, le tramway 12A, 12B est en mouvement et l'interrupteur 32 est en position fermée. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique alimente le moteur 23 via le convertisseur 26. L'alimentation du moteur 23 uniquement par l'organe 20 de stockage d'énergie électrique, provoque la décharge progressive de l'énergie électrique stockée dans l'organe 20 de stockage d'énergie électrique. Lorsque le tramway 12A, 12B s'approche d'une station 14A, 14B, le moyen 25 de connexion est placé, le cas échéant par commande du conducteur, à la position déployée.
Aux abords de la station 14A, 14B, le moyen 25 de connexion entre en contact avec l'unité 16 de recharge en électricité. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique est alors en contact électrique avec l'unité 16 de recharge en électricité. Lorsque le tramway 12A, 12B est à l'arrêt à une station 14A, 14B par exemple pour permettre la descente et la montée de passagers, l'interrupteur 32 passe en position ouverte. Le moteur 23 n'est alors plus alimenté par l'organe 20 de stockage d'énergie électrique, ce qui interrompt la décharge de celui-ci. En outre, un transfert d'énergie électrique se produit entre l'unité 16 de recharge et l'organe 20 de stockage d'énergie électrique. L'organe 20 de stockage d'énergie électrique est ainsi rechargé en énergie. La recharge de l'organe 20 de stockage d'énergie électrique en station 14A, 14B se fait pendant un temps relativement court compatible avec l'échange de passagers, soit de l'ordre de 20 secondes. La recharge est partielle, l'énergie présente dans l'organe 20 de stockage d'énergie électrique servant à alimenter le mouvement du tramway 12A, 12B entre deux stations 14A, 14B. L'énergie accumulée correspond, par exemple, à l'énergie fournissant au tramway 12A, 12B une autonomie permettant de relier deux stations 14A, 14B avec une marge de sécurité. Avantageusement, selon une variante non représentée, le tramway 12A, 12B comporte également un système de récupération de l'énergie cinétique relié à l'organe 20 de stockage d'énergie électrique. En phase de freinage, l'énergie cinétique récupérée est ainsi convertie en énergie électrique pour recharger l'organe 20 de stockage d'énergie électrique. Cette recharge en énergie vient s'ajouter à l'énergie électrique fournie par l'unité 16 de recharge.
Selon une variante, la recharge de l'organe 20 de stockage d'énergie électrique est totale. Au redémarrage, l'interrupteur 32 repasse en position fermée. Le moteur 23 est alors alimenté par l'organe 20 de stockage d'énergie électrique qui vient d'être rechargé en énergie électrique. Le tramway 12A, 12B démarre de la station 14A, 14B pour aller vers la station 14A, 14B suivante. Ainsi, le tramway 12A, 12B fonctionne de manière « autonome » c'est-à-dire qu'une simple recharge aux stations 14A, 14B suffit pour alimenter un tel tramway 12A, 12B. Dans l'exemple présenté, le tramway 12A, 12B est seulement rechargé à l'arrêt aux stations 14A, 14B. Notamment, le tramway 12A, 12B n'est pas rechargé lorsqu'il est en mouvement.
Le réseau de transport 10 de la figure 1 est dépourvu de caténaire. Le réseau de transport 10 est également dépourvu de rails conducteurs. Cette absence permet de préserver le lieu où le réseau de transport 10 est implanté que ce soit au niveau des perturbations électromagnétiques introduites ou de l'esthétique. Cette préservation est d'autant plus sensible si le lieu considéré est le centre d'une ville. Le tramway 12A, 12B est dépourvu d'éléments servant à l'alimentation par caténaire du tramway 12A, 12B. Notamment, le tramway 12A, 12B est dépourvu de ligne en entrée impliquant une inductance supérieure à 1 H. Cette ligne sert dans l'état de la technique de filtre pour éviter les surtensions. Comme les éléments présentant de telles inductances sont encombrants et massifs, il en résulte un gain en espace et en masse. Ce gain en espace et en masse est augmentée par le fait que l'énergie embarquée confère au tramway 12A, 12B une autonomie limitée à une distance réduite (typiquement quelques stations 14A, 14B). En effet, l'organe 20 de stockage d'énergie électrique est moins volumineux et massique que s'il est utilisé pour donner au tramway 12A, 12B une autonomie sur l'intégralité du parcours. Cela permet que l'organe 20 de stockage d'énergie électrique puisse être placé en intégralité sur le toit 34 du tramway 12A, 12B. En outre, le gain en poids permet d'augmenter la capacité d'accueil de passagers dans le tramway 12A, 12B. Le gain en masse permet aussi que le tramway 12A, 12B proposé présente une meilleure efficacité énergétique.
De plus, l'emploi d'un onduleur 26 utilisant des composants adaptés pour une tension de l'ordre de 1200 V est favorable. Cela permet d'augmenter la fréquence de coupure de fonctionnement de l'onduleur 26, comparé à un onduleur comportant des composants fonctionnant à des tensions supérieures à 1200 V. En outre, un composant supportant une tension supérieure à 1200 V est un composant spécifique. Par exemple, un composant supportant 1700 V est un composant spécialement dédié au domaine ferroviaire. Un composant de l'onduleur 26 est plus habituel et présente généralement de meilleures caractéristiques pour un coût égal. Il en résulte une économie substantielle pour fabriquer l'onduleur 26 par rapport aux onduleurs généralement utilisé dans le domaine ferroviaire.
De plus, la taille de l'onduleur 26 qui comporte ces composants est également réduite.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1.- Tramway (12A, 12B) électrique pour un réseau de transport (10), le réseau de transport (10) comportant : - une pluralité de stations (14A, 14B) comportant chacune une unité (16) de recharge en électricité, le tramway (12A, 12B) comprenant : - un organe (20) de stockage d'énergie électrique comprenant un moyen (24) de connexion à une unité (16) de recharge, et - une chaîne (22) de traction alimentée uniquement par l'organe (20) de stockage d'énergie électrique, le tramway (12A, 12B) étant caractérisé en ce que l'inductance du moyen (24) de connexion est inférieure à 1 Henry (H).
  2. 2.- Tramway selon la revendication 1, dans lequel la chaîne (22) de traction comporte un onduleur (26) comprenant des composants supportant une tension continue au maximum de 1200 Volts (V).
  3. 3.- Tramway selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'organe (20) de stockage d'énergie électrique est choisi dans le groupe constitué par une batterie, une association de plusieurs batteries et un supercondensateur.
  4. 4.- Tramway selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'inductance du moyen (24) de connexion est inférieure à 0,5 H.
  5. 5.- Tramway selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le tramway (12A, 12B) comporte un toit (34), l'organe (20) de stockage d'énergie électrique étant sur le toit (34) du tramway (12A, 12B).
  6. 6.- Réseau de transport (10) comportant : - une pluralité de stations (14A, 14B) comportant chacune une unité (16) de recharge en électricité, - le réseau de transport (10) étant caractérisé en ce que le réseau de transport (10) comporte en outre, au moins un tramway (12A, 12B) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
  7. 7.- Réseau de transport selon la revendication 6, dans lequel les unités (16) de recharge en électricité comportent une sortie délivrant une tension et les unités (16) de recharge en électricité sont reliées à un réseau de distribution électrique (18) adapté à délivrer une tension régulée à la sortie de chaque unité (16) de recharge en électricité.
  8. 8.- Réseau de transport selon la revendication 7, dans lequel le réseau de distribution électrique (18) est adapté à délivrer une tension continue s'élevant à 750 V.
  9. 9.- Réseau de transport selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le réseau de distribution électrique (18) est dépourvu de caténaire.5
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