•  CoCo 14.100 qui possèdent un redresseur de type "convertisseur-tournant" mono-continu et des moteurs à courant continu ;
•  BoBo 13.000 à moteurs directs 50 Hz ;
•  BoBo 12.000 à redresseurs Ignitrons à vapeur de Hg puis Diodes Silicium (les dernières ont circulé en décembre 1999) ;
•  CoCo 14.000, les plus "audacieuses", mais aussi les plus fragiles, à chaîne de traction triphasé asynchrone dont il est question ci-après.

Par avance je vous prie de m'excuser pour les abréviations et autres sigles
que les non-initiés auront malheureusement un peu de mal à comprendre. Ceux
qui désireraient le document in extenso ainsi que les schémas sont invités à
me contacter par e-mail :  je.leroy@wanadoo.fr.
 
 
 

Locomotives SNCF CoCo 14.000 pour courant 25 kV à 50 Hz (années '50)

Généralités.

•  Machine mono-courant "Mono-Triphasé"
•  Destinée à la remorque des trains de minerai lourds (3.400 tonnes)
•  Puissance : 2.700 kW, soit 3.600 cv
•  Masse : environ 125 tonnes
•  Vitesse maximale : 60 km/h
•  Freinage électrique par récupération et pneumatique conjugué (TV)
•  Mono-cabine
•  2 bogies de 3 essieux moteurs (CoCo)

Principe de la machine

Principe de fonctionnement du MA

1 - Au cours du lancement de groupes.

Quand le MS est accroché, il restitue du courant triphasé fréquence 50 Hertz qui alimente le rotor MA. Celui-ci produit un champ qui tourne à 750 tr/min.
Le stator subit les variations de champ et devient le siège d'un courant induit qui, pour s'opposer à la cause qui le fait naître (la rotation du champ), force le rotor MA à démarrer en sens inverse du champ et à accélérer. Le champ sera presque immobile par rapport au stator quand le rotor tournera à 750 tr/min, au glissement près.

Pendant cette période, le MA fonctionne en moteur asynchrone.

2 - Au cours de la traction.

Quand on passe en traction, MC fonctionne en dynamo et débite du courant dans GC moteur. Comme toute dynamo qui débite, MC freine sa rotation et le groupe MC-MA ralentit. De ce fait, la vitesse du champ par rapport au stator augmente. Le stator subit à nouveau des variations de champ et il est à nouveau le siège d'un courant induit dont la tension et la fréquence augmentent au fur et à mesure que la vitesse champ-stator augmente donc au fur et à mesure que MC freine MA. Comme ce courant alimente les Moteurs de Traction sur 3 phases, la machine démarre et accélère. La f.c.é.m. des moteurs augmentant, l'intensité débitée par MA n'augmente pas et son couple n'augmente pas. Le couple résistant de MC continue donc à freiner MA jusqu'à l'arrêt complet du groupe MC-MA.

A ce moment, les machines changent de fonction. GC devient dynamo et débite du courant sur MC moteur qui inverse son sens de rotation et entraîne maintenant le rotor MA dans le même sens que le champ ce qui fait que !a vitesse champ-stator continue d'augmenter ainsi que la fréquence et la tension du courant d'alimentation des Moteurs de Traction.
Au moment ou MC-MA est arrêté, MA est comparable à un transformateur.
Alimenté sous fréquence 50, il restitue un courant de fréquence 50 :
 

•  vitesse de rotation des rotation des Moteurs de Traction . 600 tr/min,

•  vitesse de la machine : 23 km/h.

De 0 à 23 km/h : MC est dynamo et GC moteur.

De 23 à 60 km/h : GC est dynamo et MC moteur.

La fréquence varie de 0 à 135 Hz, la tension de 0 à 1.350 V et la vitesse de
rotation des moteurs de traction de 0 à 1.570 tr/min.

RELAIS DIFFÉRENTIELS

On est protégé contre un déséquilibre des phases en montant des relais différentiels (QM1, QM2, QM3). Ces relais différentiels comportent 3
enroulements :
 

• 2 enroulements primaires montés en opposition,

•  1 enroulement secondaire.

Les contacts auxiliaires de ces relais sont placés sur le circuit de 2 lampes jaunes LSQM. Les moteurs de traction sont alimentés en parallèle par
groupes de deux, soit 3 groupes.

Dans les 2 enroulements primaires montés en opposition, le champ résultant est nul s'il passe un courant de même valeur dans chacun d'eux (les courants étant de sens contraire). L'induction dans !'enroulement secondaire est nulle et les relais QM me s'enclenchent pas.

En cas de coupure dans une phase (groupe 1 par exemple) le relais QM1 s'enclenche, son contact auxiliaire se ferme et les lampes LSQM s'allument.

Les relais différentiels , QM1, QM2, QM3 jouent également le rôle de relais d'anti-patinage. Si l'un des essieux est déchargé par rapport aux autres sa
vitesse peut augmenter et atteindre une valeur très voisine du synchronisme alors que les autres essieux chargés auront une vitesse inférieure due au
glissement. Le même phénomène qu'en cas de coupure se produit. Un relais QM s'enclenche (celui du groupe de moteur déchargé) et les lampes LSQM s'allument.
 

LES CONTACTEURS DE LIGNE (C31, C32, C33)

•  ouverts : machine arrêtée, MP à zéro. Ils mettent en court-circuit le stator MA et mettent les Moteurs de traction sur 2 phases,

•  fermés : tant que la machine roule. Ils dé-courcicuitent le MA et mettent les moteurs de traction sur 3 phases.

CIRCUIT DES AUXILIAIRES

HBA (Coupe-Circuit Batterie) fermé et un pantographe levé.

Le disjoncteur se ferme et le primaire du TFP (Transformateur Principal)
alimenté induit le secondaire. Celui-ci possède plusieurs prises :
 

•  une à 1.070 volts,

•  une à 600 volts,

•  une à 380 volts.

La prise à 380 V alimente les enroulements monophasés de l' ARNO (i.e. le Groupe-Convertisseur Mono-Triphasé des Auxiliaires), les voltmètres de ligne et le Q 30.

La prise à 600 V alimente l'enroulement auxiliaire de démarrage de l' ARNO via une résistance de déphasage.

La prépondérance est alors donnée à l'un des 2 champs tournants. L'ARNO démarre, entraînant mécaniquement la GE et la GA. De plus, il restitue du
courant triphasé mal équilibré qui alimente :
 

•  MPH (Moteur de Pompe à Huile) qui démarre entraînant la pompe à huile transformateur,

•  MPH 1 à MPH 4 qui démarrent entraînant les pompes à huile de graissage de paliers de groupe.

Dès que la GE est entraînée suffisamment vite, elle s'amorce et fait enclencher le conjoncteur-disjoncteur C130.

L' ARNO (son enroulement auxiliaire n'étant plus alimenté de par l'ouverture de C118, relais de fermeture du disjoncteur) restitue du courant triphasé
équilibré qui alimente MPH, MPH1 à MPH4. Ces moteurs prennent alors leur vitesse de régime.
 

LANCEMENT DES GROUPES (Circuit de Traction)

Il s'effectue en 3 temps :
 

•  1er temps : GC est alimenté en moteur par GA surexcitiée par le biais de JK, l'enroulement d'excitation de GC-MC.

GC a alors un champ magnétique inducteur important ce qui lui confère un
couple important.

Dans ce premier temps, GC moteur entraîne le MS jusqu'à la vitesse du
synchronisme (1.000 tr/min).

• 2ème temps : le MS tournant à la vitesse du synchronisme :

GA faiblement excitée alimente faiblement le rotor MS qui s'accroche aux pôles du champ tournant.

MS étant accroché, débite du courant triphasé au rotor MA. Celui-ci produit alors un champ qui tourne instantanément à la vitesse du synchronisme. Le stator subit alors des variations de champ et il est le siège d'un courant induit qui, s'opposant à la cause qui le fait naître, fait tourner le rotor MA en sens inverse du champ. Au fur et à mesure que le rotor accélère, la vitesse du champ par rapport au stator diminue. Lorsque le rotor aura atteint la vitesse du synchronisme (au glissement près) la vitesse du champ par rapport au stator sera quasi-nulle.

Mais au moment où MS commence à alimenter MA, celui-ci est arrêté et sa f.c.é.m. est nulle. L'intensité du courant- est alors élevée et comme ce courant vient de TFP2 (secondaire du transfo. principal) et passe par la SPS : Q31 s'enclenche et son contact auxiliaire étant alors ouvert ne permet pas l'excitation de la bobine C1. Au fur et à mesure que MA accélère, sa f.c.é.m. augmente et l'intensité du courant diminue. Lorsque le rotor MA atteint (au glissement près) la vitesse du synchronisme, l'intensité du courant est petite : Q31 déclenche alors et son contact auxiliaire se ferme.
C'est alors le 3ème temps.
 

• 3ème temps : le contacteur C1 se ferme et le stator MES est alors sous pleine tension.

RECHARGE BATTERIE

Dès la fermeture du DJ, l' ARNO démarre, entraînant mécaniquement la GE et la GA. Dès que la GE est entraînée à vitesse suffisante, elle s'amorce et
alimente la bobine "tension" du C130, retourne au moins par le contact auxiliaire du C118 (fermé tant que BP3 ou BP4DJ est appuyé car, alors, C118
est excité) et l'enroulement série de la GE.

La bobine "tension" étant alimentée, la C130 s'enclenche, ententraînant ses contacts auxiliaires :
 

•  C130a coupe le circuit de la lampe verte qui s'éteint,

•  C130b se ferme sur le circuit de Q118.

Le C130 étant fermé, le circuit de la GE alimente la bobine "débit", recharge la batterie et alimente le circuit de commande.

On voit que les bobines "tension" et "débit" sont traversées par des courants de même sens. Leurs champs magnétiques s'ajoutent. Le champ
résultant est alors amplement suffisant pour maintenir le conjoncteur-disjoncteur fermé.

Dès que la lampe verte est éteinte, le mécanicien lâche BP3DJ ou BP4DJ ce qui a pour effet d'ouvrir C118. Son contact auxiliaire s'ouvre et le retour
au moins GE s'effectue en passant par la RC130. L'intensité est alors diminuée dans la bobine "tension". Le champ magnétique résultant est alors
tout juste suffisant pour maintenir le conjoncteur-disjoncteur fermé.

Si, pour une raison quelconque la tension GE diminue, la tension BA devient prépondérante, il y a retour du courant BA vers la GE. La bobine "débit" est
alors traversée par un courant de sens contraire à celui qui traverse la bobine "tension". Les champs magnétiques deviennent donc soustractifs et le,
champ résultant n'est plus suffisant pour maintenir le C130 enclenché.
Celui-ci déclenche entraînant ses contacts auxiliaires :
 

• C130a se ferme sur le circuit LSDJ,

• C130b coupe le circuit de Q118 (disjonction au bout de 5 secondes).

Le C130 étant ouvert, tout retour de courant de BA vers GE est impossible.
 

REMARQUE

Sur les CoCo 14.000, la GE alimente aussi :
 

•  l'enroulement JK (excitation) de GC-MC,

•  l'enroulement JK (excitation) de GA.

Mini lexique :

GE :  Génératrice de recharge batterie,
GA :  Génératrice Auxiliaire,
DJ :   Disjoncteur,
TV :  Triple-Valve (distributeur de freinage non modérable au desserrage.