GÉNÉRALITÉS.

 _ Machine mono-courant "Mono-Continu"
_ Destinée à la remorque des trains de minerai lourds
_ Puissance : 1.833 kW, soit 4.490 cv
_ Masse : environ 127 tonnes
_ Vitesse maximale : 60 km/h
_ Freinage électrique par récupération et pneumatique conjugué (TV)
_ Machine équipée pour assurer le chauffage électrique des trains.
_ Mono-cabine
_ 2 bogies de 3 essieux moteurs (CoCo)
 

PRINCIPAUX ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS DE LA LOCOMOTIVE

Le capot avant comprend :

_ un groupe convertisseur composé d'un moteur synchrone MS de deux
génératrices principales GP1 et GP2,
_ les excitatrices,
_ le ventilateur des moteurs de traction 1, 2 et 3,
_ le ventilateur des résistances de récupération.

Le capot arrière comprend :

_ un convertisseur de phases "ARNO",
_ une génératrice auxiliaire GA,
_ une génératrice de charge batterie GE,
_ le ventilateur des moteurs de traction 4, 5 et 6,
_ le transformateur,
_ le ventilateur du transformateur,
_ le compresseur pneumatique,
_ la batterie.

PRINCIPES FONDAMENTAUX DE LA LOCOMOTIVE

Alimentation des moteurs de traction et des auxiliaires

Le courant est capté à la caténaire par un pantographe PT.
La fermeture d'un disjoncteur DJ provoque l'alimentation d'un transformateur
principal TFP qui comporte notamment :

_ un primaire TFP1, un secondaire TFP2 qui alimente sous 3.000 volts le
stator du moteur synchrone du groupe convertisseur. Ce moteur MS entraîne
les génératrices à courant continu GP1 et GP2. Chaque génératrice alimente
trois moteurs de traction du type continu à excitation composée (compound)
montés en parallèle. GP1 alimente les moteurs M1 à M3 et GP2 les moteurs M4
à M6. Une excitatrice EXMT également entraînée par le moteur MS produit la
part du courant d'excitation séparée des moteurs de traction.

_ un secondaire TFPCH qui alimente sous 1.500 volts le chauffage train,

_ un secondaire TFA qui alimente un convertisseur de phases.

Le CVAR, convertisseur de phases "ARNO" est un moteur asynchrone monophasé
qui entraîne un alternateur triphasé pour permettre l'alimentation en
courant triphasé des moteurs des auxiliaires :

_ du ventilateur du transformateur MVTRF,
_ de la pompe à huile du transformateur MPH,
_ des pompes à huile des paliers du groupe convertisseur MPH1 et MPH2,
_ du compresseur MCP,
_ du ventilateur des résistances de récupération MVTRR.

Le convertisseur de phases entraîne par ailleurs mécaniquement :

_ une génératrice GE qui fournit le courant de charge batterie et alimente
les circuits basse tension,

_ une génératrice auxiliaire GA qui fournit notamment le courant continu
pour alimenter le rotor du moteur synchrone MS.

Un inverseur par groupe de 3 moteurs J21 et J22 permet d'inverser le sens du
courant dans l'induit pour changer le sens du déplacement de la locomotive.

Mise en vitesse

Pour démarrer le train, il faut augmenter le couple moteur jusqu'au moment
où il devient supérieur au couple résistant du train. Il faut donc augmenter
l'intensité dans les moteurs de traction. Pour accélérer le train, il faut
maintenir le couple moteur supérieur au couple résistant, ce qui implique de
maintenir l'intensité à une certaine valeur. Comme l'intensité diminue au
fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse (influence de la force
contre-électromotrice) il faut à nouveau augmenter l'intensité pour
maintenir le couple moteur supérieur au couple résistant. L'augmentation de
l'intensité dans les.moteurs de traction est obtenue en augmentant la
tension aux bornes des génératrices principales GP1 et GP2, tout en
diminuant progressivement l'excitation séparée des moteurs. Le principe de
la mise en vitesse est représenté par la figure 3. La mise en vitesse est
commandée par le mécanicien à l'aide d'un manipulateur de traction MP. Ce
manipulateur permet d'augmenter l'excitation des génératrices principales
par accroissement de l'excitation séparée d'une excitatrice EXGP, en
éliminant la résistance RE. Le réglage de l'excitation séparée est
automatique et fonction de la tension des GP.

NOTA : La mise en vitesse est précédée de la sélection du sens de marche
vers l'avant ou vers l'arrière. A cet effet, les inverseurs J21 et J22 sont
commandés à l'aide d'un manipulateur d'inversion.

Freinage

Le freinage du train est réalisé à l'aide soit du frein pneumatique à
sabots, soit du frein électrique par récupération.

Frein électrique par récupération

Le freinage électrique par récupération permet de maintenir une vitesse, ou
de ralentir le train ; il est commandé par le mécanicien à l'aide du
manipulateur de traction MP placé en position de freinage par récupération.

L'effort de freinage est produit par les moteurs de traction transformés en
génératrices à excitation séparée qui débitent sur les génératrices
principales GP1 et GP2 transformées en moteur. Ces dernières entraînent le
MS qui  devient alternateur et débite un courant de récupération.

TRACTION

Lancement du groupe convertisseur

Les deux génératrices principales sont accouplées au moteur synchrone MS.
Pour entraîner le rotor jusqu'à la vitesse de 1.480 t/mn on utilise une
génératrice principale (GP1) en la transformant en moteur. Pour obtenir
ensuite, automatiquement, une vitesse très proche de la vitesse de
synchronisme (1.500 t/mn) le moteur MS est alimenté pour fonctionner en
moteur asynchrone. Lorsque la vitesse de synchronisme est obtenue, au
glissement près, le moteur MS est alimenté en moteur synchrone.

Une fois lancé le groupe doit être ventilé.

1_ Entraînement du rotor du MS par la génératrice principale GP1 (1er temps)

La réalisation de cette fonction, nécessite notamment les appareils suivants
: GP1, génératrice principale utilisée en moteur série pendant
l'entraînement du rotor du MS et GA, génératrice auxiliaire ; cette
génératrice à excitation composée, entraînée par le convertisseur de phases
CVAR, fournit :

_ le courant nécessaire à la GP1 pendant l'entraînement du rotor du MS le
courant d'excitation du rotor du MS,
_ le courant d'excitation du rotor du MS lorsque ce dernier tourne en moteur
synchrone (cf. plus loin).

2_ Alimentation du moteur MS en moteur asynchrone (2ème temps)

La réalisation de cette fonction, représentée par la figure 320, nécessite
notamment les appareils suivants :

Le secondaire TFP2, à deux prises, permet d'alimenter le stator du MS soit
sous 1.500 volts pendant le 2ème temps de lancement soit sous 3.000 volts en
marche normale.

Enroulements spéciaux du rotor : ces enroulements forment une cage
d'écureuil permettant au moteur MS de fonctionner en moteur asynchrone pour
atteindre la vitesse de synchronisme (1.500 tr/min) au glissement près.

3_ Alimentation du moteur MS en moteur synchrone (3ème temps)

Un contacteur électropneumatique permet d'alimenter le stator du MS à partir
de la prise 3.000 volts du transformateur TFP2. Un autre contacteur
électropneumatique permet l'alimentation du circuit d'excitation du rotor du
MS. Une résistance permet de limiter l'intensité du courant d'excitation
séparée de la GA.

4_ Ventilation du groupe

Le moteur synchrone MS et les deux génératrices principales sont
auto-ventilés.

MISE EN SERVICE DU GROUPE

La mise en service du lancement du groupe convertisseur est commandée par le
mécanicien. Par ailleurs, elle entraîne automatiquement :

_ la mise en service de la ventilation du groupe et des réfrigérants d'huile
de graissage des paliers du groupe.

_ la mise en service de la ventilation des moteurs de traction 1, 2 et 3.

Mise en service du lancement du groupe convertisseur

La commande du lancement du groupe convertisseur est effectuée à l'aide d'un
interrupteur à levier de "commande du groupe" : BPMS.

Le mécanicien place l'interrupteur BPMS sur "Marche" ce qui provoque
successivement :

1er temps : l'excitation des bobines de contacteurs qui se ferment. La
génératrice GA est excitée et alimente la génératrice principale GP1 qui se
met à tourner en entraînant le rotor du MS. Pour obtenir la puissance
nécessaire, la génératrice GA est surexcitée grâce à deux enroulements
d'excitation à flux additifs : un enroulement d'excitation séparée alimenté
sous la tension de la GE et un enroulement shunt.

Pour limiter le courant débité par la GA au début du lancement, un
enroulement série à flux soustractif vient réduire le flux total de la GA et
limite temporairement la tension de celle-ci. Lorsque la vitesse de la GP
augmente, le flux soustractif diminue et la tension de la GA augmente.

2ème temps : lorsque le rotor atteint la vitesse de 1.480 tr/min, par un jeu
de contacts de relais, la GP1 cesse d'entraîner le rotor du MS.
L'alimentation, sous demi-tension, du stator du MS ; grâce aux enroulements
spéciaux du rotor, le moteur MS tourne en moteur asynchrone et sa vitesse
s'élève jusqu'à la vitesse de synchronisme, au glissement près.

3ème temps : au bout de 4 secondes, successivement des relais provoquent :

_ la fermeture du circuit d'excitation du rotor du MS ; l'ouverture du
contacteur C2 : le moteur MS cesse de fonctionner en moteur asynchrone ;

_ l'excitation de la bobine du contacteur C1A-B par le contact de C2 : le
contacteur C1A-B se ferme et le stator du moteur MS est alimenté sous pleine
tension ;

_ l'excitation de la bobine du contacteur C160A-B par le contact de C2. Le
contacteur C160A-B se ferme et les circuits d'excitation de la GA sont
alimentés  :

    * l'enroulement d'excitation séparé est alimenté par l'intermédiaire
d'une résistance RE2 qui limite l'intensité du courant d'excitation par
rapport au 1er temps ;

    * l'enroulement d'excitation shunt est alimenté et produit un flux qui
s'oppose au flux produit par l'excitation séparée (pour cette raison il est
appelé "anti-shunt"). Il maintient ainsi à peu près constante l'intensité
d'excitation du rotor du MS quelles que soient les variations de résistance
provoquées par les variations de température de l'enroulement d'excitation
séparée de la GA et du circuit d'excitation du rotor du MS. La GA alimente
en courant continu le rotor du MS qui s'accroche au champ tournant crée par
le rotor.

Arrêt du groupe

L'arrêt du groupe peut être obtenu soit à la volonté du mécanicien en
positionnant l'interrupteur BPMS sur "Arrêt", soit automatiquement, soit par
l'ouverture du disjoncteur, via l'action d'un relais de protection. Le
groupe met environ 15 minutes pour s'arrêter.

L'arrêt du groupe peut être obtenu rapidement (50 secondes environ) ; ceci
est réalisé, lorsque le disjoncteur est ouvert, en faisant débiter la
génératrice principale, GP1 dans une résistance afin de le freiner.

CRÉATION DE L' EFFORT DE TRACTION

Le moteur synchrone MS entraîne les génératrices principales GP1 et GP2.

Pour créer l'effort de traction, il faut alimenter les moteurs, ce qui
impose de fermer leur circuit et de provoquer l'excitation des inducteurs de
la GP. Toutefois ces locomotives étant équipées pour le freinage par
récupération, avant de créer l'effort de traction, il y a lieu de placer
certains appareils en position convenable de façon à :

_ interdire le fonctionnement des appareils de commande du freinage,

_ préparer les circuits utilisés pour la commande de la marche en
"Traction".

Le choix du sens de marche est commandé par le mécanicien à l'aide d'un
manipulateur d'inversion.

L'effort de traction est commandé par le mécanicien à l'aide d'un
manipulateur de traction MP portant des contacts appelés également MP. Ce
manipulateur comporte une plage "Traction" et une plage "Récupération"
séparées par une position "0".

Les GP alimentent les moteurs de traction mais l'intensité maximum du
courant débité au démarrage est automatiquement limitée par le réglage de
leur excitation séparée. A cet effet, un enroulement d'excitation,de EXGP
est traverse par le courant total débité par les 2 GP, il produit un flux
qui s'oppose au flux de l'autre enroulement pour réduire le courant
d'excitation fournit aux GP.

MISE EN VITESSE

Pour assurer la mise en vitesse 2 opérations sont à effectuer :

_ augmentation de la tension aux bornes des moteurs de traction,

_diminution de l'excitation séparée des moteurs de traction.

1_ Augmentation de la tension aux bornes des génératrices principales

La commande de l'augmentation de la tension aux bornes des GP est réalisée à
l'aide du manipulateur de traction MP.

Le mécanicien déplace le MP du cran 1 au cran 12. Cette man?uvre provoque
l'élimination cran par cran de la résistance RE1 ce qui entraîne
l'accroissement de l'excitation séparée de l'excitatrice EXGP.
L'accroissement de l'excitation de EXGP provoque l'augmentation de la
tension aux bornes des GP et par conséquent aux bornes des moteurs de
traction.

Par l'observation des ampèremètres traction A1 et A2 le mécanicien contrôle
l'intensité débitée par les GP dans les moteurs de traction.

A noter que pour un cran du MP, l'excitation de EXGP, et par conséquent de
la GP dépend du courant total débité par les 2 GP. Par conséquent si
l'intensité absorbée par les moteurs de traction augmente (locomotive
abordant une rampe par exemple) l'excitation de EXGP diminue et par suite la
tension aux bornes des GP diminue.

Inversement si l'intensité diminue, la tension GP augmente. Le produit de la
tension GP par l'intensité débitée, c'est-à-dire la puissance de la
locomotive, reste à peu près constant pour chaque cran de marche.

2_ Diminution de l'excitation séparée des moteurs de traction (shuntage)

L'excitatrice EXMT est excitée :

_ par le courant de traction qui traverse l'un des enroulements
d'excitation,

_ par le courant fournit par l'excitatrice EXGP et qui traverse Vautre
enroulement ; ce courant étant le reflet de la tension aux bornes des GP.
L'action de cet enroulement s'oppose au premier et provoque automatiquement
une diminution de l'excitation de EXMT au fur et à mesure que la tension des
GP augmente.

Lorsque la tension GP augmente l'excitation séparée des moteurs de traction
diminue : leur flux inducteur diminue et par suite leur force
contre-électromotrice. La vitesse des moteurs augmente.

FREINAGE PAR RÉCUPÉRATION

Le freinage par récupération est réalisé par les moteurs de traction
fonctionnant en génératrices à excitation séparée qui alimentent les
génératrices principales GP1 et GP2 fonctionnant en moteur. L'énergie
mécanique produite par les GP est transmise au moteur synchrone MS qui
fonctionne en alternateur. L'énergie électrique produite par cet alternateur
est envoyée à la caténaire par l'intermédiaire du transformateur principal.

Le couple de retenue est d'autant plus important que l'intensité débitée par
les moteurs de traction est importante ; pour régler cette intensité, on
fait varier la valeur du courant d'excitation séparée.

Le freinage par récupération peut être utilisé seul en freinage de maintien,
ou conjugué au frein automatique.

La commande du freinage par récupération est effectuée à l'aide du
manipulateur de traction MP placé sur la plage "Récupération". Le
manipulateur peut occuper 8 positions sur la plage "Récupération" : pour
régler l'effort de freinage.

Pour réaliser le freinage par récupération il faut produire le courant de
récupération et utiliser celui-ci.

1_ Production du courant de récupération

La réalisation de la production du courant de récupération, nécessite
notamment les appareils suivants :

_ M1  à M6 : moteurs de traction qui fonctionnent en génératrices à
excitation séparée couplés en parallèle,

_ R1 à  R6 : résistances de récupération qui limitent l'écart entre les
intensités débitées par les 6 moteurs ainsi que les pointes d'intensité
qui peuvent apparaître en cas de défaut,

_ RE1 résistance de réglage de l'excitation séparée de EXMT.

2_ Utilisation du courant de récupération

La réalisation de l'utilisation du courant de récupération, nécessite
notamment les appareils suivants :

_ GP1 et GP2 : Génératrices principales qui fonctionnent en moteur à
excitation séparée et entraînent le rotor du moteur synchrone MS,

_ MS : Moteur synchrone qui fonctionne en alternateur et débite du courant
qui est renvoyé à la caténaire par l'intermédiaire du transformateur TFP,

_ RE1 : Résistance de réglage de l'excitation séparée des GP.

Lorsque le mécanicien place le manipulateur de traction sur le "cran 1" de
la plage "Récupération" le commutateur traction - Récupération se place sur
la position "R". Les contacteurs de ligne L1 à L6 puis le contacteur
d'excitation des moteurs de traction CE1A-B se ferment : les moteurs de
traction sont excités et alimentent les GP1 et GP2 qui fonctionnent en
moteurs et entraînent le moteur MS qui fonctionne en alternateur.

L'augmentation de l'effort de retenue est obtenue en augmentant
progressivement l'excitation des moteurs de traction par élimination, du
cran 1 au cran 8, de la résistance RE1 et, au cran 8, l'augmentation de la
valeur de la résistance montée en parallèle avec l'inducteur de EXMT ; le
courant débité par les moteurs augmente et accroît l'excitation de EXGP et
par suite l'excitation des GP augmente. L'effort d'entraînement de
l'alternateur, fourni par les GP, augmente : l'intensité débitée par
l'alternateur MS augmente.

Dès qu'apparaît un courant de récupération, un relais de marche en
récupération Q11 est excité et provoque l'excitation de deux électrovalves
VE1 et VE2 d'annulation du frein automatique pneumatique des deux bogies de
la locomotive.

Le refroidissement des résistances de récupération R1 à R6 est assuré par un
ventilateur des résistances de récupération MVTRR. Dès que le commutateur
TR30 s'est placé sur "R" un contacteur électromagnétique de ventilateur de
résistances de récupération C105 est excité et se ferme : le moteur du
ventilateur des résistances de récupération alimenté par le convertisseur de
phases CVAR, tourne et le ventilateur assure leur refroidissement.

La protection du circuit moteur de traction & GP et des circuits
d'excitation moteur de traction & GP contre les masses accidentelles est
assurée comme en traction.

En cas de manque de tension en ligne, la vitesse du moteur synchrone,
fonctionnant en alternateur, n'est plus liée à la fréquence du réseau et
peut augmenter dangereusement. La protection contre une survitesse est
assurée par un relais centrifuge Q90 qui provoque l'ouverture du disjoncteur
par coupure du circuit dé maintien, si la vitesse du groupe atteint 1.600
tr/min.

>>

Mini lexique :

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