Transformateur ferroviaire (transformateur de traction) : types et utilisations

Transformateur ferroviaire (transformateur de traction) : qu'est-ce que c'est, types et comment ça marche

Qu'est-ce qu'untransformateur ferroviaire? Vous l’entendrez également appelé transformateur de traction. Fondamentalement, il s’agit de la pièce du kit qui rend l’énergie électrique utilisable pour les trains et l’infrastructure qui les supporte. L'endroit où il vit compte, même si-il est soit niché dans unsous-station de tractionalimentant les lignes aériennes ou le troisième rail à partir du réseau, ou il est boulonné sur le train lui-même (locomotive ou EMU), où il réduit cette tension aérienne noueuse afin que le convertisseur de traction, les moteurs et tous les auxiliaires embarqués puissent réellement l'utiliser.

Maintenant, voici le problème : ce ne sont pas des transformateurs de puissance de votre jardin. Les systèmes électriques ferroviaires sont des surcharges brutales-lourdes, des commutations constantes, des-vibrations incessantes et des harmoniques provenant de l'électronique de puissance qui feraient crier un transformateur ordinaire. Les transformateurs ferroviaires sont donc construits de manière plus robuste, plus intelligente et avec un tout autre ensemble de priorités.

En termes simples, un transformateur ferroviaire (de traction) est un transformateur électrique spécialement conçu pour l’électrification ferroviaire. Son métier principal ? Prenez la haute tension et abaissez-la jusqu'à quelque chose avec lequel l'équipement de traction peut fonctionner. Mais il ne s'agit pas seulement de conversion de tension- : il assure également une isolation électrique, s'intègre parfaitement aux systèmes de protection et doit gérer toutes les conditions de fonctionnement désagréables telles que les charges cycliques, les harmoniques et les contraintes mécaniques qui accompagnent le territoire.

Ils apparaissent généralement à deux endroits principaux :

1) Transformateur de sous-station de traction (côté réseau-)

Celui-ci se situe entre le réseau public et le réseau ferroviaire. Son concert comprend :

 Abaisser la tension des niveaux de transmission (pensez 66 à 220 kV) aux niveaux d'alimentation ferroviaire comme25 kV CA.

 Alimentation d'un ou plusieurs tronçons de ligne aérienne.

 Prise en charge des schémas de protection et de contrôle afin que les pannes ne fassent pas tomber l'ensemble du système.

Dans la plupart des chemins de fer à courant alternatif, vous trouverez ces sous-stations espacées le long du parcours pour contrôler la tension lorsque les trains consomment de l'énergie.

2) Transformateur de traction intégré (côté train-)

C'est celui que vous retrouverez sur les trains électrifiés AC (25 kV CA ou 15 kV CAréseaux). Électriquement, il se situe entre le pantographe et le convertisseur de traction-la chaîne ressemble donc à :

Pantographe → Disjoncteur principal → Transformateur de traction → Convertisseur de traction → Moteurs de traction.

Ses principales missions :

 Abaisser la tension des lignes aériennes à des niveaux que l'électronique de puissance peut gérer.

 Fournir plusieurs sorties secondaires-non seulement pour la traction, mais également pour le CVC, les compresseurs, les chargeurs de batterie, l'éclairage et l'alimentation de contrôle.

A noter : tous les trains électriques n’en possèdent pas.Systèmes à courant continu(plus de détails ci-dessous) n'ont souvent pas besoin d'un transformateur intégré dans le même sens.

À la base, c'estinduction électromagnétiquefaire le gros du travail :

L'enroulement primaire absorbe du courant alternatif haute-tension.

Le noyau magnétique couple cette énergie à un ou plusieurs enroulements secondaires.

Les enroulements secondaires fournissent des tensions plus faibles mais des courants plus élevés.

En utilisation ferroviaire, cependant, la conception doit faire face à :

 Changements de charge rapides (les trains qui accélèrent consomment une tonne de courant).

 Surcharges à court-terme.

 Harmoniquesetcourants non-sinusoïdauxde ces convertisseurs de traction.

 Les températures du cycle thermique- montent et descendent tout au long de la journée en fonction de l'évolution des demandes de service.

La conception d’un transformateur ferroviaire est étroitement liée à la tension et à la fréquence du système. Voici un aperçu rapide :

1) Transformateurs de traction monophasés- (trains à courant alternatif)

La plupart des chemins de fer AC fonctionnent effectivement avec une alimentation aérienne-monophasée. Les transformateurs embarqués ici ont généralement :

 Un primaire monophasé-.

 Multiples enroulements secondaires (traction + auxiliaires).

 Coordination spécifique de l'isolation pour gérer les surtensions des lignes aériennes et les événements de commutation.

2) Multi-Enroulement/Convertisseur-Transformateurs de service

Les trains modernes dépendentIGBTConvertisseurs basés sur -. Les enroulements secondaires sont donc disposés pour :

 Alimentationredresseurs/onduleursefficacement.

 Réduisez l’ondulation et améliorez les performances du convertisseur.

 Poignéechauffage harmoniquemieux-car les harmoniques sont un véritable casse-tête.

3) Autotransformateurs dans les systèmes 2 × 25 kV

Quelques25 kVles réseaux utilisent un2×25kVschéma d'autotransformateur pour réduire les chutes de tension et les pertes sur de longues distances. Dans cette configuration :

Le système aérien utilise un conducteur d'alimentation et une caténaire à différents potentiels.

Des autotransformateurs sont placés le long du parcours pour stabiliser la tension et gérer les courants de retour.

Juste pour être clair : ce ne sont pas des transformateurs de traction embarqués-ils font partie duarchitecture d'approvisionnement.

4) Transformateurs embarqués de type-remplis d'huile ou secs-

En fonction de la conception du train et des préférences de l'opérateur, vous verrez :

Rempli d'huile- :Excellent transfert de chaleur, compact pour la cote, mais vous avez besoin de contrôles de confinement et d'incendie/environnement.

Fonte de type sec-/résine :Pas de liquide, risque de déversement réduit, mais souvent plus gros/plus lourd et le refroidissement doit être parfait-.

Le "bon" choix dépend des normes, de l'espace, du débit d'air, des-objectifs de sécurité incendie et du niveau d'entretien que vous êtes prêt à effectuer sur le long terme.

Les transformateurs ferroviaires sont construits pour une durée de vie plus difficile. Voici ce qui les distingue :

Les conceptions varient, mais un transformateur ferroviaire typique comprend :

Noyau et enroulements :Optimisé pour l'efficacité, les performances thermiques et le chauffage harmonique.

Système d'isolation :Conçu pour résister aux contraintes d'impulsion à haute tension-et au vieillissement à long-terme.

Bagues/terminaisons :Assez robuste pour les vibrations et les cycles thermiques.

Circuit de refroidissement:Radiateurs, ventilateurs, pompes ou conduits d'air-pulsés selon le type.

Instrumentation:Capteurs de température, dispositifs de-niveau/pression d'huile (pour le remplissage d'huile{{1}) et interfaces de surveillance.

Structure de montage :Conçu pour répondre aux spécifications en matière de chocs et de vibrations ferroviaires.

Lorsque les ingénieurs s'assoient pour spécifier ou comparer des transformateurs ferroviaires, voici ce qu'ils observent :

Garder ces transformateurs en bonne santé nécessite une surveillance et des tests réguliers. Les pratiques courantes incluent :

 Inspection visuelle (fuites, contamination, état de refroidissement).

 Vérifications de la résistance d’isolement et de la résistance des enroulements.

 Test du rapport de rotation.

 Surveillance et tendances de la température.

 Tests d'huile pour les unités-remplies d'huile (humidité, rigidité diélectrique, acidité).

 Analyse des gaz dissous (DGA), le cas échéant-idéale pour détecter rapidement les défauts internes.

 Tests de décharge partielle dans certains programmes de diagnostic.

Les programmes sont généralement régis par les normes des opérateurs ferroviaires et les réglementations nationales -la sécurité passe avant tout, évidemment.

Quelques maux de tête fréquents :

Surchauffecontre les surcharges, les pannes de refroidissement ou les pertes harmoniques.

Vieillissement de l'isolationaccélérée par la chaleur, l’humidité et le stress électrique.

Connexions lâchesou des dommages causés par les vibrations et les cycles thermiques.

Ruptures de bague/terminaison-tracking, contamination, mechanical stress.

Dégradation du pétrole(oxydation, pénétration d'humidité) dans les conceptions-remplies d'huile.

Conseil de pro : la-surveillance basée sur les tendances-l'observation des changements au fil du temps-est bien plus utile qu'un seul résultat de test.

Tous les trains électriques ont-ils un transformateur de traction ?
Non. Les trains AC le font généralement. De nombreux systèmes à courant continu n'utilisent pas de transformateur de traction embarqué de la même manière-bien qu'ils disposent toujours d'un équipement de conversion.

Quelle est la différence entre un transformateur de traction et un transformateur normal ?
Les transformateurs de traction sont spécialement-conçus pour le service ferroviaire-vibrations, surcharges, changements de charge rapides et harmoniques. Les transformateurs industriels normaux ne sont pas conçus pour ce genre d’abus.

Qu'est-ce qu'un transformateur de sous-station de traction ?
C'est le transformateur de la sous-station qui abaisse la tension du réseau jusqu'à la tension d'alimentation du chemin de fer (par exemple 25 kV CA) et alimente les sections de lignes aériennes.

Un transformateur ferroviaire-ou un transformateur de traction, si vous préférez-est un équipement spécialisé absolument essentiel aux chemins de fer électrifiés. Qu'il s'agisse d'alimenter le réseau à partir d'une sous-station ou de monter dans le train pour réduire la tension, sa conception vise à gérer les conditions difficiles : cycles de surcharge, harmoniques, vibrations, espaces restreints et normes de sécurité strictes. Si vous spécifiez, maintenez ou essayez simplement d'en tirer le meilleur parti, vous devrez vous appuyer à la fois sur les normes internationales et sur les exigences techniques spécifiques aux chemins de fer-. Ce n'est pas seulement un transformateur-c'est un transformateur qui est allé au gymnase.

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