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la locomotive puissance est une machine conçue pour remorquer des véhicules pour transport de marchandises ou des voyageurs sur ligne de chemin de fer en utilisant le 'énergie électrique pour alimenter son moteurs.

histoire

locomotives électriques
La première locomotive de Siemens en 1879
locomotives électriques
Locomotive classe EP-3 de la Milwaukee Road à 3000 volts DC, la 1919
locomotives électriques
La plus ancienne à 4000 volts locomotive italienne, DC (1921)
locomotives électriques
Italienne moderne Locomotive E.402b, multitension

Les premières expériences d'appliquer l'électricité force motrice à une machine pour le remorquage de véhicules remontent au milieu la cinquantaine la XIXe siècle. Le Robert Davidson Scotsman Aberdeen Il avait construit une locomotive alimentée par batterie, appelée "Galvani», Ce qui lui a été présenté à Société royale écossaise de l'exposition Arts Prouvé en 1841. L'année suivante, mais ferroviaire Edinburgh-Glasgow a montré ses limites en raison de leur courte portée de Voyage.[1]

la première locomotive électrique, datant 1879 et était courant continu mais alimenté par le rail, vous devez être en Werner von Siemens qui a présenté le spectacle Berlin une sorte de train miniature se compose de locomotives et trois véhicules passagers au cours des quatre mois environ 90 000 personnes porté sur une trajectoire circulaire d'environ 300 m à la vitesse maximum de 13 kmh[2]; La locomotive était équipée d'un moteur électrique une alimentation en courant continu de 2,2 kW; le courant a été prise d'un troisième rail central et il a été généré par un petit centre dédié dynamo. Le succès de l'expérience menée en 1881, la construction de la première ligne ligne de tramway électrique Lichterfelde à Berlin; le constructeur en charge était Werner von Siemens, la même année par la société Siemens Halske, Il a donné des locomotives semblables à celle de Berlin pour la mine Zaukeroda dans basse-Saxe, et pour le transport de wagons charbon installations industrielles Cottbus[3].

Les premiers développements du nouveau type de traction étaient alors en particulier dans le secteur des tramways et pour l'exercice de petite extension des chemins de fer que les difficultés constructives en raison de l'isolement des conducteurs et de l'équipement électrique empêché l'utilisation de tensions élevées et donc des pouvoirs considérable. en grande-Bretagne le premier chemin de fer électrique est né en Brighton en 1883. en États-Unis ont été les expériences Frank J. Sprague pour amener les premières lignes de tramway électrique Union des chemins de fer de passagers Richmonddans les années suivantes.

La première locomotive de chemin de fer lui-même, en mesure de remplacer complètement la vapeur d'eau, est que, dans courant alternatif trois phases à 3600 volts et 15 Hz, construit en 1902 au nom de la réseau Adriatica en Italie pour une utilisation sur Valtellina en ligne de Officine construction ferroviaire hongrois Ganz (Pour la partie électrique) et de Royal usine de machines d'État hongrois (La partie mécanique), puis l'une des usines les plus avancées et quelques dans le monde dans le domaine du projet ferroviaire électrique du brillant ingénieur hongrois Kalman Kando. que locomotive E.34 Il est le premier exemple concret de la conduite par le train du monde[4].

Cependant, dans les premiers jours et les premières décennies du XX siècle Il a eu recours à des locomotives électriques principalement dans les cas les plus difficiles pour l'année prise avec une longue galeries et avec des rampes fortes où la traction à vapeur Il avait ses limites les plus fortes. Les premières locomotives électriques courant continu 3000 volts sont nés autour 1915 en États-Unis avec une ligne aérienne électrique et dispositifs de collecte tandis qu'en Italie la première locomotive électrique est entré en service le 6 Octobre 1920[5], 4.000 volts, la ferroviaire Torino-Ceres[6].

Au cours des premières décennies du siècle dernier aussi est venu le choix, Etat par Etat, le système d'alimentation: alors qu'en Italie, il est d'abord orienté sur trois phases à 3.600 volts à basse fréquence (16,7 Hz) (et seulement sur le seuil de la deuxième guerre mondiale, il a expérimenté avec succès mais sans suivre les 10.000 volts à 45 Hz) et de 1928 Il est transmis au courant à 3000 volts, d'autres pays; d 'Europe Ils se séparent entre 1500 volts de courant continu France et 15.000 volts et courant alternatif monophasé 16,7 Hz Suisse, Allemagne et Autriche. Les États-Unis électrifié quelques lignes divisant son temps entre continuer à 3000 V et courant alternatif monophasé 11 kV 25 Hz.

déjà en sixties en France, il a été décidé la phase de transition all'alternata à 25 000 volts fréquence de puissance 50 Hz, et cela semble l'orientation générale de toutes les nouvelles lignes européennes grande vitesse y compris l'Italie.

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locomotive électrique, DC, E.626 du Chemins de fer italien

Toutefois, cette décision a créé une série de problèmes de machine circolabilità même dans les mêmes réseaux nationaux compliquant la construction des locomotives pour les rendre aptes à circuler à la fois sur les lignes traditionnelles, DC, 1500 ou 3000 volts, plutôt que ceux courant alternatif (également différente de la tension et de la fréquence entre l'état et de l'état). Ainsi sont nés le locomotives bicourant avec des transformateurs et des redresseurs à bord capables de circuler aussi sur les lignes monophasé à haute tension. L'avènement de l'électronique de puissance est techniquement amélioré la situation avec la possibilité de construire locomotives universelles multitension à savoir, multi-système et polifrequenza, puis entièrement interopérable, capable de fonctionner sur les deux lignes de courant alimenté et continue de 1500 à 3000 volts, courant alternatif à 15 et 25 kV et à des fréquences de 16,7 et 50 Hz.

Un schéma théorique

Une locomotive électrique est une machine qui utilise un ou plusieurs moteurs électriques afin de remorquer les véhicules. Le choix du moteur électrique est essentiellement déterminée par sa caractéristiques mécaniques, plus proche de cet idéal, et à son coût d'exploitation et d'entretien que d'autres types de motorisation. L'inconvénient majeur du système de traction électrique est constitué par le coût élevé de la construction de la ligne d'alimentation et la complexité des systèmes de puissance.

Une locomotive se compose essentiellement de:

  • un pièce mécanique, qui peut être chariot traditionnel, rigide (pour les locomotives plus), ou camions articulés et
  • un le électrique comprenant l'ensemble d'équipements de traction électrique, de commande et auxiliaire.

pièce mécanique

Il se compose des éléments suivants:

  • cas: La partie qui sert à contenir des équipements électriques à haute et basse tension, les batteries à bord, les contrôles et les équipements de protection. Il est généralement divisé en trois parties: les deux cabines de conduite et un compartiment électrique fermé avec clé spéciale pour bloquer des raisons de sécurité. Certains types de locomotives ont un seul poste de pilotage central, ou paracentral extrémité et deux corps avant et arrière contenant l'équipement, d'autres, comme le locomotive FS E.626, également deux petits ventres, avant et arrière, et les deux cockpits intermédiaires.
  • Carro: La partie ci-dessous la caisse qui prend en charge tous les périphériques et repose par des systèmes suspension adéquat de roues ou chariots. Sur les poupées sont le lieu pare-chocs, la Attelage et le couplage des conduits pneumatiques et électriques.
  • mécanisme d'entraînement: L'ensemble des pièces mécaniques qui transmettent le mouvement des moteurs aux roues. Il peut être de différents types et forme: engrenage, à crayons et pédaliers, à arbre creux, à l'anneau de danse, à arbre à cardan.
  • accessoiresIls sont spécifiques à chaque catégorie de locomotives, mais tous ont rugueux les éléments suivants: compresseur pour la production de 'air comprimé nécessaire pour les différentes commandes et à Système de freinage. ventilateurs électriques le refroidissement et la dissipation de l'ajustement des moteurs de traction et des systèmes. de mesure et de contrôle des paramètres de fonctionnement électrique et pneumatique, tachygraphe et divers équipements.

électrique

Les systèmes d'alimentation et l'absorption

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FS Locomotive électrique E.321 troisième rail

L'alimentation d'une locomotive électrique peut se faire directement à partir du bord si elle est une locomotive à accumulateurs. Ce système est rarement utilisé pour les trains en raison de son manque d'autonomie, mais a été utilisé très souvent dans le passé et dans ces derniers temps, pour la construction autorails[7] et machines shunter.

La ligne à partir d'une alimentation externe à la place nécessite des systèmes simples montés sur la locomotive; Les systèmes utilisés sont les suivants:

  • patin glissant monté sur le matériel roulant dans la partie inférieure (rarement sur le toit dans les chemins de fer souterrains basse aériennes) utilisé dans lesdits systèmes de troisième rail.
  • tram serre-tête utilisé dans le passé et a survécu aujourd'hui seulement sur les anciens véhicules ferroviaires historiques.
  • poteau de chariot utilisé dans le passé et a survécu aujourd'hui seulement sur les anciens véhicules ferroviaires historiques.
  • chariot typiquement montés par paires sur 'impérial des locomotives qui peuvent être pantographe ou sur le côté.

Après l'absorption de courant est effectuée par une haute isolation aux circuits de traction des câbles qui passent à travers des dispositifs d'isolation électrique ou des commutateurs, des circuits de protection et de filtrage, des onduleurs de systèmes de mouvement et des régulateurs de puissance.

Commutateurs ou séparateurs

Le courant tiré par le chariot est immédiatement appliqué à un système de séparation avec interrupteurs à haute tension. Dans le passé, ce problème a pris une, il est très important comme cela est connu par l'ouverture d'un circuit électrique, en particulier sous forte absorption, il génère un arc électrique de puissance élevée même capable de fusionner l'équipement. Ils ont donc été adoptés systèmes de fusibles à remplacer en cas d'intervention, puis les séparateurs (y compris italien Séparateur D'Arbelles) Et enfin Les disjoncteurs à haute vitesse dans l'air pour des tensions moyennes et huile pour des notes plus élevées. Pour limiter les dommages causés par les surtensions de ligne, souvent en raison de foudre, Ils sont insérés éclateurs la tension ou l'impédance de blocage tandis que pour des surintensités de court-circuit ou de surcharge sont utilisés, dans des systèmes de relais âgés locomotives circuits à maximum de courant ou électroniques dans les plus récents.

Onduleur, le contrôleur (combineurs) et les régulateurs de puissance

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Tour du guide de contrôle manuel rhéostat locomotive E.646

Un composant essentiel est le système d'entraînement d'inversion qui a une commande spécifique sur les panneaux de contrôle; Il peut être soit électromécanique par l'intermédiaire des contacts de commutation ou au moyen de circuits électroniques à thyristors. Un autre élément essentiel est le contrôle de puissance dans les locomotives à courant continu plus pour la dissipation produite poursuit en, rhéostat, inséré en tout démarrage, puis progressivement exclu une vitesse de sortie. En fonction du nombre de moteurs aussi eu recours à la combinaison des moteurs dans les groupes de la série, série-parallèle et parallèle par rapport à la ligne de manière à envoyer les moteurs d'un démarrage tension inférieure et supérieure en marche à une vitesse constante. Une autre caractéristique de mars a été obtenu par le shuntage du champ de moteurs obtenu par exclusion de spires ou de résistances d'insertion. dans les locomotives trois phases combinaisons possibles italiennes étaient celles en cascade ou en parallèle étant généralement équipé de deux moteurs; d'autres caractéristiques de fonctionnement (maximum de quatre, à une vitesse fixe) ont été obtenus en faisant varier le nombre de pôles et à une époque plus récente a également des phases. Il est évident que ces connexions pour faire varier de façon continue au cours de la mars a produit la nécessité d'un grand nombre de contacts à commuter ou d'annuler avec haute tension ou haute tension tambour rotatif commutateurs, toutes les sources de pannes possibles.

à partir de soixante-dix la XX siècle le développement de l'électronique de puissance à thyristors (GTO et IGBTs) A permis la mise en oeuvre des circuits de traction statiques électronique fractionneur (hachoir) Ce, avec l'élimination de la démarreur rhéostat, Ils ont amélioré la performance et la force de traction des locomotives électriques à courant continu, donnant leur performance qui permettent une meilleure qualité de conduite dans toutes les conditions et élimine la criticité des démarrages en côte.

Circuits de commande, de contrôle, et de sécurité auxiliaire basse tension

Les locomotives des premières générations utilisées commandes mécaniques ou pneumatiques pour actionner les composants électriques tels que des contacts à haute tension et les commutateurs; ces parties en raison de leur dangerosité était la cause de la mort et des blessures. Dès qu'il était techniquement possible, il a ensuite été introduit toute une série d'équipements tels que relais, servomoteurs et un servo basse tension qui a permis conduire de façon sécuritaire les haute tension. Aujourd'hui, en principe, l'équipement mentionné ci-dessus de locomotives électriques sont alimentés en courant continu, à 24 volts, avec batterie tampon pour l'entraînement initial. Ils sont cependant aussi de nouvelles tensions ont été utilisées comme 48, 72 et 128 volts. Un composant essentiel est, par exemple, le compresseur d'air entraîné par un moteur électrique basse tension nécessaires à l'alzamento des pantographes et servomécanismes comprimé initialisation de l'air. Les locomotives modernes sont beaucoup plus complexes, dans le circuit basse tension, car ils sont également présents dans les circuits de contrôle de bon fonctionnement de l'équipement, sur les travaux de la montre du conducteur, la répétition du signal d'entraînement et sécurité et échanger des données avec une station de contrôle au sol, tels que interrupteur d'homme mort, SCMT, ERTMS et d'autres, et la liaison radio GSM-R.

la Les moteurs de traction électrique

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du moteur électrique Schéma:
A) avec une excitation en parallèle
B) à excitation en série
C) avec une excitation de composé

La sélection des moteurs appropriés a toujours été réalisée en fonction du système d'alimentation choisi si le courant continu ou alternatif. Parmi les différents types de moteurs, il a également été privilégiée qui avait une courbe couple en fonction du nombre de tours que la plupart approssimasse à l'idéal, qui est capable de fournir un couple de démarrage élevé et tend à zéro avec l'augmentation de la vitesse de rotation: les candidats idéaux, dès le départ, ont été les moteur à courant continu avec une excitation en série et la moteur asynchrone champ tournant en triphasé à courant alternatif. Dans le cas des réseaux ferroviaires alimentés en courant alternatif monophasé il est allé au choix les moteurs de collecteur monophasés. L'avènement de l'électronique de puissance a donné lieu à une transition quasi-totale à l'utilisation des moteurs de traction triphasés même sur les réseaux ferroviaires actuels continue selon le cas onduleur contrôlé en fréquence et en tension sont capables de convertir la phase continue sans les complications d'une fois. Ceci est principalement une fonction de la plus grande simplicité du moteur triphasé dépourvu de partie délicate constituée par collectionneur lamella, dans le besoin d'entretien et les sources possibles de défaillance.

Dans les beaux jours de la première phase des raisons de leur sélection a également été déterminée par la caractéristique typique du moteur asynchrone triphasé à exécuter automatiquement comme générateur forcé de dépasser la vitesse de synchronisme; ce fait a été exploité sur les longues descentes pour retenir le train, sans aucune intervention du conducteur ou du système de freinage, tout en générant de l'énergie électrique utilisable par d'autres convois. Cette fonction n'a pas été possible avec le moteur à courant continu sous tension en série qui aurait lieu a continué d'augmenter sa vitesse. Dans les cas où ils ont voulu utiliser le freinage électrique, par conséquent, il a fallu recourir à des moteurs à courant continu à double excitation en parallèle ou d'un composé qui complique considérablement le circuit de la machine. Un exemple a été, en Italie, la construction sans suivi, certaines unités du groupe FS E.424. Aujourd'hui, la récupération d'énergie de freinage électrique a presque disparu et est largement utilisé dans celui avec la dissipation de la résistance.

Types de locomotives

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Groupe motopropulseur de wagon rigide étape
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Locomotive articulée Ce 6/8 crocodile
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American Locomotive Baldwin / Westinghouse de 1934, rigide et chariots passe, monophasé 11 kV

Les types de locomotives électriques étaient d'autant plus varié au fil du temps et que, en fonctionnement, au siècle dernier, la technologie et limitatezze ensuite toujours plus la demande performance: Les locomotives des premières générations de la mécanique sont modélisés locomotives à vapeur et ils ont ensuite été moteur pas à pas avec jusqu'à un chariot de guidage avant et arrière; leur configuration électrique muni d'un ou deux moteurs reliés aux roues avec des bielles ou des engrenages. Dans le premier cas, le moteur a été placé sur le wagon, le plus souvent dans une position centrale, et ce surtout parce que ses dimensions étaient élevés; dans ce dernier, plus moderne pour les locomotives de chemin de fer, mais aussi utilisé pour qu'anciennement locomotives de tramway le moteur a été placé sur le chariot et a été suspendu d'un côté par le nez tandis que l'autre reposé directement avec la roue dentée. Dans les locomotives italiennes en trois phases la motorisation est resté jusqu'à ce que les dernières constructions montées sur le chariot pour le manque d'espace. Comme la technique de construction des moteurs a progressé, en particulier dans la production de matériaux d'isolation, les moteurs trouvés sur les camions qui donnent lieu à une plus grande différenciation des configurations mécaniques; Ils ont été construits:

  • Locomotive simple caisse reposant sur deux bogies à deux essieux; ce type se trouve de plus en plus de spécialisation pour les voyageurs aux trains locaux et les chemins de fer secondaires: Aujourd'hui est devenu au lieu le plus largement utilisé pour la construction de locomotives électroniques modernes de grande puissance et de la vitesse.
  • Wagon articulé Locomotives, dont l'exemple le plus connu est le crocodile, en pratique, les locomotives doubles, ce qui est typique de l'école suisse, mais qui a été suivie en Autriche et d'autres pays.
  • Locomotive seul cas, mais reposant sur trois camions, pour la construction de locomotives plus puissantes à peu utilisées dans le passé en Italie mais produits répandus lourds et les voyageurs, dans les réseaux d'Europe centrale. Il a été le tournage en Italie pour la construction de locomotives électroniques E.633 et ses dérivés comme E.652.
  • Locomotive cas unique avec des chariots étape centrale rigide et de fin pour la construction de locomotives plus puissantes; utilisé en Italie pour la réalisation de E.626 avec tous les chariots moteurs et pour la réalisation de E.428 l'étape centrale rigide et deux bogies portant biaxiaux aux deux extrémités. Cette configuration a révélé inadapté à des vitesses plus élevées trop agressivement sur la piste et est considéré comme obsolète maintenant.
  • Deux camions Locomotives articulés entraîneur sur trois moteurs; Typique de l'école italienne, avec quelques exemples en Suisse, a caractérisé les locomotives du Chemins de fer produite entre l'extrémité de une quarantaine d'années et à la fin années quatre-vingt avec succès pour dell'inscrivibilità virages mais avec des limitations importantes déjà à des vitesses inférieures à 150 km / h. Pour ce type appartiennent la E.636, E.646, E.656 et leurs versions cargo[8].
  • Locomotive dans l'enceinte robuste et deux camions triaxiaux: Typique de locomotives de haute puissance de voies ferrées France, l'industrie de la Russie et de la gare États-Unis combiner la simplicité de la configuration avec deux chariots la possibilité de contenir le poids axial de grandes locomotives en la répartissant sur plusieurs axes. En Italie, cette configuration a été testée sur quelques prototypes diesel-électrique, mais révélé inadapté pour les lignes italiennes trop sinueuses.

notes

bibliographie

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  • Ministère des Transports des chemins de fer, manuels d'enseignement professionnel: Notions générales de traction électrique et locomotives électriques, Vol VIII, Florence, Matériel et service de traction, 1962.
  • Mario Loria, Histoire du train d'entraînement électrique en Italie, Florence, éditeur Giunti-Barbera, 1971.
  • Sigfrid von Weiher, Werner von Siemens, Une vie au service de la science, Göttingen, Technologie et de l'Industrie, 1975.
  • Ivo Angelini, Les trains et les chemins de fer, hier, aujourd'hui, demain, Florence, Bloomsbury Publishing, 1975.
  • Stefano Garzaro, La traction électrique sur le chemin de fer Turin-Ceres, dans les chemins de fer Italmodel 216, Vérone, éditions Le Modeltecnica 1978.
  • CORNOLO Giovanni, Électrique FS Railcar, Parme, éditeur Ermanno Albertelli 1985.
  • Sergio Pautasso FS Italie. locomotives électriques E.645 E.646, 2e éd., Turin, Elledi, 1985 ISBN 88-7649-034-5.
  • Orlandi Alessandro, Mécanique de transport, Bologne, Pythagore, 1990 ISBN 88-371-0505-3. ISBN 978-88-371-0505-1
  • Roberto Rolle, Locomotive électrique en courant continu, Gulliver Editions, 1992.
  • CORNOLO Giovanni, locomotives électriques FS, Parme, éditeur Ermanno Albertelli, 1994 ISBN 88-85909-97-3. Index 1. édition, 1983
  • Gian Guido Turchi, 100 ans de traction électrique, iTreni 203, Salo, ETR, 1999.
  • Giancarlo Piro, Les parcs de locomotives électriques FS et des réseaux ferroviaires européens, en Ingénierie ferroviaire, 55 (2000), n. 6, pp. 325-347
  • Giovanni Cornolò Nico Molino, locomotive Accumulator, Ponte San Nicolo, Duegi 2007 ISBN 88-95096-06-1.
  • Luca Vanni, équipements de traction électrique. Analyse, fonctionnement et schémas de câblage des locomotives du E.626 E.403, Albino, livres Sandit, 2011 ISBN 978-88-95990-77-4.

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