Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

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roulroul
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Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par roulroul » mer. 04 déc. 2019, 09:56

Bonjour a tous,
Je voudrais savoir si' il existe des recherches dans la captation de courant des locomotives électriques. Je m' explique :
Ceci par exemple pour remplacer les pantographes par un autre procédé, avec moins ou plus du tout de frottements sur la caténaire. Je suppose que des ingénieurs se sont deja penchés sur le probleme. Mais ou en sont les recherches en ce sens ?
Est ce possible physiquement avec les matériaux actuels, et dans l' état actuel de nos connaissances ?

Source Wikipédia:
Avec le développement des trains à grande vitesse et l'utilisation de courant électrique de forte intensité, des efforts sont également faits pour mieux comprendre et améliorer l'interface entre la caténaire et le matériel moteur (avec par exemple un ajustement de la force d'appui sur la caténaire contrôlé par carte électronique)
Ici, on voit bien que les recherches se concentrent pour l' instant sur le matériel deja en service, pour son amélioration, ce qui est deja pas mal.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Tonton Jean » mer. 04 déc. 2019, 10:15

Aux débuts de la traction électrique, à la fin du 19ème siècle, la façon de prendre le courant n'était pas définie. L'electricité est la seule énergie pouvant être transmise par un contact glissant.
Alors on a essayé le courant continu par les deux rails : ça marche mal. Avec un rail central : ça marche mieux mais la captage devient complexe aux appareils de voie. Avec un rail latéral : ça marche mais avec des contraintes. La tension ne saurait dépasser 1500 V (la plupart du temps on utilise des valeurs inférieures) et le courant alternatif n'est pas le bienvenu. Les tramways ont utilisé des prises de courant par caniveau ou des plots "électrisés". Ce ne fut pas une réussite.
En parallèle, on a testé toutes sortes de prises de courant en aérien pour aboutir à la caténaire que nous connaissons aujourd'hui et qui permet de belles performances. Transmettre sans contact (induction) des puissances importantes est un challenge que les ingénieurs et techniciens s'attachent à résoudre mais il s'écoulera encore quelques années avant que cela puisse être généralisé avec un bon rendement et un coût compétitif.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Penny » mer. 04 déc. 2019, 11:26

roulroul a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 09:56
la captation de courant des locomotives électriques
Captage et non pas captation qui est un terme juridique :siffle:

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Christophe PC
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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Christophe PC » mer. 04 déc. 2019, 11:38

roulroul a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 09:56
Je voudrais savoir si' il existe des recherches dans la captation de courant des locomotives électriques.
On cherche toujours à améliorer, mais le principe du fil + caténaire + pantographe semble avoir des limites au moins égales à celles du système roue + rail, que l'on pourrait fixer en pratique autour de 400 km/h: il ne devrait donc pas y avoir de remise en cause fondamentale pour pouvoir capter encore plus vite.
Au plus des recherches pour, entre autres, "piloter" la pression exercée par le panto, son usure et celle du fil de contact, sa tenue aux intempéries et la souplesse de son débattement.
Les axes de recherche varient un peu, les réseaux n'ayant pas tous les mêmes problèmes, la hauteur à peu près constante des caténaires des Shinkansen nippons y facilitant par exemple beaucoup la prise de courant.

La transmission d'énergie sans contact est pratiquée sur le "magnétoglisseur" Transrapid.
Mais la transmission d'énergie y porte sur beaucoup moins que ce qui est requis pour la propulsion du "véhicule", qui est en effet pratiquement passif au dessus d'une "voie active", comportant un triple enroulement en quelque sorte mis à plat, alimenté en triphasé à la fréquence requise par une sous-station externe.
Elle ne porte de ce fait que sur la seule énergie nécessaire pour alimenter les électro-aimants pilotés par lesquels le véhicule se soulève et lévite à quelques millimètres de la voie. Ainsi que celle requise pour les "servitudes", air conditionné, etc.
L'énergie est générée par interaction entre voie active et poles des électro-aimants de sustentation.
On pourrait parler d'un parasitage de l'énergie fournie par la voie active.
Au total quelques dizaines de kW, alors que la "puissance motrice développée par la voie active" en représente plusieurs milliers.

Sauf pour d'éventuels funiculaires, la voie active n'a pas d'applications ferroviaires de "motorisation".
Comme elle est excessivement coûteuse, il ne semble donc pas rationnel d'en installer dans le seul but de transmettre de l'énergie de manière continue aux véhicules la parcourant.

En revanche on peut envisager une transmission d'énergie ponctuelle lors d'arrêts, permettant d'y recharger en vitesse des accumulateurs, batteries ou supercapacités, de suffisamment de watt-heures qu'il est nécessaire pour effectuer le bref parcours jusqu'à l'arrêt suivant.
Il suffit alors que le véhicule stationne quelques minutes juste au dessus d'une bobine d'induction "ponctuelle", beaucoup moins coûteuse et compliquée à installer.
Cela se fait déjà pour des tramways.

Christophe PC

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par TGVA » mer. 04 déc. 2019, 11:55

Christophe PC a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 11:38
roulroul a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 09:56
Je voudrais savoir si' il existe des recherches dans la captation de courant des locomotives électriques.

Les axes de recherche varient un peu, les réseaux n'ayant pas tous les mêmes problèmes, la hauteur à peu près constante des caténaires des Shinkansen nippons y facilitant par exemple beaucoup la prise de courant.



Christophe PC
Sur nos LGV françaises, la caténaire est aussi à hauteur constante, 5,08 mètres.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par roulroul » mer. 04 déc. 2019, 12:26

J' avoue en lançant ce post avoir été tenté de faire un parallèle entre les tournes disques avec un bras qui frotte sur le disque en vinyle, et les lecteurs CD et DVD avec la technologie du laser. Mais en fait, il s' agit dans ce cas de transmettre des données, et non de l' énergie électrique a une loco, ce qui n'est pas du tout la même chose. Néanmoins, l' esprit général reste le même : s' affranchir des frottements.
:arrow: Pour en revenir au sujet des pantographes, j' ai la chance d' habiter à 1.5 km de LGV Est ( Ouigo, TGV et ICE Allemand ) Or, il arrive aux passage de certains trains que les pantographes produisent bon nombre d' étincelles, ce qui indiquerait un mauvais, ou moins bon, comme l'on veut , contact sur la caténaire. D’où sans doute perte de courant, donc fatalement perte de puissance aux moteurs.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Christophe PC » mer. 04 déc. 2019, 14:03

TGVA a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 11:55
Sur nos LGV françaises, la caténaire est aussi à hauteur constante, 5,08 mètres.
Mais comme les TGV français circulent sur d'autres lignes, il faut que la géométrie de leurs pantos autorise un débattement total de presque trois mètres entre les cas les plus extrêmes.

Alors que les rames japonaises restent sur leur réseau Shinkansen et ne rencontrent que de faibles variations autour de leur standard de 5 mètres, elles peuvent donc se contenter de pantos à faible débattement
pantos.JPG
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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par TGVA » mer. 04 déc. 2019, 14:26

Christophe PC a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 14:03
TGVA a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 11:55
Sur nos LGV françaises, la caténaire est aussi à hauteur constante, 5,08 mètres.
Mais comme les TGV français circulent sur d'autres lignes, il faut que la géométrie de leurs pantos autorise un débattement total de presque trois mètres entre les cas les plus extrêmes.

A
C'est bien pour ça qu'il y a une position du sélecteur panto "LGV" pour mettre la butée en place, je t'informe que j'ai fait 15 ans de TGV.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Christophe PC » mer. 04 déc. 2019, 15:53

TGVA a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 14:26
C'est bien pour ça qu'il y a une position du sélecteur panto "LGV" pour mettre la butée en place, je t'informe que j'ai fait 15 ans de TGV.
Il a certes une butée, mais pour présenter le débattement requis hors des LGV, le pantographe d'un TGV est beaucoup plus grand et lourd que serait strictement nécessaire si on circulait exclusivement sous caténaire à hauteur constante.

J'imagine que c'est cette taille qui contribue à rendre nécessaire les forces d'appui généralement pratiquées en Europe, autour de 150N en statique.

Alors que les Japonais, avec des contraintes de débattement beaucoup plus faibles et donc des pantos "de moindre envergure", se contentent de beaucoup moins, se limitant à des valeurs entre 50 et 65N en statique et ne dépassant pas 100 N même sous la poussée aérodynamique aux hautes vitesses.
Ce qui leur permet
a) de pratiquer plus largement la prise de courant multiple avec plusieurs pantos levés sur une même rame longue
b) de réduire l'usure de la caténaire, aspect d'autant plus précieux que les densités de circulation sont particulièrement élevées chez eux.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par fa57 » mer. 04 déc. 2019, 16:06

roulroul a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 12:26
Néanmoins, l' esprit général reste le même : s' affranchir des frottements.
:arrow: Pour en revenir au sujet des pantographes, j' ai la chance d' habiter à 1.5 km de LGV Est ( Ouigo, TGV et ICE Allemand ) Or, il arrive aux passage de certains trains que les pantographes produisent bon nombre d' étincelles, ce qui indiquerait un mauvais, ou moins bon, comme l'on veut , contact sur la caténaire. D’où sans doute perte de courant, donc fatalement perte de puissance aux moteurs.
s'il y a étincelles c'est qu'il n'y a plus de contact du tout avec la caténaire donc rien à voir avec le frottement mais plutôt avec la suspension du pantographe
J'étais aux WC :mdr:

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Woessner » mer. 04 déc. 2019, 16:08

Le tarage d'un panto se faisait en posant un poids sur la palette : avec 7 kg (pour le 25 kV) le panto restait à la hauteur qu'on lui donnait à la main. La valeur du débattement importait peu.
Bon, c'était pour des locomotives (12000, 16500, 15000, etc)

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Patlantic » mer. 04 déc. 2019, 17:00

roulroul a écrit :
mer. 04 déc. 2019, 09:56
.....autre procédé, avec moins ou plus du tout de frottements sur la caténaire. Je suppose que des ingénieurs se sont deja penchés sur le probleme....


Oui, déjà avant 1900.


Dans des projets à grande vitesse (160-250 km/h) au début des années 1890 ( ! ) on avait redouté le frottement et proposé des frotteurs capteurs rotatifs.

- Roues de contact (en vert) sur deux rails de courants légèrement surélevés dans la voie :

Image
Projet Zipernowsky, 1891.
Voir détails et vues encoupe ici :
viewtopic.php?f=5&t=77417&start=423




Roue de contact pour caténaire – mais appuyée par des éléments glissants non définis :

Image
Projet Adams, 1892.
Voir ici :
viewtopic.php?f=5&t=77417&start=425



Finalement, en 1903 on roulera jusqu’à 210 km/h avec des frotteurs latéraux après modifications mineures :

Image
Voir ici :
viewtopic.php?f=5&t=77417&start=429



Suite à cela, le principe général du frottement n’a pas été remis en question, mais constamment amélioré dans les détails. :D

.
Fichiers joints
05.jpg
05.jpg (20.26 Kio) Vu 467 fois
OK Unbenannt27 p 80pc. (2).JPG
OK Unbenannt27 p 80pc. (2).JPG (13.57 Kio) Vu 467 fois
OK 06 RGCFT 1902-03 - RET p32pc..JPG
OK 06 RGCFT 1902-03 - RET p32pc..JPG (18.46 Kio) Vu 467 fois
Modifié en dernier par Patlantic le mer. 04 déc. 2019, 18:48, modifié 1 fois.
Pat l'antique

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par roulroul » mer. 04 déc. 2019, 17:25

Je crois avoir lu que les pantographes des machines BB9004 et CC7107 s" était déglingué au bout de quelques dizaines de km...Il est vrai que le matériel avait été poussé a l' extrême.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Tonton Jean » mer. 04 déc. 2019, 17:50

Cette expérience a mis en évidence les limites de l'emploi du courant continu qui nécessite de très fortes intensités en raison d'une tension qui, chez nos voisins culmine à 3000 V. En courant alternatif 25 kV et à puissance égale, l'intensité captée est 17 fois moins importante qu'en 1500 V continu. Cela aide beaucoup à la captation du courant lorsqu'il faut délivrer de fortes puissances (démarrage, vitesses élevées).
Pour avoir fait un trajet dans la rame du dernier record du monde (avant le record) j'ai été stupéfait de la modestie de l'intensité captée. A l'arrêt, rame sous tension, il n'y avait besoin que de 9 ampères ! En démarrage en rampe de 20 pour mille, l'intensité passait de 19 A à 30 A. Au delà de 400 km/h (je n'étais plus dans la rame hélas) la consommation devenait nettement plus élevée sans atteindre, et de loin, les valeurs connues en courant continu.

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Re: Remplacer les pantographes par un autre procédé ?

Message par Z3700 » mer. 04 déc. 2019, 19:40

Lors des records de 1955 la tension à la caténaire avait été élevée à 1900 v afin de diminuer l'intensité énorme lors de la monté en vitesse dont une grande partie était transformée en chaleur dans les rhéostat donc inutile pour la traction.

C'est cette intensité qui a engendré la fusion de la bande de frottement de la BB 9004 et non la friction comme on peut le lire parfois, la puissance ayant atteint 13000 CV au lieu des 4000 de base cette puissance demandant non moins de 5000 A :!:

Au Japon sur le Tokaido la tension à la sortie des sous-station est de 30 Kv là aussi pour diminer l'intensité nécessaire au 16000 Kw des rames de seconde série soit 550A répartis sur de nombreux pantographes mais avec une caténaire beaucoup plus lourde que sur nos LGV.

Actuellement sur les pantographes de type CX la pression est maintenue constante grace à l'électronique qui prend en compte la vitesse, le sens de la marche et la tension ce qui permettrait de rouler à 400 Km/h en exploitation si besoin grace également à une caténaire adapté.

Les arc sont provoqués par les micro-coupures qui se produisent au moment ou un pantographe ne touche plus le fil de contact ce phénomène étant accentué en hiver par le givre.

En grande-Bretagne sur les lignes du Southern on roule à 160 Km/h avec une alimentation par troisième rail alimenté en 850 V .

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