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Une nouvelle référence

Conception Roulements hybrides Ferroviaire

Résumé

Le moteur de traction modulaire
Conception et production : ABB, Västerås (Suède)
Applications : monorails, transports urbains sur rails, trains grande vitesse et régionaux, plusieurs types de locomotives
Structure : avec ou sans carter
Puissance de sortie : 30-1 800 kW
Couple maximal : 800-10 000 Nm
Poids : 300-2 700 kg
Gamme de vitesse : jusqu’à 6 000 tr/min
ABB est une multinationale leader dans les technologies de l’énergie et de l’automation. Le Groupe se décline en cinq divisions, est implanté dans 100 pays et emploie 117 000 salariés. Son siège social est à Zurich, en Suisse.

Un moteur de traction ferroviaire à concept modulaire ABB est disponible sur le marché. Basé sur des modules standard, il est optimisé et peut être fabriqué sur mesure plus rapidement que les modèles conventionnels.

Dans les applications ferroviaires, les moteurs de traction n’ont pas la vie facile. Ils doivent supporter des conditions difficiles (cycles de fonctionnement intermittents, charges variables, conditions météorologiques changeantes, poussière et crasse) et continuer de fonctionner en affichant le meilleur rendement énergétique possible pendant parfois près de 40 ans.

Tout ceci impose un cahier des charges aux exigences parfois incompatibles qu’il peut être ardu de respecter. Il n’est donc pas étonnant que les constructeurs de locomotives, automotrices, tramways, métros et autres matériels roulants s’équipent généralement de leurs propres modèles de moteur de traction.

ABB, fabricant de moteurs de traction depuis 1909, a vu là un créneau qui commandait de rompre avec la tradition. « Nous nous sommes rendu compte que nous pouvions être compétitif et croître sur ce marché, explique Peter Isberg, directeur technique moteurs de traction. Tout l’enjeu était de mettre la barre plus haut, en intégrant à la conception des moteurs de traction une flexibilité et une standardisation inédites. »

Peter Isberg évoque cet objectif ambitieux d’un air détaché qui trahit une profonde confiance dans le savoir-faire technique de son service. Le projet a reçu le feu vert en 2007. La principale question qui se posait alors était la suivante : comment satisfaire tout un éventail d’exigences à partir d’un moteur à induction standard ? « Chaque client a son propre modèle de bogie avec espace prédéfini pour le moteur. Le fournisseur doit caser son moteur dans l’espace disponible tout en respectant le reste du cahier des charges. »

Peter Isberg et son équipe ont cherché à mettre au point un moteur électrique aussi sobre que possible : « Cela nous permettait de concevoir un moteur compact capable de fournir énormément de puissance et de couple, avec un bon rendement. »

Plus on extrait de puissance d’un moteur électrique, moins son rendement est élevé en raison de la montée en température de ses composants. Une solution aurait été d’accroître la taille du moteur, mais cela aurait été à l’encontre de l’objectif du projet. L’équipe a donc choisi de tenter d’optimiser le système électrique.

Une question centrale était le comportement thermique du moteur quand il est alimenté par un convertisseur de fréquences, un appareil qui convertit le courant alternatif ou le courant continu en pulsions rectangulaires de fréquences variables, permettant ainsi de contrôler la puissance du moteur. Convertisseur et moteur doivent être conçus comme un système reposant sur les caractéristiques de fonctionnement de l’application ferroviaire concernée. ABB possède son propre logiciel de calcul par éléments finis, lequel, s’il est associé à un logiciel de modélisation thermique séparé, peut calculer la température de service du moteur.

Un convertisseur peut également créer une certaine tension là où les phases sont reliées dans le bobinage du moteur (tension de mode commun), entraînant un nouveau défi technique : le passage du courant électrique dans le roulement (qui provoque des dommages).

« Notre rôle est d’informer le client sur les risques de ces courants dans les roulements, et de lui proposer une solution technique fiable, indique Henrik Carlsson, chef de projet. Dans ce cas, nous avons retenu les roulements hybrides. »

Les roulements hybrides sont composés de bagues en acier et d’éléments roulants en céramique qui font aussi office d’isolants. Cette solution empêche le courant de traverser le roulement dans des conditions de fonctionnement normales. De plus, les intervalles de lubrification sont beaucoup plus espacés qu’avec les roulements tout acier. « Ces deux atouts ont suffi pour nous convaincre de sélectionner ce roulement », ajoute Henrik Carlsson.

Si les roulements hybrides sont plus onéreux, ils se traduisent directement par une réduction des coûts pour l’exploitant ferroviaire, laquelle est due à une augmentation de la fiabilité et du temps de disponibilité du matériel. Souvent, le moteur de traction est installé dans le bogie et sa dépose pour maintenance peut obliger les techniciens d’entretien à d’abord séparer le bogie de la caisse du véhicule.

Pendant que nous traversons l’atelier bien organisé, le chef de projet échange quelques mots rapides et cordiaux avec l’un des conducteurs de camion. L’atmosphère semble tout à la fois professionnelle et informelle, impression renforcée par la taille du site qui paraît petit pour une production de plus de 3 000 moteurs par an.

Nous nous arrêtons devant un moteur de traction en cours d’assemblage afin de jeter un coup d’œil sur les modules standardisés : boîtes à bornes orientables, capteurs, système de refroidissement, supports de fixation et, surtout, modularité. ABB peut satisfaire toute une variété de cahiers des charges à partir d’un seul et même modèle de base. « Ça va être passionnant de voir rouler les premiers trains avec un moteur de la nouvelle plate-forme », s’enthousiasme Lars Fredrikson, qui travaille au service commercial d’ABB.

Le nouveau moteur sera mis en service en 2011 à Caracas, au Venezuela. L’acheteur est l’équipementier espagnol CAF/Trainelec, qui en a commandé 1 100 pour installation sur les rames de métro livrées à Caracas Metro. « Nous sommes leur nouveau fournisseur de moteur de traction. Il existe beaucoup d’autres motoristes, et la concurrence est rude. Dans ce cas, la fiabilité de la conception et la brièveté des délais de livraison offertes par la modularité ont été des facteurs déterminants. »


Disponibilité avec les roulements SKF

Lorsqu’ABB a décidé de mettre au point un moteur de traction modulaire, elle s’est adressée à SKF pour les roulements.

Le projet avait deux objectifs capitaux : réduire au minimum les temps d’arrêt en éliminant les dommages provoqués par le passage de courants électriques dans les roulements et maintenir au plancher les coûts de maintenance en espaçant les intervalles de lubrification. ABB désirait également simplifier la gamme de roulements en vue de bénéficier, au niveau de leur achat, de la progression des volumes de vente à long terme.

Les deux entreprises se sont entendues sur une approche souple qui a donné lieu à une sélection prioritaire de roulements hybrides SKF pour la gamme de moteurs de traction ABB.

 

 

 

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