Modélisation électro-thermique d'un pantographe pour un train en mouvement

Electro-thermal modelling of a pantograph strip for a moving train

• Auteur / Autrice : Nicolas Delcey
• Direction : Didier Chamagne, Philippe Baucour, Geneviève Wimmer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 18/05/2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Société nationale des chemins de fer français
• Partenaire(s) de recherche : site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Souad Harmand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Chamagne, Philippe Baucour, Geneviève Wimmer, Souad Harmand, Monica Siroux, Yves Bertin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monica Siroux, Yves Bertin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usure (mécanique)

Simulation par ordinateur

Modélisation électrothermique

Alimentations (électricité)

Trains

Mots clés libres

Modélisation électro-thermique

Pantographe/caténaire

Contact glissant

Optimisations mathématiques

Essais expérimentaux

Electro-thermal modelling

Pantograph/catenary

Sliding contact

Mathematical optimisations

Experimental setup

Résumé

Le système d’alimentation électrique d’un train est assuré par le contact glissant pantographe/caténaire. Ce contact est au coeur de nombreux incidents sur les lignes ferroviaires lorsque le train est en marche. Ces incidents sont provoqués par l'usure accélérée des bandes de captage du pantographe qui sont soumises à de nombreux phénomènes électriques, mécaniques ainsi que tribologiques qui participent à l'échauffement de la bande. L'échauffement de la bande est responsable en grande partie de la dégradation accélérée et prématurée de la bande de captage du pantographe. Ce mémoire décrit la réalisation d'un outil de simulation thermique en collaboration avec la SNCF et le laboratoire Femto-st. Cet outil intègre tous les phénomènes physiques participant à l'échauffement de la bande et utilise quatre types de modélisation, la première électro-statique 3D et les trois autres sont thermiques en 1D, 2D et pseudo 3D. Ces modélisations sont comparées à des essais expérimentaux et ensuite utilisée pour prédire les températures critiques de la bande de captage lors de trajets réel. D'autre part, des optimisations mathématiques sont apportées afin de diminuer les temps de calcul et la mémoire informatique requise.

In a railway system, electrical power supply is ensured by a sliding contact between the catenary contact wire and the pantograph collector strip. The contact between the two interfaced materials is responsible of many incident during the train move. These incidents occurs because of precipitated deterioration of the collector strip. In fact, the strip is submitted to many physical phenomena responsible for its temperature increase like mechanical stress, electrical flowing and friction problems. This paper describe a simulation tool realisation in collaboration with French National Raiwail Comany (SNCF) and Femto-st laboratory, it treats all the physical phenomena which have impacts on the strip heating. Three thermal modelisations are used and one is electro-static, they allow predicting critical strip temperatures during real train trip. Moreover many mathematical processes are used and allow both decreasing of modelisations computation time and the required memory.