Contribution à l'étude des perturbations conduites dans les chaînes de traction ferroviaire : développement d'une méthode d'analyse harmonique pour l'étude de la compatibilté avec les circuits de voie

Contribution to the study of the conducted perturbations in railway traction drives : development of a harmonic analysis method for the study of the compatibility with track circuits

• Auteur / Autrice : Marius Iordache
• Direction : Claude Marchand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Génie électrique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Harmoniques

Convertisseur statique

Onduleur

Résumé

Dans l'exploitation des chemins de fer, la sécurité du trafic repose sur le système de signalisation et de surveillance automatique des trains. Dans certains cas de figure le système de signalisation peut être la victime des perturbations électromagnétiques générées par les engins de traction. Le couplage entre le système de signalisation et l'engin est très fort, car les deux utilisent les rails comme support pour les transferts d'énergie et d'information. D'où la possibilité d'interférence entre les signaux du système de détection des trains et les harmoniques du courant de traction. Le but de cette thèse est de contribuer au travail de conception d'un engin de traction, en donnant des outils nécessaires à la prévision de ses niveaux d'harmoniques, dès la phase de conception. Dans le premier chapitre sont énoncés les principaux composants d'un système ferroviaire, avec une description détaillée du fonctionnement de la signalisation, et les éventuels problèmes de compatibilité électromagnétique. Le deuxième chapitre est consacré à la description de topologies des chaînes de conversion d'énergie, destinées à la traction et utilisées actuellement chez ALSTOM. Dans le troisième chapitre est abordé le calcul des spectres générés par chaque convertisseur statique faisant partie des topologies décrites au chapitre deux. La méthode de modélisation choisie est illustrée à l'aide de deux applications. Le quatrième chapitre aborde le phénomène d'interaction entre les convertisseurs et le processus de génération d'harmoniques qui en découle. Le calcul et l'évolution du spectre du courant absorbé par deux onduleurs connectés en parallèle montre le phénomène de couplage entre convertisseurs. Un formalisme général de résolution de systèmes ''multi-convertisseurs'' dans le domaine fréquentiel est conçu et illustré par deux exemples. Deux systèmes de convertisseurs statiques utilisées en traction ferroviaire sont résolus numériquement à l'aide d'une méthode itérative de type Newton.

In railroad exploitation, the traffic safety relies on the signalling system and on the automatic train supervision system. In particular configurations the signalling system can be the victim of electromagnetic disturbances generated by traction vehicies. The coupling between the signalling system and the vehicie is very strong, since both use the rails as physical support for energy and information flow. It results the possibility of perturbation of the signalling systern by the vehicle current harmonics. The goal of this thesis is to contribute to the design work of traction drives, by giving the tools necessary to the forecast of their harmônics levels, from the design phase. In the first chapter, the main components of a railway system are mentioned, with a detailed description of signalling system operation, and the possible problems of electromagnetic compatibility. In the second chapter are described the traction drives topologies which are used currently et ALSTOM Transportation. In the third chapter is calculated the current spectra generated by each static inverter described in chapter two. The selected modelling method is illustrated by two applications. The fourth chapter approaches the phenomenon of interaction between converters and their harmonic generation process. The current spectrum calculation of two parallel connected inverters shows the phenomenon of coupling between converters. A general frequency domain formalism for resolution of ''multi-converters'' systems is conceived and illustrated by two examples. Two systems of static inverters used in railway traction are solved numerically with a Newton type iterative method.