Rapport de Stage - Etude de La Chaine de Traction Des Rames ZM [PDF]

Zitiervorschau

Rapport de stage d’initiation Au sein de l’établissement ERAC (Etablissement de Maintenance des Rames Automotrices de Casablanca) de l’ONCF (Office national des chemins de fer) Casa Port - Août 2016.

Réalisé par : HAYAT Zahia : Etudiante au 1ère année à l’EST Berrechid – Génie électrique. OUBILLA Malika : Etudiante au 1ère année à l’ENSAM CASA – cycle préparatoire. Encadré par : Mr. EL BETEOUI & Mr. ARAHOUCH.

Plan : Remerciement : ......................................................................................... 3 Introduction : .......................................................................................... 4 1. Présentation de l’ONCF : ................................................................ 5 1.1. Histoire de l’ONCF .................................................................. 5 1.2. ONCF : Etablissement Public, depuis 1963 .............................. 5 1.3. Réseau ferroviaire : .................................................................. 7 1.4. SMCF : Société Marocaine des Chemins de Fer, bientôt .......... 8 1.5. Valeurs de l’ONCF ................................................................... 9 2. Généralités sur les rames automotrices électriques ZM .............. 10 3. La chaîne de traction :.................................................................. 12 3.1. Captage de courant : ............................................................ 12 3.2. Parcours du courant : ........................................................... 13 3.3. Hacheurs : ............................................................................ 13 3.4. Moteur de traction : ............................................................. 19 3.5. Défaillances de la chaîne de traction : .................................. 21 Conclusion : .......................................................................................... 22 Glossaire : ............................................................................................ 23 Bibliographie : ....................................................................................... 24 Webographie : ........................................................................................ 24

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Remerciement : Nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont contribué au succès de notre stage. Tout d'abord, nous adressons nous remerciements à nos professeurs, qui ont fait de gros efforts pour la réussite de notre formation d’ingénierie, nos parents et nos amis, pour leur soutien et encouragements. Nous tenons à exprimer toute notre gratitude à Mme. BIHI Responsable des Ressources Humaines- d’avoir accepté de nous accorder la possibilité d’effectuer un stage au sein de l’ONCF Casa Port ERAC. Nous tenons à remercier vivement nos encadrants de stage, Mr EL BETEOUI ingénieur de maintenance de l’ERAC et Mr. ARAHOUCH , chef d’atelier département électrique, pour leur accueil, le temps passé ensemble et le partage des informations et conseils au quotidien. Grâce aussi à leur confiance et bienvenue nous avons pu nous accomplir totalement dans les missions. Je remercie également toute l'équipe des techniciens de l’atelier pour leur accueil, leur esprit d'équipe et en particulier Mr MOUSSINE Fouad, Mr JOULAH pour leurs informations concernant la partie électrique : informations essentielles à la réalisation de ce modeste rapport. Enfin, nous remercions également tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réussite de ce travail.

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Introduction : Le génie électrique est lié à différents domaines de la technologie dont l’aéronautique, le biomédical, l’énergétique, l’informatique, les systèmes électriques et électroniques, de même que les télécommunications. Elle contribue la conception industrielle, la gestion et la mise sur pied de projets. Les ingénieurs en génie électrique voient au futur en tenant compte de l’impact de la technologie sur le monde pour réaliser des projets électrisants. Dans le cadre de notre formation à l’EST et ENSAM, nous avons souhaité réaliser notre stage dans une entreprise répondant à ces enjeux du futur en technologie… Afin de pouvoir acquérir des connaissances et de l’expérience en dehors du monde des études. Le stage a été effectué au sein de l’Office Nationale des Chemins de Fer (ONCF) et plus précisément, dans l’établissement des rames automotrices Casa port qui s’occupe de l’entretien et la réparation des rames ZM. Au cours de ce stage nous avons eu l’opportunité d’enrichir nos connaissances et de découvrir le milieu industriel. Le sujet choisi et traité repose sur l’étude de la chaîne de traction des rames ZM, il s’agit du chemin parcouru pour mouvoir la rame à partir d’une source d’alimentation. Dans un premier temps nous décrirons l'entreprise et son secteur en insistant sur ses particularités notamment dans le financement international. Puis nous étudierons nos missions, lors de ce stage avant de dresser un bilan de celui-ci.

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1. Présentation de l’ONCF :

1.1.

Histoire de l’ONCF

La construction du réseau des chemins de fer du Maroc remonte au début du 20ème siècle. En effet, les premières lignes construites à voie de 0,60m ont été établies à partir de 1916, et ce n'est qu'en 1923 que la construction des voies à écartement normal a été confiée à trois Compagnies concessionnaires privées. Ces dernières se partagèrent le trafic ferroviaire, en exploitant chacune la partie du réseau qui lui était concédée, jusqu'en 1963, lorsque le Gouvernement Marocain a décidé le rachat des concessions et la création de l'Office National des Chemins de Fer (ONCF). Depuis la création de l’office, le Matériel Moteur, le Matériel Remorqué, les installations fixes de Traction n’ont cessé également d’évoluer et ce pour faire face à des exigences accrues du pays (Minerais, augmentation de trafic…), ce qui amenait l’ONCF à procéder d’une part et de façon progressive, à un renforcement de leur parc Moteur, constitué en totalité d’engins à vapeur, et d’autre part à se pencher sur l’étude de l’électrification d’une partie du réseau.

1.2. ONCF : Etablissement Public, depuis 1963 Placé sous la tutelle du Ministère de l’Équipement et des Transports, l’ONCF est un établissement public à caractère industriel et commercial doté de la personnalité civile et de l’autonomie financière. Il a pour missions :  L’exploitation du réseau ferroviaire national,  Les études, la construction et l’exploitation des lignes nouvelles des chemins de fer,  L’exploitation de toutes les entreprises se rattachant directement ou indirectement à l’objet des missions de l’Office.

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Forme juridique

Établissement semi-public

Sigle

ONCF

Slogan(s)

« L'avenir se lit sur nos lignes »

Siège social

Direction

Rabat (Maroc) Mohammed Rabie Khlie (Directeur général)

Effectifs

7 858

Filiales

Supratours

Site web

http://www.oncf.ma

Localisation

Maroc

Longueur

2 110 km

Écartement des rails

Standard UIC (1 435 mm)

Trafic voyageurs

39.5 millions (2014)

Trafic fret

34.6 millions de tonnes (2014)

En outre, L’ONCF opère en ce qui concerne son activité de transport sur trois marchés stratégiquement indépendants, à savoir :

sport de marchandises diverses Le transport de phosphates.

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1.3. Réseau ferroviaire :

Figure 1: Grandes Lignes

Le réseau ferroviaire marocain est, à l'instar des réseaux ferrés des différents pays africains, assez peu dense, la concentration des populations et des zones d'activités en dehors du Sahara et des hauts reliefs de l'Atlas n'ont pas incité l'opérateur ONCF à développer son réseau dans ces régions. À fin 2013 l'ONCF dispose d'un total de 3 657 km de voies ferroviaires dont 2 238 km sont électrifiées. Les 3 657 km de voies sont toutes toujours en activité et gérées par l'ONCF comme opérateur unique de maintenance y compris les embranchements particuliers vers

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ses clients cimentiers, sidérurgistes, industriels, agroalimentaires et miniers. Ce réseau de voies ferrées est composé comme suit:  3 657 km total de voies ferroviaires en activité ;  2 921 km de voies de circulation principales ;  736 km d'embranchements particuliers, de voies de service et de traitement logistique ;  2 110 km de lignes principales à écartement UIC exploité pour le transport de Fret et passagers;  1 965 km de ces lignes sont en Long Rail Soudé LRS (93% du réseau);  1 300 km de lignes électrifiées (60% du réseau);  640 km de lignes à double voies (30% du réseau).

Entre 2015 et 2025 l'ONCF ne prévoit pas de modifications majeures quant au linéaire de son réseau mise à part la connexion des deux nouveaux ports commerciaux de Nador West Med et Kénitra Atlantique. Cependant, les travaux de dédoublements, électrifications et renouvellement de rail & caténaires en cours se poursuivront la majeure partie est censée être livrée entre 2016 et 2020.

1.4. SMCF : Société Marocaine des Chemins de Fer, bientôt Afin d'ouvrir le marché ferroviaire marocain à la concurrence, l'ONCF s’apprête à être bientôt transformé en Société Anonyme (SA), Elle sera baptisée SMCF (Société Marocaine des Chemins de Fer). La future SMCF est une société anonyme dont le capital sera, dans un premier temps, détenu à 100% par l’État. Elle aura pour missions, dans le cadre d’une convention de concession :  La gestion des infrastructures ferroviaires exploitées et en cours de construction,  L’exploitation technique et commerciale des services de transport ferroviaire sur le réseau qui lui est concédé. Le nouveau statut prévoit l’ouverture du secteur ferroviaire à la concurrence en autorisant l’arrivée de nouveaux opérateurs qui pourront :  Investir dans des projets de nouvelles extensions d’infrastructures,  Nouer des partenariats avec l’opérateur historique pour assurer des prestations complémentaires aux missions qui lui sont dévolues ou Page 8 sur 24

la SMCF estime qu’un prestataire peut effectuer de manière plus avantageuse qu’elle même.

1.5. Valeurs de l’ONCF « L'avenir se lit sur nos lignes », le slogan de l’ONCF nous montre la tendance vers l’évolution, le progrès et le bon future, respectant 4 valeurs : La transparence, l’engagement, la rigueur et l’excellence. Ces derniers viennent renforcer l’ONCF dans sa volonté de mieux servir notre pays et d’améliorer, par la qualité de ses services, la vie quotidienne de tous et de chacun.

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2. Généralités sur les rames automotrices électriques ZM L'ONCF souhaite mettre en place un nouveau service cadencé entre Rabat et Casablanca au début des années 1980, avec pointes à 160 km/h. Mais il ne dispose pas du matériel nécessaire. Un appel d'offres est donc lancé en août 1981 afin d'acquérir le matériel adéquat. La Belgique dispose d'une longue expérience en matière de 3000 volts : la SNCB vient de réceptionner ses nouvelles automotrices doubles série 300 dites "break", et en décembre 1981, le consortium La Brugeoise/ACEC achève la livraison d'une série de 50 rames automotrices triples, également en 3000 volts, à la compagnie des chemins de fer de l'|État de São Paulo (FEPASA) au Brésil. C'est tout naturellement que l'ONCF se tourne vers ce constructeur pour la fourniture de son nouveau matériel. AM80 BREAK est donc la nouvelle rame qui est baptisée ZM. Une automotrice est composée de trois voitures: ZMC, ZR, ZRC. Les accouplements automatiques permettent de former, une rame de deux automotrices. La composition maximum prévue est de deux rames sextuples. ZMC : voiture motrice deuxième classe avec cabine de conduite et un accouplement automatique. ZR

: voiture remorque deuxième classe.

ZRC : voiture remorque première et deuxième classes avec un accouplement automatique et poste de conduite.

 Capacité : Places assises: 1 ère classe : ZRC : 32 2ème classe : ZMC : 99 ZR : 100 ZRC : 40 Places debout : ZRC + ZR + ZMC : 84 x 2 = 168 places par rame. Page 10 sur 24

 Dimensions : -Longueur d’une automotrice triple

: 75,810 m

-Largeur

: 2,900 m

-Hauteur Rail- niveau toiture

: 4,177 m

-Voie

: 1,435 m

-Distance entre essieux : Bogie moteur

: 2,800 m

Bogie porteur

: 2,600 m

-Diamètre des roues

: Bogie moteur

: 1010 – 940 mm

Max - Min Bogie porteur

: 950 - 880 Max – min

-Masse totale à vide

: 145,100 Kg

 Caractéristiques : Vitesse maximale Accélération au démarrage

: 160 km/h : 0.35 m/s2 (en charge max)

Décélération

: 0.75 m/s2

Puissance totale

: 4x354 kW =1416kw

Rapport de réduction 87/32

: 2.719

 Caractéristiques principales : Les rames triples sont équipées d’un accouplement intégral réalisant automatiquement les accouplements mécanique, électrique et pneumatique. Quatre automotrices triples peuvent au maximum tractionner ensemble. Ces automotrices 3KV CC à thyristors développent une puissance de 1416 KW et permettent une vitesse max de 160 Km/h.

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Elles sont équipées d’un frein pneumatique à électropneumatique et un frein de secours à commande pneumatique.

commande

3. La chaîne de traction : Une chaîne de traction est un système installé sur le toit et en dessous de train. Elle convertit l’énergie électrique, captée depuis la caténaire, en énergie mécanique, permettant ainsi aux roues de tourner et donc au train d’accélérer et de freiner.

3.1. Captage de courant : Les caténaires sont des ensembles de câbles placés au-dessus des voies. Ils ont mission d’alimentation de 3KV, captée par le pantographe et plus précisément par l’archet.

Pour lever le pantographe, il faut d’abord une basse tension 110V donnée par la batterie, qui alimente le moteur compresseur, qui augmente la pression. Une pression de 4bars est suffisante pour lever le pantographe à capter la 3KV.

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3.2. Parcours du courant : Dès que le courant est capté par l’archet, il passe par le filtre d’entrée qui a pour mission le filtrage des oscillations de la tension. Après la charge du filtre, le disjoncteur DJ se ferme et laisse le courant arrive au fusible de protection du relais tension nulle Q30, qui détecte le niveau de la tension caténaire, alimente les voltmètres HT et le compteur d’énergie. Le convertisseur statique CVS réalise d’une part la charge batterie et l’alimentation des circuits d’asservissement sous tension 110V CC et l’alimentation sous tension 220V DC des circuits de ventilation du convertisseur et des extracteurs d’air des circuits de chauffage et ventilation.

3.3. Hacheurs : Les convertisseurs continu-continu ont pour fonction de fournir une tension continue variable à partir d'une tension continue fixe. On distingue deux types de convertisseurs continu-continu. Ceux qui sont non isolés, que l'on appellera hacheurs, et ceux qui comportent un transformateur assurant l'isolation galvanique, que l'on appelle alimentations à découpage. Le schéma électrique du hacheur pour un moteur est le suivant :

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En rouge gras, nous avons le circuit de base d'un hacheur élémentaire. A savoir un thyristor principal, une diode de roue libre, une bobine de lissage. En rouge fin, le dispositif d'extinction dont nous allons voir le rôle. En noir gras, le circuit commun au moteur à savoir le filtre et une diode de retour (qui sera nécessaire pour le shuntage). Les modes démarrage, pleine tension et shuntage. Le circuit à hacheur est employé de trois façons différentes selon la consigne de tension à réaliser du démarrage à la vitesse maximum. Ce fonctionnement est indispensable pour limiter des perturbations harmoniques en ligne caténaire et sur les circuits de voies… Dans le montage suivant :

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L'interrupteur H est représenté par son symbole normalisé. D est une diode de roue libre. L permet de lisser le courant i. On considère que la fréquence de hachage f est suffisamment importante pour considérer que i est de forme triangulaire. Le moteur à courant continu est modélisé par sa f.é.m. E' en série avec sa résistance R. L'interrupteur H est en fait un transistor qui fonctionne en régime de commutation c'est-à-dire qu'il se comporte soit comme un interrupteur fermé, soit comme un interrupteur ouvert. On commande le transistor par son courant de base iB.  Lorsque iB = 0 , le transistor est bloqué ; il se comporte comme un interrupteur ouvert et dans ce cas, la tension uH = E.

 Lorsque iB est suffisamment important (courant de saturation), iB = iB SAT , le transistor est saturé ; il se comporte comme un interrupteur fermé et dans ce cas, la tension uH = 0.

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 L'interrupteur H s'ouvre et se ferme périodiquement. On appelle T cette période et f = 1/ T la fréquence de hachage. La durée pendant laquelle l'interrupteur H est fermé s'appelle tF. On définit le rapport cyclique α par :

On peut ainsi écrire que tF = α.T

La valeur moyenne de la tension en sortie du hacheur série :
= ( / )×

Avec

: aire située sous la courbe


= / ×


= ×

×

 La constante de temps électrique du moteur est beaucoup plus faible que la constante mécanique de celui-ci et n’est pas négligeable devant la période du hacheur. Le courant va donc répondre aux fluctuations de la tension en sortie du hacheur. Une fois le régime permanent établi (le moteur démarre avant t=0), on a montré dans le paragraphe précédent que la vitesse était constante : donc E= Cte. Page 16 sur 24

 A t=0, u passe brutalement de 0 à VCC. La variation du courant d’induit du moteur est régit par l’équation différentielle suivante :

La constante de temps est

= /

et la valeur finale de i est (

− )/ .

 i croit donc suivant la courbe de réponse d’un 1er ordre à un échelon, mais n’a pas le temps d’atteindre sa valeur finale avant t= .  A t= , u passe brutalement de VCC à 0. La variation du courant d’induit du moteur est régit par l’équation différentielle suivante :

La constante de temps est = / et la valeur finale de i est – / i décroit donc suivant la courbe de réponse d’un 1er ordre à un échelon, mais n’a pas le temps d’atteindre sa valeur finale avant t= .  A t=T, on revient à la configuration de t=0 Le courant i est donc périodique. On obtient la forme d’onde suivante :

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 L’ondulation de courant Δ peut être approximer pour le hacheur série par la relation :

Pour diminuer cette ondulation de courant, on peut donc augmenter la fréquence F du hacheur ou augmenter le L du moteur en ajoutant à celui-ci une inductance de lissage en série.  Comment le hacheur série permet-il la variation de vitesse des moteurs à courant continu ? La tension en sortie du hacheur est continue mais pas parfaitement lissée. Cependant, en rendant par réglage la période T du hacheur négligeable par rapport à la constante de temps mécanique du moteur, la vitesse de celui-ci n’aura pas le temps de varier. Tout se passe comme-ci le moteur était alimenté par une tension continue parfaitement lissée = < > = × . Avec le réglage de , on obtient différentes valeurs de U qui correspondent à des caractéristiques mécaniques différentes pour le moteur (droites parallèles). Ces droites permettent d’obtenir plusieurs points de fonctionnement avec la charge entraînée. Le hacheur permet également le démarrage à tension d’induit réduite. Exemple de l’entraînement d’une pompe :

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3.4. Moteur de traction : Les rames ZM ont des moteurs à courant continu (MCC), deux moteurs par bogie, deux bogies. Un bogie est un chariot sur lequel sont fixées les essieux. Les moteurs sont constitués d’un : Stator qui est le siège d'un champ magnétique fixe Bs créé par des enroulements statoriques. Ce stator est aussi appelé inducteur en référence au fonctionnement en génératrice de cette machine. Rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant la polarité dans chaque enroulement rotorique au moins une fois par tour et qui permet de créer un champ magnétique rotorique en quadrature avec le champ statorique. Les enroulements rotoriques sont aussi appelés enroulements d'induits, ou communément induit en référence au fonctionnement en génératrice de cette machine.

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L'excitation série étant, aujourd'hui réservé aux moteurs, cela car il n'est pas habituel d'utiliser le terme de machine à excitation série. Ce type de moteur est caractérisé par le fait que le stator est raccordé en série avec le rotor. Donc  Le même courant traverse le rotor et le stator : Ii = Ie = I  La tension d'alimentation U = Ui + Ue  Bs = ke . I La figure suivante présente le schéma équivalent de la MCC :

L'avantage principal des machines à courant continu réside dans leur :  Adaptation simple aux moyens permettant de régler ou de faire varier leur vitesse  Leur couple et leur sens de rotation : les variateurs de vitesse. Page 20 sur 24

 Raccordement direct à la source d'énergie : batteries d'accumulateur, piles, etc.  …etc.

3.5. Défaillances de la chaîne de traction : On peut citer quelques défaillances sur le niveau des machines et composants de la chaîne de traction, les plus fréquentes dont il y a :  Le patinage : il s’agit d’un déséquilibre entre les vitesses des roues, alors le capteur de patinage donne le signal à arrêter les moteurs de traction ;  Lamelles cassées comme nous l’avons vu, et nous avons insisté à leur changement.  Moteur brûlé  Les bondes de pantographe usées par frottements, ce qui peut menacer la caténaire.  Basse tension insuffisante à entrainer le moteur compresseur de pantographe. Nous avons vu ce cas pendant notre mission, le pantographe n’arrive pas à se lever ; en consultant la poste de conduite on a trouvé la pression est inférieure à 5bars, et la basse tension 90V : ce qui est bien sûr insuffisant.  D’autres problèmes peuvent affecter les micro-contacteurs et les contacteurs shauntage ; ainsi que le cablage… etc.

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Conclusion : Ce stage qui a duré un mois nous a permis de compléter l’ensemble des connaissances acquises durant notre formation d’ingénierie, de tester nos capacités et de nous familiariser avec un nouvel environnement. En effet, les travaux que nous avons effectués et auxquels on a participé sont à la base de la compréhension des différences techniques et stratégies suivies pour la bonne marche de l’O.N.C.F à savoir les moteurs de traction. Ils nous ont permis, ainsi, de voir le déroulement des travaux effectués à l’ERAC d’assister à certaines opérations d’entretien des rames ZM et de se rendre compte des relations humaines dans l’établissement. Enfin, nous tenons à féliciter tout le personnel de l’ERAC, pour son savoir-faire, ses compétences, ses actions conjuguées pour une meilleure productivité et pour le temps consacré pour faire découvrir aux stagiaires le fonctionnement de plusieurs machines.

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Glossaire : o Rame : Un type de véhicule à chemin ferroviaire. o Caténaire : File d’alimentation des rames automotrices électriques. o Pantographe : Un bras qui a le rôle du capteur d’alimentation. o Bogie : Un châssis qui contient deux essieux et deux moteurs de tractions. o Compresseur : Un moteur qui donne de l’air comprimé. o Hacheur : Un convertisseur continu-continu, qui varie la vitesse des moteurs de traction. o Thyristor : Une diode à circuit commande.

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Bibliographie : Manuel de conduite et de dépannage : Rames Automotrices Electriques « ZM ».

Webographie : www.ONCF.ma. www.Wikipedia.org.

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