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Chapitre 1 : Les composants de forte puissance pour la traction électrique. Notions de fiabilité et durée de vie
1. L'électronique de puissance destinée à la traction
1.1 Définition de la traction électrique
Il est important de préciser que lorsque l'on parle d'électronique de puissance destinée à la
traction électrique, il faut distinguer trois domaines.
- La gestion d'énergie: qui fournit à l'unité de transport, l'énergie nécessaire à la
traction de celle-ci. Cette gestion peut être embarquée ou non.
- La chaîne de traction : c'est un ensemble d'équipements embarqués qui sert à la
traction de l'unité de transport.
- L'alimentation de systèmes auxiliaires: qui peut avoir une part plus ou moins
importante dans la consommation d'énergie globale nécessaire au mode de transport.
Ces systèmes sont embarqués.
Dans le cas des transports guidés comme la traction ferroviaire, généralement le contrôle
d'énergie se situe dans les sous-stations d'alimentation. Son rôle est de fournir à la caténaire,
en contact avec le pantographe de la locomotive, l'énergie de traction (25kV-50Hz monophasé
ou 1500V continu) à partir d'un réseau haute tension, comme par exemple dans le domaine
ferroviaire interurbain.
La chaîne de traction est constituée d'éléments communs à tous les systèmes de transport,
machines tournantes, convertisseurs statiques, dispositifs de contrôle/commande.
Les systèmes auxiliaires, quant à eux, sont en complément du système de traction principale
(circuits de chauffage et de climatisation, de moteurs de ventilateurs ...) et tiennent une part
prépondérante dans le fonctionnement global.
Dans le cas de la traction automobile et avec une configuration électrique simple, (véhicule
purement électrique), ou une configuration hybride (véhicule électrique et/ou thermique),
l'électronique de puissance est présente, principalement, dans la chaîne de traction, et plus
précisément dans le convertisseur statique (onduleur) utilisé pour l'alimentation du moteur
destiné à propulser le véhicule. Quant à l'alimentation générale du véhicule, elle est fournie à
partir des batteries, même si certaines avancées technologiques laissent présager l'utilisation à
grande ampleur de piles à combustible comme source d'énergie, ou de supercondensateurs,
dans le cas d'alterno-démarreur notamment, étendant ainsi le champ d'action des composants
de forte puissance dans les véhicules routiers.
Dans le paragraphe suivant, nous ne nous intéresserons uniquement qu'à l'historique et à
l'évolution de l'électronique de puissance utilisée dans la chaîne de traction et plus
précisément dans les convertisseurs statiques avec un éclairage sur les divers composants
utilisés dans ce domaine particulier.
1.2 Les composants actifs en silicium rencontrés dans les
transports électriques
• La diode
Ce n'est qu'en 1958 que l'électronique de puissance destinée à la traction électrique
prend son essor avec l'apparition des redresseurs à diodes au silicium remplaçant les
redresseurs à vapeur de mercure utilisés jusque là pour l'alimentation des moteurs à courant
continu. Ces nouveaux composants, de par leur faible encombrement, leur poids, leur facilité
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