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LES BB 15000 PROTOTYPES

Publié le vendredi 10 avril 2020 à 22:01

Par GB, 2B, BG, FP, FD, TJP, DJP, CB, le 07/04/2020.

Complété le 02/05/20.

La BB 10004 photographiée par François Durivault.

Le hacheur de courant

Dès 1963, la SNCF entama des études pour la substitution de groupes tournants par des hacheurs de courant de petite puissance. En 1966, un hacheur fut installé dans la BB 9238 pour la commande des moteurs de ventilateurs des moteurs de traction. Les CC 6500 et 21000 furent les premières machines à recevoir  un tel équipement de série pour la charge batteries. En 1968, les ateliers du dépôt des Aubrais installèrent un hacheur sur les Z 4001 et 4002 pour la commande du shuntage des inducteurs. En 1968/69 un hacheur de 600KW fut installé dans la Z 4203 ex MIDI pour la commande de la traction et du freinage rhéostatique. A la même date la BB 17 (ex PO 1 à 80) fut équipée d’un hacheur de 1200KW pour la commande des 2 moteurs d’un bogie . Ces essais eurent lieu sur la banlieue Sud-Ouest entre Brétigny et Dourdan. Fort de tous ces tests prometteurs, il fut décidé de réaliser l’essai d’un hacheur de puissance pour engin moteur. En 1970, un hacheur Jeumont-Schneider de puissance fut installé dans la caisse de la CC 20002 venant d’être retiré du service. Elle fut accouplée à la BB 9252. Le hacheur de la CC 20002 alimentait par des câbles les moteurs de la BB 9252. Tous ces tests permirent de mettre au point un hacheur de puissance.

BB 7003.

En 1973, pour juger de la faisabilité et du comportement de l’ensemble, un prototype fut réalisé. Les nouvelles machines à courant continu devant reprendre les principes et l’architecture de la BB 15000, c’est une machine de cette série qui fut choisie pour réaliser le prototype, la BB 15007 qui après modification par les ateliers d’Hellemmes devint une machine à courant continu à hacheurs ; pour l’occasion, elle fut renumérotée BB 7003 ( les numéros 7001 et 7002 étant déjà utilisés par les prototypes des CC 7100 encore en service).

Transformation de la BB 15007 :

installation:

-De deux pantographes pour courant continu AM 18B, avec ligne de toiture, remplacent le pantographe monophasé.

-D’un disjoncteur principal HRKS après dépose du disjoncteur monophasé DBTF.

-D’un bloc central comportant les hacheurs.

-D’un convertisseur type CC 6500 pour la charge batterie par hacheur.

-D’un ensemble condensateurs-selfs de filtre en place du transformateur dans la cuve à selfs.

-Remplacement du moteur du compresseur par un moteur continu.

-Modification du pupitre en cabine.

Les parties moteurs de traction et transmissions restèrent inchangées.

Après de nombreux essais, de puissance, d’endurance et de montés en vitesse cette technologie valida les choix retenus pour les futures BB 7200 et 22200.

La BB 7003, en gare de Paris Austerlitz , entourée de voitures USI B10t.

Pour tester la version bicourant  en 1975, la BB 7003 fut accouplée à la BB 15015. Cette dernière fournissait  la tension de 1500 V en sortie de l’ensemble transformateur-redresseur sous 25KV/50Hz pour alimenter les hacheurs.

Train d’essais sur la région Nord, les deux machine sont suivit de deux voitures de la Direction de Matériel et d’une rame de voitures Express et Rapide Nord.
Infographie TJP.

Au cours du dernier trimestre de 1975 la BB 7003 est allée faire des essais aux Pays Bas pour vérifier son aptitude à la traction, le freinage électrique et l’influence du hacheur sur les circuits de voies. Les NS ayant l’intention de commander des machines identiques aux BB 7200 pour remplacer d’anciennes machines.

Villeneuve St Georges, avant remise au type 15000, 1975.

La BB 7003 après essais resta en service commercial au dépôt de Villeneuve St Georges jusqu’en 1982.  

La transmission triphasée

Trois machines en une image, à gauche 10004, au centre 20012, à droite 10003.

Le moteur à courant continu est adapté à la traction électrique, mais du fait de sa conception (collecteurs, balais) il entraîne des frais d’entretien. L’électrification de l’artère Thionville-Valenciennes la SNCF avait testé le moteur monophasé direct sur la série BB 13001 à 13053 et le moteur asynchrone sur les CC 14001 à 14020 avec une transmission mono-triphasée. La technologie des années 1950 était fragile et de nombreux problèmes furent difficiles à résoudre.

En 1961 la Division des Etudes de la Traction Electrique (DETE) avait fait construire par Jeumont, à partir d’une automotrice de Savoie un engin équipé d’un moteur synchrone. Du fait des redresseurs statiques de l’époque les essais n’avaient pas été satisfaisants.   

En 1976, la Direction du Matériel de la SNCF installa dans la Z 4212 un convertisseur statique Jeumont-Schneider dans le fourgon automoteur. Celui-ci commandait un moteur asynchrone de la CC 14003.

Suite aux progrès de l’électronique de puissance et de commande à la fin des années 70, il fut décidé de réaliser deux machines prototype, une à moteurs asynchrones et une autre à moteurs synchrones. Pour simplifier l’équipement embarqué et pour commencer les essais, les machines sélectionnées furent uniquement en monophasé.

BB 10004 Prototype Synchrone

La BB 10004 à l’atelier SNCF d’Hellemmes.

Pour tester la transmission à moteurs synchrones autopilotés, la solution bogies monomoteurs fut retenue.

La BB 15055 servit de prototype

Jeumont-Schneider fournit :

-Les moteurs de traction.

-L’électronique de puissance.

-L’électronique de commande.

Les ateliers SNCF d’Hellemmes fournirent:

-Les blocs appareillages et exécuta le câblage

-L’ensemble transformateur selfs est obtenu à partir de la modification d’un bloc de 15000.  

-Sur les bogies moteurs, du fait de la vitesse maximale de rotation du moteur synchrone (1980 tours/minute) le rapport de réduction d’origine fut substitué par un rapport 100 km/h, permettant ainsi d’avoir une vitesse maximale de 160 km/h.

Panneau de présentation de la DM SNCF en 1983 (doc 2B).

La machine ainsi modifiée est sortie des ateliers d’Hellemmes fin 1981. Elle commença une série d’essais sous le numéro de BB 10004 dès 1982.

Elle donnera naissance  à la motorisation des futures BB 26000 Sybic.

En 1984, la BB 10004 fut utilisé au laboratoire électrotechnique de Vitry-sur-Seine comme générateur pour alimenter à poste fixe et tester le moteur synchrone du TGV A.

Le 28 février 1989 elle fut remise dans son état d’origine et reprit son numéro BB 15055.

Schéma du circuit de puissance, document B Gomez.
Courbe effort-vitesse, document B Gomez.
La 10004 au centre des essais SNCF de Vitry sur seine, trois images.

BB 10003 Prototype asynchrone.

Modifications extérieures plus lourdes pour la BB 10003, ici aussi à l’atelier SNCF d’Hellemmes.

Alsthom-Atlantique fournit :

-L’électronique de puissance.

-L’électronique de commande.

-Les moteurs de traction.

-Les blocs d’appareillage.

Jeumont-Schneider adapta le transformateur et les selfs de lissage.

Le câblage et l’assemblage furent effectués à Belfort par Alsthom.

Une machine avec bogie bimoteurs s’imposa en vue de vente à l’exportation. Creusot-Loire fournit un bogie prototype bimoteurs dénommé CL93.

Trois images d’un des bogies de la 10003.
Trois plans de construction du bogie équipant la BB 10003, documents 2B.
Documents 2B.
Documents 2B.

Les essais de hacheur de courant avec la BB7003 (ex BB15007) étant terminés, cette machine fut réutilisée pour ces nouveaux essais.

Les ateliers SNCF d’Hellemmes ont installés sous la BB 15056 ces nouveaux bogies pour les tester en ligne avant montage sous la BB 7003.

Après essais à poste fixe au centre d’essais de Vitry-sur-Seine la BB 7003, renumérotée BB 10003 commença une campagne d’essais en 1983.

Cette chaîne de traction fut adaptée pour les automotrices de banlieue dont la puissance par bogie ne dépasse pas 800KW.  Elle fut appliquée aux automotrices Z2N 20500 à moteurs asynchrones.

Maquette à l’échelle HO, sur base de la marque italienne Lima, décoration réalisée pour aide à la décision.

La BB 10003 fut remise en version d’origine en 1998 avec les pièces de la BB 15015 accidentée et radiée en 1997.

Préparation finale de la machine à l’atelier SNCF d’Hellemmes.
La BB 10003 est en essais à Lespare (Le Verdon) en février 1991.
La rame d’essais est composée d’un fourgon Dd4s ex SNCF aux couleurs de GEC-Alsthom, d’une ex voiture PA 21 mètres PTT Ocem et d’une voiture de mesures ex OCEM de la Direction du Matériel SNCF.
Lors de ses campagnes d’essais, sur la région Nord de la SNCF, secteur de Lille, avec voiture Rapide Nord et « Fer à repasser ».
Les rames de voitures VO2N, au second plan appartiennent à la région Nord-Pas de Calais.
Schéma du circuit de puissance, document B Gomez.
Courbe effort-vitesse, document B Gomez.
Après la fin des essais, la 10003 est de retour à l’atelier SNCF d’Hellemmes, en vue de sa remise au type BB 15000.

Définition des charges remorquables

BB 15012

A la demande du département Construction de la direction du Matériel et avec le département Essais, des investigations ont été menées pour définir les charges maximales remorquables pour les engins moteurs de 4400KW. Après les essais de la BB 22201 avec réducteur à 100km/h en 1977, la BB 15012 fut équipé par les Ateliers d’Hellemmes, en octobre 1978, avec les bogies couple marchandise (PV 100km/h) de la BB 22201. L’atelier a remplacé le système de VI (Vitesse Imposée) par un dispositif anti-cabrage avec délestage du bogie avant dans le sens de marche.

-Une première campagne d’essais fut menée sur l’artère Nord-Est du 13 au 16 novembre 1978  sur Longuyon-Thionville-Florange. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de 29 wagons plats Remms chargées de tirefonds. Charge variant suivant les jours de 1575 à 1800 tonnes. 

-Une seconde campagne d’essais fut effectuée sur la ligne 1 Paris-Strasbourg du 20 au 23 novembre 1978 entre Bar le Duc- Lérouville. La rame d’essais était identique mais les charges variaient de 1800 à 2100 tonnes.

-Une troisième campagne d’essais fut effectuée sur l’axe Marseille-Vintimille du 28 novembre au 7 décembre 1978 sur la section La Seyne-Les Arcs. La rame d’essais était identique mais la charge était constante à 1800 tonnes.

Suite à ces essais la 15012 fut remis dans son état d’origine.

BB 15063

La 15063 en gare de Paris Nord.

Essais de bogies

BB 15063

La 7248 de Villeneuve St Georges avait testé des bogies spécialement étudiés pour circuler sur des voies de qualité moyenne.

Bogies Alsthom Creusot Loire :

-Blocs sandwiches caoutchoutés coté caisse reposant sur une poutre qui prend appui sur des ressorts hélicoïdaux. 

-Poutre asservie transversalement et longitudinalement au longeron de bogie par des bielles à silentbloc.

-Amortisseurs hydrauliques verticaux à chaque extrémité de la poutre.

-Réducteur de vitesse à 140 km/h.

-Ventilation forcée des moteurs de traction

Dans le cadre d’un marché avec le Proche Orient, vente de machines dérivées des BB 15000 pour l’Iran ligne Tabriz–Djolfa, les ateliers d’Hellemmes  équipèrent en 1979 la BB 15063 de ces nouveaux bogies pour effectuer des essais de comportement et de stabilité à faibles vitesse avec de lourdes charges remorquées.

-Première section d’essais sur l’artère Paris–Strasbourg du 9 au 12 avril 1979 entre Vaires sur Marnes et Epernay en marche à 140 km/h. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de 15 voitures Voyageurs B3r retirées du service. Charge 800 tonnes.

-Deuxième section d’essais: Vaires sur Marnes-Thionville via Reims, Mohon, Longuyon le 17 avril 1979. La composition de rame d’essais était identique.   

-Troisième  section d’essais: Thionville-Longuyon du 18 au 19 avril. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de 29 wagons plats Remms chargés de tirefonds. Charge variant de 1400 à 2000 tonnes.

-Quatrième  section d’essais : Thionville- Lérouville via Metz et le raccordement de Frouard le 20 avril. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de 15 voitures Voyageurs B3r retirées du service. Charge 800 tonnes.

-Cinquième section d’essais: Lérouville –Bar le Duc les 24 et 25 avril. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de wagons plats Remms chargés de tirefonds. Charge variant de 1800 à 2100 tonnes.

-Sixième section d’essais : Lérouville-Chalindrey le 26 avril via le raccordement Toul et Neufchâteau. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’un coupon de 15 voitures Voyageurs B3r retirées du service. Charge 800 tonnes.

-Septième section d’essais la ligne Marseille-Vintimille du 8 au 10 mai 1979 sur la sur la section Aubagne-Les Arcs. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de  wagons plats Remms chargés de tirefonds. Charge variant de 1600 à 1800 tonnes.

-Huitième section d’essais en Savoie sur la ligne Aix les Bains-Annemasse sur la section Annecy-La Roche sur Foron les 15 et 16 mai 1979. La rame d’essais était composée d’une voiture électrotechnique, de son annexe et d’une rame de wagons plats Remms chargés de tirefonds. Charge variant de 750 à 860 tonnes.

Essais sur la même section le 22 mai avec une rame composé d’une voiture électrotechnique, de son annexe et de cinq voitures B3r pour contrôle de la stabilité à 90 km/h.

-Neuvième section  d’essais sur la ligne 2 de l’Est entre Charleville-Reims du 29 au 31 mai 1979. Essais de stabilité à 140 km/h avec une rame composé d’une voiture électrotechnique, de son annexe et de cinq voitures B3r.

Du 9 au 25 octobre 1979 ultime essai sur la section Thionville –Audun en vue de contrôler la régulation de l’antipatinage.

Le bogie en détails.

A l’issue de ces essais la BB15063, retrouve son dépôt d’origine tout en gardant ces bogies spéciaux.

15063 Paris-Est août 2018

Essais pour le TGV SE

En 1978 les BB 15000 ont effectué une série d’essais en vue de valider les équipements du futur TGV Sud-Est.

-En mars 1978 essais du convertisseur statique TGV SE :

La BB 7003 (ex 15007) alimentait un convertisseur placé dans un fourgon qui alimentait lui-même les auxiliaires placés dans un deuxième fourgon et une rame de huit voitures Corail représentant les futures rames TGV.

La BB 15015 associée à la BB 7003 pour circulation sous 25KV 50Hz a testé le fonctionnement du système sur le parcours Epernay-Lérouville.

-Pantographe à double étage Faiveley de type AMDE :

10 BB 15000 ont été équipées de ce pantographe AMDE pour des essais d’endurance : BB15020 à 15029 en 1977/78.

-Ligne de toiture :

Sur les rames TGV un câble de ligne de toiture placé sur les remorques, relie les deux motrices. Pour tester cette configuration la liaison pantographe-disjoncteur des BB 15030 et 15031 avait été modifiées. Un câble reliait le pantographe au disjoncteur principal en faisant le tour de la toiture.

-Liaison inter-caisse d’une ligne Haute Tension entre la motrice et la première voiture TGV :

Un dispositif identique au futur équipement du TGV fut monté en toiture de la BB 15032 sur le capot sans pantographe. Il a permit de tester le comportement en vitesse de cette liaison à tête tournante. 

Autres machines ayant participé à des essais

BB 15020 à 15024, BB 15029 : Essais de pantographes GPU (Grand Plongeur Unique) 1984-86.

BB 15049+15059:Essais de circulation en DT (Double Traction) avec deux pantographes monophasés levés en vue de valider la circulation des 22200 en UM (Unité Multiple) dans le tunnel sous la Manche future 22200 TU et TTU .