Partie B - Bilan énergétique et rendement de la c… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - EE 2026

Partie B: quels sont les éléments constitutifs de la chaine de traction d'un train et quel est son rendement lorsque celui-ci se déplace ?

Les éléments de la chaine de traction d'un train sont représentés sur le schéma d'alimentation électrique simplifié des trains de type MR6V du DTS3.

Le détail des éléments de la chaine de traction est donné sur le diagramme de bloc interne du DTS4.

Données de fonctionnement de la chaîne de traction

La puissance totale absorbée par la chaine de traction d'un train au niveau de la caténaire est de $3{,}5\text{ MW}$ lorsque celui-ci se déplace dans le tunnel dans certaines conditions.

La puissance absorbée par les équipements auxiliaires au niveau de la caténaire n'est pas prise en compte.

Les coffres de traction intègrent les commutateurs, disjoncteurs, filtres et convertisseurs de puissance nécessaires pour alimenter les moteurs des voitures motorisées lorsque le train se déplace.

Le rendement des convertisseurs de puissance DC/AC présents dans les coffres de traction est de $95\,\%$.

Les pertes dans les commutateurs, disjoncteurs et filtres sont négligeables.

Le rendement des moteurs de traction est de $94{,}4\,\%$.

DTS3: schéma d'alimentation électrique simplifié des trains de type MR6V

Les trains composés de 6 voitures sont équipés de 4 pantographes. Tous les pantographes sont en position haute en mode de fonctionnement nominal.

Chaque départ de pantographe alimente un coffre de traction et dans certaines voitures, un convertisseur statique auxiliaire (CVS).

Les coffres de traction intègrent l'ensemble des équipements de traction nécessaires pour alimenter les moteurs de traction.

Le retour de courant par les rails (non représenté) est réalisé sur les voitures motrices pour les courants de traction (voitures 1, 3, 4 et 6) et sur les autres voitures pour les courant auxiliaires (voitures 2 et 5).

DTS4: diagramme de bloc interne de la chaine de traction d'un train

DTS5: schéma d'alimentation électrique simplifié d'une voiture motorisée

DTS6: caractéristiques principales des moteurs de traction (extrait)

La chaîne de traction des trains de la ligne 15 Sud est dotée de moteurs asynchrones triphasés à cage d'écureuil 4 pôles.

Ils sont auto-ventilés et ouverts dans l'objectif de maximiser la vitesse commerciale tout en garantissant compacité et réduction de masse en comparaison avec un moteur fermé.

La technologie de filtration cyclonique garantit un fonctionnement optimal en environnement poussiéreux. L'aéraulique associée est optimisée dans le cadre du métro du Grand Paris Express afin de réduire le niveau de bruit.

Chaque bogie motorisé est doté de deux moteurs de traction (soit quatre moteurs par voiture). La masse d'un moteur est d'environ $560\text{ kg}$.

Caractéristiques principales d'un moteur de traction

Puissance nominale · $250\text{ kW}$

Vitesse de rotation · $3\,000\text{ tr}\cdot\text{min}^{-1}$

Tension nominale entre phases · $1170\text{ V}$

Fréquence · $101{,}3\text{ Hz}$

Nombre de pôles · 4

Courant nominale · $151\text{ A}$

Facteur de puissance · $0{,}865$

Masse · $560\text{ kg}$

La puissance totale absorbée par la chaîne de traction d'un train au niveau de la caténaire est de $3{,}5\text{ MW}$ lorsque celui-ci se déplace dans le tunnel dans certaines conditions.

La puissance absorbée par les équipements auxiliaires au niveau de la caténaire n'est pas prise en compte.

Les coffres de traction intègrent les commutateurs, disjoncteurs, filtres et convertisseurs de puissance nécessaires pour alimenter les moteurs des voitures motorisées lorsque le train se déplace.

B.2

Rappeler le nombre de coffres de traction disponibles dans un train et calculer la puissance absorbée par un coffre de traction dans le cas étudié.

B.3

Le rendement des convertisseurs de puissance DC/AC présents dans les coffres de traction est de $95\,\%$. Les pertes dans les commutateurs, disjoncteurs et filtres sont négligeables.

Calculer la puissance fournie par un coffre de traction pour alimenter les moteurs des voitures motorisées.

B.4

Donner le nombre de moteurs alimentés par un coffre de traction.

Montrer que la puissance absorbée par un moteur de traction dans le cas étudié est de $207{,}8\text{ kW}$.

B.5

Le rendement des moteurs de traction est de $94{,}4\,\%$.

Calculer la puissance utile fournie par un moteur de traction dans le cas étudié.

Comparer le résultat obtenu avec la puissance nominale des moteurs de traction installés sur le train. Conclure.

B.6

Calculer la puissance utile totale fournie par l'ensemble des moteurs de traction dans le cas étudié.

Déterminer alors le rendement de la chaîne de traction d'un train de la caténaire aux moteurs dans le cas étudié.

B.7

Conclure sur les performances énergétiques de la chaîne de traction d'un train dans le cas étudié.