Station de transformation et de redressement après la seconde guerre mondiale Séparation du réseau en "tranches"

Les premiers moteurs ne fonctionnaient bien qu'avec du courant continu. Les moteurs universels pouvaient tourner aussi bien avec du continu qu'avec de l'alternatif, mais ils produisaient moins d'étincelles aux balais et le rendement était meilleur avec du continu. Le moteur universel a également un grand avantage: il a un couple au démarrage très important.

Des moteurs à courant triphasé existaient, mais il n'était pas possible de transmettre le courant triphasé via la caténaire qui n'a qu'un fil conducteur. Les moteurs à courant triphasé ont un couple au démarrage très faible et ne sont pas adaptés. C'est donc tout naturellement qu'on a opté pour le courant continu quand les lignes de tram ont été établies il y a plus de 100 ans.

Le 650V est une tension qui est suffisamment élevée pour limiter les pertes, mais qui n'est pas si élevée que des mesures complexes doivent être mises en œuvre (isolation plus poussée des cables, contacteurs et moteurs). Une tension plus basse pour l'éclairage était produite à bord par un convertisseur tournant (un petit moteur qui entraine une dynamo).

Il fallait un convertisseur tous les 10km pour injecter le courant dans le réseau. Il ne faut pas de systèmes complexes pour connecter deux parties de réseau, puisque le courant continu n'a pas de phase. Les convertisseurs tournants ou commutatrices étaient utilisées pour produire du continu à partir de l'alternatif.

Actuellement, on injecte le courant pour le tram à partir de cabines de transformation qui utilisent des redresseurs au silicium. Le triphasé est réduit à la bonne tension via un transformateur et transformé en hexaphasé et puis redressé. L'avantage de l'hexaphasé est que l'ondulation résiduelle est très limitée (on n'utilise pas de condensateurs de filtrage, qui à de telles tensions et courants devraient être extrèmement volumineux).

On continue à travailler avec du continu, car le matériel roulant est ancien et neuf: il n'est donc pas possible de passer à l'alternatif. L'alimentation des accessoires et des lampes se fait par un convertisseur statique qui réduit la tension.

Photo à droite en noir et blanc: station de transformation et de redressement à Ostende après la seconde guerre mondiale. L'installation était située près de la rampe que doivent gravir les trams pour aller de la gare centrale vers Bredene (pont De Smet de Naeyer).

Quand on injecte du courant sur la ligne du tram, on en profite pour séparer les réseaux (avant dernière photo). Cela permet de couper l'alimentation d'un tronçon pendant qu'on y travaille. En cas d'accident, cela permet d'isoler le tronçon où l'accident s'est déroulé du reste du réseau.

Le tension de 600V était trop basse pour les grandes distances à parcourir. De plus, un train consomme mille fois plus qu'un tram. On a choisi une tension d'alimentation plus élevée (différente de pays à pays selon la topologie locale). En Belgique, la tension d'alimentation est de 3kV continu. Ici aussi, il faut injecter à plusieurs endroits du courant dans le réseau du train.

Les pays très étendus ou montagneux ont besoin d'une tension d'alimentation encore plus élevée. Mais il n'est pas possible d'augmenter de beaucoup la tension d'alimentation. Les moteurs exposés aux vibrations et à la pluie ne pourraient pas fonctionner de façon fiable avec une tension d'alimentation très élevée. Si on augmente la tension au caténaire, il faut donc pouvoir transformer la tension dans le train même.

On a donc choisi une solution intermédiaire: du courant alternatif, mais avec une fréquence de 16.7Hz. Cette fréquence qui est 1/3 de la fréquence du réseau normal pouvait facilement être produite avec une combinaison moteur-générateur. La tension est plus élevée (souvent 15kV) et est transformée en tension plus basse dans le train même avec un transfo. Le rendement des moteurs de l'époque était meilleur avec une fréquence plus basse. Par contre, il fallait un transfo bien plus volumineux à cette fréquence plus basse.

Cette fréquence est encore utilisée sur certaines lignes historiques, mais les nouvelles lignes (par exemple le TGV) travaillent toutes avec du courant alternatif de 50 ou 60Hz. Les moteurs actuels sont alimentés par un convertisseur statique qui adapte la puissance délivrée au moteur et permet un démarrage en souplesse. On récupère également une partie de l'énergie au freinage.