Le moteur synchrone à aimants permanents est une nouvelle génération de moteur électrique d’une masse de 740kg et de taille réduite qui se caractérise par une excellente puissance massique (rapport entre la puissance et la masse).
En effet, sa puissance massique est d’environ 1kW/kg contre 0,6 à 0,7 kW/kg pour le moteur du TGV-POS.
Dans la configuration de 11 voiture (6 bogies moteurs) de l’AGV, la puissance massique que peut délivrer ce moteur à une vitesse de 360km/h est de 22,6 kW/t soit environ 23% de plus que les autres trains à grande vitesse concurrents !
Ce léger moteur de l’AGV est composé :
- d’un stator (partie fixe) formé d’un empilement de tôle dans lequel est disposé un bobinage recevant un courant électrique depuis les caténaires (1500V courant continu)
- d’un rotor (partie rotative) formé d’un assemblage de tôle et d’aimants samarium-cobalt pour leur performance exceptionnelle dans le domaine de la force magnétique qui crée ainsi le champ magnétique cherchant constamment à s’aligner sur celui du stator. Le rotor associé aux aimants permanents n’a plus besoin d’alimentation par les caténaires.
Le champ magnétique du rotor tourne alors à la même vitesse que celui du stator, c’est pourquoi on qualifie ce moteur de synchrone à aimant permanent.
Fonctionnement du moteur & Aimants samarium cobalt
L’IGBT (insulated gate bipolar transistor) fait partie de la famille des transistor.
Le transistor est le composant électronique actif fondamental en électronique utilisé principalement comme interrupteur commandé et pour l'amplification, mais aussi pour stabiliser une tension, moduler un signal ainsi que de nombreuses autres utilisations.
L’IGBT est un dispositif semi-conducteur, c'est-à-dire un composant possédant une conductivité intermédiaire entre les métaux et les isolants.
Par sa fonction semi-conducteur, l’IGBT permet de contrôler la quantité de courant électrique susceptible de le traverser ainsi que la direction que prend ce courant.
Il allie les avantages des technologies précédentes. En effet, il utilise la simplicité du transistor à effet de champ (MOSFET rapidité des commutations, énergie de commande faible). Ainsi le contrôle du courant électrique se fera par l’utilisation d’un champ électrique. Il utilise également les propriétés un transistor bipolaire afin de conserver des pertes par conductance faible ainsi qu’une capacité de tensions et courants élevés.
En ce qui concerne l’automotrice à grande vitesse, l’IGBT permet de convertir le courant continu délivré par les caténaires en courant alternatif.
Puisque le courant délivré par les caténaires est de forte tension (1500V pour les lignes françaises), le courant alternatif sera alors triphasé.
Le triphasé est un système de trois tensions sinusoïdales de même fréquence et généralement de même amplitude qui sont déphasées entre elles (de 120 ° ou 2p/3 radians dans le cas idéal).
« Le triphasé est plus intéressant dés qu'il s'agit de mettre en oeuvre de
forte puissance (distribution et production sont meilleures). La somme des 3 tensions
est nulle à tout instant ce qui est un plus dans le transport et le
rendement est amélioré. » P. TEBOUL (PRAG)
Courant alternatif triphasé
Dans un moteur synchrone, la commande de la vitesse du rotor se fait par la commande de la fréquence du courant au stator.
Grâce aux fonctions d’interrupteur, d’amplificateur et de modulateur, l’IGBT contrôle la fréquence du courant au stator et donc celle du rotor.
L’avantage que possède l’IGBT par rapport aux autres transistors est principalement sa taille par rapport aux performances qu’il déploie.
En conclusion, lors de la mise en marche de l’AGV, l’IGBT par ses capacités d’interrupteur, de modulateur et d’amplificateur va convertir le courant continu des caténaires en alternatif triphasé avec une certaine fréquence. Ce courant va atteindre le stator du moteur synchrone à aimant permanents qui va créer un champ magnétique d’une fréquence égale à celle délivré par le courant. Le rotor va par la même occasion se mettre en rotation, les aimants samarium cobalt vont permettre la création du champ magnétique dont la fréquence sera la même que celle du stator.
Ainsi l’AGV, sera en mesure d’avancer et grâce aux performances des aimants samarium cobalt sur l’énergie et à la masse du moteur et du train en lui-même, il sera capable de délivrer une puissance massique de 1kW/kg.
