L’équipement moteur des locomotives électriques type 123 de la S.N.C.B.

L’industrie belge livre actuellement à la SNCB les premières locomotives type 123 destinées en principe à la ligne Bruxelles-Arlon. 83 unités de ce type sont en commande ; comme nous le verrons plus loin, elles sont semblables à beaucoup d’égards aux 55 locomotives type 122 de 2700 CV en service depuis plus d’un an sur la ligne Bruxelles-Ostende.

Répondant intégralement au programme de banalisation de la SNCB, ces dernières assurent indifféremment les trafics marchandises et voyageurs. Elles sont caractérisées surtout par une conception d’avant-garde, réalisant à la fois la construction la plus rationnelle et la commande la plus simple. En effet, leur équipement électrique comprend certaines innovations telles que le câblage préfabriqué en atelier sur un faux plancher installé ensuite complètement monté sur le châssis, et le bloc de commande automatique et de réglage des moteurs de traction. Ce bloc, encore appelé « bloc JH » comporte deux arbres à cames entraînés par servomoteur et réalisant automatiquement les couplages successifs des moteurs, l’élimination des résistances de démarrage et le shuntage des inducteurs.

Ce bloc posé tout câblé comprend aussi les résistances de démarrage avec leur ventilation forcée grâce à laquelle elles peuvent rester indéfiniment en circuit sans risquer de subir un échauffement exagéré.

Voici quelques unes des principales caractéristiques des locomotives type 122 :

• Type Bo-Bo - Poids : 80 1/2 Tonnes.
• 4 moteurs ACEC 729 ou SEM 508 à ventilation forcée et suspendus par le nez - Puissance globale : 2700 CV.
• Shuntage des inducteurs : 72 à 73 %.
• Vitesse maximum : 125 km/h (10 crans de vitesses économiques). Résistances soufflées commandées par contacteurs à cames entraînés par servo-moteurs.
• Effort de démarrage modérable progressivement par manette spéciale.
• Dispositif d’antipatinage applicable au démarrage et diminuant légèrement le couple des essieux avant au profit des essieux arrière.

Quant aux locomotives type 123, elles sont de même construction que les précédentes dont elles ne diffèrent que par leur lestage à 92 Tonnes et par leur équipement de freinage par récupération.

L’électrification de la ligne d’Arlon, ligne particulièrement accidentée, devait poser la question du freinage par récupération. En effet, le freinage mécanique des lourds convois de marchandises et de minerais sur des descentes à fort gradient se poursuivant sur près de trente kilomètres, provoque une consommation importante de sabots de freins en fonte et une usure non négligeable des roues de wagons et de locomotives. De plus, la vitesse moyenne en descente se trouve réduite dans ce cas, du fait de la nécessité d’interrompre le freinage à intervalles réguliers, pour rétablir dans les réservoirs auxiliaires la pression d’air qui baisse normalement en cours de freinage.

Par contre, le freinage par récupération de courant permet d’absorber sans limitation de durée, les grandes quantités d’énergie cinétique disponibles aux essieux et de les utiliser non pour échauffer en pure perte des sabots de freins ou encore des résistances, comme dans le freinage rhéostatique, mais pour les renvoyer sous forme d’énergie électrique à la caténaire où elles servent à alimenter les moteurs d’autres locomotives.

Comment réalise-t-on le freinage par récupération ?

Son principe est simple ; théoriquement, le moteur à couplage série utilisé en traction peut travailler en génératrice lorsque le rotor est entraîné par une force extérieure, mais son fonctionnement est instable.

La formule idéale au point de vue de la régularité des efforts consisterait à prévoir sur les moteurs des enroulements supplémentaires à excitation indépendante donc facilement réglable, mais ces derniers introduiraient dans la construction des moteurs une complication et un point faible susceptibles de nuire à leur qualité primordiale : la robustesse.

En réalité, on tourne la difficulté en groupant séparément les induits des moteurs d’une part, leurs inducteurs série de l’autre, et en alimentant ces derniers par une source de courant à intensité réglable.

Mais comment assurer la stabilité du couple de freinage en dépit des variations de tension à la caténaire et de la vitesse de la locomotive ?

En courant continu, plusieurs systèmes existent, mais aucun n’est parfait, car ou bien leur schéma est simple et leur régulation n’est que relative, ou bien ils permettent d’atteindre une grande régularité de fonctionnement mais leur installation requiert la mise en œuvre de schémas compliqués et d’appareillages délicats et susceptibles d’apporter, en cas de panne, des perturbations importantes.

La meilleure formule semble être encore actuellement celle du compromis donnant la primauté à la robustesse des appareillages.

Cette condition serait réalisée idéalement avec un système de récupération de freinage pouvant s’adapter à du matériel de traction déjà éprouvé, sans exiger d’autres modifications de construction que celles de quelques câblages et l’ajoute de quelques appareillages robustes.

Nous verrons, plus loin, que la nouvelle locomotive type 123 n’est en fait qu’une adaptation du type 122 dont les organes moteurs demeurent inchangés.

 Les systèmes de freinage par récupération.

Il existe, avons-nous vu, de nombreux systèmes de freinage par récupération. Tous ont été conçus en vue d’obtenir un effort de freinage soit sensiblement constant, soit facilement modérable.

Parmi les systèmes à effort constant, on trouve le système Jeumont-Lejeune, assez compliqué puisqu’il comporte, outre une excitation séparée supplémentaire sur les moteurs de traction, une excitatrice principale à 3 enroulements d’excitation et une excitatrice secondaire entraînée, à vitesse variable, par un des essieux de la locomotive.

En principe, ce système fournit un effort de freinage constant et indépendant de la vitesse, pour autant que la tension de la caténaire reste constante.

D’autres systèmes encore alimentent les inducteurs des moteurs au moyen d’une génératrice séparée dont l’excitation est branchée sur une fraction de la tension de ligne. Ce résultat peut être obtenu avec divers schémas et notamment en connectant cet enroulement en série avec l’induit du moteur du groupe d’excitation.

Dans certains cas, tandis que seulement une partie des induits connectés en série débitent en récupération sur la ligne, tous leurs inducteurs en série sont alimentés par l’autre fraction des induits. L’excitation de ces derniers est réglée par un shuntage variable des inducteurs.

 La locomotive type 123.

Sur la locomotive type 123, le freinage par récupération est à excitation variable, réglée par le conducteur : au moment du freinage, les induits des quatre moteurs sont couplés soit en série, soit en série-parallèle ; leurs quatre inducteurs connectés en série sont alimentés par une génératrice possédant deux enroulements d’excitation et entraînée par un moteur spécial. Un de ces enroulements, à effet anticompound, est parcouru par le courant récupéré ; l’autre est à excitation indépendante réglée par le conducteur au moyen de la manette à boule.

Nous verrons plus loin comment et par quelles séquences de couplages successifs, les contacteurs à cames JH1 et JH2 réalisent le programme exigé par le freinage à récupération.

Avec ce système, on obtient un réglage relativement souple, contrôlé sans cesse par le conducteur et dont les à-coups dus aux variations de la tension en ligne sont compensés partiellement par l’anticompoundage de la génératrice auxiliaire au moyen du courant principal.

Nous disons partiellement, car le conducteur doit intervenir pour maintenir, malgré ces variations, un courant de freinage constant au même titre qu’il le fait lorsque le train aborde des courbes ou lorsque la pente varie.

Les complications introduites par ce système dans le schéma classique sans freinage sont relativement peu importantes puisque, d’une part, la construction et le câblage des moteurs restent inchangés et que, d’autre part, l’appareillage supplémentaire se résume à un groupe tournant d’excitation, à quelques contacteurs supplémentaires sur les deux groupes JH, et à la modification subséquente des connexions de ces derniers.

La condition de robustesse est donc intégralement réalisée ; il en est de même de celle de la standardisation et de l’interchangeabilité des moteurs avec ceux des locomotives du type existant (type 122).

 Le schéma de puissance des locomotives type 123.

Comme nous l’avons vu, les locomotives type 123 de la SNCB sont semblables à celles du type 122 et elles n’en diffèrent que par la présence d’appareillages supplémentaires rendus nécessaires par l’équipement de freinage par récupération.

Comme les locomotives type 122, ce sont des machines de type B-B, lestées à 92 T. (donc un peu plus lourdes) et équipées de 4 moteurs type ACEC 729, suspendus par le nez. Nous insistons sur le fait que ces moteurs n’ont subi aucune modification.

Citons, parmi les changements apportés à l’appareillage, ceux du contacteur à cames JH2 équipé de 25 crans et 19 contacteurs au lieu de 19 crans et 11 contacteurs ; ce développement du JH2 de la locomotive 123 par rapport à celui de la 122, résulte de l’introduction des schémas de récupération parmi les couplages qu’il réalise..

Voyons maintenant quelle est la succession des opérations effectuées par le conducteur pour passer de la traction à la récupération.

Un volant et deux manettes sont à sa disposition :

1. Le volant donnant le choix du couplage en traction et pouvant, en-deçà du zéro, occuper deux positions :
   • récupération dans le couplage série ;
   • récupération dans le couplage parallèle
2. La manette à boule qui règle :
   • soit l’effort de traction ;
   • soit l’effort de freinage en modifiant l’excitation séparée de l’excitatrice.
3. Une manette d’inversion qui, en position zéro, verrouille le volant et la manette à boule.

Pour effectuer une manœuvre de récupération, le conducteur tourne le volant jusqu’à la position donnant le couplage de récupération adopté suivant l’allure du convoi, soit série, soit série-parallèle (la lampe-témoin de récupération s’allume).

A partir de ce moment, les changements de couplages sont opérés par les JH1 et JH2 combinés. Ils comportent :

• d’abord le shuntage des inducteurs des moteurs par les contacteurs (31) - (31’) - et (35) - (35’) - Fig. 1 ;
• l’ouverture des contacteurs de ligne CL 1 à CL 4 isolant ainsi tout le circuit principal de la ligne ;
• la mise en circuits distincts des inducteurs en série - et des induits des moteurs par l’ouverture des contacteurs (21) (22) et (23) et fermeture des contacteurs (24) (25) - (25’) (26) - (26’) et (27).

Ensuite, le JH1 se porte sur les positions récupération série ou parallèle et le JH2 établit le couplage « récupération », libère les inducteurs de leur shunt et enclenche le contacteur d’excitation de l’excitatrice.

Cette opération faite, la lampe-témoin « récupération » s’éteint, signalant que tout est préparé pour l’accrochage sur la ligne.

Le conducteur intervient alors pour régler la tension aux bornes des induits des moteurs jusqu’à ce qu’elle soit au moins égale à celle de la ligne. Ce réglage se fait au moyen de la manette à boule qui agit sur le rhéostat de l’excitation indépendante de l’excitatrice.

Dès la tension de ligne atteinte, les contacteurs de ligne CL1 à CL4 s’enclenchent automatiquement, connectent les induits des moteurs à la ligne et le JH1 élimine progressivement les résistances de démarrage sauf une, maintenue comme résistance tampon.

Le conducteur règle d’après l’ampèremètre l’effort de récupération en opérant sur la manette à boule qui agit elle-même sur l’excitation de l’excitatrice et par conséquent sur la tension des induits de moteurs fonctionnant en génératrices.

Pour supprimer le couplage « récupération », il suffit de ramener la manette principale au zéro, ce qui a pour premier effet de déclencher des contacteurs de ligne ; toute autre manœuvre est d’ailleurs rendue impossible par des verrouillages. La fin de manœuvre est annoncée par l’allumage d’une lampe-témoin.

Pendant le freinage par récupération, les freins mécaniques (modérable et automatique) sont isolés sur la locomotive mais le frein automatique agit encore sur la rame.

En cours de freinage par récupération, s’il se produit un raté, le freinage mécanique devient immédiatement opérant sur la locomotive et la conduite automatique se vide par un sifflet avertisseur établissement progressivement le freinage d’urgence.

Pour franchir le palier d’une gare entre deux marches en récupération, le conducteur dispose d’un bouton-poussoir supplémentaire permettant la marche non freinée, par retour à zéro du volant de commande, sans couper cependant les circuits établis pour la récupération.

Les opérations effectuées lors de la mise en freinage par récupération peuvent donc se résumer comme suit :

1. Réalisation du schéma de récupération, les circuits étant déconnectés de la ligne.
2. A l’extinction de la lampe-témoin, le conducteur règle la tension des moteurs jusqu’à égalisation avec celle de la ligne.
3. L’égalisation obtenue, enclenchement automatique des moteurs sur la ligne avec élimination des résistances de démarrage jusqu’au niveau de la résistance tampon.
4. Réglage permanent du couple de freinage par le conducteur.

 Appareillages de sécurité.

Comme la locomotive type 122 dont elle dérive, la « 123 » est équipée de divers relais protégeant son circuit de traction et notamment de relais de surcharge des moteurs, de surtension, de relais différentiels et de décel de patinage.

En cas de fonctionnement de ce denier, le conducteur dispose d’une manette à trois positions, lui donnant la faculté de réaliser à son gré :

1. un léger freinage d’antipatinage, et lors du démarrage :
2. le sablage des essieux, avant ;
3. la marche en antipatinage, proportionnant l’effort aux jantes à leur charge, par shuntage des moteurs des essieux déchargés.

Rappelons que le conducteur peut aussi, à son gré, effectuer un démarrage cran par cran en manœuvrant la manette à boule entre la position « stop » et la position suivante.