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Des convertisseurs pour le métro

Une nouvelle génération de véhicules équipés de convertisseurs compacts refroidis à l’air

Le transport urbain de Stuttgart est en plein essor. Pour développer ses capacités, le chemin de fer urbain met actuellement en service une nouvelle génération de véhicules Stadler dotés de convertisseurs compacts ABB refroidis à l’air.

Métro? Tramway? Ou une combinaison des deux? Stuttgart mise sur un entre-deux: le métro léger. Pour ce faire, le chemin de fer à voie étroite du tramway a subi des années de travaux jusqu’en 2007: remplacement des voies étroites par des voies normales, mise en souterrain dans la zone du centre-ville et installation de tracés spécifiques indépendants du trafic routier. Les voitures bidirectionnelles utilisées n’ont pas de boucle de retour et possèdent des portes des deux côtés. Les arrêts se font sur des quais surélevés, ce qui permet un accès au niveau du sol alors que le plancher de la zone voyageurs se trouve un mètre au-dessus du niveau des rails.

Le centre de Stuttgart se trouve dans la vallée du Neckar. La zone d’habitation de la capitale du Bade-Wurtemberg s’est agrandie au fil du temps jusqu’aux collines voisines. De nombreuses sections du chemin de fer urbain doivent donc aujourd’hui franchir de longues pentes. «Je compare parfois notre réseau ferroviaire à la ligne de la Bernina», a déclaré Thomas Moser, directeur de la division Véhicules ferroviaires chez Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB), avec un sourire.

La côte maximale de 85 pour mille de la ligne SBB U 15 est un vrai record pour un chemin de fer à adhérence. Pour comparaison, la section la plus escarpée de la Bernina présente une côte de 70 pour mille. Le tramway de Zurich ne dépasse pas plus de 77 pour mille, tandis que l’Uetlibergbahn ne dépasse pas 79 pour mille. «Les longues côtes de Stuttgart doivent pouvoir être franchies à 60 km/h, même lorsque les véhicules sont pleins», précise Moser. Les véhicules du métro léger se doivent donc d’être performants.

Une motorisation plus puissante

SSB a lancé un appel d’offres en 2009 pour 20 nouveaux véhicules ferroviaires. Le marché a été remporté par Stadler Pankow, filiale du groupe suisse Stadler, avec un modèle de la famille Tango entièrement adapté aux exigences de Stuttgart. Comme pour les générations précédentes d’autres fabricants, il s’agit d’un véhicule doté de 8 axes d’entraînement commandés individuellement, de type S-DT 8.12 (automotrice à deux étages de type Stuttgart à 8 axes, 12e série).

La motorisation du S-DT 8.12 est encore plus puissante que sur ses prédécesseurs. Chacun des 8 axes de l’automotrice à deux étages est équipé d’un moteur de 130 kW. La puissance totale dépasse 1 MW. Ces moteurs sont alimentés en électricité par des convertisseurs de traction qui captent la tension continue de 750 V de la caténaire et la transforment en courant alternatif à fréquence variable pour l’entraînement. Dans sa liste d’exigences, SSB avait spécifié un refroidissement à l’air pour les convertisseurs.

«Notre convertisseur compact Bordline CC400 est utilisé dans plusieurs réseaux de métro léger et de tramway, par ex. à Bâle, Genève, Bochum ou Munich», explique Bernhard Eng, chef de projet Convertisseurs de traction chez ABB Turgi, où sont produits ces convertisseurs. «Jusqu’à présent, nous ne le proposions cependant qu’avec un refroidissement à l’eau.» La demande de Stadler et le profil d’exigences du client final nous ont décidés à accélérer le développement d’un convertisseur compact refroidi à l’air qui était en projet depuis un certain temps déjà. Stefan Wicki et son équipe de Turgi se sont donc mis au travail. Ils ont développé un système équipé d’un ventilateur à vitesse réglable pouvant être ajusté en fonction des besoins, qui ne refroidit le convertisseur à débit optimisé que dans la mesure du nécessaire. Une solution efficace et silencieuse.

«Indépendamment du refroidissement, nous étions d’abord sceptiques à l’idée de monter un convertisseur compact», se souvient Sebastian Lucke, chef de projet pour le S-DT 8.12 chez SSB. «Dans nos modèles existants, les convertisseurs de traction, les convertisseurs de réseau de bord et les chargeurs de batterie étaient conçus comme des systèmes autonomes, ce qui nous donnait de bons résultats sur le plan de la maintenance. Il est difficile d’abandonner une configuration qui a fait ses preuves.» Ce qui nous a convaincu? Le fait que ces dernières années, SSB ait équipé ses 114 véhicules de transport urbain de première génération avec des convertisseurs modernes Bordline M45 d’ABB.

Collaboration avec le client final

Le Bordline CC400 réunit dans un même coffrage deux onduleurs pour les deux moteurs de traction, un convertisseur pour le réseau de bord d’une tension alternative de 400 V et un chargeur de batterie d’une tension continue de 24 V. «Pouvoir ensuite compter sur une étroite collaboration avec l’équipe ABB de Stefan Wicki à Turgi, à la fois efficace et basée sur la confiance, était très important», précise M. Lucke. «En tant que client final, il est primordial d’avoir une maintenance des plus simples. Notre expérience en matière de maintenance a d’ailleurs été intégrée à la conception au cours d’échanges ouverts et francs.»

Le S-DT 8.12 équipé des quatre Bordline CC400 par véhicule a passé les essais avec succès. Le refroidissement à l’air des convertisseurs montés sous le plancher a produit de bons résultats. L’encrassement reste minime grâce à ce refroidissement optimisé et la disponibilité est grande. Le nouveau métro léger a donc pu prendre son service de voyageurs régulier en septembre 2013. Le onzième S-DT 8.12 a été mis en service début février 2014, tandis que les neuf restants le seront d’ici l’été 2014.

Entre-temps, SSB a commandé à Stadler Pankow 20 autres S-DT 8.12 avec la même configuration pour un montant d’env. 80 millions d’Euros. «Cela montre combien nous sommes satisfaits de ce modèle qui répond aux exigences très strictes du réseau SBB», souligne Thomas Moser. Les nouveaux véhicules devraient venir agrandir les capacités du métro léger de Stuttgart à partir de l’été 2016.

SSB AG

SSB AG est l’une des plus grandes entreprises de transport urbain d’Allemagne. Chaque jour ouvré, près de 600 000 personnes empruntent une ou plusieurs des 70 lignes SBB sur lesquelles circulent environ 500 bus et véhicules ferroviaires. L’ancien tramway est aujourd’hui devenu un métro léger avec des lignes le plus souvent spécifiques et parfois même souterraines.

Informations: www.ssb-ag.de

BORDLINE CC400

Le BORDLINE CC400 est un convertisseur compact qui réunit des convertisseurs d’entraînement et des convertisseurs de réseau de bord. Il a été conçu pour un large éventail de métros légers et de tramways pour une tension réseau de 600 V ou 750 V CC. Ce convertisseur est également utilisé par Stadler dans ses prototypes de métro pour la société Berliner Verkehrsbetriebe. À l’origine conçu avec un refroidissement à l’eau, une variante du BORDLINE CC400 avec un refroidissement à l’air a été réalisée pour SSB.