Modélisation nodale d’un transformateurs de traction électriques ferroviaire

Les transformateurs de traction électriques utilisés pour l’alimentation des trains sont soumis à des appels de charges importants et non réguliers (pic de courant au passage du train). Localisés le long des voies, ils induisent des contraintes en termes de sollicitations électriques et donc de fréquence d’utilisation. Cela se traduit par un échauffement par effet Joule induisant un vieillissement accéléré et un risque potentiel d’incendie.

Cette étude porte sur la modélisation thermique des transformateurs immergés dans de l’huile naturelle, avec pour objectif un dimensionnement optimal en termes de longévité et de coût. Due à la complexité de leur géométrie et la présence d’huile, le comportement électrothermique peut être appréhendé via des méthodes numériques de type CFD. Cependant, cela nécessite d’importantes ressources de calcul et demande un travail conséquent à chaque changement de géométrie. Nous avons donc opté pour la méthode nodale. Elle est basée sur les circuits équivalents et permet une résolution de l’équation de la chaleur via une analogie électrique.

Ainsi, le transformateur est découpé en plusieurs régions (suivant leurs caractéristiques physiques), pouvant être soumis à plusieurs conditions de transfert thermique. Nous pouvons spécifier les sources et les conditions limites pour chaque région indépendamment du régime (transitoire ou permanent). Ces régions sont interconnectées via des résistances thermiques de contact, ce qui permet de simuler n’importe quelle géométrie 2D. Nous utilisons une méthode implicite inconditionnellement stable avec un maillage quadrilatère linéaire non structuré, cohérent et adaptatif.

Dans un premier temps, le modèle est validé par comparaison avec une solution analytique pour une géométrie simple. Ensuite, un benchmarking de notre outil de simulation est réalisé sur des géométries plus complexes, en régime transitoire et permanent. Enfin des premiers résultats sur un transformateur seront présentés.

Article

PDF : download