Brevet FR2012984A1 — publié le 19700327

i 2012984 L'invention concerne les enroulements, cl'induit pour des générateurs polyphasés de puissance importante et se propose plus particulièrement d'apporter des perfectionnements au brevet américain n° 3 201 627. Ce brevet, mentionné à titre de référence, 5 décrit un certain nombre de schémas de bobinage pour des enroulements d'induit triphalsés et qûadripolaires possédant trois circuits branchés en parallèle dans chaque phase. Les schémas représentés dans ce brevet, pour un noyau d'induit possédant 72 encoches, permettent d'obtenir un bon équilibre pour lés trois 10 circuits branchés en parallèle, à la fois du point de vue de l'amplitude de la tension et du point de vue de la quadrature (déphasage) entre un circuit donné et la phase. . Bien que les schémas de bobinage décrits dans ce brevet conviennent parfaitement du point de vue électrique, du 15 fait qu'ils ne font apparaître qu'un échauffemant supplémentaire négligeable provenant des courants de circulation entre les trois circuits branchés en parallèle, l'utilisation de ces schémas entraîne quelques complications mécaniques. Ceci est dû au fait que dans cas schémas un nombre important de connexions pôle à 20 pôle est nécessaire. Ces connexions pôle à pôle doivent être logées dans les espaces compris entre des bagues de connexion, ce qui risque d'augmenter la longueur du générateur. De plus, chaque point de connexion entre une barre d'induit et une bague de connexion ou une connexion pôle à pôle constitue un point où 25 l'encombrement mécanique est plus important, ce qui peut rapidement devenir intolérable s'il est nécessaire de réaliser de telles connexions sur tin nombre important de barres d'induit adjacentes. Aussi, dans les machines de puissance importante, telles les machines dans lesquelles on utilise ces schémas,,les enroulements 30 sont souvent refroidis par un liquide ce qui implique le branchement de tuyaux souples sur chaque bobine. Il est nécessaire de prévoir de la place.pour ces tuyaux souples aussi bien que pour les connexions pôle à pôle. Ceci peut aussi entraîner une augmentation de la longueur de la machine. Par conséquent, il est 35 souhaitable que l'agencement des connexions pôle à pôle et des bagues de connexion dans la région des têtes de bobine soit aussi simple que possible. Dans les schémas décrits dans le brevet précédemment mentionné, on utilisait neuf ou dix positions réparties suivant 40 l'axe pour les bagues de connexion, ce qui augmentait la longueur BAD ORIGINAL 6*?; 23846 2 2012984 hors t&iz'i, mi gëclfeeI«g assoles lès"côté© s© bobine --d©rt?oa des"circuits apparaxseaieas"sur trois des quatre pdlss daiis " chaque phase "'tandis que:Ieè' eôtês i® bobine' -éss' deux; a«£r@© *'circuits apparaissaient respectivement 5 ':sur deux -pôles; !Cét âgsiaeessêïit"nécessitait 'tin ndniiàuan de '14 points cH eonriessiosi par phase sur l'enroulement d* induit, "la barre d'induit étant reliée soit à une connexion pôle à pôle soit à uae bague d© connexion. L'expression "bague de connexiffia35 est «tilisëe ici pour désigner une des connexions électriques 10 entre les conducteurs d'induit et les plaques à bornes de le machine. Le total important de 42 points de connexion pour mie machine triphasés (42 - 14x3) augmente l'encombrement et pose des difficultés pour obtenir un support et des tolérances électriques appropriées ainsi qu'une accessibilité suffisante aux 15 points de connexion de 1'enroulement d* induit, et rend aussi difficile de loger les bagues de connexion et les connexions pôle à pôle en un agencement compact. Cependant, en dépit des problèmes mécaniques, l'équilibre électrique des schémas de bobinage particuliers décrits dans le brevet précédessaeat taention 20 né, ces schémas étant tous équivalents du point de vue électrique est excellent, ces circuits ne provoquant qu'un faible déséquilibre de quadrature et un faible déphasage entre les circuits. L'avantage primordial de la présente invention sur le brevet précédemment mentionné réside dans la simplification 25 des connexions au niveau des têtes de bobine. Cependant, l'équilibre électrique entre les circuits est tel que les courants de circulation soat aassi réduits légèrement pour la forme de réalisation particulickïr© décrite (c'est-à-dire pour la réactance, le pas de bobinage?, et les caractéristiques nominales choisis). 30" La présente invention se propose de réaliser un enroulement d'iaefait, triphasé et quadripolaire, perfectionné coasportant trois circuits branchés en parallèle dans chaque phase et dans lequel " les " côtés de bobiné'' dés circuits sont, disposés de façon & simplifier les connexions" "dans Ta région des 35 têtes de bobine. * ' "La présente invention se propose encore de réaliser un enroulement triphasé et quadripolaire pour un induit possédant 72 encoches, comportant trois circuits branchés en parallèle dans chaque phase et dans lequel il existe un nombre 40 minimal de circuits différents dans chaque enroulement de phase, BAD ORIGINAL 69 23846 3 2012984 cet enroulement ne provoquant pas de déséquilibre de quadrature entre un circuit donné et la phase. La présente invention sera mieux comprise par la description suivante d'une forme de réalisation particulière 5 donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une représentation schématique d'un enroulement d'induit d'une machine dynamoélectrique suivant la présente invention, l'enroulement conçu pour une machine quadri-10 polaire triphasée possédant 72 encoches, le pas de bobinage n'étant pas spécifié, comporte trois circuits branchés en parallèle dans chacune des phases et ce schéma ne présente qu'une seule phase de l'enroulement triphasé. La figure 2 est tin schéma représentant la disposition 15 des enroulements de phase dans l'enroulement d'induit et représente un diagramme vectoriel des composantes de tension de phase pour les trois circuits des trois phases. La présente invention fournit un schéma de bobinage pour une machine triphasée quadripolaire comportant trois cir-20 cuits en parallèle dans chaque phase et dans lequel les circuits sont disposés dans chaque enroulement de phase de façon que la moitié des enroulements de phase comportent des côtés de bobine n'appartenant qu'à un seul circuit (enroulements de phase à circuit simple) et que le reste des enroulements de phase contien-25 nent des côtés de bobine appartenant seulement à deux circuits (enroulements de phase à circuit double), ces côtés de bobine étant disposés symétriquement de façon à ne faire apparaître aucun déséquilibre de quadrature. La figure 1 est une vue développée d'un enroulement 30 d'induit fixe représentant la disposition de l'enroulement dans les encoches d'un noyau feuilleté (non représenté). Un élément de champ tournant représenté par les pôles désignés par N', S', N", S", induit des tensions dans les parties 10 de l'enroulement logé dans les encoches. 35 Dans la figure 1 on a représenté seulement une phase de l'enroulement ; ceux qui sont familiers avec cette technique comprendront que les autres phases A et B sont identiques mais décalées géométriquement de 120° dans le noyau du générateur. Bien que dans la figure 1 le pas de bobinage ne soit pas spécifié, 40 ceux qui sont familiers avec cette technique comprendront que BÂD original 69 23846 4 2012984 ces enroulements sont généralement disposés de façon que les côtés de bobine supérieurs, par exemple 11, recouvrent les côtés de bobine inférieurs, par exemple 12, dans l'enroulement à deux couches. S D'autre part, la figure 2 sert à représenter les trois phases aussi bien qu'à représenter l'enroulement particulier réalisé pour un noyau possédant 72 encoches. Dans la figure 1, les deux enroulements de phase positifs sont désignés par A*, A'" , tandis que les enroulements 10 positifs pour la phase A sont désignés par A", AMM . Les enroulements de phase regroupés par une accolade indiquent aussi les côtés de bobine de la couche supérieure qui recouvrent en réalité les côtés de bobine de la couche inférieure suivant le pas choisi. La phase A comporte trois circuits branchés en parai-15 lèle (comme les autres phases qui ne sont pas représentées dans la figure 1). Ces circuits sont désignés d'une façon arbitraire par 1, 2 et 3 bien que l'on puisse utiliser n'importe quelle désignation et on doit comprendre que les numéros peuvent être interchangés sans modifier le schéma électrique et que les 20 références utilisées pour désigner et différencier les circuits ne limitent pas l'étendue de l'invention. Le circuit 1 est représenté en pointillés, le circuit 2 est représenté en traits continus et le circuit 3 est représenté en traits mixtes. Les connexions pôle à pôle 13a, 13b 25 sont utilisées pour relier les éléments d'un infime circuit appartenant à deux enroulements de phase adjacents. Les connexions 14 servent à relier les circuits 1, 2 et 3 aux bornes de la machine. 11 est évident d'après la figure 1 que l'enroulement 30 de phase A' ne contient que des côtés de bobine appartenant au circuit 1, que l'enroulement de phase A" contient des côtés de bobine appartenant aux circuits 1 et 2, que l'enroulement de phase A"' contient des côtés de bobine appartenant aux circuits 2 et 3 et que l'enroulement de phase A"" contient des côtés de 35 bobine appartenant seulement au circuit 3. Far conséquent, deux des quatre enroulements ne contiennent que des côtés de bobine appartenant à un seul circuit. Ces enroulements de phase sont appelés enroulements à circuit simple. On remarquera aussi que pour les enroulements de 40 phase A" et A"* , contenant chacun des côtés de bobine appartenant 8AD ORIGINAL 69 23846 5 2012984 à deux circuits, le schéma est tel que les côtés ds bobine sont disposés symétriquement dans l'enroulement de phase, c'est-à-dire dans l'ordre 212212 et 232232. Ces enroulements de phase sont des enroulements à circuit double. Les côtés de 5 bobine du circuit 2 sont communs aux enroulements de phase A", A"* et sont disposés d'une façon identique c'est-à-dire 2-22-2 et 2-22-2. Cette répartition symétrique est réalisée en utilisant une seule connexion pôle à pôle 13a pour relier les cOtés 10 de bobine du circuit 2 qui sont disposés symétriquement comme représenté dans les encoches des deux enroulements de phase centraux. Ces enroulements de phase A' et A"" comportent seulement des côtés de bobine appartenant respectivement aux circuits 1 et 3. Les côtés de bobine supplémentaires appartenant aux cir-15 cuits 1 et 3 sont disposés dans les encoches restantes des enroulements de phase A11 et A'" et sont reliés aux enroulements de phase extrêmes A* et A"11 par l'intermédiaire de la connexion pôle à pôle 13b. On remarquera que dans cet agencement il existe 12 20 points de connexion pour chaque phase entre les barres d'induit et les bagues de connexion 14 ou les connexions pôle à pôle 13a et 13b. Les points de connexion sont représentés par des petits cercles. Pour les trois phases le nombre total de connexions est 36 (36 ** 12 x 3), ce qui représente une diminution de 14,3% par 25 rapport au nombre minimal, qui est de 42, de points de connexion nécessaires dans le brevet précédemment mentionné. De plus, la symétrie mécanique entre les enroulements de phase réduit la complexité mécanique. La disposition et la répartition des circuits 1, 2 30 et 3 dans les quatre enroulements de phase As, A", A'" , A"", pour ce qui est de leur fréquence d'apparition et leur position dans les encoches, sont résumées dans le tableau I mentionné ci-dessous. Le déphasage entre les encoches pour une machine possédant 72 encoches et 4 pôles est de 10°, de sorte que par rap-35 port à la ligne médiane des enroulements de phase l'encoche 1 est décalée de +25°, l'encoche 2 est décalée de +15°, etc comme représenté dans le tableau I. 0AD ORIGINAL 69 23846 6 2012984 Position g© l'encoche I 2 3 4 5 ê Angle électrique »(Ty £» Q *15° +5° -5° 0 m H 1 -25 Pôle Sc - ' 1 1 1 I 1 1 FÔlm 8S X, 1 2 2 I 2 Pôle If35 t 3 2 2 3 2 FÔla Sr* 3 3 3 3 3 3 Par conséquents le circuit 1 n'apparaît qu'une seule fois.daras la pr®sière position d'encoche (+25°), deux fois fe/is l€b la seconde position, d'encoche (+15°), une fois dans la troisième position d'eneoetie (+3°), une fois dans la quatrième position d'encoche (-5°)s deux fois dans la cinquième position d'encoche (-15*) et une fois dans la sixième position d'encoche (-25°). Le circuit 2 apparaît deux fois dans la première 15 position d'encoche, aucune fois dans la seconde position d'encoche, deux fois dans la troisième position d'encoche, deux fois dans la quatrième position d'encoche, aucune fois dans la cinquième position d'encoche et deux fois dans la sixième position d'encoche. 20 Le circuit 3 a la même disposition que le circuit 1 par rapport aux différentes positions d'encoche. Pour plus de coiamodité cette disposition est représentée dans le tableau II suivant. TABLEAU II 25 Position de l'eneoche 1 2 3 4 5 6 Circuit "1H X XX X X XX X Circuit "2n XX - XX XX XX Circuit "3" X XX X X XX X Il est évident pour ceux qui sont familiers avec 30 cette technique que l'agencement mécanique de l'enroulement peut être modifié sans altérer 1'équilibre électrique entre les circuits en interchangeant simplement les pôles N*, S*, N" ou S" dans un ordre souhaité et en tenant compte de la polarité magnétique comme cela a été fait. De telles modifications mécaniques 35 fournissant tin schéma de circuit général du type de celui qui est représenté dans le tableau II restent dans le cadre de la présente invention. Pour évaluer le déséquilibre entre les circuits BAD ORIGINAL 69 23846 7 2012984 branchés en parallèle dans une phase on utilise couramment les définitions suivantes. La tension unitaire d'un seul circuit parmi plusieurs branchés en parallèle dans une phase est le rapport entre la tension à vide de ce circuit et la tension nomi-5 nale de la phase, et sert à mesurer le déséquilibre d'amplitude de tension entre le circuit et la phase. De même, le déphasage entre la tension à vide apparaissant dans un circuit et la tension nominale de la phase est line mesure du déséquilibre de phase entre le circuit et la phase. 10 TABLEAU III Circuit 1 2 3 Amplitude de tension 1,0026 0,9949 1,0026 Déphasage de tension 0,0000 0,0000 0,0000 Comme indiqué dans le tableau III, les trois circuits 15 1, 2 et 3 branchés en parallèle sont très équilibrés. Il existe vin faible déséquilibre de tension et il n'existe pas de déphasage entre les circuits. Enfin, le schéma offre beaucoup de commodités pour les connexions et la disposition mécanique du fait de la répartition symétrique tout en ne provoquant qu'un échauf-20 fement supplémentaire négligeable par rapport à vin enroulement possédant un équilibre parfait. On comprendra que l'échauffement relatif dans l'enroulement d'induit dépend du pas de bobinage aussi bien que des autres facteurs de construction, par exemple du flux nominal par 25 pOle. Pour une forme de réalisation particulière 1'échauffement relatif dans le circuit qui est soumis à l'échauffement le plus fort est représenté dans le tableau IV suivant : TABLEAU IV Pas Echauffement relatif 30 12/18 1,016 13/18 1,047 14/18 1,008 15/18 1,035 16/18 1,094 35 17/18 1,018 Le tableau Iv cbu dressé à partir des mêmes données que celles qui sont utilisées dans le tableau comparable IV du brevet américain n°3 201 627 afin d'obtenir une comparaison ©AD OBIGINAL 69 23846 8 2012984 exacte et on peut s'apercevoir que I'échauffement relatif est un peu plus important. Cependant, dans les machines possédant une réactance plus importante et qui sont plus représentatives pour les puissances importantes, le schésa. suivant la présente inven-5 tion entraîne un échaufferont relatif plus faible, par exemple pour un générateur dans lequel le pas de bobinage est 15/18 1'échauffement relatif est 1,0113 suivant la présente invention alors qu'il est de 1,0119 dans le brevet mentionné ci-dessus. Par conséquent, la présente invention permet d'apporter des perfection-10 nements de ce point de vue. Ceux qui sont familiers avec cette technique remarqueront que dans la figure 2 on peut obtenir un diagramme de phase en faisant tourner respectivement les vecteurs des bobines des enroulements de phase A", A"' et A"" dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de 90°, 180° et 270° ; de 15 même on peut faire tourner respectivement les bobines des enroulements de phase B"", B' et B" de 90°, 180° et 270°, et les bobines des enroulements de phase C'" , C"" et C' de 90°, 180° et 270°. Le schéma de bobinage suivant la présente invention 20 apporte de légers perfectionnements par rapport au brevet américain n° 3 201 627 mais facilite en outre la construction d'un générateur du point de vue mécanique. Par exemple, tandis qu'il faut utiliser 42 fils de connexion et prévoir 9 ou 10 emplacements pour les connexions pôle à pôle et les bagues de connexion dans 25 le brevet précédemment mentionné, la présente invention nécessite seulement 36 fils de connexion et permet de loger les connexions pôle à pôle et les bagues de connexion suivant huit positions. D'après ce qui précède, il est évident que l'enroulement d'induit polyphasé décrit fournit vin schéma de circuit 30 symétrique qui ne présente pas de déséquilibre de phase et qui simplifie les connexions extrêmes du point de vue mécanique. BAD ORIGINAL 69 23846 9 2012984 R. KVBBDICATIOUS 1. Machine dynamoélectrique cearortasit m enroulement polyphasé quadripolaire caractérisée par le fait que chaque phase de cet enroulement est agencée suivant quatre enroulements de phase et comporte trois circuits branchés en parallèle, que 5 chaque circuit de chaque phase de l'enroulement comporte un nombre donné de bobines» possédant chacune de/ux côtés de bobine, branchées en série et que deux de ces enroulements contiennent chacun des côtés de bobine appartenant seulement à un seul circuit. 10 2. Machine suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les deux autres enroulements de phase sont constitués chacun par un circuit double, chacun «le ces enroulements de phase contenant des côtés de bobine apparteamt seulement à deux circuits, un circuit étant commm à ces deux enroulements de 15 phase à circuit double. 3. Machine suivent la revendication 2, caractérisée par le fait que les côtés de bobine du circuit commun sont disposés dans des positions d'encoche identiques dans chacun des deux enroulements de phase à circuit double. 20 4. Machine suivant la revendication 3, caractérisée par le fait qu'un premier enroulement de phase comporte seulement des bobines appartenant au premier circuit, qu'un second enroulement de phase comporte des bobines appartenait au premier et au second circuits, qu'un troisième enroulement de phase comporte 25 des bobines appartenant au second et au troisième circuits et qu'un quatrième enroulement de phase comporte seulement des bobines appartenant au troisième circuit. 5. Machine suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que l'enroulement est logé dans un noyau possédant 30 72 encoches, et que les côtés de bobine adjacents dans les différents enroulements de phase sont disposés dans l'ordre suivant : Enroulement de phase Ordre des circuits Premier 111111 35 Second 212212 Troisième 232232 Quatrième 333333 BAD ORIGINAL 69 23846 10 2012984 les réffe^aces Ij, 2 i -âisigsaaBt les circaits. BAD ORIGINAL