Brevet FR2195862A1 — publié le 19740308

L'invention concerne un enroulement à barres pour courant alternatif constitué par des conducteurs élémentaires isolés les uns des autres, transposés selon le procédé Roebel et connectés en faisceaux, en particulier pour les machines électriques de haute puissance, destiné à supprimer les tensions additionnelles et les pertes supplémentaires dues aux champs frontaux de fuite (champs perturbateurs radiaux et transversaux ou champs propres des tetes d'enroulement). Avec l'augmentation de la puissance des machines à courant alternatif, les pertes supplémentaires de la machine deviennent de plus en plus élevées. Les pertes supplémentaires causées- par les champs de dispersion dans la région des encoches de l'enroulement peuvent être reduites par la transposition des conducteurs élémentaires. Cette transposition des conducteurs élémentaires (selon le principe de Roebel ou analogue) se fait de manière que les champs de dispersion entourés par les diverses boucles de conducteurs élémentaires présentent au total une valeur nulle; ainsi, aucune tension provoquant des courants de circuit ou de boucle n'est induite. Dans la région des têtes d'enroulement, à savoir à l'extérieur du fer actif, des champs sont produits qui sont plus faibles que ceux dans le fer, mais qui, si l'on ne les compense pas, induisent, dans les têtes d'enroulement des conducteurs, des tensions produisant des courants de boucle. Dans le cas de machines de grande puissance, de tels courants de boucle et les pertes qui s'ensuivent sont assez élevés. Ces pertes sont de plusieurs centaines de kW il faut donc prendre des mesures pour les supprimer, non seulement du point de vue technique, mais également du point de vue économique. I1 est connu, par la demande de brevet allemand DAS 1 104 049, de réduire les pertes des champs frontaux par la transposition de 540" des conducteurs élémentaires dans le fer actif. Ainsi, on obtient une connexion en opposition des tensions induites par les champs perturbateurs radiaux et transversaux dans les deux têtes d'enroulement d'un conducteur. Tandis que ces tensions s'annulent dans une très grande mesure, les tensions induites par le champ propre du courant d'induit sont maintenues; celles-ci provoquent des pertes de courant de boucle. Si l'on veut supprimer également ces pertes, il faut également transposer les conducteurs élémentaires dans les têtes d'enroulement (voir par exemple la demande de brevet allemand DAS 1 076 251), ce qui coûte cher et est difficile à réaliser. Il est également connu par la demande de brevet allemand DAS 1 133 025 que les conducteurs élémentaires, transposés dans les encoches, le-plus souvent d'un angle de 360 , sont groupés en plusieurs faisceaux isolés les uns des autres et connectés aux faisceaux des conducteurs adjacents, obtenus de manière analogue, de sorte que les tensions induites dans les têtes d'enroulement s'annulent dans une très large mesure tout au long de la voie d'enroulement. Plus grand est le nombre de faisceaux groupant les conducteurs, et moins fortes sont les pertes de courants de boucle.La connexion des faisceaux, qui doit etre effectuée aux deux extrémités des conducteurs, est très coûteuse; de plus, il faut, lors de la fabrication, s'en tenir exactement au schéma de connexion, sinon les tensions des tetes d'enroulement ne se compensent pas. il est également connu, par la demande de brevet allemand DAS 1 137 128, de compenser les tensions induites par le champ frontal de fuite en répartissant les conducteurs élémentaires des barres Roebel, au moins pour une partie des points de raccordement, dans deux groupes isolés l'un de l'autre et accolés l'un à l'autre en direction tangentielle et én entrecroisant lesdits groupes, à au moins l'un de ces points, de manière qu'ils échangent leurs places. Cette disposition permet seulement de réduire les pertes supplémentaires dues à la composante radiale du champ frontal de fuite. L'invention se propose de réaliser un enroulement à barres pour courant alternatif, essentiellement plus simple et moins coûteux que ltenroulement décrit ci-dessus, dans lequel les tensions induites tant par le champ propre des tetes d'enroulement des conducteurs que par les champs perturbateurs radiaux et transversaux sont annulées ou réduites à des valeurs insignifiantes.Selon l'invention, ce résultat est atteint en supprimant-les tensions induites par l'un de ces champs frontaux de fuite du fait qu'on connecte électriquement les uns avec les autres, sur l'un des côtés frontaux de la machine, tous les conducteurs élémentaires de deux barres d'enroulement se suivant au point de vue électrique, tandis Que, sur l'autre cté-frontal de la machine, les conducteurs élémentaires de chaque barre d'enroulement sont assemblés en faisceaux isolés électriquement les uns des autres et les divers faisceaux d'une barre sont entrelacés avec les faisceaux de la barre qui leur fait suite électriquement, de manière que les tensions induites par le champ frontal considéré s'annulent dans les deux barres d'enroulement ainsi raccordées, et en supprimant les tensions produites par les champs frontaux de fuite restants, par la transposition, d'un angle approprié, des conducteurs élémentaires de chaque barre d'enroulement. Cet enroulement à barres est relativement facile à réaliser et est constitué de manière qu'un défaut éventuel de construction ne provoque des pertes de courant de boucle que dans deux barres. Etant donné que les champs frontaux de fuite - champs radiaux et transversaux ainsi que champs propres - induisent des tensions de sens différents dans les divers conducteurs élémentaires, la connexion des faisceaux doit etre choisie en fonction du champ à compenser. La suppression des tensions induites dans les têtes d'enroulement s'effectue toujours par l'intermédiaire de deux barres d'enroulement, à -savoir entre les extrémités de barre où les conducteurs élémentaires sont raccordés électriquement les uns aux autres sans aucune subdivision. il est avantageux de subdiviser les conducteurs élémentaires en 2n faisceaux avant de les connecter. On obtient un enroulement à barres pour courant alternatif selon l'invention, particulièrement avantageux, grâce à la transposition Roebel des conducteurs élémentaires dans les encoches d'un angle de 540 , qui assure la compensation de l'influence des champs radiaux et transversaux dans la région des têtes d'enroulement, et grâce à une connexion des faisceaux qui annule, ou, au moins, réduit fortement, l'influence du champ propre. L'invention va être explicitée ci-après à l'aide de plusieurs exemples schématiques d'un enroulement à barres en deux couches. Dans les figures la et lb, 1 à 4 désignent les quatre faisceaux, disposés radialement les uns au-dessus des autres, d'une barre supérieure qui sont réunis aux faisceaux 4' à 1', disposés radialement les uns au-dessus des autres, d'une barre inférieure qui lui fait électriquement suite, 1 et 1' formant le faisceau supérieur et 4 et 4' formant le faisceau inférieur respectivement d'une barre supérieure et d'une barre inférieure dans l'encoche. Les barres sont torsadées dans les encoches d'un angle de 5400, ce qui compense les champs perturbateurs radiaux et transversaux des têtes d'enroulement.Les deux possibilités de compensation du champ propre des têtes d'enroulement d'une barre sont indiquées dans les figures la et lb par une transposition en croix sur le côté frontal II de la machine. A l'autre extrémité de la barre d'enroulement (côté frontal I de la machine), les conducteurs élémentaires isolés les uns des autres sont connectés à l'extrémité non-subdivisée de l'autre barre, sans être subdivisés en des faisceaux isolés les uns des autres, ce qui a été montré par un trait vertical dans les figures. Toutes les barres d'enroulement de la machine sont ainsi simplement connectées sur le côté frontal I de la machine et connectées en étant croisées sur le côté frontal II de la machine. Entre deux connexions se faisant suite sur le côté I, les tensions induites dans l'espace frontal par le champ propre s'additionnent et s'annulent. Si, par erreur, il y a faux couplage, les courants de boucle ne passent que dans une boucle, donc à travers seulement deux barres d'enroulement. La connexion en croix pour compenser le champ propre des têtes d'enroulement peut s'effectuer selon la figure la par le croisement de divers groupes de faisceaux, par exemple des deux groupes supérieurs 1 et 2 de la barre supérieure, et des deux groupes inférieurs 3' et 4'de la barre inférieure suivante, ainsi que des deux groupes inférieurs 3 et 4 de ladite barre supérieure et des deux groupes 'supérieurs 1' et 2' de ladite barre inférieure. De a fière analogue, on peut effectuer une connexion en croix, selon la figure lb, par le croisesent en parallèle des divers faisceaux pour obtenir la compensation du champ propre des têtes d'enroulement.Ainsi, le faisceau supérieur 1 de la barre supérieure est connecté au faisceau 2', deuxième à partir du haut, de la barre inférieure suivante ; le faisceau 2, deuxième à partir du haut, de la barre supérieure est connecté au faisceau supérieur 1' de ladite barre inférieure ; le faisceau 3', deuxième à partir du bas, de la barre supérieure est connecté au faisceau inférieur 4' de la barre inférieure, et le faisceau inférieur 4 de la barre supérieure est connecté au faisceau 3', deuxième à partir du bas, de la barre inférieure. On peut croiser un nombre quelconque de faisceaux, ce qui n'est pas à recommander pour des raisons économiques. On obtient également une réduction des tensions induites en répartissant les barres d'enroulement sur 2, 3 ou plus de 4 faisceaux. La somme de toutes ces tensions n'est cependant pas nulle dans toutes les boucles. La figure 2 montre le schéma de la suppression des courants de boucle dus aux champs perturbateurs transversaux dans les espaces frontaux. Indépendamment du nombre de faisceaux, on peut obtenir une compensation complète quand le champ transversal présente une force constante sur toute la hauteur de la barre. L'annulation des tensions induites dans les têtes d'enroulement par les champs perturbateurs transversaux s'effectue de préférence par le croisement symétrique des raccordements des faisceaux d'une barre supérieure et des raccordements des faisceaux de la barre inférieure suivante. Selon la figure 2, on connecte, sur le côté frontal II de la machine, le faisceau supérieur 1 de la barre supérieure au faisceau supérieur 1' de la barre inférieure et le faisceau 2, deuxième à partir du haut, de la barre supérieure au faisceau 2', deuxième à partir du haut, de la barre inférieur, etc. ; sur le côté frontal I de la machine, tous les conducteurs élémentaires des deux barres d'enroulement qui se font suite électriquement, sont connectés ensemble électriquement, ce qui est représenté par des traits verticaux. De manière analogue, la figure 3 montre un schéma relatif à la compensation du champ perturbateur radial. Dans ce cas, les faisceaux sont disposés dans l'encoche, non pas en profondeur, mais en largeur, les uns à-côté des autres. Par a et b ainsi que par a' et b' ont été désignés des faisceaux de barres supérieure et inférieure se suivant respectivement du côté gauche et du côté droit de l'encoche.Dans la figure 3, du côté frontal I de la machine les conducteurs élémentaires des barres d'enroulement, qui se succèdent électriquement, sont reliés les uns aux autres (comme le montrent les traits verticaux), tandis que du côté frontal II, le faisceau droit a de la barre supérieure est connecté au faisceau gauche b' de la barre inférieure électriquement suivante, et le faisceau gauche b de la barre supérieure est connecté au faisceau droit a' de ladite barre inférieure, pour assurer la compensation du champ perturbateur radial. En ce qui concerne les barres Roebel doubles, à savoir deux barres l'une à côté de l'autre dans une encoche, la compensation est également obtenue par le mode de couplage selon la figure 3. En pratique, les schémas selon les figures 1 à 3 peuvent, suivant les besoins, être combinés entre eux, ou également avec diverses transpositions Roebel des conducteurs élémentaires dans les encoches. La figure 4 montre schématiquement un exemple avantageux d'application de l'invention, dans lequel les tensions induites par les champs perturbateurs radiaux et transversaux sont annulées grâce à la transposition d'un angle de 540 , selon le procédé Roebel, des conducteurs élémentaires dans les encoches, et les tensions induites par le champ propre sont annulées par une connexion selon la figure la. Les références affectées d'un accent indiquent que les barres d'enroulement sont des barres inférieures dans une encoche. REVENDICATIONS 1/ Enroulement à barres pour courant alternatif constitué par des conducteurs individuels, isolés les uns des autres, transposés selon le procédé Roebel et connectés en faisceaux, en particulier, pour des machines électriques de grande puissance, destiné à supprimer les tensions additionnelles et les pertes supplémentaires dues aux champs frontaux de fuite (champs perturbateurs radiaux et transversaux ainsi que champs propres des têtes d'enroulement), et caractérisé en ce que l'on annule les tensions induites par l'un de ces champs frontaux de fuite du fait que sur l'un des côtés frontaux de la machine, tous les conducteurs élémentaires de deux barres d'enroulement se suivant au point de vue électrique sont électriquement connectés les uns aux autres, tandis que, sur l'autre côté frontal de la machine, les conducteurs élémentaires de chaque barre d'enroulement sont assemblés en faisceaux isolés électriquement les uns des autres, et les divers faisceaux d'une barre sont entralacés avec les faisceaux de la barre qui lui fait suite au point de vue électrique, de manière que les tensions induites par le champ frontal de fuite considéré s'annulent dans les deux barres d'enroulement ainsi raccordées, et en ce que les tensions produites par les champs frontaux de fuite restants sont supprimées par la transposition, d'un angle approprié, des conducteurs individuels de chaque barre d'enroulement. 2/ Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce -que les tensions induites par le champ propre des têtes d'enroulement sont annulées par une connexion appropriée des divers faisceaux, disposés radiaiement les uns audessus des autres, des barres d'enroulement électriquement adjacentes et en ce que les tensions dues aux champs perturbateurs radiaux et-transversaux sont annules en transposant, selon le procédé Roebel, les conducteurs élémentaires d'un angle de 540" par barre d'enroulement. 3/ Enroulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la connexion des divers faisceaux s'effectue en croix. 4/ Enroulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la connexion s'effectue par le croisement des divers groupes de faisceaux. 5/ Enroulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la transposition s'effectue par le croisement en parallèle des divers faisceaux. 6/ Enroulement selon la revendication I, caractérisé en ce que la connexion des divers faisceaux disposés radialement les uns au-dessus des autres, en vue de la compensation des tensions induites par le champ perturbateur transversal, s'effectue par un croisement symétrique des raccordements des faisceaux de deux barres dtenroulement. 7/ Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la connexion des divers faisceaux disposés, dans l'encoche, les uns à coté des autres dans le sens tangentiel de la machine, en vue de la compensation des tensions dues au champ perturbateur radial, s'effectue par le croisement des raccordements.