Brevet FR2220914A1 — publié le 19741004

Il est bien connu de pourvoir les machines e- lectriques synchrones d'un enroulement de démarrage et d'amor tissement afin qu'elles puissent démarrer toutes seules en ré gime asynchrone0 Les barres de l'enroulement de démarrage et ',d'amortissement sont disposées dans les pièces polaires de la machine et réunies entre elles sur les faces frontales par des bagues en court-circuit. Un tel démarrage en asynchrone dune machine synchrone conduit à des échauffements considérables apparaissant brutalement dans la région superficielle des piè- ces polaires, du fait que lténergie cinétique des parties tour nantes de la machine à la vitesse de rotation nominale est em magasinée, en tant qu'énergie dissipée, dans la région super ficielle des pièces polaires pendant la montée en vitesse0 Si la machine est à piles feuilletés, avec un enroulement usuel de démarrage et d'amortissement, des températures élevées inad missibles peuvent apparaître dans la région de l'enroulement d'amortissement, qui mimez avec un refroidissement par eau, ne peuvent pas être abaissées de manière toujours satisfaisante. C'est pourquoi, dans certains cas, comme par exemple pour une machine electrique synchrone d'une centrale de pompage, on a construit des p8les massifs afin d'accroltre la capacité ther mique et de maintenir l'échauffement dans des limites accepta bleus, Mais l'emploi de pôles massifs présente un inconvénient, celui de pertes considérablement plus élevées à la surface des pièces polaires, entralnant un abaissement du rendement par rapport aux machines à pales feuilletés et enroulement d'amor tissement.En outre, l'exécution de pales massifs est plus cot- teuse que celle de pales feuilletés, L'objet recherché est donc la réalisation d'une machine synchrone telle, que-des pales feuilletés avec un en roulement de démarrage et d'amortissement puissent titre uti lisés, sans que pendant la montée en vitesse asynchrone, des températures inadmissiblement élevées n'apparaissent dans la région de l'enroulement d'amortissement. Pour satisfaire cet objet, dans une telle machine synchrone conforme â l'invention, chaque barre de l'enroulement de démarrage et d'amortissement porte un isolement et, au moins dtun côté, est reliée à la bague en court-circuit par l'intermédiaire d'une résistance supplémentaire.Les barres de l'enroulement de démarrage et d'amortissement ne sont donc pas reliées directement à la bague en court-circuit d'un cotés mais une résistance supplémentaire est intcrposee' avant la bague en court-circuit0 On obtient ainsi, qu'une fraction de la chaleur de démarrage n' appa- raisse pas dans la région superficielle des poles, mais sur ces résistances supplémentaires. Par un choix approprié des valeurs de résistance, la répartition de la chaleur engendrée au démarrage peut être influencée de la manière désirée, L'échauffement de l'enroulement de démarrage et d'amortissement dans la région des pièces polaires est donc abaissé .Enoutre, par la connexion des résistances supplémentaires, le couple de démarrage est accrus Ce qui signifie que la machine atteint plus rapidement le synchronisme. De plus, par une disposition convenable des résistances supplémentaires isolées dans des encoches d'un matériau ferromagnétique, on peut faireXvarier la dispersion de l'enroulement de démarrage et d'amortissement et accrobtre ainsi la réactance de démarrage, ce qui permet de diminuer le courant de démarrage, condition favorable pour le réseau. Par ailleurs, avec des formes différentos de manière appropriée des encoches recevant les résistances supplémentaires, on peut obtenir que les barres , qui se trouvent au bord ou au milieu des ples, relatives à l'enroulement de démarrage et d'amortissement, soient respectivement parcourues par un courant sensiblement égal. un arrangement relativement simple est obtenue en montant les résistances supplémentaires sur les faces frontales des pâles et en les constituant d'une plaque conductrice partagée en "doigts" par des fentes pratiquées d!un cotés qui sont respectivement reliés aux barres de l'enroulement de démarrage et d'amortissement et toutes les plaques sont reliées l'une à l'autre, dans la zone de leur fixation au support des palets, par des barrettes.Cette réalisation des résistances supplémentaires en plaques fendues disposées devant les faces frontales des p8les et qui, d'un côté, sont fixées au support des pales et dont les doigts sont respectivement reliés aux barres de l'enroulement de démarrage et d'amortissement, permet de monter simplement les résistances supplémentaires, ainsi que de modifier simplement les valeurs de résistance désirées. Comme perfectionnèment avantageux de 1' inven- tion, il est recommandé de monter les plaques a distance des faces frontales des pales et du support des pales, celles-ci ne portant pas d'isolement. De cette manière, les plaques résistantes fendues n'emptchent pas la pénétration de l'air de refroidissement destiné à refroidir les enroulements d'excitation de la machine synchrone. De plus, la chaleur qui s'y développe est facilement évacuée, car les plaques métalliques sont directement balayées par l'air frais, Dans la partie suivante, l'invention va être plus complètement expliquée à l'aide des figures 1 à 4. La figure 1 représente schématiquement une coupe radiale d'une machine électrique synchrone de type vertical ; la figure 2 montre une vue en plan d'une partie du rotor, Dans la figure 3, qui se rapporte à un autre exemple de réalisation, on a un rotor feuilleté d'une machine électrique synchrone représenté schématiquement et vu sur la face frontale et la figure 4 montre une partie de coupe longitudinale du rotor feuilleté, Dans les centrales de pompage électriques, ia machine électrique synchrone 1 associée à la pompe ou à la turbine ou bien à une tùrbine-pompe , doit être mise. en route - sous régime asynchrone0 Â cette fin, les pâles 4 disposés sur une jante fetillétée::2du rotor 3 de la machine sont pourvus d'ton enroulement de démarrage et d'amortissement avec des barres 6 dans des pièces polaires 5. Les barres 6 de l'enroulement de démarrage et d'amortissement sont réunies directement les unes aux autres par un bague en court-circuit 7 sur la face inférieure des pales 4. Par contre, sur la face frontale supérieure du rotor 3, les barres d'amortissement 6 sont conduites sur des résistances supplémentaires 8, qui reposent dans des encoches sur la surface latérale interne 9 du segment de tôle 2, et qui de leur côté sont réunies entre elles par la bague en court-circuit 10. Les barres individuelles 6 de l'en- roulement de démarrage et d'amortissement portent respectivement un isolement et de même les résistances supplémentaires 8 sont pourvues d'un isolement, tandis que les bagues en court-circuit 7 et 10 ne nécessitent aucun isolement.Par ces résistances 8 couplées en supplément dans l'enroulement de démarrage et d'amortissement, le couple do démarrage pour la montée en vitesse asynchrone de la machine synchrone 1 est accru; De plus, la chaleur de dissipation engendrée durant la montée en vitesse asynchrone ne se manifeste plus seulement dans la région des pièces polaires 5, mais est déplacée sur ces résistances 8 selon une composante déterminée par un choIx approprié des va leurs de résistance . Ainsi se réduit la chaleur de démarrage apparaissant dans les p8les.4, de sorte que ces piles 4 peuvent titre de modèle feuilleté sans que les températures limites ad- missibles ne soient dépasses durant la mise en vitesse asyn- chrone. Comme résistances supplémentaires 8, on choi sit avec avantage, des barres massives d'un matériau approprié, par exemple du fer et on l'entoure d'un isolant. Afin de sou lager ces résistances 8 des forces centrifuges predu tes par la rotation du rotor 3, celles-ci sont avantageusement disposées sur la surface latérale interne 9 du segment de tole 2, qui en raison de sa forme annulaire - absorbe simplement les contraintes centrifuges des résistances 8. Comme les résistances 8 y reposent dans des encoches,- la dispersion de l'enroulement de démarrage ou d'amortissement peut tre modifiée et de ce fait, la réactance de démarrage peut être accrue.Parallèlement, les courants fournis par le réseau pour le démarrage asynchrone peuvent être diminués. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, le rotor 11 d'une machine électrique syn chrone d'une centrale de pompage est de construction feuilletée les piles individuels 12 avec les enroulements diexcitation 13 sont donc supportés par wne-Jante reuilletde 14. Comme dans une centrale de pompage, la machine électrique synchrone associée à la pompe ou à la turbine ou bien à la turbine-pompe, doit entre lancée chaque fois très rapidement sous régime asynchrone, un 8nnoulement de démarrage ou d'amortissement est prévu, dont les barres 15 reposent dans les pièces polaires 16. Chaque bar re 15 comporte un isolement, de sorte qu'elle n'est pas reliée électriquement avec les pièces polaires 16.Le court-circuitage des barres individuelles 15 entre elles se fait sur au moins une face frontale du rotor 11 ou sur les deux après insertion d'une résistance supplémentaire. Les résistances supplémentaires se composent d'une plaque 17 d'un matériau conducteur, magnétique ou nonmagnétique approprié comme par exemple le cuivre, le bronze Ot le ferO Elles sont partagées en doigts 20 par des fentes 19 disposées d'un coté et partant de l'arête 18, tourné du côté des pièces polaires 16 de la plaque, les extrémités des doigts étant respectivement reliées aux barres 15 de l'enroulement de démarrage cu d'amortissement.La liaison entre les doigts 20 et les barres 15 peut se faire directement ou par l'intermédiaire d'une patte intercalée 21e Du coté, opposé à i'arete 18, de la plaque 17 qui n'est plus séparé par les fentes, les plaques 17 sont respectivement fixées sur le bord intérieur 22 la jante feuilleté r Des boulons 29 sont employées à cette fin. Comme les plaques 17 sont disposées à une certaine distance devant la face frontale des piles 12 et des enroulements d'excitation, ainsi que la jante feuilletée l'ensemble des plaques 17 n'a besoin d'aucun isolement.Une pièce d'écartement 24 en matériau isolant, est disposée entre le segment de tôle 14 et la base de départ des doigts 20 des plaques 17 pour ot- tenir l'écartement voulu, La largeur de la plaque 17 est plus grande dans la zone de fixation que dans la zone des doigts 20. L'avantage de l'écartement, c'est que les plaques 17 n'empechent pratiquement pas de passer l'air de refroidissement venant des faces frontales de la machine et soufflé axialement dans les intervalles polaires 25 pour l'évacuation de la chaleur engendrée dans les enroulements dlexcitation 15 et que de plus, elles sont elles-memes bien refroidies car cet air de refroidissement balaie directement les surfaces métalliques externes des plaques 17. Pour former les bagues en court-circuit, les plaques 17 sont réunies l'une à l'autre par des barrettes 26 dans la zone de leur fixation sur le segment de tôle 14. Ces barrettes 26 peuvent également eAtre de constitution souple. REVENDICÂTIONS 1. Machine électrique synchrone, en particulier de type vertical, à p8les feuilletés et avec un enroulement de démarrage et dtamortissement, dont les barres sur les deux faces frontales sont reliées entre elles par des bagues en court-circuit, caractérisée par le fait que chaque barre de l'enroulement de démarrage et d'amortissement porte un isolement et, au moins d'un côté, est reliée à la bague en court circuit par l'intermédiaire d'une résistance supplémentaire0 2e Machine électrique synchrone suivant la revendication 1, caractérisée par le tait-que les résistances supplémentaires isolées, sont disposées dans des encoches d'un matériau ferromagnétique. 3o Machine électrique synchrone suivant la revendication 2, carartérisée par le fait que les encoches pour les résistances cupplémentaires qui sont reliées aux barres se trouvant au bord des p81es, sont conformées différemment des encoches pour les résistances supplémentaires qui sont reliées aux barres se trouvant au milieu des pâles, 4. Machine électrique synchrone avec rotor à empilage de tôles suivant la revendication 1 ou 2, caractéri- sée par le fait que les résistances isolées supplémentaires sont disposées sur la surface latérale interne de la jante feuilletée. 5o Machine électrique synchrone suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que des barres massives d'un matériau approprié, sont utilisées comme résistances sup plémentaires. 6. Machine électrique synchrone suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la résistance supplémentaire est disposée devant la face frontale des p8les et est constituée par une plaque conductrice qui est par des fentes pratiquées d'un coté, partagée en doigts respectivement reliées aux barres de l'enroulement de démarrage et d'amortissement et que toutes les plaques sont reliées l'une à l'autre dans la zone de leur fixation au support des piles par des bar restes, 7o Machine électrique synchrone suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que les plaques sont disposées à distancie devant la face frontale des piles et du support et qu'elles ne comportent pas d'isolement. 8. Machine électrique synchrone avec rotor ê Jante feuilletée suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée par le fait que les plaques sont fixées au bord intérieur la Jante feuilletée