Brevet FR2384375A1 — publié le 19781013

La présente invention se rapporte au domaine de la construction des machines électriques, et en particulier, à des enroulements statoriques à deux couches pour machines électriques. la présente invention peut être appliquée avec le plus grand succès dans des turbo-alternateurs à noyau statorique lisse sans encoches, c'est-à-dire, ayant l'enroulement statorique placé dans l'entrefer. Dans la construction des machines électriques les enroulements statoriques à deux couches disposés dans les encoches du noyau de stator ont trouvé une application largement répandue dans le monde. Dans les zones d'extrémité, les barres d'enroulement sont courbées dans une direction tangentielle par rapport à l'axe du stator. Dans ce cas, l'angle de courbure des barres dans ces zones d'extrémité dépend de la distance entre les barres d'enroulement dans la zone des encoches, qui est déterminée à son tour par la valeur d'induction admissible des dents du fer actif dans la zone des dents de l'enroulement statorique. Les têtes de bobinage d'extrémité d'un tel enroulement ont une forme conique ou cylindrique et les barres dans les têtes de bobinage sont connectées en un circuit imbriqué ou ondulé. Normalement, l'enroulement statorique est reparti en groupes de bobines. Dans les enroulements aussi bien embriqués qu'ondulés, les barres sont connectées de telle façon que chacun des groupes de bobines comporte des groupes de barres placés dans des encoches adjacentes, c'est-à-dire que les barres placées, par exemple, dans une première, une deuxième et une troisième encoches appartiennent à un même groupe de bobines. Avec une telle connexion les barres sont placées en deux couches dans la zone des têtes de bobinage, tout comme dans la partie de l'enroulement disposée dans les encoches. Dans les enroulements à deux couches de type similaire, une partie importante de la longueur de l'enroulement dans la direction axiale s'étend en saillie pour former les têtes de bobinage d'extrémité. La longueur en-saillie des têtes d'extrémité de l'enroulement dépend de l'angle de courbure des barres dans les zones de têtes et dépend donc de la distance entre les barres voisines appartenant au même groupe de bobines. Plus grande est ladite distance et moins grande est la longueur en saillie des têtes de l'enroulement. Pour des turbo-alternateurs puissants, la longueur en saillie des têtes de bobinage d'extrémité d'un côté est pratiquement égale à environ 0,9 du diamètre de l'alésage du noyau statorique. L'augmentation de la puissance des alternateurs nécessite une augmentation de la longueur en saillie des têtes de bobinage ce qui entraine une complication de leur conception, et une augmentation des champs de dispersion et de l'inductance de l'enroulement. Dans le but de diminuer l'inductance de l'enroulement statorique et à cause d'une augmentation importante de l'induction dans les dents du fer actif, il s'avère utile d'utiliser, au lieu d'un noyau à dents, un noyau lisse, sans encoches, dans lequel l'enroulement est disposé dans l'entrefer entre le rotor et le stator. Dans ce cas, la distance entre les barres de l'enroulement est moins grande qu'entre les barres d'un enroulement disposé dans des encoches, et on peut alors assurer un meilleur remplissage de l'espace de la zone active statorique par l'enroulement. Dans un stator à noyau lisse, la distance entre les barres de l'enroulement est déterminée par des conditions de fixation mécanique des barres et par la valeur de la section droite des canaux de réfrigération du système de refroidissement. Cependant, avec la diminution de la distance entre les barres de l'enroulement, la longueur en saillie des têtes de bobinage augmente. L'invention vise à mettre au point un enroulement à deux couches pour stator de machine électrique ayant un noyau lisse, de telle façon que la longueur en saillie des têtes de bobinage soit diminuée et que le remplissage de l'espace de la zone active statorique par l'enroulement soit plus efficace par comparaison à un stator à noyau denté. L'invention a donc pour objet un enroulement à deux couches pour stator à noyau lisse de machine électrique, comportant des parties actives et des parties de tête et des barres inté :rieures.et extérieures disposées dans la zone active de l'enroulement en rangées paires et impaires, caractérisé en ce que les têtes de l'enroulement sont constituées par quatre couches annulaires, et dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre pair de pas des barres dans une rangée, les parties de tête d'enroulement des barres de rangée impaire sont placées en deux couches annulaires intérieures -par rapport à l'axe statorique, tandis que les parties de tête d'enroulement des barres de rangée paire sont situées dans les deux couches annulaires extérieures par rapport à l'axe de stator, et dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre impair de pas des barres dans la rangée, les parties de tête d'enroulement des barres extérieures de la partie active de l'enroulement sont placées en deux couches annulaires extérieures par rapport à l'axe statorique et les parties de tête d'enroulement des barres intérieures de la partie active de l'enroulement sont placées en deux couches annulaires intérieures par rapport à l'axe statorique. Un avantage de l'enroulement à deux couches selon l'invention consiste en ce que, grâce à l'agencement décrit des barres de l'enroulement, chacun des groupes de bobines composant l'enroulement est formé de groupes de barres qui ne sont pas voisines mais sont disposées dans chaque deuxième rangée. Il en résulte que la distance entre les barres les plus proches l'une de l'autre et appartenant à un même groupe de bobines, devient plus grande ce qui conduit à une diminution de l'angle de courbure des barres dans les zones de tête d'enroulement et, en conséquence, à une diminution de la longueur en saillie des têtes de bobines. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la Fig.1 représente schématiquement la disposition d'un enroulement à deux couches pour stator de machine électrique suivant l'invention, dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre pair de pas des barres dans une rangée;; la Fig.2 représente schématiquement la disposition d'un enroulement à deux couches pour stator de machine électrique suivant l'invention, dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre impair de pas des barres dans une rangée la Fig. 3 est un schéma électrique de connexion de l'enroulement à deux couches pour stator de machine électrique suivant l'invention, dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre pair de pas des barres dans une rangée; la Fig.4 est un schéma électrique de connexion de l'en- roulement à deux couches pour stator de machine électrique suivant l'invention, dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre impair de pas des barres dans une rangée;; la Fig.5 est une vue développée d'une tête de bobinage d'un enroulement à deux couches suivant l'invention, la Fig.6 est une vue développée d'une tête de bobinage d'un enroulement à deux couches de type connu. Les Six.1 et 2 représentent schématiquement un enroulement à deux couches pour stator de machine électrique suivant l'invention. L'enroulement comprend une partie active 1 disposée à l'intérieur d'un noyau statorique (non représenté), et des têtes de bobinage d'extrémité 2 qui se trouvent hors du noyau. La partie active 1 comporte des barres 3 d'une couche extérieure d'enroulement et des barres 4 d'une couche intérieure d'enroulement. Les parties de tête des barres 3 et 4 de l'enroulement sont disposées en quatre couches annulaires 5, 6, 7 et 8 dont les couches 5 et 6 sont les couches extérieures par rapport à 1'axe statorique 1 et les couches 7 et 8 sont les couches intérieures par rapport à l'axe statorique. La disposition des barres 3 et 4 de l'enroulement dans les têtes de bobinage d'extrémité 2 sera examinée plus en détail dans ce qui suit. Les Fig.3 et 4 représentent un mode de connexion électrique de l'enroulement à deux couches suivant l'invention, les barres de la couche extérieure (3 aux E'ig,l et 2) de la partie active de l'enroulement étant tracées par des lignes continues et les barres de la couche intérieure (4 aux Fiv.1 et 2) étant tracées par des lignes interrompues. L'enroulement à deux couches suivant l'invention est constitué de six groupes de bobines 101 - lC4; 201 - 2C4; 102 - 1C5; 2C2 - 2C5; 103 - 106 et 2C3 2G6 (Fig.3, 4). Les barres extérieures et intérieures de l'enroulement dans la partie active sont disposées suivant une circonférence sur la surface cylindrique intérieure du noyau statorique, en rangées de 1' à 36'. Les rangées des barres dont le numéro d'ordre est indiqué par un nombre impair sont appelées rangées impaires, par exemple des rangées 1', 3', 5', etc.Les rangées des barres dont le numéro d'ordre est indiqué par un nombre pair sont appelées rangées paires, par exemple des rangées 2', 4', 6' etc. Les mots "pair" et "impair" ne sont employés que dans un sens purement conventionnel pour la commodité de la description et pour expliquer d'une façon simple l'idée de l'invention. La distance entre les barres voisines constitue le pas des barres dans la rangée; par exemple, la distance entre les barres 1' + 2', 2' + 3', etc. La distance entre deux barres connectées électriquement constitue le pas d'enroulement. Ire pas d'enroulement est un multiple du pas des barres dans la rangée. Sur la Fig.3, un groupe de bobines 1C1 - 104 est composé des barres de rangée 1', 15', 3', 17', 5', 19', etc. Dans ce cas un pas d'enroulement, c'est-à-dire la distance, par exemple, entre les barres de la rangée 1' et des barres de la rangée 15', est égal à quatorze pas des barres dans la rangée, c'est-à-dire à un nombre pair de pas des barres d'une rangée. Les barres dans chaque groupe de bobines sont connectées l'une à l'autre en sautant une rangée, par exemple dans le groupe de bobines 101 - 1C4 une barre de la rangée 1' est connectée à une barre de la rangée 15', puis, à une barre de la rangée 3', en sautant la barre de la rangée 2', et ensuite à une barre de la rangée 17', puis, à une barre de la rangée 5', en sautant la barre de la rangée 4' et ainsi de suite.Les autres groupes de bobines 2C1 - 2C4, 1C2 1C5 etc. sont composés d'une manière similaire. Sur la Fig.3 on peut voir que les parties de tête de bobinage des barres sont disposées en quatre couches annulaires, les parties de tête de bobinage des barres de rangée impaire l', 3', 5' etc. de la partie active d'enroulement étant disposées en deux couches annulaires intérieures 7 et 8 (six.1) par rapport à l'axe statorique 1 et les parties de tête de bobinage des barres de rangée paire 2', 4', 6', etc. (Fig.3) étant disposées en deux couches annulaires extérieures 5 et 6 (Fig.I) par rapport à l'axe statorique 1. Dans l'enroulement à deux couches représenté sur la Fig. 4, les barres du groupe de bobines 1C1 - 1C4 sont connectées d'une rangée à une autre dans l'ordre suivant : l', 16', 3', 18', 5', 20', etc. Les autres groupes de bobines 201 - 2C4, 102 - 1C5 etc. sont composés d'une manière similaire. Les barres dans chaque groupe de bobines sont aussi connectées l'une à l'autre en sautant une rangée, de même que pour l'enroulement représenté à la Fig.3. Â la différence de l'enroulement représenté à la Fig.3, dans ce cas, un pas d'enroulement, c'est-à-dire la distance, par exemple, entre les rangées 1' et 16' est égal à quinze pas des barres dans la rangée, c'est-à-dire, à un nombre impair de pas des barres dans la rangée.Dans ce cas, comme on peut voir sur la Fig.4, les parties de tête de bobinage des barres sont aussi disposées en quatre couches annulaires, les parties de tête de bobinage des barres extérieures représentées sur le dessin par des lignes continues, étant placées en deux couches annulaires extérieures 5 et 6 (Fig.2) par rapport à 1' axe statorique 1, et les parties de tête de bobinage des barres intérieures représentées par des lignes interrompues à la Fig. 4, étant placées en deux couches intérieures 7 et 8 (Fig.2) par rapport à l'axe statorique 1. Sur la Fig.5, dans le but de donner une idée claire de l'avantage de l'invention, on a montré une vue développée des parties de tête de bobinage de l'enroulement suivant l'invention, tandis que la Fig.6 représente une vue développée des parties de tête de bobinage d'un enroulement de type connu réalisé avec la même utilisation de l'espace que l'enroulement suivant l'invention. Comme on peut le comprendre en comparant les Fig.5 et 6, la distance t1 entre les barres des parties de tête de bobinage d'un groupe de bobines dans l'enroulement réalisé selon l'invention, est deux fois plus grande que la distance correspondante t2 dans l'enroulement réalisé selon un schéma connu. Dans I'enrouiement suivant l'invention, l'angle de courbure I des barres à la sortie de la partie active est plus petit que l'angle de courbure 2 des barres de l'enroulement connu, ce qui conduit à une diminution de la longueur en saillie L1 des têtes de bobinage d'extrémité de l'enroulement suivant l'inven- tion par rapport à la longueur en saillie L2 des têtes de bobinage d'extrémité de l'enroulement de type connu. L'invention assure une diminution de 20 à 30% de la longueur en saillie des têtes de bobinage d'extrémité de l'enroulement. REVENDICATION Enroulement à deux couches pour stator de machine électrique à noyau lisse, comportant des parties actives des têtes de bobinage d'extrémité et des barres d'enroulement extérieures et intérieures dans la zone active de l'enroulement, disposées en rangées appelées impaires et paires, caractérisé en ce que les têtes de bobinage d'extrémité (2) de l'enroulement sont disposées en quatre couches annulaires (5 à 8), et dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre pair de pas des barres (3, 4) dans la rangée, les parties de têtes de bobinage (2) des barres de rangée impaire sont placées en deux couches annulaires intérieures (7, 8) par rapport à l'axe statorique et les parties de tête de bobinage (2) des barres (3, 4) de rangée paire sont placées en deux couches annulaires extérieures (5, 6) par rapport à ltaxe statorique, et dans le cas où le pas d'enroulement est égal à un nombre impair de pas des barres dans la rangée, les parties de tête de bobinage (2) des barres extérieures (3) de la zone active (1) de l'enroulement sont disposées en deux couches annulaires (5, 6) extérieures par rapport à l'axe statorique et les parties de tête de bobinage (2) des barres intérieures (4) de la partie active de l'enroulement sont placées en deux couches annulaires (7, 8), intérieures par rapport à l'axe statorique.