Brevet FR2445646A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne le domaine de la construction des machines électriques et, notamment, les enroulements à barres des stators de machines électriques à noyau lisse. L'invention est principalement applicable aux machines électriques à noyau lisse, de préférence, aux turbogénérateurs. A l'heure actuelle, le développement de la construction des machines électriques est orienté vers l'augmentation de la puissance des turbogénérateurs. Du fait de l'élévation de la puissance du générateur, la longueur de la portée des parties d'extrémité de ltenroulement du stator augmente, ce qui conduit à une complication de la construction de ltenroulement et à une augmentation des champs de dispersion et de la résistance inductive de l'enroulement. Dans les turbogénérateurs, la longueur de la portée des parties d'extrémité représente à peu près les 9/10me du diamètre de l'alésage du noyau du stator. Actuellement, les enroulements à barres de machines électriques à noyau lisse comportent une partie active et une partie d'extrémité. Les barres de cet enroulement sont disposées dans la one active suivant deux couches, le passage d'une couche à l'autre se faisant par pliage des parties d'extrémité des barres. Les parties d'extrémité sont d'une forme conique et cylindrique et reliées selon un schéma ondulé ou bouclé. Dans ces machines électriques, la zone active du stator est remplie de barres avec un bas taux de remplissage à cause des dimensions des barres, des distances admissibles entre les barres conformément au pas de l'enroulement, et d'une portée relaiivement grande des parties d'extrémité.En outre, la longueur de la portée des parties d'extrémité dépend de l'angle d'inclinaison par rapport à la direction axiale de la barre qui dépend lui-mme de la distance entre les barres voisines faisant partie d'un seul groupe de bobines. En outre, plus cette distance est grande, plus la longueur de la portée des parties d'extrémité est petite. On connait un enroulement à barres pour stator de machine électrique à noyau lisse comportant des barres couplées électriquement entre elles et disposées par couches concentriques, et où dans la zone active, lesdites barres sont parallèles les unes aux autres, tandis que dans les zones d'extrémité elles sont inclinées par rapport à la direction axiale, lesdites barres étant logées dans une monture en un matériau isolant fixés sur le noyau et disposée dans l'entrefer entre le stator et le rotor. Dans l'enroulement en question, les barres sont-disposées en deux couches dans une monture cylindrique. Les barres sont isolées l'une de l'autre et l'isolant est enrobé d'une enveloppe conductrice de courant à haute résistance électrique. Le couplage électrique des barres est assuré de manière classique Avec un tel enroulement, les barres sont disposées dans la zone active de telle sorte qu'on obtient un bas taux de remplissage de la zone active du stator. En outre, en cas d'augmentation de la puissance de la machine électrique, la portée des parties d'extrémité augmente. En conséquence, l'encombrement de la machine électrique croit et ses paramètres de construction se dégradent. L'invention vise à réaliser un enroulement à barres pour stator de machine électrique à noyau lisse dans lequel la disposition des barres et la réalisation de leurs parties d'extré mité permettent de remplir de barres la zone active du stator d'une manière plus dense, de réduire la portée des parties d'extrémité et de diminuer ainsi l'encombrement de la machine électrique. Ce but est atteint par le fait que, dans un enroulement à barres de machine électrique à noyau lisse comportant des barre. reliées électriquement entre elles et disposées en couches concefr triques, ces barres étant parallèles les unes aux autres dans la zone active du stator et inclinées par rapport à la direction axiale dans les zones d'extrémité et étant logées dans une monture en un matériau isolant fixée sur le noyau et disposée dans l'en- trefer entre le stator et le rotor, conformément à l'invention, les barres sont disposées dans les zones actives et frontales en trois couches et, dans la zone active, les barres de la couche intérieure sont disposées sous les barres de la couche moyenne à raison d'une barre de la couche intérieure toutes les deux barres de la couche moyenne et les barres de la couche extérieure sont placées au-dessus des barres de la couche moyenne sous lesquelles ne se trouvent pas de barres de la couche intérieure, le nombre total de barres des couches intérieure et extérieure étant égal au nombre de barres de la couche moyenne, les barres de la couche moyenne des zones d'extrémité étant inclinées d'un angle 90 -t 1 qui est approximativement deux fois plus petit que l'angle 90 - 2 dont sont inclinées les barres de deux autres couches dani les zones d'extrémité, et les barres successives de la couche moyenne étant reliées électriquement chacune en série avec la barre correspondante de la couche intérieure et de la couche extérieure alternativement. La forme de réalisation proposée de l'enroulement à barres assure une réduction de l'encombrement de la machine électrique qui en est équipée grâce au raccourcissement de la portée des parties d'extrémité de l'enroulement. En outre, le taux de remplissage en barres dans la zone active du stator est plus grand grâce à l'augmentation de la distance entre les barres voisines de la couche supérieure et de la couche inférieure faisant partie d'un seul groupe de bobines et grâce au fait que les parties d'extrémité des barres de la couche moyenne sont inclinées d'un angle plus petit que les barres des deux autres couches. L'invention est expliquée plus en détails ci-après au moyen d'un exemple concrêt de sa réalisation illustré par les dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un enroulement à barres suivant l'invention pour stator de machine électrique à noyau lisse la Fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la Fig. 1 la Fig. 3 est une vue développée d'une partie de l'enroulement à barres à trois couches suivant l'invention ; et la Fig. 4 est le schéma électrique de connexion de l'enroulement à barres suivant l'invention. En se reportant à la Fig. 1, ltenroulement pour stator de machine électrique à noyau lisse comporte des barres 1 reliées électriquement entre elles et dont les parties d'extrémité 2 sont inclinées par rapport à la direction axiale. Les barres I sont logées dans une monture 3 en matériau isolant. Dans l'exemple représenté, on utilise comme matériau isolant une matière plastique renforcée de fibres de verre. La monture 3 est fixée sur le noyau 4 dans l'entrefer 5 entre le stator 6 et le rotor 7. Selon l'exemple décrit ci-dessus, la monture 3 est réalisée d'une seule pièce. Dans cette monture sont pratiquées des rainures dans lesquelles sont placées les barres 1. Dans les sones-active 8 et frontales 9 de ltenroulement, les barres 1 sont disposées en trois couches concentriques 10, 11, 12 (Fig. 2). Dans la zone active 8, une barre sur deux de la couche moyenne 11 est disposée au-dessus d'une barre de la couche intérieure 12, tandis que les autres barres de la couche moyenne 11 sont disposées chacune au-dessous d'une barre de la couche extérieure 10. Le nombre de barres de la couche moyenne il est égal à la somme des barres des deux autres couches 10 et 12. En variante, la monture 3 peut être réalisée sous forme composite. Chaque couche 10, 11, 12 est séparée de la couche adjacente par un bandage 13 (Fig. 2) et des entretoises 14 en matériau isolant sont placées entre les barres I. Les parties d'extrémité 2 des barres 1 de la couche moyenne 11 sont inclinées d'un angle 90 -&alpha;1 (Fig. 3) qui est approximativement deux fois plus petit que l'angle 90 -&alpha;2 dont sont rabattues ou inclinées les parties d'extrémité 2 des barre de deux autres couches 10, 12. Les barres successives de la couche moyenne 11 sont reliées électriquement chacune en série, ave une barre correspondante de la couche intérieure et de la couche extérieure alternativement en formant un schéma de connexion en boucle. On se reportera maintenant à la Fig. 4 qui représente l schéma électrique de l'enroulement à trois couches suivant l'invention pour une machine électrique triphasée bipolaire, cet enroulement étant constitué par six groupes de bobines 1C1 - 1C4 2C1 - 2C4; 1C2 - 1C5 ; 2C2 - 2C5 ; 1C3 - 1C6 ; 2C3 - 2C6 Dans la zone active 8, les barres 1 (Fig. 1) de l'enroulement du stat 6 sont disposées dans l'entrefer 5 de la machine suivant la circonférence de la surface intérieure cylindrique du noyau 4 du stator 6 en rangées 1' à 24' (Fig. 4). Les rangées de barres 1 dont le numéro d'ordre est un chiffre ou nombre pair sont appelées ci-après rangées paires, les termes "pair" et "impair" étant utilisés par convention pour faciliter l'exposé. Dans chaque groupe de bobines, les barres 1 successives de la couche Il représentées en traits forts continu sont reliées alternativement aux barres 1 de la couche extérieur 10, représentées en traits interrompus, et aux barres 1 de la couche intérieure 12, représentées en traits continus fins. Par exemple, dans le groupe 1C1 - 1C4, la barre 1 de la rangée 1 de la couche moyenne Il est connectée à la barre 1 de la rangée 11' se trouvant dans la couche extérieure 10 de l'envoi lement, laquelle est connectée à la barre 1 de la rangée 2' de lt couche moyenne 11 qui est ensuite connectée à la barre 1 de la rangée 12' se trouvant dans la couche intérieure 12 de l'enroulement, et ainsi de suite. Les autres groupes de bobines 2o1 - 204 ; 102 - 1C5, etc.. sont formés de manière analogue. Les parties d'extrémité 2 des barres 1 des rangées impaires 1', 3', 5' etc (Fig. 4) de l'enroulement sont disposées dans la couche extérieure 10 (Fig. 5) de l'enroulement par rapport à l'axe du stator, les parties d'extrémité 2 des barres 1 des rangées paires 2', 4', 6' etc.. sont disposées dans la couche intérieure 12 (Fig. 3) de l'enroulement par rapport à l'axe longitudinal du stator, tandis que les barres 1 de la couche moyenne 11 de l'enroulement sont disposées tant dans les rangées paires que dans les rangées impaires. L'invention permet d'assurer une diminution de la longueur de la portée des parties d'extrémité de l'enroulement de 20 à 30 % par comparaison avec un enroulement à barres en deux couches. REVENDICATION Enroulement à barres de machine électrique à noyau lisse comportant des barres reliées électriquement entre elles et disposées en couches concentriques, ces barres étant parallèles les unes aux autres dans la zone active du stator et inclinées par rapport à la direction axiale dans les zones d'extrémité et étant logées dans une monture en un matériau isolant fixée sur le noyau et disposée dans l'entrefer entre le stator et le rotor, caractérisé en ce que les barres sont disposées dans les zones active et frontales en trois couches et en ce que, dans la zone active, les barres de la couche intérieure sont disposées sous les barres de la couche moyenne à raison d'une barre de la couche intérieure toutes les deux barres de la couche moyenne et les barres de la couche extérieure sont placées au-dessus des barres de la couche moyenne sous lesquelles ne se trouvent pas de barres de la couche intérieure, le nombre total de barres des couches intérieure et extérieure étant égal au nombre de barres de la couche moyenne, les barres de la couche moyenne des zones d'extrémité étant incli nées d'un angle 900-0(1 1 qui est approximativement deux foii plus petit que l'angle 900-0(2 2 dont sont inclinées les barres de deux autres couches dans les zones d'extrémité, et les barres successives de la couche moyenne étant reliées électriquement chacune en série avec la barre correspondante de la couche intérieure et de la couche extérieure alternativement.