Brevet FR2473804A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne la construction électromécanique, et plus précisément, un stator d'alter- nateur. L'invention peut être appliquée à la fabrication des alternateurs de grande puissance et, en particulier, des turbo-alternateurs pour les centrales thermiques et nucléaires. La construction des alternateurs se caractérise actuel- lement par la tendance à augmenter leur puissance unitaire, ce qui, étant donné le niveau actuel du développement de leur construction, conduit à la nécessité de réaliser les enroulements statoriques des alternateurs pour des courants nominaux considérables (entre 10 et 60 kA). Etant donné les tensions (entre 15 et 27 kV) fournies actuellement par ces alternateurs, de tels courants con- duisent à une augmentation notable des dimensions des barres d'enroulement statorique et, par conséquent à une augmentation des dimensions des encoches du stator. En outre, les alternateurs de grande puissance transmettent leur énergie au réseau de distribution à haute tension par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur formant un seul bloc avec le turbo-alternateur. L'utilisation d'un transformateur élévateur entraîne une consommation consi- dérable en matériaux de construction électromécanique pour la fabrication du bloc, et des pertes d'énergie élec- trique dans ce transformateur. (Voir l'ouvrage de V.V. Titov, G.M.Khutoretsky, G.A.Zagorodnaia, G.P.Vartanian; D.I. Zaslavsky, I. A.Smotrov, "Turbogeneratory. Raschiot i konstruktzii", publié en 1967, Editions "Energia", Leningrad, pages 38 à 45, 111 à 126). L'un des moyens pour augmenter la tension aux bornes de l'enroulement statorique consiste à réaliser celui-ci à partir d'un câble à haute tension. La solution technique la plus proche de celle faisant l'objet de l'invention est réalisée dans un stator d'al- ternateur décrit dans la revue "Elektrotekhnika", Nol, publiée en 1970 (Moscou), dans un article dont les auteurs sont L.P.Gnedin; Ya.B.Danilevich, K.N.Maslennikov, K.F. Potekhin, V.F.Chirikov, N.I.Shkolnikov, A.K.Shadrintzev, et dont le titre est "Turbogenerator TBM-300 s vodomaslianym okhlazhdeniem", voir p.p. 6 à 8. Ce stator comprend un corps dans lequel sont disposés un circuit magnétique en acier feuilleté avec encoches, un cylindre séparateur d'huile diélectrique adhérant à la surface intérieure du circuit magnétique et un enroulement en éléments à haute tension à isolement au papier imprégné d'huile disposés dans les encoches et fixés par des cales. L'isolation de tous les éléments à haute tension de l'en- roulement statorique de l'alternateur est conçuepour la tension de phase totale. Une grande partie des éléments à haute tension de l'enroulement de ce stator connu, et notamment ceux qui sont disposés au voisinage du point de potentiel zéro, se trouvent sous une tension plus basse que la tension de phase totale et pourraient donc être dotés d'une couche isolante plus mince. Or, ce stator connu comprend une quantité élevée de matériaux isolants. Du fait de la grande épaisseur de l'isolation (surtout lorsque la tension aux bornes de l'enroulement statorique est égale ou supérieure à 110 kV), les barres doivent être refroidies intérieurement, ce qui nécessite un grand nombre de connexions électriques intermédiaires entre les barres dans les têtes d'enroulement pour permettre l'alimentation d'un agent frigorifique. La grande épaisseur de l'isolation provoque une augmentation du rayon de courbure admissible des barres d'enroulement, ce qui conduit à une augmentation des dimensions des têtes d'enroulement. L'invention a donc pour but de fournir un stator d'alternateur dans lequel la dispositon de l'enroulement dans les encoches du circuit magnétique est conçue de manière à réduire la quantité nécessaire de matériaux isolants et le nombre de connexions électriques dans les têtes d'enroulement. L'invention a donc pour objet un stator comprenant un corps d'alternateur dans lequel sont disposés un circuit magnétique en acier feuilleté avec encoches, un cylindre diélectrique de séparation d'huile adhérant à la surface intérieure du circuit magnétique, et un enroulement en éléments à haute tension séparés par des joints isolants, disposés dans les encoches et fixés par des cales, ce stator étant caractérisé en ce que son enroulement, comporte deux demi-enroulements connectés en série et séparés par un joint de séparation d'huile, en ce qu'au niveau des encoches du stator les éléments à haute tension de l'un de ces demi- enroulements, sont disposés dans des douilles isolantes dont les surfaces intérieures présentent des nervures creusées entre lesquelles est disposé un compound thermodurcissable, et en ce que l'extrémité de chaque douille isolante, faisant saillie de l'encoche correspondante du stator comprend, faisant corps l'une avec l'autre,une partie cylindrique et une partie conique présentant les dimensions voulues et armée de couches conductrices. Il est avantageux que les couches conductrices soient réalisées en feuille métallique. Il est possible de réaliser les couches conductrices en toile métallique. Les couches conductrices peuvent également être réa- lisées d'une matière conductrice pulvérisée. Il est avantageux que les éléments à haute tension disposés dans les douilles isolantes soient disposés entre le fond de l'encoche et le joint de séparation d'huile. L'invention permet d'économiser une grande quantité d'énergie électrique gràce à l'augmentation des périodes s'écoulant entre les réparations du fait d'une plus grande fiabilité de fonctionnement de l'enroulement dans ses zones frontales, le nombre de connexions frontales de l'enrou- lement étant nettement plus faible. En outre, il en résulte une diminution considérable de la quantité de matériaux isolantes nécessaire et des dimensions des zones frontales du stator, d'o une diminution de la quantité d'acier de construction nécessaire pour le corps du stator. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, description qui est faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 représente une coupe longitudinale du stator d'alternateur, selon l'invention; la Fig. 2 représente le schéma électrique -des connexions de l'enroulement de ce stator; la Fig. 3 représente une vue suivant la flèche N de la partie M représentée sur la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3. Le stator alternateur représenté aux Figures comprend un corps 1 dans lequel sont disposés un circuit magnétique 2 en acier feuilleté avec des encoches 3, un cylindre diélectrique de séparation d'huile 4 adhérant à la surface intérieure du circuit magnétique 2, et un enroulement 5 composé d'éléments à haute tension 6 disposés dans les encoches 3. L'enroulement 5 est triphasé et réalisé en deux demi-enroulements 7A 7Bi 7Cet 8A,8B,8C connectés en série aux points 9, 10 et 11. Les points A, B et C sont-les bornes de sortie du stator. La Fig. 3 représente la vue suivant la flèche N de la partie M de la Fig. 1 (deux encoches voisines 3 du stator de l'alternateur). Dans chaque encoche 3 sont dis- posés quatre éléments d'encoche 6 de l'enroulement 5. On entend par élément 6 de l'enroulement 5 une partie de l'enroulement 5 disposée dans la partie d'encoches du stator. Les demi-enroulements 7 et 8 sont séparés-par un joint de séparation d'huile 12. Les éléments d'encoche 6 disposés entre le fond 13 de l'encoche 3 et le joint de séparation d'huile 12 forment le demi-enroulement 8 (Fig. 2) et sont disposés dans des douilles isolantes 14 (Fig. 3) dont les surfaces inté- rieures présentent des nervures creuses 15. L'espace déli- mité par deux nervures creuses 15 voisines pour la surface intérieure de la douille 14 et pour la surface de l'élément 6 est rempli d'un compound thermodurcissable. Les douilles 14 sont séparées l'une de l'autre par un joint 17 et isolées du fond 13 de l'encoche 3 par un joint 18. Les éléments d'encoche 6 disposés entre le joint de séparation d'huile 12 et la cale 19 forment le demi- - enroulement 7 (Fig. 2) et sont séparés l'un de l'autre par un joint 20 (Fig. 3) et isolés de la cale 19 par un joint 21. L'extrémité de chaque douille isolante 14 (Fig. 4) faisant saillie de la partie d'encoches du stator de l'alternateur comprend faisant corps l'une avec l'autre, une partie cylindrique 22 et une partie conique 23 ayant les dimensions voulues et armée de couches conductrices 24. Les couches conductrices 24 peuvent être réalisées en feuille métallique ou en toile métallique ou bien être obtenues par dépôt d'une matière conductrice pulvérisée. Pour augmenter la rigidité diélectrique du stator, les éléments 6 des demi-enroulements 7 et 8 se trouvant en dehors de sa partie d'encoches sont séparés par une barrière de séparation d'huile 25 (Fig. 4). Dans le mode de réalisation décrit du stator, les éléments à haute tension 6 de l'enroulement 5 sont réa- lisés sous la forme de câbles cylindriques à haute tension à une seule couche ou à plusieurs couches). Les demi-enroulements 7 et 8 sont connectés en série, de sorte que la tension aux bornes de chacun d'eux est Vl égale à la moitié de la tension de phase "-I, ce qui permet de réduire de deux fois l'épaisseur de l'isolation de l'élément 6 de l'enroulement. Si les spires du demi-enroulement 7 sont sous une tension de 0 à VI volts par rapport au point X de potentiel zéro, la tension aux bornes des spires du demi-enroulement 8 par rapport au même point X est deVl à V Volts. 2 1 Comme l'isolation du demi-enroulement 8 n'est conçu que pour la tension Vl, celui-ci nécessite une isolation supplémentaire par rapport à la surface de potentiel zéro; à cet effet, les éléments 6 de ce demienroulement 8 se trouvant dans la partie d'encoches du stator sont disposés dans des douilles isolantes 14. Les couches conductrices 24 permettent d'obtenir un champ électrique légèrement non uniforme nécessaire à prévenir l'amorçage d'un arc électrique entre la surface des éléments du demi-enroulement 8 sortant des parties coniques 23 des douilles 14, et les parties métalliques les plus proches du stator de l'alternateur. Le fait de prévoir des douilles isolantes 14 évite une isolation individuelle de certains des éléments de l'enroulement statorique, de sorte qu'on réalise une îo économie considérable en matériaux isolants. Le fait de diminuer de deux fois l'épaisseur de l'isolation permet de ne prévoir que le. refroidissement extérieur des câbles. Le trajet d'écoulement de l'agent frigorifique diminue alors nettement. L'agent frigorifique suit des parcours parallèles d'une même longueur égale à la longueur axiale de l'alternateur, alors qu'en cas de refroidissement intérieur, la longueur du trajet de l'agent frigorifique est sensiblement égale à la longueur axiale de l'alternateur, multipliée par le nombre de tronçons de câble successivement refroidis; cela permet de réduire nettement le nombre de points d'introduction de l'agent frigorifique, c'est-à-dire, le nombre de connexions fron- tales. Par exemple, une phase entière de l'enroulement statorique peut être enroulée en câble avec une seule ou deux connexions frontales. Cela simplifie considérablement le montage de l'enroulement statorique, car le montage et le soudage des connexions frontales exigent une quantité importante de main-d'oeuvre, surtout pour des enroulements à haute tension, lorsque chaque connexion frontale est réalisée sous forme d'un manchon de raccordement. En outre, il en résulte une amélioration considérable de la fiabilité de fonctionnement de l'alternateur, puisque les défauts éventuels sont le plusprobablesdans les soudures. L'invention permet de réduire le coût de fabrication des stators, de diminuer la quantité de matériaux néces- saire pour leur fabrication et d'augmenter la sécurité de fonctionnement des alternateurs. 2473do4 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme d'art au stator qui vient d'être décrit à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 2473-04 REVENDICATIONS 1. Stator d'alternateur comprenant un corps dans lequel sont disposés un circuit magnétique en acier feuil- leté avec encoches, un cylindre diélectrique de séparation d'huile adhérant à la surface intérieure du circuit magné- tique, et un enroulement en éléments à haute tension séparés par des joints, disposés dans les encoches du circuit magnétique et fixés par des cales, caractérisé en ce que l'enroulement est réalisé sous forme de deux demi-enroulements (7A, 7B, 7C et 8A, 8B, 8C) connectés en série et séparés par un joint de séparation d'huile, (12) en ce que les éléments (6) à haute tension de l'un de ces demi-enroulements se trouvant dans la partie d'en- coches du stator sont disposés dans des douilles isolantes dont lés surfaces intérieures présentent des nervures creuses entre lesquelles est disposé un compound thermo- durcissable et en ce que l'extrémité de chaque douille isolante en saillie de la partie d'encoches du stator comprend, faisant corps l'une avec l'autre, une partie cylindrique (22) et, une partie conique (23) cette dernière ayant les dimensions voulues et étant armée par des couches conductrices (24). 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches conductrices (23) sont réalisées en feuille métallique. 3. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches conductrices (23) sont réalisées en toile métallique. 4. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches conductrices (23) sont réalisées par dépôt d'une matière conductrice pulvérisée. 5. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments (26) à haute tension se trouvant dans les douilles isolantes (14) sont disposés entre le fond de l'encoche et le joint de sépa- ration d'huile (12).