Brevet FR2488747A1 — publié le 19820219

17GE-2846 La présente invention se rapporte à un dispositif pour supporter les enroulements d'excitation dans la région d'extrémité d'une machine dynamo-électrique de façon à per- mettre un certain degré de dilatation axiale tout en assu- rant l'immobilisation des enroulements d'excitation à l'en- contre d'un déplacement radial et tangentiel. En général, une machine dynamo-électrique du type qui fait l'objet de la présente invention comprend un rotor denté dans les encoches duquel sont disposés des enroule- ments électriquement conducteurs de sorte que l'application d'un courant électrique à ces enroulements, produit un champ magnétique inducteur. Lorsque le rotor est entraîné en rota- tion, par exemple par une machine à turbine à vapeur, le champ magnétique tournant résultant induit des courants à l'intérieur des enroulements d'induit qui sont montés de manière générale à l'intérieur d'encoches formées dans le stator. Des barres d'enroulements de potentiel, également appelées ci-après barres de potentiel ou barres-P, sont également disposées à l'intérieur de ces encoches. Les barres-P sont moins nombreuses que les barres de l'enroule- ment d'induit. Les barres d'induit transportent la charge de courant principale de la machine et les barres-P servent à fournir une énergie électrique qui est redressée et appli- quée aux bagues collectrices de façon à alimenter les enrou- lements de champ portés par le rotor de la machine. En d'autres termes, les barres-P font partie du circuit d'exci- tation de la machine. Dans les anciennes machines dynamo-électriques, le niveau de courant transporté par les barres de potentiel, en particulier lors de certaines conditions de défaut, n'était pas suffisant pour exercer des forces électroméca- niques significatives sur ces barres. Cependant, dans les types de circuits d'excitation plus récents, des forces plus grandes peuvent être exercées sur les barres-P. Ces types de circuits n'utilisent habituellement qu'une seule source de potentiel pour produire l'énergie d'excitation avec, au plus, une faible réactance de protection. Dans la partie de tête de bobine de ces nouveaux modèles de ma- chines, les pressions latérales exercées sur les barres-P peuvent dépasser 10 bars. En outre, du fait que la puis- sance nominale des machines dynamo-électriques s'est accrue, les longueurs des machines elles-mêmes se sont accrues de sorte que la dilatation thermique des divers éléments, tels que les barres-P, doit être prise en considération lors de l'étude et de la construction de la machine. Dans la partie centrale de la machine, les barres d'induit et les barresP sont maintenues en place dans les encoches du stator à l'aide de cales. Des formes différen- tes de support doivent, cependant, être utilisées dans les régions d'extrémité, au-delà des encoches..On a représenté dans le brevet des EUA no 3 437 859 un agencement d'assujet- tissement pour immobiliser les barres d'induit proprement dites dans les parties d'extrémité de l'enroulement de stator. Dans ce brevet, et notamment sur sa figure 8, on a représenté des anneaux périphériques disposés obliquement par rapport aux barres d'induit pour assurer le support des têtes de bobine obliques des barres d'induit. Les anneaux de ce brevet sont fixés aux barres d'induit à l'aide de ligatures qui ont été plus particulièrement décrites dans le brevet des EUA no 3 566 010. Plus parti- culièrement, on forme les ligatures en enroulant des brins d'une matière qui possède une résistance élevée à la trac- tion imprégnée d'une résine durcissable. On enroule les brins sous tension autour des parties qui doivent être liga- turées et on durcit de la résine-à un état rigide. Le pro- cessus de ligature est généralement appelé guipage et on le désignera ci-après sous cette expression. On a repré- senté dans le brevet des EUA-n0 3 135 888 d'autres struc- tures utilisées pour retenir les têtes de bobine de géné- ratrices. Les trois brevets cités ci-dessus doivent être considérés comme incorporés à la présente description par la référence qui y est faite ici en tant que documentation de base pour la présente invention. Sommairement, les constructions de machines dynamo- électriques de la technique antérieure n'ont pas offert une assurance convenable à l'encontre d'un déplacement mécani- que radial et tangentiel de certains enroulements d'excita- tion qui peuvent maintenant être soumis à des forces laté- rales importantes qui peuvent se produire dans des condi- tions de défaut électrique. Néanmoins, le dispositif de sup- port de ces enroulements doit tolérer une certaine valeur de déplacement axial qui se produit principalement du fait des forces de dilatation thermique. Selon un mode de réalisation recommandé de la pré- sente invention, une machine dynamo-électrique comprend un rotor cylindrique muni d'enroulements conducteurs pour engendrer un champ magnétique et des enroulements d'induit à barres disposés dans des encoches formées dans un stator cylindrique entourant coaxiale.Lient le rotor. Les -------- enroulements d'induit à barres comprennent un premier coude à angle aigu de la direction axiale à l'emplacement o ils émergent des encoches du stator. Ces enroulements d'induit comportent un second coude faisant un angle orienté en sens inverse avec la direction axiale de sorte que les barres d'induit sont ensuite orientées approximativement dans la même direction que lorsqu'elles sortent des encoches du stator. La machine dynamo-électrique de la présente inven- tion comporte également des enroulements de potentiel à barres qui se prolongent hors de certaines des encoches du stator et sont coudés dans la région d'extrémité de façon à passer par dessus les enroulements d'induit à barres le long d'une partie de ceux-ci, en les croisant approximativement à angle droit. Ces enroulements de poten- tiel sont connectés dans le circuit d'excitation de façon à fournir une énergie électrique qui sert à engendrer le champ magnétique du rotor. La machine dynamo-électrique comporte également un dispositif ou agencement de support pour ces barres de potentiel, dispositif qui comporte des tasseaux électriquement isolants disposés sur les parties d'extrémité des enroulements d'induit à barres et s'éten- dant approximativement perpendiculairement à ces parties le long de la partie des barres d'induit que croisent les barres de potentiel. Ces tasseaux sont fixés aux barres d'induit. Le dispositif de support des barres de potentiel comporte, en outre, des consoles électriquement isolantes montées en travers des tasseaux et fixées aux tasseaux et également aux barres de potentiel. Pour donner une plus grande résistance mécanique au dispositif de support des barres de potentiel, une console principale est, de préfé- rence, utilisée, cette console étant directement fixée aux enroulements d'induit et à une barre de potentiel au voisi- nage de l'emplacement o les enroulements d'induit et les barres de potentiel sortent des encoches du stator. En outre, un grand nombre des machines dynamo-électriques construites actuellement comprennent également un anneau de nez auquel les barres d'induit sont attachées. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, les barres de potentiel sont, de préférence, également supportées par une console extérieure à laquelle chaque barre de potentiel est fixée, cette console étant, à son tour, fixée à l'anneau de nez. Dans les constructions de machines dynamo-électriques qui ne sont pas munies d'anneau de nez, la console exté- rieure peut être directement fixée à la partie la plus extérieure de la tête de bobine de l'induit. Les consoles extérieures comportent, de préférence, des évidements pour former des berceaux recevant les barres de potentiel et les tasseaux. En outre, la fixation s'effectue, de préférence, en utilisant des liens en fibres à haute résistance mécani- que imprégnées d'une résine durcissable. Pour permettre d'obtenir plus facilement des capa- cités de dilatation différentielle, une interface anti- friction est, de préférence, prévue entre les barres de potentiel et la console de support principale. On obtient ce résultat en appliquant un revêtement anti-friction, tel qu'une émulsion contenant du "Téflon" ou un autre agent de démoulage directement sur les surfaces extérieures de l'i- solement de base des barres de potentiel puis en envelop- pant la surface avec une pellicule de polyester "mylar" ou autre matière appropriée, qui empêche un contact direct entre l'isolement et la résine utilisée dans les liens ou attaches de fixation. Cet agencement permet une dilatation thermique axiale différentielle des barres de potentiel, du noyau de stator et de l'enroulement d'induit. Par conséquent, l'invention a notamment pour buts: de réaliser un dispositif de support pour les enroulements de potentiel en barres d'une machine dynamo- électrique; d'assurer le support des barres de potentiel dans la partie de tête de bobine d'une telle machine; de réaliser un dispositif de support pour les enroulements de potentiel en barres qui permet une certaine quantité dedilatation axiale tout en assujettissant les enroulements à la fois à l'encontre des forces radiales et des forces tangentielles. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue radiale de la partie d'une tête de bobine représentant un mode de réalisation de la présente invention; figure 2, une vue axiale en coupe de la console principale; figure 3, une vue axiale en coupe d'un type de console de support; 30. figure 4, une vue axiale en coupe d'un autre type de console de support; figure 5, une vue axiale d'une console exté- rieure à anneau de nez; figure 6, une vue radiale représentant un autrE mode de réalisation de la présente invention; et figure 7, une vue axiale en coupe d'un type de a console utilisé dans la variante de réalisation représen- tée sur la figure 6. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, des parties 10 d'enroulements d'induit à barres s'étendent à partir de la ligne 30 du noyau de stator et, une courte distance après, elles s'incurvent à angle aigu et s'étendent sur une certaine longueur puis elles s'incur- vent à un angle orienté en sens inverse. Ainsi, les barres d'induit 10 s'étendent à partir de la partie de tête de bobine de la machine approximativement dans la même direc- tion que celle dans laquelle elles s'étendent à leur sor- tie des encoches du stator. C'est dans cette partie d'extré- mité ou de tête de bobine que les barres de potentiel 12 sont supportées. On n'a représenté qu'une seule barre de potentiel 12 bien que les barres de potentiel utilisées soient généralement au nombre de trois. Ainsi, il y a habi- tuellement un nombre beaucoup plus grand de barres d'induit que de barres de potentiel qui ne servent qu'à alimenter le circuit d'excitation et ne transportent pas le même courant et n'ont pas la même charge que les enroulements d'induit à barres. La barre de potentiel 12 est, en général, dis- posée dans l'encoche du stator avec une ou plusieurs barres d'induit. Lorsque la barre de potentiel sort de l'encoche du stator, elle est coudée dans une direction qui est approximativement opposée à celle dans laquelle les barres d'induit proprement-dites sont coudées de sorte qu'il y a une partie de la tête de bobine d'induit que les barres de potentiel croisent à un angle relativement grand. Cet angle est typiquement d'environ 90 . Conformément à la présente invention, on utilise des tasseaux 20. Ces tasseaux sont, d'une manière générale, fixés aux barres d'induit 10 par un guipage 40. Ces tasseaux 20 sont fabriqués en une matière électriquement isolante qui est rigide et mécani- quement résistante mais qui possède, cependant, un certain degré de souplesse. Par exemple, on peut utiliser de la toile de coton imprégnée d'une résine phénolique collée en une structure stratifiée à haute pression pour former à la fois les tasseaux 20 et les consoles 14, 16, 18, 22 et 24 que l'on décrira plus complètement ci-dessous. Cependant, sous réserve de ces conditions générales, la composition des tasseaux et des consoles n'est pas d'une importance critique pour la mlise en oeuvre de la présente invention. Les consoles 16 et 18 des tasseaux ou bras d'extrémité, sont disposées en travers des tasseaux à la manière d'un chevalet. Les consoles sont, de préférence, fixées aux tas- seaux au moyen du guipage 40. De même, la barre de potentiel 12 est portée par les consoles 16 et 18 de la manière repré- sentée (voir également les figures 3 et 4) et elle est géné- ralement fixée à ces consoles par le guipage 40. La confi- guration du guipage est, de préférence, croisée, comme représenté. Cependant, le guipage n'est croisé que sur le côté représenté sur la figure 1. Il n'est pas croisé du côté opposé. Néanmoins, chaque guipage 40 forme une unique boucle. On décrira plus particulièrement les consoles 16 et 18 en se référant, respectivement à la figure 3 et à la figure 4. En outre, la barre de potentiel de la présente invention peut être supportée par une console principale (intérieure) 14 qui est directement fixée à une série de barres d'induit 10, comme représenté. La console 14 est fixée directement par le guipage 40 au moins à une paire de barres d'induit 10 et elle est également fixée par le guipage 4-0 à une barre de potentiel 12. Ainsi, la console 14 fournit un support -avantageux à la barre de potentiel lorsque celle-ci sort du noyau de stator avant son premier coude. En outre, la barre de potentiel 12 est également supportée au niveau de l'anneau de nez 26 par une console extérieure 22. La console 22 est fixée à l'anneau-de nez 26 par une boucle circulaire de guipage 40 et elle est,--en outre, fixée à la barre de-potentiel 12 par le guinage 40' enroulé d'une manière croisée, comme représenté. On décrira ci-après, la console principale 14 et la console extérieure 22 plus particulièrement en se référant aux figures 2 et 5. En outre, on a représenté sur la figure 1, pour être complet des supports axiaux extérieurs 28 qui sont fixés à la car- casse principale de la machine. La figure 2 représente une vue en coupe axiale de la console de support intérieure principale 14. Sur cette figure, on peut voir que la console 14 comporte, de préfé- rence, des évidements-dans lesquels les barres d'induit 10 sont disposées de façon à empêcher le mouvement tangentiel de la barre de potentiel 12. De même, la barre de potentiel 12 est disposée dans un évidement ou gouttière formée dans la console 14. Ces évidements sont également remplis, de préférence, d'une matière adaptable 32 telle qu'un tampon en "dacron". Ces tampons adaptables 32 assurent une adapta- tion plus sûre à la fois des barres d'induit 10 et des barres de potentiel 12. La console principale 14 comporte également des trous 34 dans lesquels le guipage 40 est enfilé pour fixer la console à une paire de barres d'induit 10. Ces trous 34 ont, de préférence, un bord biseauté, comme représenté. De la même manière, le guipage 40 sert égale- ment à fixer la barre de potentiel 12 à la console et le guipage s'étend au-dessous de la face inférieure de la barre de potentiel 12 en passant sur un biseau 36 de façon à ne pas appliquer au guipage une tension excessive le long d'une arête vive. La figure 3 représente une vue axiale en coupe de la console 16 disposée transversalement aux tasseaux 20. Comme dans le cas de la console décrite ci-dessus, des bords biseautés 36 sont prévus pour le soulagement des contrain- tes. On a également représenté sur la figure 3 des tempons adaptables 38 qui peuvent être constitués par exemple, par une matière imprégnée de résine qui est durcie lorsque l'ensemble de stator est soumis à un processus de cuisson. Ces tampons-38 sont maintenus en place par les attaches 40, comme le sont également les tasseaux 20. La figure 4 représente une console similaire à celle représentée sur la figure 3 dont elle ne diffère que par le fait que des trous 34 également munis de bords biseautés sont prévus pour la fixation des attaches 40. La figure 5 représente une console qui peut être utilisée comme une console extérieure ou console 22 montée sur l'anneau de nez 26. Cette console est conçue pour s'adapter à la courbure de l'anneau de nez 26 et elle y est fixée au moyen des attaches 40 qui, comme représenté, passent par les trous 34 formés dans la console. De même, les attaches enveloppantes ou guipage 40 maintiennent éga- lement la barre de potentiel 12 dans l'évidement de la console 22. La figure 6 représente un autre mode de réalisa- tion de la présente invention qui est utilisable plus par- ticulièrement dans le cas o les coudes de la barre de potentiel 12 sont relativement proches l'un de l'autre.- La figure 6 illustre également le fait qu'il n'est pas néces- saire que la barre de potentiel croise la partie de tête de bobine des barres d'induit à angle droit sur toute la longueur de la région d'extrémité. Les consoles 14, 16 et 26 utilisées dans ce mode de réalisation ont été représen- tées respectivement dans les figures 2, 3 et 5. Cependant, la console 24 qui a été représentée sur la figure 7 est légèrement différente du fait de l'angle auquel la barre de potentiel la croise. Cet angle nécessite qu'une partie évidée de la console soit formée obliquement pour recevoir la barre de potentiel 12. Pour plus de clarté, on n'a pas représenté les attaches des barres d'induit, telles que celles décrites dans les brevets des EUA précités n0 3 437 859 et n0 3 235 888, ni sur la figure 1 ni sur la figure 6. Néanmoins, des attaches de barres d'induit sont généralement utilisées dans une telle machine. On comprendra à la lecture de la description qui précède que la présente invention a réalise un disposi- tif de support pour les enroulements de potentiel à barres d'une machine dynamo-électrique. Les matières utilisées dans ce dispositif support sont entièrement compatibles avec les matières généralement utilisées avec les enroule- ments d'induit en barres et autres structures de la machine. A cet égard, il est intéressant de noter que les barres de potentiel et les barres d'induit sont en général toutes deux constituées par des conducteurs en cuivre isolé mais que l'isolant n'a pas été représenté spécifiquement ici pour la clarté de l'illustration. REVEND ICAT IONS 1. Machine dynamo-électrique comprenant un rotor cylindrique et un stator portant des enroulements d'induit (10), cette machine comportant un dispositif pour supporter les barres de potentiel (12) du circuit d'excitation de la machine dynamo-électrique, certains au moins des enroule- ments d'induit de la machine et les enroulements de potén- tiel à barres se croissant approximativement à angle droit dans la région d'extrémité de la machine, machine caracté- risée en ce que le dispositif de support comprend: des tasseaux (20) électriquement isolants s'é- tendant approximativement perpendiculairement aux barres d'induit (10) le long de la partie de celles-ci qui croi- sent les barres de potentiel (12), les tasseaux étant fixés aux barres d'induit; et des consoles (14,16,18,22,24) montées en tra- vers des tasseaux auxquels elles sont fixées, les consoles étant également fixées aux barres de potentiel. 2. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la fixation précitée est effectuée au moyen d'un guipage (40) avec des fibres à haute résistance imprégnées d'une résine durcissable. 3. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les consoles comportent des -évidements pour recevoir les barres de potentiel et les - tasseaux. 4. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les évidements sont garnis d'une matière adaptable (32). 5. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'une interface anti-friction est formée antre les barres de potentiel et les consoles. 6. Machine dynamo-électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que: 35. le rotor cylindrique comporte des enroulements conducteurs pour engendrer un champ magnétique; des enroulements d'induit (10) sont disposés dans des encoches formées dans un stator cylindrique coaxial avec le rotor qu'il entoure, les enroulements d'induit (10) comportant un premier coude à angle aigu de la direction axiale au voisinage de l'emplacement o les enroulements d'induit quittent les encoches du stator, les enroulements d'induit comportant également un second coude suivant qui fait un angle aigu orienté dans la direction opposée avec la direction axiale; 10. les enroulements de potentiel à barres (12) s'étendant également hors des encoches du stator et s'in- curvant de façon à croiser au moins certaines des barres d'induit le long d'une partie et approximativement à angle droit de ces dernières, les enroulements de potentiel à barres étant connectés de façon à fournir l'énergie élec- trique qui sert à produire le champ magnétique du rotor. 7. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, au moins une console principale (14) fixée à plusieurs barres d'induit (20) et à une unique barre de potentiel au voisi- nage de l'emplacement o la barre de potentiel quitte l'en- coche du stator. 8. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une interface antifriction entre ladite, ou lesdites consoles principales (14) et ladite barre de potentiel (12)- fixée à la ou aux consoles principales. 9. Machine dynamo-électrique selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un anneau de nez (26) auquel les barres d'induit (10) sont fixées dans la région de leur second coude et au moins une console extérieure (22) fixée à l'anneau de nez et à une barre de potentiel (12).