Brevet FR2534082A1 — publié le 19840406

BARRE DE L'ENROULEMENT DE STATOR A NOYAU LISSE rOUR MACHINE ELECTRIQUE La présente invention se rapporte aux barres de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machines électriques. L'invention peut s'appliquer avantageusement à des machines électriques synchrones à courant alternatif et notamment, aux turboalternateurs. L'une des façons pour élever la puissance d'une machine électriquaw par exemple d'un turboalternateur réside dans l'augmentation des dimensions de ses parties actives, ce qui conduit en fin de compte & l'augmentation de l'encombrement du turboalternateur pris dans son ensemble. Une autre façon plus efficace pour élever la puissance d'un alternateur, sans provoquer Un accrois sement important de son encombrement, est le refroidissement direct de ses enroulements permettant & l'agent de refroidissement (gaz ou liquide) de venir au contact direct avec les conducteurs des enroulements en assurant l'évacuation de la chaleur de ces derniers. L'efficacité de refroidissement s'accroît très sensiblement dans le cas d'emploi de l'eau distillée comme agent de refroidissement, la conductibilit calorifi- que de l'eau distillée dépassant de 50 fois celle de l'air et de 16 fois celle de l'hydrogène a 1,1 atm. Au début des années es 60, ont apparu des machines électriques comportant un enroulement d'excitation tournant en supraconducteur. L'apparition de ces machi- nes électriques est principalement due à la nécessité de l'élévation de la puissance unitaire des turboalternateurs jusqu'a une valeur superleure à 2500 à 3000MW.Cet- te limite de la puissance unitaire est valable pour des turboalternateurs à deux pSlesX pourvus de circuits classiques de refroidissement direct des enroulements par le gaz ou le-liquide. Dans ce nouveau type de conception des turboal ternateurs, l'6lévation de la puissance unitaire résulte d'un accroissement important de la force magnOtisante da l'enroulement dtexcitation,en l'absence complète de pertes dans ledit enroulement, ainsi que de l'augmen- tation de l'induction dans la zone de l'enroulement statorique. Cette conception des machines Electriques permet de réaliser le stator à noyau lisse de façon que l'enroulement statorique soit disposé dans l'entrefer entre le noyau de stator et le rotor. On contact une barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique, décrite dans le brevet de la Grande-Bretagne N1360387, publie en 1974. Cette barre de ltenroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique comporte une gaine isolante, à l'intérieur de laquelle sont situés des brins conducteurs de courant, isolés électriquement l'un de l'autre. Chacun des brins conducteurs de courant comporte des conducteurs élémentaires transposés en torons isolés dont les sections transversales ont la forme du secteur tronqué, ces torons étant placés dans une enveloppe isolante. les torons formées des conducteurs élémentai- res se disposent a' l'intérieur de l'enveloppe isolante suivant la circonférence de façon qu'ils soienten contact l'un avec l'autre et que chacun des torons vienne en contact avec la surface intérieure de l'enveloppe isolante. les torons formés des conducteurs élémentai- res sont isolés électriquement l'un de l'autre du fait de l'application d'un revêtement isolant à leur surface. L'espace vide de l'enveloppe isolante constitue un canal central permettant la circulation de ltagent de refroidissement, de l'eau par exemple. En parcourant le canal central, l'agent de refroidissement assure le refroidissement des conducteurs. élémentaires du brin conducteur de courant de la barre de l'enroulement statorique. Toutefois, en circulant à travers le canal central, l'agent de refroidissement ne vient en contact qutavec une faible portion de la surface des torons formés des conducteurs élémentaires, ce qui ne permet pas de refroidir de façon efficace les conducteurs élémentaires et provoque en fin de compte une surchauffe de la barre de l'enroulement statorique. D'autre part, pour réaliser chaque toron formé des conducteurs élémentaires, à section transversale en forme du secteur tronqué, et pour former le canal central en disposant les torons formés des conducteurs élémen- taires circonférentiellement à l'intérieur de l'envelop- pe isolante, on doit faire face à des difficultés importantes de nature technologique. Il est connu également une barre de ltenroulement de stator à noyau lisse pour machine éléctrique, décrite dans le brevet des E.U.A. nid3743867, publié en 1973. Cette barre de l'enroulement statorique comporte une gaine isolante, à l'intérieur de laquelle sont disposés des brins conducteurs de courant isolés glectrique- ment l'un de l'autre, dont chacun est constitué par des conducteurs élémentaires transposEs. Entre ces conducteurs élémentaires est intercalé au moins un tube électrique isolé Eléctriquement, servant a' permettre la circulation de l'agent de refroidissement. La valeur de la section transversale du canal du tube est égale celle de la section transversale d'un conducteur élé- mentaire. Les conducteurs élémentaires se disposent le long du tube destiné à permettre la circulatioh de l'agent de refroidissement. En utilisant, dans cette barre de l'enroulement statorique, des tubes destinés à acheminer l'agent de refroidissement, on parvient a' simplifier la technologie de fabrication de ladite barre par rapport à la barre de l'enroulement statorique décrite dans le brevet Grande-Bretagne n01 360 387, comportant des canaux servant à permettre la circulation de l'agent de refroidissement qui sont difficiles à realiser. Cependant, comme le tube destiné à acheminer l'a- gent de refroidissement est disposa sur le plan longitudinal par rapport aux conducteurs élémentaires, l'agent de refroidissement n'agit sur chaque conducteur élé- mentaire que sur une faible portion de la surface ex térieure dudit tube, ce qui ne permet pas d'assurer une efficacité suffisamment élevée de refroidissement des conducteurs élémentaires. Vu que la valeur de la section transversale du canal de tube est compatible avec celle de la section transversale du conducteur élémentaire, le débit de l'agent de refroidissement circulant dans le tube devient très faible, ce qui ne permet pas de refroidir efficacement les conducteurs élémentaires des brins conducteurs de courant. Il convient également de noter qu'au cours de la mise sous presse de la barre de l'enroulement pour rendre cette derniere monolithe, .on risque aes aplatissements des tubes destinés à la circulation de l'agent de refroidissement pouvant provoquer, en raison des faibles dimensions des canaux des tubes, une réduction du débit de l'agent de refroidissement circulant dans lesdits tubes. Il en résulte également une surchauffe des conducteurs élémentaires de la barre de 1'enroulement statorique. La présente invention s'est posé donc le problème de créer une barre de l'enroulement de stator a noyau lisse pour machine électrique, dans laquelle les conducteurs élémentaires du brin conducteur seraient disposés, par rapport au tube destine à l'acheminement de l'agent de refroidissement, de façon à permettre une intensification de l'action de l'agent de refroidissement sur chacun des conducteurs élémentaires. Selon l'invention, la barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique comporte une gaine isolante contenant des brins conducteurs de courant isolés électriquement l'un de 11 autre, chacun des brins conducteurs de courant étant constitué par des conducteurs élémentaires transposés et un tube isolé électriquement, destiné a' l'acheminement de l'agent de refroidissement, et.elle-est -aAracterisee -en se que la transposition des conducteurs élémentaires sur la surface extérieure du tube,permettant la circulation de l'agent de refroidissement, est effectuée en les enroulant par couches, les conducteurs élémentaires des couches se trouvant en contact l'une avec l'autre étant enroulés en sens opposés. le mode propos de disposition des conducteurs élémentaires par rapport au tube servant à assurer la circulation de l'agent de refroidissement permet a ces conducteurs élémentaires d'encercler toute la surface extérieure dudit tube en permettant ainsi à l'agent de refroidissement d'agir sur les conducteurs élémentaires à travers toute la surface extérieure du tube précité, ce qui rend le refroidissement des conducteurs élemen- taires plus efficace. D'autre part, ce mode de disposition par couches des conducteurs élémentaires sur la surface extérieure du tube destin à l'acheminement de l'agent de refroidissement peut être réalisE avec des tubes dont la section transversale dépasse sensiblement la section transverse le du conducteur élémentaire. Or l'accroissement des dimensions du tube conduit à une augmentation du débit de l'agent de refroidissement circulant dans ce dernier, ce qui permettra également, a son tour, de rendre le refroidissement des conducteurs ElEmentaires plus efficace. L'invention va être expliquez plus en dtails au cours de la description de la barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique et des variantes de sa mise en oeuvre en se référant aux dessins annexés, où - La figure i est une section transversale de la barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour la machine électrique selon l'une des variantes de réali- sation de l'invention, - la figure 2 représente la section transversale, a échelle agrandie, de l'un des brins conducteurs de courant selon la variante de realisation de l'invention représentée à la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du brin conducteur de courant de la figure 2;; - la figure 4 représente une section transversale de la barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique selon une autre variante de mise en oeuvre de l'invention; - la figure 5 représente la section à échelle agrandie, de l'un des brins conducteurs de courant selon le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 4; et - la figure 6 est une section transversale de la barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique selon encore un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, La barre de l'enroulement de stator a noyau lisse pour machine électrique, r'ealisge suivant le mode indiqué à la figure 1, comporte une gaine isolante 1 dont la section transversale a la forme rectangulaire.A l'intérieur de la gaine isolante 1 sont disposées deux colonnes de brins 2 conducteurs de courant, isolés l'un de l'autre. Chaque brin 2 conducteur de courant (fig. 2) comporte un tube 3 dont la section transversale est d'une forme ovale. La surface extérieure du tube 3 est recouverte d'une couche 4 en matériau isolant. Sur le tube 3 sont transposées par enroulement trois couches de conducteurs élémentaires 5. Le brin 2 conducteur de courant (fig. 2) est enfermé dans une enveloppe isolante 6. Comme indiqué à la figure 3, les conducteurs élé- mentaires 5 de la couche extérieure, montrés sur la figure 3 par des lignes continues, sont enroulés suivant toute la longueur du tube 3 vers le cSt gauche, tandis que les conducteurs élémentaires 5 de la couche médiane, indiqués à la figure 3 par des lignes interrompues, sont enroulés également suivant toute la longueur du tube 3, mais vers la droite. les conducteurs élémentaires 5 de la couche adjacente au tube 3 (non représentEs sur la fig. 3) sont évidemment enroulés suivant toute la longueur du tube 3 de nouveau vers le côté gauche. Conformément à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention (fig. 4), la gaine isolante 7 contient deux colonnes de brins 8 conducteurs de courant, isolés l'un de l'autre. Chaque brin 8 conducteur de courant (fig.5) comporte un tube 9 dont la section a la forme d'un cercle. La surface extérieure du tube 9 est recouverte d'une couche l0 de matière isolante. Sur le tube 9 sont également enroulées trois couches annulaires de con-ducteurs élémentaires 11. Les couches de ces conducteurs élémentaires 11 se disposent concentriquement autour de l'axe longitudinal du tube 9. Chaque brin 8 conducteur de courant est enfermé dans une enveloppe isolante 12. Tout comme dans le mode de réalisation de l'invention précédent, lescbn- ducteurs EIémentaires 11 des couches extérieure et mé- diane sont enroulés en sens opposés. Il en est de meme pour la couche médiane et la couche adjacente au tube 9. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention (fig. 6), la barre de l'enroulement comporte une gaine isolante 13 dont la section transversale a la forme d'un cercle. A l'intêrieur de la gaine isolante 13 sont disposés quatre brins 14 conducteurs de courant, espacés régulièrement sur la circonférence. Comme indiqué à la figure 6, chacun des brins 14 conducteurs de courant est rEalisS de la mEme façon que le brin 8 conducteur de courant représentE sures figures 4 et 5. Il est évident quelles variantes dé réalisation de l'invention décrites ici et représentées sur les dessins ne sont données qu'à titre d'exemples préférées de mise en oeuvre et qu'il èst possible d'y apporter diverses modifications, de telles modifications devant rester dans le cadre de l'invention défini par la revendication ci-aprds. REVENDICATION Barre de l'enroulement de stator à noyau lisse pour machine électrique, comportant une gaine isolante (1, 7, 13) contenant des brins conducteurs de courant (2, 8, 14) isolés électriquement l'un de l'autre, chacun des brins conducteurs de courant (2, 8, 14) étant constitué par des conducteurs élémentaires (5) transposés et un tube (3, 9) isolé électriquement, permettant la circulation de l'agent de refroidissement, caractérisée en ce que la transposition des conducteurs élémentaires (5) sur la surface extérieure du tube (3, 9), permettant la circulation de l'agent de refroidissement, est réalise en les enroulant par couches, les conducteurs élémentaires des couches se trouvant en contact l'une avec l'autre étant enroulés en sens opposés.