Brevet FR2540686A1 — publié le 19840810

La présente invention se raporte aux machines électriques et a notamment pour objet une barre d'enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif. L'invention peut s'appliquer notamment aux grosses machines électriques, en particulier aux générateurs hydro-électriques et aux turbogénérateurs. Les barres d'enroulements statoriques pour machines électriques à courant alternatif sont réalisées à partir de plusieurs conducteurs élémentaires isolé-s,de section relativement petite. Dans la pratique mondiale des constructions électromécaniques, dans les barres d'enroulements statoriques pour machines électriques à courant alternatif, afin de supprimer les pertes additionnelles dues aux courants égalisateurs parcourant les conducteurs élémentaires des barres, on utilise largement la méthode de transposition desdits conducteurs élémentaires, c'està-dire de changement de la position de chaque conducteur dans la section de la partie de la barre située dans l'encoche (dénommée, dans ce qui suit, "partie d'encoche" de la barre). On connais une barre d'enroulement~statorique de machine électrique à courant alternatif (voir le livre "Les turbogénérateurs. Calcul et conception" par V.V. Titov et al. (Ed. "énergie"2 Léningrad, 1967, p.155, Fig.3-3), dans laquelle les conducteurs élémentaires isolés sont disposés en deux rangées verticales à nombre égal de conducteurs. Dans cette barre, les conducteurs élémentaires sont transposés, dans la partie d'encoche de la barre, de 540 degrés électriques afin de compenser les forces électromotrices induites dans les parties des conducteurs élémentaires qui sont situées dans les tttes de la barre. L'inconvénient de ladite barre réside dans son domaine d'application limité. En particulier, de telles barres ne peuvent être conçues pour les enroulemeata statoriques des turbo alternateurs et des hydro-alter- nageurs, dont le stator a un noyau de longueur relativement faible, et en même temps, un nombre important de conducteurs élémentaires dans les barres des enroulements statoriques. Pour réaliser une transposition de 540 degrés électriques de ces conducteurs, le pas de transposition doit être tellement petit qu'il devient pratiquement impossible de l'obtenir, c'est-à-dire qu'il est physiquement impossible de courber les conducteurs sous un si grand angle (nécessaire pour la réalisation de la transposition). On connait une barre d t enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif (voir par exemple le certificat d'auteur URSS N0619068,publié en 198 comprenant des conducteurs élémentaires isolés, disposes en deux rangées verticales et transposés deux par deux dans la partie d'encoche de la ;barre, c'est-à-dire que les deux conducteurs mutuellement voisins d'une même rangée verticale sont transposés ensemble, tandis que les parties des conducteurs qui se trouvent dans les têtes de la barre ne sont pas transposées. Dans une barre ainsi conçue,grace à la transposition commune des deux conducteurs mutuellement adjacents dans une m8me rangée, le pas de transposition augmente de deux fois, et de ce fait, il devient possible de réaliser une transposition de 540 degrés électriques dans les enroulements statoriques possédant un noyau relativement court et un grand nombre de conducteurs dans les barres. De plus, l'accroissement du pas de transposition de deux fois conduit à une simplification de la fabrication des barres et à une amélioration de la qualité de 1' enroulement statorique. L'inconvénient de ladite barre réside en ce qui suit. En cas de refroidissement par eau de l'enroulement stato rique, certains conducteurs élémentaires de la barre sont réalisés creux pour permettre le passage du fluide de refroidissement, tandis que les autres conducteurs--sont pleins, lesdits conducteurs creux alternant avec les paires de conducteurs pleins transposés ensemble. Dans ce cas, les conducteurs non transposés situés dans les têtes de barre et se trouvant en position extrême, c'est-à-dire à la surface de la base étroite de la barre, sont aussi bien des paires de conducteurs pleins que des conducteurs creux. Cette circonstance a une influence défavorable sur la fiabilité de la barre, et ceci pour deux raisons. Premièrement, comme la section des conducteurs creux est affaiblie par la présence du canal pour le passage du fluide de refroidissement, il existe un risque d'endommagement desdits conducteurs creux se trouvant en position extrême dans les têtes de barre, et ce, sous l'effet d'actions mécaniques notamment pendant le moulage.des-têtes de barre, lors de leur fixation dans la machine électrique, etc. Deuxièmement, l'évacuation de la chaleur desdits conducteurs pleins extrême n'est pas suffisamment intense par suite de l'absence de contact direct entre ces derniers et les conducteurs creux. Etant donné que les têtes ou zones frontales de l'enroulement statorique peuvent avoir une longueur considérable, les surchauffes locales de l'enroulement peuvent affecter la fiabilité de la machine électrique dans son ensemble. Le but de la présente invention est donc de réaliser une barre d'enroulement statorique pour machine-électrique à courant alternatif, qui aurait une fiabilité plus élevée grâce à une réduction du risque d'endommagement des conducteurs creux en tête de barre et à un refroidissement plus efficace des têtes de barre. A cet effet, la barre d'enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif, du type comportant des conducteurs isolés pleins et creux, disposés en deux rangées verticales et transposés dans la partie d'encoche de la barre, les conducteurs mutuellement adjacents de chaque paire de conducteurs pleins d'une même rangée étant transposés ensemble, est caractérisée selon l'invention, en ce que chaque conducteur plein qui, à la sortie de la partie d'encoche de la barre, occupe une position extrme dans la rangée correspondante, est séparé du conducteur avec lequel il a été transposé, et est placé au-dessus du conducteur creux extrême de l'autre rangée verticale. Le fait que, dans les têtes dé la barre, les conducteurs pleins soient disposés en position extrême, permet de protéger les conducteurs creux se trouvant au-dessous d'eux contre les actions mécaniques, par exemple contre la flexion de leurs têtes ou parties frontales au cours de la fabrication de la barre. te refroidissement des têtes de barre est amélioré grâce au fait que la chaleur degagée par les conducteurs pleins extrêmes est évacuée d'une façon plus efficace quand ces conducteurs sont en contact avec les conducteurs creux dans lesquels. circule le -fluide de refroidissement L'invention sera mieux comprise et d'autre buts, détails et avantages de celle-ci -apparaRtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple nonlimitatif avec références au dessins unique annexé dans lequel - la figure 1 représente une barre d'-enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif, selon lsinvention (vue du c8té de la face large de la barre); - la figure 2 est une vue de la barre représentée sur la figure 1, du côté de la face étroite de la barre; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 1, à échelle agrandie;; - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 1, à échelle agrandie; - la figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure 1, à échelle agrandie; - la figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 1,à échelle agrandie; et - la figure 7 est une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 1,à échelle agrandie. La barre d'enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif est constituée par une partie 1 située dans l'encoche, ou "partie d'encoche" (figures 1,2) et des têtes 2 et comprend, par exemple,-dix-huit conducteurs élémentaires isolés 3,4,5, ,19, 20 (figure 3), disposés les uns sur les autres suivant la hauteur de la barre en deux rangées verticales 21 et 22. Pour plus de simplicité, la garniture isolante interposée entre les rangées verticales 21 et 22 n'est pas représentée sur les figures, de même que l'isolation des conducteurs élémentaires 3 à 20 et l'isolation par rapport à la masse. Les conducteurs 3 à 14 sont de section pleine, tandis que les conducteurs 15 à 20 ont une section creuse pour permettre la circulation d'un fluide de refroidissement. Afin d'améliorer le refroidissement de la barre, les conducteurs creux 15 à 20 alternent avec les conducteurs pleins 3 à 14, par exemple de façon à avoir entre deux conducteurs creux successifs d'une même rangée verticale une paire des conducteurs pleins ainsi, entre les conducteurs creux 15 et 16 se trouve une paire de conducteurs pleins 5 et 6, et entre les conducteurs creux 16 et 17, une paire de conducteurs pleins 7 et 8, etc. Avec une telle alternance des paires de conducteurs pleins et des conducteurs creux; l'épaisseur de ces derniers est, en règle générale, deux fois supérieure à celle des conducteurs pleins. Les conducteurs 3 à 20 sont transposés, par exemple de 540 degrés électriques, suivaat la longueur de la partie d'encoche (figure 1) de la barre, ctest-à-dire qu'ils changent successivement de position suivant la hauteur de chaque rangée 21 et 22 en passant d1une rangée à l'autre. Il est à noter que les parties des conducteurs 3 à 20 (figure 3) qui sont situées dans les têtes 2 de la barre (figure 1) ne sont pas transposées. Les figures 3 à 7 montrent comment, lors de la transposition, les conducteurs 3 à 20 changent de position dans la section transversale de la barre. On voit sur ces figures que les conducteurs pleins mutuellement voisins disposés dans une mème rangée verticale 21 ou 22, sont transposés deux par deux, c'est-à-dire que le conducteur 3 est trans- posé conjointement avec le conducteur 4, le conducteur 5 et le conducteur 6 sont transposés ensemble, le conducteur 7 et le conducteur 8 sont transposés ensemble, etc., tandis que chacun des conducteurs creux 15 à 20 est transposé. séparément. Les sections de la barre montrées sur les figures 4 et 5 sont séparées l'une de l'autre par une distance égale au pas de transposition, en d'autres termes, elles sont séparées par une distance dans les limites de laquelle chaque conducteur creux, par exemple le conducteur 16 (ou chaque paire de conducteurs pleins adjacents, par exemple lesoonducteurs 5 et 6) passe à l'endroit qui était occupé, avant 1a transposition, par la paire des conducteurs pleins qui lui est voisine, par exemple les conducteurs 5 et 6 (ou par un conducteur creux voisin de cette paire, par exemple le conducteur 15). Lors de la transposition, chaque paire de conducteurs pleins mutuellement adjacents (3 et 4), (5 et 6.), (7 et 8) et ainsi de suite, et chacun des conducteurs creux 15 à 20, occuptprogressivement toutes les positions suivt la hauteur de la barre dans les deux rangées 21 et 22, en effectuant ainsi, en-quelque sorte, un tour et demi (dans le cas considéré : dans le sens horaire) par rapport à leur point d'origine, ce qui correspond à une transposition de 540 degrés électriques (voir les figures 3 à 7). Le transfert des conducteurs extrêmes d'une rangée verticale à l'autre est assuré par une flexion de tran-spo- sition réalisée au préalable; les zones de flexion des conducteurs sont visibles en 23 sur la figure 2. Ces mêmes zones 23 sont conventionnellement indiquées sur les figures 4, 5 et 6 en lignes tiretées. Dans les têtes 2 (figure 1) de la barre, les conducteurs pleins qui, à la sortie de la partie d'encoche, se trouvent en position extrême dans la rangée correspondante sont séparés des conducteurs avec lesquels ils ont été transposés et sont disposés au-dessus des conducteurs creux extrêmes de l'autre rangée.Plus précisément, dans la partie extrême gauche de la barre (figures 1, 2), le conducteur plein 4, se trouvant en position extrême à la sortie de la partie d'encoche dans la rangée 22, est séparé du conducteur 3 avec lequel il a été transposé et est disposé, dans la tête de la barre, au-dessus du conducteur creux Ç5 dans la rangée 21, tandis que le conducteur plein 10 qui, à la sortie de la partie d'encoche, est le conducteur extrême de la rangée 21, est séparé du conducteur 9 avec lequel il a été transposé et est disposé,bdans la tête de la barre, au-dessus du conducteur creux 18 de la rangée 22, comme on le voit sur les figures 4 et 3. De la même manière, en considérant la partie extrême droite de la barre sur les figures 1 et 2, on voit que le conducteur 3, qui est le conducteur extrême de la rangée 22 à la sortie de la partie d'encoche, est séparé du conducteur 4 associé et est disposé, dans la tête de la barre, au-dessus du conducteur creux 20 de la rangée 21, tandis que le conducteur plein 9, qui est le conducteur extrême de la rangée 27, est séparé du conducteur 10 associe et est disposé dans la rangée 22 audessus du conducteur creux 17 , comme on peut le voir sur les figures 6 et 7t Le transfert des-conducteurs pleins 3, 4, 9 et 10 qui > à la sortie de- ia partie d'encoche, sont les conducteurs extrêmes de la rangée 21 ou 22, est assuré par flexion supplémentaire desdits conducteurs; les zones de flexion supplémentaire des conducteurs 4 et 9 sont visibles en 24 sur la figure 2 Ainsi, dans les têtes de la barre > sur ses faces étroites ne se trouvent que les conducteurs pleins 3, 4, 9 et 10 (figures 3, 7) protégeant les conducteurs creux 15, 202 17 et 18 > respectivement, qui leur sont directement sous-jacents, contre les endommagements mécaniques qui peuvent avoir lieu, par exemple, au cours au courbement des têtes de barre lors de la fabrication des barres.En outre, en disposant les conducteurs pleins 3, 4, 9 et 10 au dessus des conducteurs creux 15, 20, 17 et 18 sur toute la longueur des têtes 2 de la barre (figures 1, 2), qui peuvent avoir une étendue importante, on parvient à améliorer l'évacuation de la chaleur des conducteurs pleins 3, 4, 9 et 10 (figures 3, 7) se trouvant en position extrême dans leurs rangées respectives, ce qui, en définitive, assure un refroidissement plus efficace de la barre dans son- ensemble. il est évident que l'exemple concret de réalisation de la barre d'enroulement statorique décrit ci-dessus n!est pas le seul possible. Ainsi, au lieu de transposer les conducteurs élémentaires de 540 degrés électriques, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, réaliser une transposition de 360 ou 180 degrés électriques. D'autre part, le nombre de conducteurs élémentaires de la barre peut êtré différent de celui indiqué dais cequiprécède. La barre conforme à l'invention, du fait qu'elle permet de protéger les conducteurs creux extrêmes dans les têtes de la barre à l'aide des conducteurs pleins, et du fait qu'il assure un refroidissement plus efficace des conducteurs pleins se trouvant en position extrême dans la tête de barre, présente une fiabilité accrue. REVENDICATION Barre d'enroulement statorique pour machine électrique à courant alternatif, du type comprenant des conducteurs isolés pleins- (3 à 14) et creux (15 à 20) disposés en deux rangées verticales (21, 22) et transposés l'un par rapport à l'autre dans la partie (1) de la barre qui est destinée à être logée dans l'encoche correspondante du stator, les conducteurs mutuellement adjacents de chaque paire de conducteurs pleins (3 et 4), (5 et 6), etc, d'une même rangée (21 ou 22) étant transposés ensemble, caractérisée en ce que,dans les têtes 2 de la barre,cbaque conducteur plein (3, 10, 4, 9) qui, à la sortie de la partie d'encoche (1) de la barre, occupe une position extrême dans la rangée (22 ou 21) corres pondante, est séparé du conducteur (4, 9, 3, 10, respectivement) avec lequel il a été transposé et est disposé au-dessus du conducteur creux (15, 18, 20, 17, respectivement) se trouvant en position extrême dans l'autre rangée verticale (21 ou 22).