Brevet FR2725852A1 — publié le 19960419

L'invention concerne une machine tournante, génératrice d'énergie électrique. L'invention concerne plus oar:iculièrement une machine tournante, génératrice d'énergie électrique, alimentant un réseau électrique, entraînée directement par une turbine à gaz et/ou une turbine à vapeur, et débitant dans le réseau par l'intermédiaire de dispositifs d'adaptation de la fréquence générée par la machine à la fréquence du réseau. En service, ces dispositifs chauffent de façon importante. Il est donc nécessaire d'avoir des moyens de refroidissement associés. De tels dispositifs d'adaptation sont disposés dans des armoires dédiées, externes à ladite machine, et comprenant des moyens de refroidissement. Il en résulte des encombrements importants pour l'ensemble machine tournante/ armoires de dispositif d'adaptation de fréauence. L'un des buts de la présente invention est de réduire sensiblement l'encombrement de l'ensemble machine tournante/ armoires de dispositif d'adaptation de fréquence. Un autre but de la présente invention est d'utiliser au moins une partie des moyens de refroidissement de ladite machine tournante pour refroidir la partie du dispositif d'adaptation comprise dans le stator de la machine tournante. Ces buts sont atteints selon l'invention en disposant à l'intérieur de la machine iune partie au moins des éléments du dispositif deconversion et en les faisant bénéficier des circuits de refroidissement de la machine. Les dispositifs statiques d'adaptation de fréquences comprennent en général des ponts de diodes/thyristors. Un tel dispositif est composé de façon connue d'un pont 2 2725852 redresseur par phase, dit pont machine, d'une inductance éventuelle et d'un pont onduleur, dit pont réseau. L'invention a pour objet une génératrice d'énergie électrique, polyphasée, comprenant un rotor et un stator agencés autour d'un axe de rotation du rotor, refroidis par au moins une circulation de fluide de refroidissement, ladite machine débitant dans un réseau au moins à travers un dispositif d'adaptation de la fréquence générée par la machine à la fréquence du réseau, caractérisée en ce que le stator contient au moins une partie des composants du dispositif d'adaptation de fréquence. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la partie des composants du dispositif d'adaptation contenue dans le stator est localisée de manière à bénéficier de ladite circulation de fluide de refroidissement de la machine. Dans une forme de réalisation, ladite partie des composants du dispositif d'adaptation comprend une pluralité de ponts machine redresseurs ayant un pôle plus, un pôle moins, et un point milieu, chaque phase étant connectée au point milieu de l'un des ponts machine redresseur. Dans un premier mode de réalisation, la machine est du type à enroulement statorique polygonal, comprenant au moins un enroulement statorique polygonal à N sommets, chaque sommet définissant une phase, tous les pôles plus et tous les pôles moins des ponts machine redresseurs étant connectés respectivement à un anneau commun plus et à un anneau commun moins, centrés sur l'axe du rotor, entourant les têtes de bobines de l'enroulement statorique de type polygonal. Avantageusement, les ponts redresseurs sont localisés autour des têtes de bobines de l'enroulement statorique de type polygonal. Chaque pont redresseur est en regard de, et connecté à une tête de bobine constituant l'un des sommets de l'enroulement statorique polygonal. - 3 2725852 La machine, selon l'invention, comprend deux bornes respectivement plus et moins, issues respectivement de l'anneau plus et de l'anneau moins, destinées à être connectées à un pont réseau onduleur, éventuellement à travers une inductance. Le pont réseau onduleur, ainsi que l'éventuelle inductance sont aussi localisés pour bénéficier de la circulation de fluide de refroidissement. Les ponts redresseurs sont montés sur des radiateurs à ailettes, lesdits radiateurs à ailettes étant montés sur des cales support isolantes autour des têtes de bobine. Selon un deuxième mode de réalisation, la machine est du type à enroulement triphasé statorique, comprenant 2N enroulements triphasés statoriques, chaque phase de chaque enroulement étant connectée au point milieu d'un pont machine redresseur, les pôles moins et les pôles plus des ponts machine redresseur d'un même enroulement étant respectivement connectés ensemble et couplés à une borne moins et à une borne plus. Avantageusement, les trois ponts redresseurs de chaque enroulement constituent un bloc, couplé à un pont réseau onduleur à travers une inductance de boucle. Les blocs de ponts machine redresseurs sont localisés dans des espaces du caisson machine en remplacement des composants qui ont été supprimés du fait de l'utilisation d'un groupe de production d'énergie dans lequel la turbine entraîne directement la machine tournante génératrice, sans réducteur interposé. Les ponts redresseurs bénéficient de ladite circulation de fluide. Avantageusement, les ponts redresseurs sont montés sur des radiateurs à ailettes. Un premier avantage de la présente invention est la diminution sensible de l'encombrement de l'ensemble machine tournante/armoires de dispositif d'adaptation de fréquence. En effet, une partie au moins du dispositif étant intégré 4 2725852 dans le stator de la machine, les dimensionnements des armoires et des moyens de refroidissement sont sensiblement diminués. Un autre avantage de l'invention est une diminution sensible du prix de l'ensemble machine tournante/armoires de dispositif d'adaptation de fréquence. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique unifilaire d'un groupe de production d'énergie comprenant une machine selon l'invention. - la figure 2 est une représentation schématique d'un groupe de production d'énergie comprenant une machine selon un premier mode de réalisation de l'invention. - la figure 3 représente une vue schématique partielle en coupe transversale du premier mode de réalisation selon l'invention. - la figure 4 représente une vue schématique partielle selon la ligne IV-IV de la représentation de la figure 3. - la figure 5 représente une vue schématique partielle d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention. La machine tournante 1, représentée schématiquement dans la Fig. 1, est une génératrice d'énergie électrique polyphasée et comprend une partie rotor 2 et une partie stator 3 d'axe 4. La machine comprend, de façon connue, au moins une circulation 5 de gaz de refroidissement destinée à refroidir les parties stator 3 et rotor 2. Toujours de façon connue, la machine débite dans un réseau 6, à travers un dispositif 7 d'adaptation de la fréquence générée par la machine 1 à la fréquence du réseau 6. La partie rotor 2 de la machine 1 est avantageusement entraînée directement et sans réducteur par une turbine 8 à gaz ou à vapeur. 2725852 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la partie stator 3 comprend au moins une partie 9 des composants du dispositif 7 d'adaptation de fréquence. Avantageusement, la partie 9 des composants du dispositif 7 d'adaptation de fréquence est localisée dans la circulation 5 de fluide de refroidissement de la machine tournante 1, qui dans l'exemple décrit est de l'air. En outre la partie 9 des composants du dispositif 7 d'adaptation de fréquence peut comprendre des moyens 10, tels qu'un radiateur à ailettes pour favoriser l'échange thermique avec la circulation 5 d'air. Selon l'invention, la partie 9 des composants du dispositif 7 d'adaptation de fréquence s'intègre dans la partie stator 3 de la machine 1 sans augmentation du volume de la dite machine 1. Dans la forme de réalisation décrite, le dispositif 7 d'adaptation de fréquence, comprend, de façon connue, une pluralité de ponts machine redresseurs 9 ayant un pôle plus 12, un pôle moins 11, et un point milieu 13, chaque phase 14 étant connectée au point milieu 13 de l'un des ponts machine redresseur 9. Ces pont machine redresseurs 9 comprennent, par exemple, deux éléments redresseurs 15 en série. Ces éléments peuvent être commandables, semi-commandables ou non commandables. Dans un premier mode de réalisation représenté dans les figures 2 et 3, la machine tournante 1 est du type à enroulement statorique polygonal, comprenant au moins un enroulement statorique polygonal à N sommets. De façon connue, l'enroulement comprend des têtes de bobine 18, localisées aux extrémités longitudinales de la partie stator 3. Chaque sommet 13 de l'enroulement statorique polygonal définit une phase 14 correspondant à une tête principale de bobine 18a. Tous les pôles plus 12 et tous les pôles moins 11 des ponts machine redresseurs 9 sont connectés respectivement à un anneau commun plus 17 et à un anneau commun moins 16, centrés sur l'axe 4 de la machine 1, 6 2725852 entourant les têtes de bobine 18 de l'enroulement statorique de type polygonal. Les ponts redresseurs 9 sont localisés sur un cercle centré sur l'axe 4 de la machine, entourant les têtes de bobine 18 de l'enroulement statorique de type polygonal. Avantageusement, chaque pont machine redresseur 9 est en regard de, et connecté à une tête principale de bobine 18a constituant l'un des sommets de l'enroulement statorique polygonal. Avantageusement, les ponts machine redresseurs 9 sont montés sur des radiateurs à ailettes 10, lesdits radiateurs à ailettes 10 étant montés sur des cales support isolantes 22 autour des têtes de bobine 18. De ce fait, la circulation d'air passant dans les espaces 25 inter-têtes refroidit les ponts machine redresseurs 9 et leur radiateur 10 associe. La machine comprend, en outre, deux bornes externes respectivement plus et moins, issues respectivement de l'anneau plus 17 et de l'anneau moins 16, destinées à être connectées à un pont réseau onduleur 20 à travers une inductance de boucle éventuelle 21. Dans des variantes (non représentées) de ce premier mode de réalisation, le pont réseau onduleur 20 est aussi disposé autour des têtes de bobine ou dans le circuit de refroidissement de la machine. Dans un deuxième mode de réalisation représenté dans les figures 5 et 6, la machine est du type à enroulement triphasé statorique, comprenant 2N enroulements triphasés statoriques 30. Chaque phase 14 de chaque enroulement 30 est connectée au point milieu 13 d'un pont machine redresseur 9, les pôles moins 11 et les pôles plus 12 des ponts machine redresseurs 9 d'un même enroulement 30 étant connectés ensemble respectivement à une borne commune moins 32 et à une borne commune plus 31. 7 2725852 Ainsi, pour chaque enroulement 30 il existe un bloc 33 de trois ponts machine redresseurs 9. Ce bloc est avantageusement monté sur un radiateur à ailette 10 afin d'améliorer le transfert de chaleur. Les blocs 33 de ponts redresseurs, de type Graetz, peuvent être soit raccordés chacun à un pont onduleur associé, ce qui donne 2N ponts onduleurs à coupler ensuite entre eux, soit couplés entre eux, en parallèle ou série-parallèle, pour débiter ensuite dans un seul pont onduleur. Comme dans le premier mode de réalisation, le pont réseau onduleur peut être interne ou externe à la machine. Les blocs 33 de ponts machine redresseurs 9 sont localisés dans des espaces du caisson machine en remplacement des composants qui ont été supprimés du fait de l'utilisation d'un groupe de production d'énergie dans lequel la turbine entraîne directement la machine tournante génératrice, sans réducteur interposé. Ces blocs de ponts machine redresseurs sont situés dans le circuit de refroidissement de la machine. Bien que seuls deux modes de réalisation aient été décrits, il est clair que toute modification ou amélioration apportée à présente invention et qui serait évidente pour l'homme du métier est comprise dans le cadre de l'invention. 8 2725852 REVENDICATIONS 1/ Génératrice d'énergie électrique, polyphasée, comprenant un rotor (2) et un stator (3) agencés autour d'un axe de rotation (4) du rotor (2), refroidis par au moins une circulation (5) de fluide de refroidissement, ladite machine débitant dans un réseau (6) au moins à travers un dispositif (7) d'adaptation de la fréquence générée par la machine (1) à la fréquence du réseau (6), caractérisée en ce que le stator (3) contient au moins une partie (9) des composants du dispositif (7) d'adaptation de fréquence. 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie (9) des composants du dispositif (7) d'adaptation contenue dans le stator (3) est localisée de manière à bénéficier de ladite circulation (7) de fluide de refroidissement de la machine. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que ladite partie (9) des composants du dispositif (7) d'adaptation comprend une pluralité de ponts machine redresseurs (9) ayant un pôle plus (12), un pôle moins (11), et un point milieu (13), chaque phase (14) étant connectée au point milieu (13) de l'un des ponts machine redresseur (9). 4. Machine selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'elle est du type à enroulement statorique polygonal, comprenant au moins un enroulement statorique polygonal à N sommets, chaque sommet définissant une phase (14), tous les pôles plus (12) et tous les pôles moins (11) des ponts machine redresseurs (9) étant connectés respectivement à un anneau commun plus (17) et à un anneau commun moins (16), centrés sur l'axe (4) du rotor (2), entourant les têtes de bobines (18, 18a) de l'enroulement statorique de type polygonal. 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce que les ponts redresseurs (9) sont localisés autour des têtes de bobines (18, 18a) de l'enroulement statorique de type polygonal. 9 2725852 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque pont redresseur (9) est en regard de, et connecté à une tête de bobine (18a) constituant l'un des sommets de l'enroulement statorique polygonal. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce qu'elle comprend deux bornes respectivement plus et moins, issues respectivement de l'anneau plus (17) et de l'anneau moins (16), destinées à être connectées à un pont réseau onduleur (20), éventuellement à travers une inductance de boucle (21) 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisée en ce que le pont réseau onduleur (20) et l'inductance de boucle (21) sont aussi localisés pour bénéficier de la circulation de fluide de refroidissement. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 caractérisée en ce que les ponts redresseurs (9) sont montés sur des radiateurs (10) à ailettes, lesdits radiateurs (10) à ailettes étant montés sur des cales support isolantes (22), autour des têtes de bobine (18, 18a). 10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle est du type à enroulement triphasé statorique, comprenant 2N enroulements (30) triphasés statoriques, chaque phase (14) de chaque enroulement (30) étant connectée au point milieu (13) d'un pont machine redresseur (9), les pôles moins (11) et les pôles plus (12) des ponts machine redresseur (9) d'un même enroulement (30) étant respectivement connectés ensemble et couplés à une borne moins (32) et à une borne plus (31). 11. Machine selon la revendication 10 caractérisée en ce que les trois ponts redresseurs (9) de chaque enroulement (30) constituent un bloc (33), couplé à un pont réseau onduleur à travers une inductance de boucle. 12. Machine selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que les blocs (33) de ponts machine redresseurs (9) sont localisés dans des espaces du caisson machine en remplacement des composants qui ont été supprimés 2725852 du fait de l'utilisation d'un groupe de production d'énergie dans lequel la turbine entraîne directement la machine tournante (1) génératrice, sans réducteur interpose. 13. Machine selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que les ponts redresseurs (9) bénéficient de ladite circulation de fluide (5). 14/ Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que les ponts redresseurs (9) sont montés sur des radiateurs (10) à ailettes.