Brevet FR3070803A1 — publié le 20190308

Procédé d'imprégnation d'une machine électrique La présente invention concerne l'imprégnation des machines électriques. Il est connu de déposer sur les bobinages et les tôles magnétiques un isolant électrique constitué par un imprégnant, de façon à assurer un maintien mécanique de ces éléments et les protéger des agressions extérieures. L'imprégnant contribue également à l'isolation électrique et minimise les échauffements dans la machine. Ainsi, plus la rétention en imprégnant est importante, plus les fonctions de cet imprégnant sont renforcées. Les procédés actuellement utilisés pour imprégner les circuits électriques des machines tournantes n'ont pas connu à la connaissance de la demanderesse d'évolution marquante depuis les années 1970. Ils reposent sur des techniques de tremper, de dépôt par goutte à goutte, de dépôt par pulvérisation, de réticulation par effet Joule, par rayonnement UV, etc... Dans la catégorie des procédés d'imprégnation par tremper, on distingue le tremper simple, le tremper multiple, le tremper sous vide ou sous pression, et le tremper avec réticulation UV et/ou par effet Joule. Le brevet US 3 527 662 divulgue de disposer la partie de la machine électrique à imprégner sur une structure rotative et de pulvériser dessus un vernis réticulable à chaud. Les bobinages sont chauffés en étant soumis à un courant électrique AC ou 20 DC. Il est mentionné qu'un courant alternatif peut créer un mouvement vibratoire qui pompe le vernis dans les recoins des bobines, éliminant les vides et assurant un remplissage complet de la structure. Ce procédé est présenté comme préférable à un procédé antérieur impliquant une immersion complète de la partie à imprégner, puis la cuisson de cette partie après extraction du bain d'imprégnant. 25 L'installation décrite dans ce brevet US 3 527 662 est relativement complexe, car la partie à imprégner est mise en mouvement, et des moyens d'essuyage sont prévus pour enlever l'excès de vernis déposé par pulvérisation. Le brevet US 4 792 462 décrit un procédé pour appliquer un vernis sans solvant sur les bobinages d'un stator de machine électrique. La partie à imprégner est 30 immergée dans un bain et les bobinages alimentés pour chauffer et provoquer un début de polymérisation du vernis à leur contact. Puis le stator est extrait du bain et retourné pour répartir le vernis sur le bobinage. 2 Le brevet US 6 146 717 divulgue un procédé dans lequel la partie à imprégner est plongée dans un bain d'imprégnant. Une réticulation partielle est réalisée alors que la partie est immergée, puis la partie est extraite pour permettre à l'imprégnant non polymérisé de s'écouler. Une exposition à un rayonnement UV scelle l'imprégnant, et une 5 réticulation finale peut avoir lieu par chauffage, avec une émission de composés volatils réduite du fait de la réticulation de surface réalisée par exposition au rayonnement UV. Les procédés d'imprégnation actuels ne permettent pas d'atteindre le meilleur compromis technique entre la rétention en imprégnant, la répartition de celui-ci, et la sécurité de mise en oeuvre. 10 Il existe donc un besoin pour perfectionner encore les procédés d'imprégnation, afin notamment d'imprégner de façon satisfaisante une partie d'une machine électrique, notamment en termes de rétention d'imprégnant, de répartition de celui-ci et de sécurité de mise en oeuvre, en particulier en ce qui concerne les émissions de composés volatiles. 15 L'invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient grâce à un procédé d'imprégnation d'au moins une partie d'une machine électrique comportant un bobinage et des tôles magnétiques, par immersion de ladite partie dans un bain d'un imprégnant capable de gélifier à chaud, caractérisé par le fait que l'on fait circuler dans ledit bobinage, alors que celui-ci est immergé, un courant électrique variant dans le temps, i.e. alternatif ou impulsionnel, de façon à créer des vibrations favorisant l'évacuation des bulles d'air, et l'on refroidit l'imprégnant non gélifié. L'invention offre de multiples avantages. Le fait de gélifier au moins partiellement, à la surface du fil et de la tôle, l'imprégnant alors que la partie à imprégner est immergée, permet de bénéficier de la présence d'imprégnant sur potentiellement toutes les zones à recouvrir d'imprégnant. De plus, le bain d'imprégnant étant refroidi autour de la machine, la qualité de l'imprégnant reste quasiment inchangée et les émissions volatiles sont réduites. L'évacuation des bulles d'air grâce aux vibrations provoquées par l'alimentation en courant alternatif ou impulsionnel du bobinage permet de bénéficier au mieux de l'immersion dans le bain d'imprégnant. Un recouvrement à 100 % des brins des bobinages devient possible. La quantité d'imprégnant déposée peut être relativement élevée, car la gélification s'effectue in situ en étant contrôlée par la puissance dissipée par le bobinage et le paquet de tôles. 3 Cette puissance dissipée est contrôlée par l'intermédiaire du générateur et permet de maîtriser l'épaisseur déposée en fonction du temps. Le procédé peut comprendre l'étape consistant à sortir la partie de machine recouverte d'imprégnant gélifié et à polymériser davantage l'imprégnant sous l'effet de la 5 chaleur dégagée par le courant circulant dans le bobinage. Une telle étape peut avoir lieu dès la sortie de la partie de machine du bain, avant la fin de l'égouttage de celle-ci. Cela permet d'arrêter plus rapidement l'égouttage, en figeant l'imprégnant, et d'accroître la quantité d'imprégnant recouvrant les parties à imprégner. Puis, une fois cette étape effectuée, on peut procéder à une cuisson finale de 10 l'imprégnant en dirigeant sur ladite partie de machine au moins un jet d'air chaud, de préférence pulsé, en particulier sur les tôles. Préalablement à l'immersion de la partie de machine à imprégner, on peut élever la température de celle-ci en faisant circuler un courant dans le bobinage. Ainsi, la partie de machine à imprégner est plongée déjà chaude, à une température supérieure à la 15 température ambiante, dans le bain. Cela peut accélérer la gélification de l'imprégnant. Le procédé selon l'invention est facilement adaptable à l'ensemble des machines tournantes, notamment celles de puissance comprise entre 0,1 kW et 2 MW, et aux différents types de bobinages de stators. L'invention permet d'éviter d'avoir à entraîner en rotation la partie de machine à imprégner, d'avoir à l'essuyer, de bien 20 maîtriser la quantité d'imprégnant déposée, et d'éviter le recours à une irradiation UV. La machine peut n'être immergée qu'une seule fois dans l'imprégnant. L'intensité du courant circulant peut être choisie de façon à faire gélifier in situ une épaisseur d'imprégnant comprise entre 50 microns et 1 mm. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la rétention de l'imprégnant, 25 tout en diminuant la quantité de déchets et la durée de l'opération d'imprégnation. Il permet d'utiliser comme imprégnant un vernis ou une résine à très faible COV, et améliore la tension PDIV (Partial Discharge Inception Voltage) de la machine électrique. Le courant qui alimente le bobinage est de préférence un courant alternatif, avantageusement généré par un variateur de fréquence ou onduleur. On peut ainsi jouer sur 30 la puissance dissipée en faisant varier la fréquence et/ou la tension, afin d'obtenir un recouvrement par l'imprégnant de l'épaisseur souhaitée, par exemple entre 50 microns et lmm comme mentionné ci-dessus. 4 La fréquence du courant est de préférence comprise entre 5 et 200 Hz, mieux entre 60 et 140 Hz. L'imprégnation peut être assistée par le vide et/ou la pression. Ainsi, ladite partie à imprégner de la machine peut être disposée dans une enceinte et un vide peut être 5 réalisé dans l'enceinte préalablement à l'injection dans celle-ci de l'imprégnant. L'imprégnant peut aussi être pressurisé à une pression supérieure à 1023 Pa (pression atmosphérique), notamment à une surpression comprise entre 0,5 bar et 10 bars, préférentiellement entre 2 et 6 bars, notamment entre 4 et 6 bars. Le procédé comporte de préférence une circulation de l'imprégnant vers et en 10 retour d'un échangeur thermique ou autre moyen de refroidissement destiné à maintenir la température du bain d'imprégnant constante. L'écart de température entre le départ et le retour est par exemple compris entre 5 et 20°C ; on a par exemple une température de départ comprise entre 30 et 40°C et une température de retour comprise entre 20 et 30°C. L'évacuation de l'imprégnant chaud non polymérisé peut s'effectuer par 15 débordement. De l'imprégnant non utilisé peut être injecté pour maintenir la qualité de l'imprégnant du bain et le niveau de celui-ci, et compenser la quantité d'imprégnant consommée. L'injection d'imprégnant neuf peut se faire en délivrant l'imprégnant dans le haut d'un bac servant à la collecte de l'imprégnant chaud par débordement. 20 L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, tel que défini ci-dessus, comportant : - une cuve pour recevoir une partie de machine électrique à imprégner, comportant un bobinage et des tôles magnétiques, cette partie étant reçue dans la cuve de telle sorte qu'elle soit immergée dans un imprégnant, 25 - un générateur électrique, notamment un variateur de fréquence ou un onduleur, à relier au bobinage, de façon à faire circuler dans celui-ci un courant électrique variant dans le temps alors que la partie de machine est immergée et provoquer la gélification in situ de l'imprégnant sous l'effet de la chaleur dégagée par effet Joule dans le bobinage et par courants induits dans les tôles, ainsi que des vibrations, 30 - un échangeur pour refroidir l'imprégnant non polymérisé contenu dans la cuve. 5 La cuve peut être à débordement, l'imprégnant qui déborde étant collecté et envoyé dans l'échangeur. La cuve peut être présente dans une enceinte où le vide peut être réalisé, ou en variante dans une enceinte mise en surpression. 5 L'installation peut comporter un réservoir contenant de l'imprégnant neuf, configure pour l'injecter progressivement dans le circuit d'imprégnant au contact de la partie à imprégner. Cette injection peut se faire via un bac de collecte de l'imprégnant chaud par débordement. Le réservoir est ainsi relié par un circuit au bain d'imprégnant et peut assurer sa mise à niveau pour compenser l'imprégnant consommé. 10 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente un exemple d'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et 15 - la figure 2 est une courbe donnant la puissance dissipée en fonction de la fréquence du courant d'alimentation du bobinage. On a représenté à la figure 1 une installation 1 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Cette installation comporte une cuve 2 à débordement, dans laquelle une partie 20 de machine M à imprégner, telle qu'un stator par exemple, peut être complètement immergée comme illustré. La cuve 2 est remplie à ras-bord d'un imprégnant I liquide. L'imprégnant qui déborde tombe dans un bac de collecte 3, où il est prélevé par une pompe (non représentée) pour être envoyé dans un refroidisseur 4. Ce dernier comporte un échangeur de chaleur, et 25 l'imprégnant réfrigéré est réinjecté en fond de cuve 2 par une canalisation 8. La température de l'imprégnant réinjecté dans la cuve 2 est par exemple inférieure ou égale à 30 ou 35°C, étant par exemple de 25°C environ, comme indiqué sur la figure. Le départ d'imprégnant peut se faire à 35°C, par exemple. L'installation 1 comporte un réservoir 11 qui contient de l'imprégnant neuf. Ce 30 dernier peut être déversé en un point haut du bac 3 à l'aide d'un conduit 12. Conformément à l'invention, le circuit électrique de la machine est relié à un générateur électrique 10, alimenté par exemple par le réseau triphasé industriel. Le 6 générateur est constitué par un variateur de fréquence ou un onduleur qui permet de choisir la tension et la fréquence du courant injecté dans le bobinage de la machine M. Le courant injecté provoque une élévation locale de la température du fil du bobinage et des tôles. 5 Le choix de la tension et de la fréquence s'effectue en fonction des pertes thermiques générées dans le bobinage (pertes joules) et la tôle (pertes liées aux courants de Foucault). A titre indicatif, on a représenté à la figure 2 un exemple de courbe donnant la puissance absorbée en fonction de la fréquence du courant injecté, pour une machine 10 donnée. Dans cet exemple, la puissance dissipée est maximale pour 100 Hz environ. L'imprégnant peut être tout composé isolant électrique adapté, réticulable à chaud. Il s'agit par exemple de d'imprégnant de la famille des polyesters, polyesterimides ou époxy. L'installation 1 est utilisée de la façon suivante. 15 La partie de machine M à imprégner est tout d'abord suspendue au-dessus du bain contenu dans la cuve 2. Le courant est injecté dans le bobinage, ce qui échauffe celui-ci et le circuit magnétique. La machine est ensuite immergée dans la cuve 2 contenant l'imprégnant. La 20 chaleur provoque une dilatation du gaz des bulles présentes et les vibrations induites par l'alternance du courant facilitent le départ des bulles vers la surface. L'imprégnant gélifie au contact des zones chaudes ayant une température suffisante. La gélification se produit localement sur toutes les parties chaudes de la machine. Il n'y a pas de dégradation sensible de l'imprégnant du bain compte-tenu de la 25 circulation de l'imprégnant et de son maintien en température. La partie de machine M est ensuite sortie et suspendue au-dessus de la cuve d'imprégnation 2. L'alimentation électrique est maintenue aux bornes de la machine, ce qui provoque une gélification additionnelle permettant d'arrêter l'égouttage de l'imprégnant non gélifié. 30 La machine ainsi traitée dispose alors d'une couche d'imprégnant suffisamment épaisse et gélifiée pour entamer la dernière phase du procédé, à savoir la cuisson de l'imprégnant. 7 Cette phase de cuisson est réalisée à l'aide d'un système d'air chaud pulsé, focalisé sur les parties ferreuses. L'alimentation électrique du bobinage est à ce stade déconnectée de la machine. Diverses modifications peuvent être apportées à l'installation sans sortir du 5 cadre de la présente invention. Par exemple, la cuve est disposée dans une enceinte appropriée et le vide peut être fait au-dessus de la cuve pour faciliter le dégazage de l'imprégnant sans injection de courant. En variante, la cuve est placée dans une enceinte mise sous pression pour aider 10 l'imprégnant à atteindre des zones qui seraient sinon peu accessibles. Plutôt qu'un courant alternatif, un courant redressé non filtré peut être utilisé, ou un courant impulsionnel. Le refroidissement de l'imprégnant REVENDICATIONS1. Procédé d'imprégnation d'au moins une partie d'une machine électrique (M) comportant un bobinage et des tôles magnétiques, par immersion de ladite partie dans un bain d'un imprégnant (I) capable de gélifier à chaud, caractérisé par le fait que l'on fait circuler dans ledit bobinage, alors que celui-ci est immergé, un courant électrique alternatif ou impulsionnel variant dans le temps de façon à créer des vibrations favorisant l'évacuation des bulles d'air, et l'on refroidit l'imprégnant non gélifié. 2. Procédé selon la revendication 1, ledit courant étant un courant alternatif 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, la fréquence du courant étant comprise entre 5 et 200 Hz. 4. Procédé selon la revendication 3, la fréquence étant comprise entre 60 et 140 Hz. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'intensité du courant circulant étant choisie de façon à faire gélifier in situ une épaisseur d'imprégnant comprise entre 50 microns et lmm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ladite partie de machine (M) étant disposée dans une enceinte et un vide étant réalisé dans 1 ' enceinte. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, l'imprégnant étant pressurisé à une pression supérieure à 1023 Pa, notamment à une surpression comprise entre 0,5 bar et 10 bars, de préférence entre 4 et 6 bars. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une circulation de l'imprégnant vers et en retour d'un échangeur thermique (4), ou tout autre moyen destiné à le refroidir. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape consistant à sortir la partie de machine (M) recouverte d'imprégnant gélifié et à polymériser davantage l'imprégnant sous l'effet de la chaleur dégagée par le courant circulant dans le bobinage. 10. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, l'étape consistant à sortir la partie de machine recouverte d'imprégnant gélifié et à la polymériser 9 davantage étant effectuée dès la sortie de la partie de machine du bain, avant la fin de l'égouttage de celle-ci. 11. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel on procède à une cuisson finale de l'imprégnant en dirigeant sur ladite partie 5 de machine au moins un jet d'air chaud, de préférence pulsé, en particulier sur les tôles. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, préalablement à l'immersion de la partie de machine à imprégner, on élève la température de celle-ci en faisant circuler un courant dans le bobinage. 13. Installation (1) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque 10 des revendications précédentes, comportant : - une cuve (2) pour recevoir une partie de machine électrique (M) à imprégner, comportant un bobinage et des tôles magnétiques, cette partie étant reçu dans la cuve de telle sorte qu'elle soit immergée dans un imprégnant, - une alimentation électrique (10) à relier au bobinage, de façon à faire circuler 15 dans celui-ci un courant électrique variant dans le temps alors que la partie de machine est immergée dans la cuve (2) et provoquer la gélification in situ de l'imprégnant sous l'effet de la chaleur dégagée par effet Joule dans le bobinage et par courants induits dans les tôles, ainsi que des vibrations, - un échangeur (4) pour refroidir l'imprégnant (I) non polymérisé contenu dans 20 la cuve (2). 14. Installation selon la revendication 13, la cuve étant à débordement. 15. Installation selon l'une des revendications 13 et 14, comportant un réservoir d'imprégnant neuf (11) pour compenser la consommation d'imprégnant dans cuve, relié par un circuit (12) au bain d'imprégnant. 25