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La présente invention est relative à une machine dyuamoelectrique et concerne plus particulièrement un ellseulbl e rotor-bague de retenue dans lequel un conducteur malleable est disposé entre les deux composants.
Pendant la durée d'un défaut qui est à l'origine d'une induction ou de courant de fréquence asynchrone, 1a bague de retenue peut, pour les courants périphériques, faire office de chemin de retour pour fermer le rircuit.
De nombrcux types de comportement de génératrice peuvent engendrer ces courants de surface dont la fréquence peut aller d'une fraction de hertz à dcuze fois la fréquence nominale et parfois plus. Une perte d'excination à l'enrotlement de champs peut provoquer la circulation de courants de fréquence très basse mais d'amplitude élevée dans la section transversale du rotor, suivant des trajets disponibles ä l'intérieur du corps principal du rotor. Des courants de frequence inférieure à la fréquence synchrone, de frequence nominale et de fréquence double de la frequence nominale (sequence negative) qui sont aussi de grande amplitude, peuvent circuler le long de ces trajets.
Même en fonctionnement normal, des courants de plus faible amplitude et de fréquence egale à douze ou multiples de douze fois la fréquence nominale peuvent circuler le long de ces trajets. Ces courants électriques ont tendance ä se déplacer axialement le long du corps du rotor vers une région ou une bague de retenue est attachee ä l'arbre de rotor. Dans cette région. ces courants se déplacent radialement de l'arbre de rotor vers l'intérieur de la bague de retenue. Al'intérieur de la bague de retenue, ces courants électriques circulent circonférenciellement autour de la bague de retenue avant de passer à nouveau dans le corps du rotor.
Si un courant électrique est induit de manière ä circuler entre l'arbre et la bague de retenue dans une direction radiale là où existent des intervalles entre ces composants, des arcs électriques ou des forts échauffements peuvent se développer. L'existence d'arcs electriques entre l'arbre et la bague de retenue presente des inconvenients. Les arcs e] ectriques peuvent provoquer de profondes piqûres dans la face concernée de la bague et de relus, la plus forte resistance electrique pmvüqupe par les intervalles provoque une augmentation de la
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température de la dite bague par e passage du courant électrique ä travers cette région ä resistance plus élevée.
La bague de retenue d'un rotor de machine dynamoélectrique est assemblée sur l'arbre de rotor ä forçage.. Les surfaces de contact du rotor et de la bague de retenue sont usinées au tour et permettent normalement entre elles un contact électrique franc. Toutefois, même une faible rugosité de surface de ces surfaces de contact peut être ä l'origine de petits intervalles entre l'arbre et la bague.
Suivant la présente invention, une machine dynamoélectrique comprend un rotor ayant une surface extérieure. une bague ayant une surface intérieure disposée coaxialement par rapport au dit rotor, la dite surface intérieure étant disposée autour de la dite surface extérieure avec forçage, un matériau malléable disposé entre les dites surfaces intérieure et extérieure, le dit rotor étant électriquement conducteur, la dite bague étant électriquement conductrice et le dit matériau malleable étant électriquement conducteur.
Pratiquement, un moyen est prévu pour améliorer le contact électrique entre l'arbre de rotor et la bague qui lui est associée, ce moyen étant une couche de matériau conducteur malleable disposée entre le dit rotor et la dite bague. Afin d'être efficace, ce materiau rapporté doit être électriquement conducteur et pouvoir épouser toutes les petites irregularities des surfaces er contact de la bague et de l'arbre quand ces elements le compriment. On a constate qu'un feuillard de cuivre, en forme de ruban, présente assez de conductibilité et de malléabilité pour remplir cette fonction.
Lorsqu'il est applique entre un rotor de machine dynamoélectrique et une bague de retenue y associée, un feuillard de cuivre d'environ 0, 08 à 0, 13 mm d'épaisseur comble de manière adéquate les irrégularités de surface de matériau conducteur rt réduit fortement les arcs entre le rotor et la bague de retenue.
D'autres avantages peuvent être obtenus grâce ä l'utilisation d'un feuillard de cuivre présentant sur l'une de ses faces une substance adhésive. Lors du montage de la bague de retenue sur l'arbre, cette substance adhésive maintient le feuillard de cuivre en place. On a constaté que, à cause de la forte température à laquelle est soumise la
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la bague de retenue pendant son montage sur l'arbre et à cause de la pression extremement élevée exercée sur l'arbre par la bague de retenue apres son refroidissement, toute trace de substance adhesive a disparu ä la fin du montage.
Le feuillard de cuivre restant assure entre la bague et l'arbre une liaison électrique suffisante pour éviter l'amorçage d'arcs électriques quand des courants sont indults et amènes à circuler entre les deux elements.
L'invention va maintenant être décrite au moyen d'un exemple, en se reférant aux dessins annexes. Sur ces dessins :
La figure 1 est une vue d'un rotor de machine dynamoélectrique sur lequel est montee la bague de retenue ;
La figure 2 est une coupe du rotor montré à la figure 1 ;
La figure 3 est une coupe ä travers le rotor et la bague de retenue, montrant en details les surfaces de contact des deux composents ;
La figure 4 est une vue en coupe d'un ensemble rotor-bague de retenue montrant l'inventijn appliquée aux deux composants et en relation avec les encoches et les réglettes d'un rotor et,
La figure 5 est une vue d'un ensemble rotor-bague montrant les trajets du courant électrique pendant une periode de mauvais fonctionnement dû ä une sequence negative.
La figure 1 represente un ensemble rotorique 10 de machine dynamoélectrique où un corps de rotor 12 est associe ä une bague de retenue 14. Les rotors des machines dynamollectriques sont réalisés en acier forge à haute résistance. Des encoches axiales (non représentées ä la figure 1) sont conformées pour loger une pluraliste de conducteurs électriques qui sont connectés entre eux pour former les bobines de champs de la machine. Dans ces encoches, les parties droites de ces bobines sont retenues radialement par des réglettes d'encoche.
Toutefois, dans la region qui depasse axialement le corps de rotor 12. les boucles d'extrémité des bobines ne sont plus maintenues dans les encoches et de ce fait doivent être empêchées de se deplacer radialement vers l'exterieur pendant la rotation du rotor. Pour empêcher ce deplacement radial qui est cccasionné par la force centrifuge, une bague de retenue 14 est disposée autour des boucles d'extrémité des bobines
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de champ du rotor. Une partie axialement interne de la surface cylindrique intérieure de Ja bague de retenue est conformee pour s'appliquer ä forçage sur le corps de rotor 12.
Une partie axialement exterieure de la surface du corps de rotor 12 est usinée de façon similaire de manière s'adapter dans 1a bague 14 pour obtenir le serrage.
Pratiquement, la bague 14 et le corps de rotor 12 sont usinés à des diamètres qui, lors de l'assemblage,présentent une interference diametrale d'environ 0, 03 ä 0, 0325 mm par cm. De manière à monter la bague de retenue 14 sur le corps de rotor 12, la dite bague est chauffée ä une température telle que la dilatation soit suffisante pour pouvoir la glisser facilement sur le dit corps de rotor. Une fois en place, la bague de retenue est ramenée ä température ambiante et se rétracte sur le corps de rotor 12, assurant ainpi un accouplement par retrait. Les surfaces de contact de la bague et du corps de rotor 12 sont amenées ä leurs dimensions voulues par un usinage ä l'aleseuse pour la bague et au tour pour le corps de rotor.
Bien que les surfaces ainsi obel es
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soient en général bien lisses, il est tres difficile d'éviter certaines petites aspérités. Quand de petits intervalles existent entre la bague de retenue 14 et le corps de rotor 12, il peut avoir en ces points des amorçages d'arc lorsqu'apparaissent, en cours de fonctionnement, des conditions de déséquilibre.
Des courants inverses transitoires ou constants circulent dans une génératrice lorsqu'elle est soumise ä des défauts de phase ä phase.
Pendant la duree de ces défauts, les enroulements d'induit véhiculent une composante de phase inverse qui développe une onde de force électromotrice tournant à vitesse synchrone en sens oppose à la rotation du rotor. Cette onde de force électromotrice induit au rotor des courants électriques ayant une fréqunce double de la fréquence synchrone. Chaque fois que des courants de fréquence quelconque sont induits A la surface du rotor, ils circulent 3 travers les barres d'amortissement, les réglettes et les faces polaires. A partir de ces composants, ils pénètrent dans la bague de retenue.
Le manque d'uniformité entre les surfaces de contact du rotor et de la bague est ä l'origine de points ä haute resistance qui canalisent les courants
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électriques dans de tres petits points de contact. Les hautes temperatures qui peuvent en résulter en ces points de contact sont susceptibles d'entrainer de graves dégats aux divers composants du rotor, plus particulièrement des piqûres ä la surface cylindrique intérieure de la bague en contact avec l'arbre. Tout le temps que dure le défaut, les courants électriques suivent un trajet tel que celui illustré par les flèches de la figure 1.
La figure 2 donne la vue d'une coupe à travers l'el1semb1e rotorique 10 de la figure 1. Dans un but de clarté, les encoches, conducteurs et réglettes du rotor ne sont pas représentés. Comme montré A la figure 2, une partie axialement extérieure du corps de rotor 12 est, sur une distance , usinée pour s'adapter avec une partie associée de la bague de retenue 14. La surface cylindrique intérieure de la bague de retenue 14 est usinée de la même façon pour recevoir cette partie du corps de rotor avec une interférence diamétrale. Le corps de rotor 12 et la bague de retenue 14 sont l'un et l'autre pourvu en surface d'une rainure, les deux rainures formant ensemble, après montage un canal circonférentiel 16.
Ce canal 16 sert ä loger une clavette annulaire qui, en cours de fonctionnement, empêche la bague 14 de se déplacer axialement par rapport au corps de rotcr 12. Les flèches visibles ä ia figure 2, indiquant le trajet du courant-électrique pendant la durée des conditions défectueuses, qui passe axialement à travers le corps de
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rotor 12 et radialement vers l'extérieur dans la bague 14.
La figure 3 est une vue à grande surface de contact entre le corps de rotor 12 la bague 14. Comme mentionné ecbeJle montrant laci-avant, un canal circonférentiel 16 est obtenu par la mise vis-à-vis de deux rainures annulaires creusées dans les surface respectives du corps de rotor 12 et de la bague 14. Lors du montage de la bague 14 sur le corps de rotor 12, une clavette annulaire 18 est placée dans le canal 16 de maniere à empêcher tout déplacement axial de la bague 14 cur le corps de rotor 12. Les flèches de lp figure 3 montrent le trajet du courant pendant la période de fonctionnement défectueux.
L'ensemble rotorique réalisé suivant la presente invention comporte un matériau conducteur malleable 20 dispose entre le ccrps de rotor 12 et la
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bague 14 là où leurs surfaces axiales sont en contact. Ce matériau conducteur malléable 20 peut se présenter sous forme d'un feuillard de ce matériau appliqué sur et autour du corps de rotor 12 avant le montage de la bague de retenue 12.
Commc expliqué ci-dessus, la bague de retenue 14 est montée sur le corps de rotor 12 en étant chauffée au préalable jusqu'à une température assurant une dilatation suffisante pour la faire glisser autour du dit corps de rotor. Par la suite, on laisse refroidir la bague jusqu'à temperature ambiante et il s'en suit une réduction correspondante de son diamètre et sa contraction sur le corps de rotor 12. Normalement, les surfaces en contact du corps de rotor 12 et de la bague 14 sont conformées pour etre accouplées en tenant compte d'une différence de diamètre pour obtenir une fixation par contraction. Bien que la différence entre les diamètres puisse varier d'une machine ä l'autre, on peut estimer qu'elle se situe généralement entre 0, 03 et 0, 0325 mm par
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cm.
Lorsque la bague de retenue 14 est froide, le diamètre de sa surface cylindrique intérieure est suffisamment réduit pour assurer radialement une force très importante vers l'intérieur, sur le corps de rotor 12. Dans un ensemble rotorique realise suivant la présente invention, cette force comprime le matériau conducteur malléable 20 d'une manière telle qu'il épouse toutes les aspérités des surfaces en contact du corps de rotor 12 et de la bague 14 et qu'il assure une liaison electrique améliorée entre ces deux elements. La présence da ce materiau malléable conducteur élimine les effets néfastes des aspérités éventuelles présentes sur les surfaces est contact et comble les creux qui autrement existeraient dans cette region.
L'elimination des intervalles ou creux entre le corps de rotor 12 et la bague de retenue 14 réduit les possibilités d'amorçage et empêche les courants d'être canalises autour des points de résistances élevées vers les points hauts de deux surfaces en contact. De ce fait, la présence du matériau 20 réduit l'echauffement localise de la bague 14 et minimise les dégâts qui autrement seraient provoqués par les arcs électriques s'rétablissant entre la bague et le corps de rotor.
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La figure 4 represente une autre vue en coupe du corps de rotor 12 et de la bague 14, avec entre les deux le matériau conducteur malleable 20. Sur cette figure, le corps de rotor 12 est representé avec des encoches 30 et des réglettes 32 disposées dans ces dernieres. 11 est bien evident que les encoches 30 sont remplies de conducteurs (non représentés ä la figure 4) et que les réglettes 32 sont disposées au-dessus des conducteuis. Les réglettes 32 coopèrent, corme montre ä la figure 4, avec la région radialement extérieure des encoches 30, pour assurer la force de blocage radial des conducteurs.
Les flèches de la figure 4 illustrent le trajet de courant qui apparaît en cas de fonctionnement défectueux. Comme indiqué, le courant electrique passe radialement vers l'extérieur ä partir du corps de rotor 12, traverse le matériau conducteur 20, pénètre dans la bague 14 puis s'écoule suivant une direction circonférentielle ä travers la dite bague 14. Le matériau conducteur malléable 20 est représenté comme étant disposé autour du corps de rotor 12 et des réglettes associées 32. Dans une forme de realisation préférée, suivant Ja presente invention, on a trouvé qu'un feuillard de cuivre en forme ruban, d'une épaisseur de 0, 08 ä 0, 13mm, consitute un interface acceptable entre le corps de rotor 12 et la bague de retenue 14.
On a salement constaté que le fait de prévoir une surface adhésive sur le ruban de cuivre facilite son maintien sur le corps de rotor 12 lors du montage de la bague de retenue 14.
A la figure 5, on a une vue développée qui illustre le trajet suivi par un courant électrique pendant un fomtionnement defectueux. Le corps de rotor 12 y est représenté avec une pluralité de réglettes 32 disposees dans les encoches rotoriques, les encoches 30 étant séparées par des dents rotoriques 50. La bague de retenue 14 est disposée à une extrémité axiale du corps de rotor 12 comme mentionné ci-dessus. A la figure 5 on trouve, comme c'est souvent le cas, une encoche 52 pour un fil souple. Les fleches de la figure 5 illustrent le trajet axial du courant électrique à travers le corps de rotor 12 puis son trajet circonférentiel à travers la bague 14.
Il est bien entendu que, à l'interface entre le corps de rotor 12 et la bague de retenue 14, le
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courant électrique passe radialement vers l'extérieur à partir du corps rotorique dans la bague de retenue 14.