FR2587557A1 - Systeme d'excitation statique a refroidissement par liquide pour machine electrodynamique - Google Patents

Abstract

UN SYSTEME D'EXCITATION DE MACHINE ELECTRODYNAMIQUE DE GRANDE PUISSANCE COMPORTE UN TRANSFORMATEUR D'EXCITATION 18 EQUIPE D'UN SYSTEME DE REFRIGERANT LIQUIDE. LE SYSTEME DE REFRIGERANT DU TRANSFORMATEUR EST ALIMENTE AVEC UN REFRIGERANT LIQUIDE, DE PREFERENCE A PARTIR D'UNE SOURCE EXISTANTE D'EAU DESIONISEE 40, CE QUI PERMET D'UTILISER UN TRANSFORMATEUR DE PLUS PETITES DIMENSIONS ETOU D'AUGMENTER LA PUISSANCE DE SORTIE DU TRANSFORMATEUR ET FINALEMENT LA PUISSANCE DE SORTIE DE LA MACHINE TOUT EN UTILISANT LES MEMES DIMENSIONS POUR LE TRANSFORMATEUR. LE TRANSFORMATEUR PEUT ETRE SEPARE, TOUT EN ETANT A PROXIMITE DE LA MACHINE. APPLICATION AUX MACHINES ELECTRODYNAMIQUES.

Description

2587S57

La présente invention concerne des systèmes stati-

ques d'excitation pour machines électrodynamiques de grande puissance à refroidissement par fluide, ou génératrices

électriques, et, plus particulièrement, des systèmes stati-

ques d'excitation utilisant des composants à refroidissement

par liquide, plus particulièrement un transformateur d'exci-

tation a refroidissement par liquide.

Les systèmes d'excitation pour machines électro-

dynamiques de grande puissance, telles que les combinaisons turbinegénératrice employées par les centrales électriques ont vu leur puissance nominale croître en même temps que celle des génératrices elles-mêmes. (Telle qu'elle est utilisée ici, l'expression "machine électrodynamique de

grande puissance" concerne des puissances nominales supe-

rieures à environ 50 mégawatts). Les premiers systèmes d'excitation comprenaient des sources tournantes d'énergie,

telles qu'une génératrice séparée a courant continu entraî-

née par l'arbre de l'ensemble turbine-génératrice, qui fournissaient le courant d'excitation à des enroulements tournants de champ par l'intermédiaire de collecteurs et de balais. Une autre solution employait une excitatrice en

courant alternatif entraînée par l'ensemble turbine-généra-

trice avec redressement et commande de la tension d'excita-

tion disponible dans des groupes de redresseurs extérieurs fixes. Une autre approche utilisait des redresseurs a diodes 2 - montés sur le rotor, dans laquelle l'ensemble de la source d'énergie de redressement tournait, et la commande était

effectuée par l'intermédiaire des liaisons par flux élec-

tro-magnétique avec les composants tournants. Un exemple de système d'excitation comportant un moyen tournant de redres- sement est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique

n0 3 768 002.

Des systèmes d'excitation subissant des con-

traintes de refroidissement moins sévères sont réalisables, en particulier dans le cas o l'on n'a pas besoin d'un rapport de réponse élevé. Un système simple d'excitation,

par exemple, semble être divulgué dans le brevet des Etats--

Unis d'Amérique n 3 132 296. Cependant, le système d'exci-

tation de ce brevet n'a pour objet que l'utilisation du troisième harmonique et des harmoniques supérieurs de la fréquence fondamentale du flux magnétique du rotor. De tels systèmes, tels qu'ils sont décrits dans ces brevets, ne sont pas pratiques dans le cas des machines électrodynamiques

puissantes. Le troisième harmonique ou les autres harmo-

niques supérieurs ne sont pas capables de fournir une puis-

sance suffisante au système d'excitation d'une machine électrodynamique puissante pour produire la puissance de

sortie requise, de valeur élevée, de la génératrice.

Une catégorie à part de systèmes d'excitation est appelée "statique" car la source de l'énergie d'excitation

ne tourne pas, mais est fixe ou statique. Un système d'exci-

tation compound du type statique est décrit, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 702 965 et 3 702 964. Ces brevets décrivent un système d'excitation statique pour machine électrodynamique puissante, dans lequel le transformateur d'excitation peut être disposé dans une enceinte hermétiquement fermée et séparée, tout en en

étant physiquement adjacente, de l'enveloppe de la généra-

trice. Il est clair d'après la description du système de

refroidissement du transformateur d'excitation et des réfé-

- 3 - rences respectives au brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 695 368 que les bobines du transformateur d'excitation des

brevets 3 702 964 et 3 702 965 sont refroidies par un réfri-

gérant liquide intérieur en provenance de la generatrice, alors que les tôles magnétiques et le noyau principal du

transformateur d'excitation le sont par le même gaz, typi-

quement de l'hydrogène, utilisé pour refroidir la gênera-

trice.

Un transformateur d'excitation utilisant un sys-

tème de refroidissement des enroulements et du noyau qui est

isolé du système de refroidissement de la génératrice pour-

rait être déconnecté facilement de la génératrice et répare commodément et/ou remplacé alors qu'une source auxiliaire d'excitation est branchée sur la génératrice, réduisant le

temps d'arrêt attendu de la génératrice. De plus, un trans-

formateur partageant la fourniture en gaz de refroidissement de la génératrice est généralement situé soit dans un dôme de refroidissement de l'enveloppe de la génératrice, soit dans une enceinte étanche au gaz, pressurisée, séparée de l'enveloppe de la génératrice. Dans chaque cas, le d6me de refroidissement ou l'enceinte pressurisée doivent être fabriqués suivant les mêmes spécifications, par exemple le code de la chaudière, comme l'est l'enveloppe même de la génératrice, de manière à supporter les forces intérieures sans provoquer des endommagements extérieurs. Il serait souhaitable de disposer d'un transformateur d'excitation à refroidissement par liquide car, avec un refroidissement de la totalité du transformateur, y compris des enroulements, du noyau et des connexions électriques, avec un liquide, on

peut disposer le transformateur à l'extérieur de l'environ-

nement à gaz pressurisé et éliminer la majeure partie des dépenses en matériels, traitement et temps requis pour la fabrication de la structure renfermant le transformateur, d'ou une économie globale pour l'utilisateur final. De plus, le remplacement d'un réfrigérant gazeux par un milieu de 4-

refroidissement liquide permettrait généralement de fabri-

quer un transformateur de dimensions plus petites pour une puissance nominale équivalente, ou, le cas échéant, on pourrait ajouter davantage de t6les magnétiques pour un même volume, d'o l'augmentation de la puissance nominale du transformateur et finalement de la puissance disponible à la

sortie de la génératrice.

Il peut s'avérer possible de prévoir un isolement du réfrigérant entre le transformateur d'excitation et la génératrice en disposant ce transformateur à une distance relativement grande de la génératrice et en utilisant des sources séparées de fluide de refroidissement. On emploie typiquement une telle orientation lorsqu'on utilise un transformateur à huile, comportant une huile telle que le produit dit Pyranol pour le refroidissement interne. On pense que ces transformateurs A huile ne sont généralement pas disposés à l'intérieur du même local que la génératrice a cause, en partie, des effets potentiels néfastes sur le

personnel de service. Cependant, de manière a rendre mini-

male la longueur des raccords de réfrigérant, et en outre pour rendre minimale la longueur des conducteurs électriques devant être montés entre la génératrice et les enroulements

primaires du transformateur d'excitation ainsi que la lon-

gueur des conducteurs électriques devant être installés

entre les enroulements secondaires du transformateur d'ex-

citation et le moyen de redresseur et finalement les enrou-

lements de champ de la génératrice, il est souhaitable que le transformateur d'excitation soit disposé très près de la génératrice, et, au moins en toute certitude, a l'intérieur

du même local ou compartiment d'un bâtiment que la généra-

trice. Dans le système d'excitation statique divulgué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 477 767, on décrit un système d'excitation qui est disposé de préf&rence à l'intérieur de l'enveloppe de la génératrice dans un d6me -5 de refroidissement, directement dans le trajet d'écoulement du même fluide de refroidissement servant au refroidissement de la partie principale de la génératrice. Bien que la configuration électrique du circuit d'excitation du brevet 4 477 767 permette l'emploi d'un transformateur d'excitation

de plus petites dimensions que les transformateurs anté-

rieurs, il reste souhaitable de réduire les dimensions du transformateur d'excitation et d'isoler le courant du fluide de réfrigération se trouvant à l'intérieur du transformateur du courant primaire du fluide de r6frigération circulant

dans la génératrice.

Dans l'objectif de réduire encore les dimensions du transformateur d'excitation, il serait souhaitable que ce transformateur soit refroidi par un liquide, par exemple de ]5 l'eau, ayant une conductibilité thermique supérieure à celle

des gaz qu'on utilise actuellement pour effectuer le refroi-

dissement. Lorsqu'on utilise de l'eau directement pour refroidir le noyau d'un transformateur, il est en général

nécessaire qu'elle soit désionisée afin de réduire sa con-

ductivité électrique. Il serait préférable d'utiliser une source existante d'eau désionisee, au lieu de prévoir une installation séparée pour désioniser l'eau, car on peut s'attendre à ce que les investissements initiaux nécessaires à la création de cette installation contrebalancent les bénéfices qu'on peut espérer de l'utilisation de la présente

invention, lorsqu'on envisage le cas des utilisateurs éven-

tuels compliqués, tels que les services industriels de fourniture d'énergie, dans une analyse financière ou analyse du ratio coût/bénéfice ayant pour objectif de déterminer la faisabilité de l'installation d'un système d'excitation et d'un transformateur à refroidissement par liquide selon la

présente invention.

Par conséquent, la présente invention a pour objet un transformateur d'excitation pour un système d'excitation statique de machine électrodynamique de grande puissance -6 -

ayant des dimensions plus petites que celles des transfor-

mateurs utilisés précédemment.

La présente invention a pour autre objet un trans-

formateur d'excitation qui puisse être disposé à un endroit contigu à la machine électrodynamique. La présente invention a encore pour objet un système d'excitation statique dans lequel le courant du ___ __fluidede refroidissement -à l'intérieur des composants du

système est isolé du système de refroidissement de la ma-

chine électrodynamique de grande puissance.

La présente invention a pour autre objet un sys-

tème d'excitation statique dans lequel un réfrigérant liqui-

de est utilisé pour refroidir le noyau et les enroulements

d'un transformateur du système.

La présente invention a encore pour objet d'uti-

liser une source existante d'eau désionisée pour fournir un

certain type de réfrigérant liquide au transformateur d'ex-

citation.

La présente invention a encore pour objet d'aug-

menter la puissance nominale de sortie d'un transformateur d'excitation ayant les mêmes dimensions hors-tout qu'un

transformateur d'excitation utilisé antérieurement.

D'autres objets de la présente invention consis-

tent à éliminer les caractéristiques indésirables de l'en-

ceinte sous pression qui est nécessaire lorsqu'on utilise un transformateur à refroidissement par gaz et d'améliorer

l'accès au transformateur pour inspection et entretien.

Selon la présente invention, un système d'excita-

tion statique pour machine électrodynamique, dans lequel la machine a un enroulement de champ pouvant tourner afin de produire un champ magnétique tournant, un noyau de stator avec un jeu multi-phasé d'enroulements principaux d'induit

disposés dans les encoches de ce noyau et un moyen de re-

froidissement pour fournir un premier réfrigérant afin de refroidir au moins le jeu d'enroulements principaux comprend 258755s - 7 - un transformateur d'excitation polyphasé ayant un noyau et un jeu d'enroulements primaires et un jeu correspondant d'enroulements secondaires. Les enroulements primaires sont couplés électromagnétiquement de manière appropriée aux enroulements principaux d'induit et les enroulements secon- daires sont connectés de manière appropriée à un moyen de

redresseur afin de fournir de l'énergie électrique à l'en-

roulement de champ de la machine et produire le champ magne-

tique. Le transformateur d'excitation comporte un moyen d'échange de chaleur qui communique par fluide avec le noyau du transformateur, ce moyen d'échange de chaleur comportant fonctionnellement un fluide liquide de refroidissement, tel qu'une partie du premier réfrigérant, afin de refroidir le

noyau du transformateur.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

figure 1, un dessin schématique, en partie élec-

trique et en partie mécanique, illustrant le système d'ex-

citation, qui comprend un transformateur d'excitation à refroidissement par liquide selon la présente invention,

figure 2, un schéma illustrant plus particulière-

ment un système de refroidissement pour le système d'excita-

tion de la figure 1;

figure 3, un schéma illustrant plus particulière-

ment un autre mode de réalisation d'un système de refroidis-

sement pour le système d'excitation de la figure 1.

La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un système d'excitation statique typique (décrit en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 477 767 qui est

incorporé ici à titre de référence) et de son refroidisse-

ment par liquide associé, selon la présente invention, en combinaison avec une machine électrodynamique de grande

puissance, ou génératrice, telle que celle-ci est typique-

ment employée par une centrale électrique pour fournir de

'énergie électrique. On comprendra que la présente inven-

- 8 - tion peut s'appliquer à tout système d'excitation statique pour machine électrodynamique de grande puissance (telle que, par exemple, les systèmes décrits dans les brevets

mentionnés ci-dessus) qui utilise un transformateur d'exci-

tation nécessitant un refroidissement autre que par l'inter- médiaire de l'atmosphère ambiante. On remarquera en outre que la présente invention ne concerne pas dans ses grandes lignes les détails du raccordement électrique et/ou de la configuration du système d'excitation statique particulier utilisé, sauf toutefois, comme on l'a indiqué précédemment,

qu'il est souhaitable de placer le transformateur d'excita-

tion à un endroit contigu à la génératrice de manière à rendre minimale la longueur des connexions électriques du

primaire du transformateur avec la génératrice et les con-

nexions électriques du secondaire avec le moyen de redres-

seur. La génératrice comprend une enveloppe extérieure, ou enceinte 15, pouvant être pressurisée, dans laquelle

circule un fluide de refroidissement 28, tel que de l'hydro-

gène gazeux, de manière à refroidir la machine. A l'inté-

rieur de l'enveloppe 15 un stator 11 de construction classi-

que est disposé, tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 702 965 cité ci-dessus. Le stator 11 comporte typiquement un grand nombre de tôles métalliques en forme de secteurs qui sont empilées de manière à former une structure cylindrique creuse, dont la périphérie intérieure présente une pluralités d'encoches longitudinales dans

lesquelles sont disposés des enroulements principaux 12.

C'est à partir des enroulements principaux 12 que l'énergie électrique sort de la génératrice par l'intermédiaire de traversées 22 à haute tension. A l'intérieur de la partie cylindrique creuse du stator 11 est disposé un rotor 10, qui est typiquement accouplé â une turbine à vapeur ou a un générateur de force motrice. De manière à maintenir le

fluide de refroidissement 28 à l'intérieur de la généra-

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trice, des joints 27 coopèrent avec l'arbre du rotor 10.

Le rotor 10 comporte une pièce métallique forgée en forme de cylindre de grandes dimensions, dans laquelle on a découpé des encoches longitudinales. A l'intérieur de ces encoches sont montés typiquement deux ou plusieurs enroule- ments de champ 13. Ce sont ces enroulements 13 qui sont mis sous tension par le système d'excitation de la présente invention. Les enroulements de champ 13 produisent un champ, dirigé radialement, de flux magnétique qui traverse les enroulements principaux 12 du stator 11 pendant la rotation du rotor 10, produisant la puissance électrique de sortie

désirée dont on dispose aux traversées 22.

Comme des puissances électriques importantes sont développées par les machines électrodynamiques de grandes

dimensions, un manque d'efficacité, fut-il léger, du fonc-

tionnement de la machine peut s' avérer très coûteux et produire de grandes quantités d'énergie thermique, sous forme de chaleur, à l'intérieur de la machine, chaleur qu'on doit extraire de manière à obtenir un fonctionnement fiable

à long terme pour l'emploi qu'on veut faire de la machine.

C'est pour ces raisons que les enroulements principaux 12 sont typiquement refroidis par un réfrigérant liquide, tel que l'eau. On y parvient d'une manière relativement facile

par suite de la fixité des enroulements principaux. Cepen-

dant, il est également nécessaire de refroidir le rotor 10.

Cela s'effectue typiquement par circulation du fluide de

refroidissement 28, tel que de l'hydrogène gazeux, ce der-

nier ayant la préférence car il est capable d'absorber et de transporter des quantités relativement importantes d'énergie thermique par rapport aux autres gaz dont on dispose, et sa faible densité permet de réduire les pertes par ventilation

dans la génératrice. Au moyen de ventilateurs (non repré-

sentés) montés sur le rotor et d'autres moyens classiques de

mise en circulation d'un fluide, le fluide de refroidisse-

ment 28 est amené au droit de refroidisseurs 19 disposés

- 10 -

dans des dômes 16 et 17 qui sont généralement situés a la partie supérieure de la génératrice. Ces refroidisseurs 19 extraient la chaleur du fluide de refroidissement 28 avant

que celui-ci soit ramené à l'intérieur de l'enveloppe prin-

cipale 15 de la génératrice et, plus particulièrement, avant qu'il soit ramené dans l'entrefer séparant le rotor 10 et le

stator 11.

On discutera maintenant du système d'excitation lui-même, et de sa relation avec les autres composants de la

gén6ratrice. Un jeu d'enroulements]4 comporte des enroule-

ments 14a, 14b et 14c. Les enroulements 14a, 14b et 14c peuvent comprendre une ou plusieurs barres conductrices qui sont disposées dans les encoches du stator en même temps que les enroulements principaux 12. Les enroulements 14a, 14b et

14c sont des enroulements d'une source de potentiel déter-

miné du système d'excitation et sont plus généralement désignés par "barres P". Les enroulements 14 sont disposés dans les encoches du stator selon la manière décrite dans le

brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 702 965 cité ci-dessus.

Typiquement, les enroulements 14a, 14b et 14c constituent de simples barres de cuivre situées à des intervalles de 120'

sur la circonférence intérieure du stator 11 de la généra-

trice. De préférence, l'une des trois barres P est située dans l'encoche la plus haute d'un stator de génératrice

orientée horizontalement de manière A laisser l'angle infé-

rieur de 120' du stator assemblé & l'état ouvert et plus A même de permettre l'insertion de la pièce forg4e constituant le rotor pendant le montage de la génératrice. A l'une de leurs extrémit&s, tous les enroulements dits A barre P sont rapportés A un neutre de manière à être disposés suivant un

montage électrique en étoile. Cette fonction est de préfé-

rence obtenue en faisant sortir du dôme 16 les connexions des barres P par l'intermédiaire de traversées 23 pour les

raccorder & un circuit 25. Le circuit 25 exécute les fonc-

tions classiques de fusibles et de disjoncteurs pour les

- il -

enroulements de potentiel 14, tant individuellement que collectivement. A l'autre extrémité de la génératrice, c'est-à-dire du côté collecteur, les barres P, 14, sont couplées directement a un transformateur d'excitation 18 par l'intermédiaire de traversées 24. Selon la présente invention, le transformateur d'excitation 18 est de préférence disposé à l'extérieur de l'enceinte 15, celle-ci étant placée à un endroit contigu à ce transformateur de manière à rendre minimale la longueur

des liaisons électriques en provenance des traversées 24.

Les fils électriques de sortie 31a, 31b, 31c, qui sont connectés aux enroulements secondaires 30 (figure 2) montés en triangle du transformateur d'excitation 18, sont reliés aux entrées respectives d'un redresseur en pont 20. Le redresseur en pont 20 fournit du courant continu A des balais fixes, en carbone comme cela est classique, puis aux bagues collectrices 21, qui tournent avec le rotor 10 et

sont reliées électriquement aux enroulements de champ 13.

Ainsi, de l'énergie électrique sous forme de courant alter-

natif est induite dans les enroulements 14, et fournie comme entrée au transformateur d'excitation 18, y est modifiée, et redressée par le redresseur en pont 20, puis est finalement fournie aux enroulements de champ 13 sous forme de courant

continu comme source du flux magnétique tournant du rotor 10.

De plus, un réfrigérant, tel que de l'eau désioni-

sée, est fourni, par exemple à partir d'une source 50, de manière à être en communication par flux thermique avec au moins une partie du tronçon des conducteurs constituant les enroulements 14a, 14b, 14c. Typiquement, les conducteurs constituant]es enroulements 14a, 14b, 14c sont en cuivre et construits de manière à former un canal dans lequel circule le réfrigérant. Le réfrigérant peut être fourni à partir de ]a source 50 via un moyen de conduite 52 à un distributeur d'entrée 51, à partir duquel il est divisé et dirigé de

manière à circuler dans les conducteurs pour chaque enroule-

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ment 14a, 14b, 14c. Le réfrigérant est extrait des conduc-

teurs des enroulements 14a, 14b et 14c à un distributeur de sortie 53 et renvoyé à la source de réfrigérant 50 via un moyen de conduite 54. La circulation du réfrigérant est bloquée dans les conducteurs des enroulements 14a, 14b, 14c, par ymp sposant- ou--- en fabriquant une section de

conducteur en cuivre massif, de préférence entre le collec-

teur 53 et la traversée 24, de façon que le réfrigérant provenant des conducteurs des enroulements 14a, 14b, 14c soit isolé de celui destiné aux conducteurs des enroulements primaires du transformateur d'excitation 18. La source de réfrigérant 50 peut également fournir un réfrigérant (non représenté) destiné au refroidissement des conducteurs des enroulements principaux 12 d'une manière analogue a celle

concernant les conducteurs des enroulements 14a, 14b, 14c.

Une source 40 de réfrigérant liquide, par exemple un réser-

voir d'eau, et de préf&rence d'eau désionisée, a l'une de ses extrémités qui est reliée à une entrée du redresseur en

pont 20 par un moyen de conduite 41. La source 40 de réfri-

gérant liquide et la source 50 de réfrigérant peuvent former

un même ensemble.

Une sortie en réfrigérant du redresseur en pont 20 est, comme représenté, reliée à une entrée pour réfrigérant du transformateur d'excitation 18 par un moyen de conduite 43. La sortie en réfrigérant du transformateur 18 est reliée a une entrée de retour de réfrigérant de la source 40 par un moyen de conduite 45, d'o la réalisation d'un circuit en série pour le réfrigérant liquide entre la source 40 et le

transformateur d'excitation 18 par l'intermédiaire du re-

dresseur en pont 20. Le réfrigérant liquide revenant à la source 40 par l'intermédiaire du moyen de conduite 45 peut être refroidi de manière appropriée avant d'être remis en

circulation dans la direction du redresseur en pont 20.

En figure 2, on a représenté schématiquement le transformateur d'excitation 18 et la source associée 40 de

- 13 -

réfrigérant liquide selon la présente invention. Un moyen de conduite 41 est relié à l'entrée en réfrigérant d'un moyen d'échange de chaleur 42 du redresseur en pont 20 et la sortie du moyen d'échange de chaleur 42 est couplée à un distributeur d'entrée 56 du transformateur d'excitation 18 via le moyen de conduite 43. La sortie en réfrigérant du

distributeur 58 est reliée à une entrée de retour de réfri-

gérant de la source 40 de réfrigérant liquide par l'inter-

médiaire du moyen de conduite 45. Des trajets en parallèle

pour le réfrigérant sont formes entre le distributeur d'en-

trée 56 et le distributeur de sortie 58 afin de fournir du

réfrigérant pour le refroidissement des composants du trans-

formateur 18, tels que les enroulements primaires 29, les enroulements secondaires 30 et le noyau 35. Ainsi, un trajet en série pour la circulation du réfrigérant à partir de la source de réfrigérant 40, comprend le moyen de conduite 41, le moyen d'échange de chaleur 42, le moyen de conduite 43, le distributeur d'entrée 56, le distributeur de sortie 58 et le moyen de conduite 45. Un moyen d'échange de chaleur comprenant le distributeur d'entrée 56, le distributeur de sortie 58 et les trajets associés parallèles de réfrigérant du transformateur 18 peut être monté avantageusement en série avec le moyen d'échange de chaleur 42, comme cela est

représenté, sans sacrifier de manière appréciable l'effica-

cité du refroidissement, car on peut attendre de la quantité de chaleur dégagée par le redresseur en pont 20, laquelle est extraite par le moyen d'échange de chaleur 42, qu'elle soit relativement faible. En variante, le moyen d'échange de chaleur 42 et le distributeur d'entrée 56 peuvent être reliés indépendamment de manière appropriée à la source 40

de réfrigérant liquide.

Le réfrigérant liquide passe du distributeur d'entrée 56 au distributeur de sortie 58 en suivant les trajets parallèles des conducteurs creux constituant les

enroulements primaires et secondaires 29 et 30, respective-

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ment, et les canaux ménagés dans le noyau 35, de sorte que ce réfrigérant liquide est en communication thermique avec

les enroulements primaires et secondaires 29 et 30, respec-

tivement, et le noyau 35. Comme le redresseur en pont 20 est généralement situé à proximité de l'enveloppe pressurisable

(figure 1) de la génératrice, le transformateur d'excita-

tion 18 peut être de même placé dans le proche voisinage, bien qu'étant à l'extérieur, de l'enveloppe 15 (figure 1) de la génératrice de manière à profiter du réfrigérant liquide en provenance de la source de réfrigérant 40 lorsque le courant de réfrigérant a la configuration de la présente invention. Bien que le circuit de circulation du réfrigérant dans le transformateur d'excitation 18 soit représenté comme étant en série avec le moyen d'échange de chaleur 42, il est possible d'alimenter le transformateur 18 directement à partir de la source de réfrigérant liquide 40, par exemple par branchement du distributeur 56 à une seconde sortie de

la source 40, ou à un moyen de répartition de courant dis-

posé dans le moyen de conduite 41, et en prévoyant un trajet de retour dréfrigérant entre la sortie du distributeur 58 et une seconde entrée de la source 40 pour réfrigérant de retour, ou un moyen de combinaison de courants disposé dans le moyen de conduite 45. Cependant, comme la quantité de chaleur absorbée et entraînée par le réfrigérant dans sa

traversée du moyen d'échange de chaleur 42 doit être relati-

vement faible, la circulation du réfrigrant dans le moyen d'échange de chaleur 42 et le transformateur d'excitation 18, comme représenté en figure 2, n'aura aucun effet sur le

fonctionnement du transformateur 18.

En figure 3, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation d'un système de refroidissement pour le système d'excitation de la figure 1. Des conducteurs

électriques de sortie 31a, 31b, 31c du transformateur d'ex-

citation 18 sont creux, de sorte qu'ils peuvent être tra-

versés par le réfrigérant liquide. La sortie en réfrigérant

- 15 -

du moyen d'échange de chaleur 42 est reliée au conducteur de

sortie 31c du transformateur d'excitation 18, d'o l'élimi-

nation de la conduite 43. Le conducteur de sortie 31c est couplé par fluide A un distributeur d'entrée 60, lequel fournit du réfrigérant liquide au noyau 35, aux enroulements

primaires 29 et aux enroulements secondaires 30 du transfor-

mateur d'excitation 18. Les sorties en réfrigérant des enroulements 29 et 30 et du noyau 35 sont reliées à un distributeur de sortie 65 qui est connecté à la conduite de retour 45 par l'intermédiaire des conducteurs creux 31a et

31b. Dans cette configuration, le canal intérieur du conduc-

teur de sortie 31c peut être plus grand que l'un et l'autre

des canaux intérieurs des conducteurs de sortie 31a et 31b.

En variante, deux conducteurs de sortie, par exemple 31b et 31c, peuvent être utilisés pour fournir du réfrigérant au transformateur d'excitation 18 à partir du moyen d'échange de chaleur 42, et un conducteur de sortie, par exemple 31a, peut être employé pour constituer une partie du trajet de circulation du réfrigérant entre le transformateur 18 et la

source 40 de réfrigérant liquide.

L'utilisation d'un réfrigérant liquide pour re-

froidir les composants du système d'excitation selon la présente invention permet l'emploi d'un transformateur 18 de plus petites dimensions que ceux utilisés antérieurement

et/ou l'augmentation de la puissance nominale d'un transfor-

mateur 18 ayant la même taille, ou les mêmes dimensions

hors-tout, que ceux faisant antérieurement appel A un réfri-

gérant gazeux, d'o l'accroissement de la puissance fournie aux enroulements de champ 13 (figure 1) et finalement de la

puissance maximum potentielle de sortie de la génératrice.

* On peut encore réduire la taille du transformateur 18 et/ou

augmenter sa puissance nominale lorsqu'on emploie un réfri-

gérant liquide selon la présente invention, en tirant profit de l'espace situé à l'intérieur du transformateur 18 qui était auparavant consacré aux conduites de réfrigérant

- 16 -

gazeux qui dirigeaient et maintenaient le réfrigérant gazeux

en contact avec le noyau.

On vient d'illustrer et de décrire un système d'excitation statique pour machine électrodynamique de grande puissance, dans lequel le courant de réfrigérant à l'intérieur des composants du système est isolé du système de refroidissement de la machine. On a également représenté et décrit un système d'excitation statique, dans lequel on utilise un réfrigérant liquide, par exemple en provenance d'une source existante d'eau désionisée, pour refroidir le noyau et les enroulements d'un transformateur du système d'excitation, ce qui permet d'employer un transformateur d'excitation de dimensions plus petites que celles des transformateurs utilisés antérieurement et/ou d'augmenter la puissance de sortie d'un transformateur d'excitation ayant les mêmes dimensions horstout que les transformateurs de

l'art antérieur, tout en autorisant l'installation du trans-

formateur à l'extérieur de la machine électrodynamique et a proximité de celle-ci, et en éliminant les caractéristiques indésirables d'une enceinte pressurisée qui sont nécessaires lorsqu'on utilise un transformateur à refroidissement par gaz.

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Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Système d'excitation statique pour machine électrodynamique, la machine comportant un enroulement de champ pouvant tourner afin de produire un champ magnétique tournant, un noyau de stator (11) avec un jeu polyphasé d'enroulements principaux d'induit (12) disposés dans les encoches de ce noyau et un premier moyen de refroidissement pour fournir un premier réfrigérant (28) destiné à refroidir

au moins le jeu d'enroulements principaux d'induit, carac-

térisé en ce qu'il comprend: un transformateur d'excitation polyphasé (18) comportant un noyau (35) et un jeu d'enroulements primaires

respectifs (29), couplés électromagnétiquement respective-

ment a des enroulements principaux respectifs d'induit prédéterminés du jeu d'enroulements principaux d'induit un

jeu d'enroulements secondaires (30), ces enroulements secon-

daires correspondant respectivement, en étant en communica-

tion par flux électromagnétique, aux enroulements du jeu d'enroulements primaires, et un moyen de redresseur (20) couplé électriquement au jeu d'enroulements secondaires pour fournir de l'énergie électrique à l'enroulement de champ et produire le champ magnétique;

dans lequel le transformateur d'excitation com-

porte un premier moyen d'échange de chaleur communiquant par

flux thermique avec ses enroulements primaires et secon-

daires et avec son noyau, ce premier moyen d'échange de

chaleur comportant un réfrigérant liquide destiné au refroi-

dissement du noyau du transformateur.

2. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le réfrigérant liquide est

isolé du premier réfrigérant.

3. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le réfrigérant liquide

comprend une partie du premier réfrigérant.

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4. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le réfrigérant liquide

comporte de l'eau désionisée.

5. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que l'enroulement de champ (13) et le noyau du stator (11) sont disposes à l'intérieur d'une enveloppe (15) et le transformateur d'excitation est placé à

l'extérieur de cette enveloppe en étant contigu à celle-ci.

6. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) comprend un second moyen d'échange de chaleur (42) pour procéder à son refroidissement, ce second moyen d'échange de chaleur étant couplé pour une communication en série du

réfrigérant avec le premier moyen d'échange de chaleur.

7. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de source de réfrigérant (40) pour fournir le réfrigérant liquide, les premier et second moyens d'échange de chaleur étant couplés à ce moyen de source de réfrigérant de façon que le réfrigérant liquide circule entre le moyen de source de réfrigérant et le second moyen d'échange de chaleur, puis

jusqu'au premier moyen d'échange de chaleur.

8. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 6, caractérisé en ce que le moyen redresseur (20) est

couplé électriquement au moins en partie au jeu d'enroule-

ments secondaires (30) par au moins un conducteur électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfrigérant liquide circule dans au moins ce conducteur jusqu'au premier moyen

d'échange de chaleur.

9. Système d'excitation statique selon la revendi-

cation 7, caractérisé en ce que le moyen redresseur (20) est

couplé électriquement au moins en partie au jeu d'enroule-

ments secondaires (30) par au moins un conducteur électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfrigérant liquide circule entre le second moyen d'échange de chaleur et le i 7 S7Si57

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premier moyen d'échange de chaleur en passant par au moins

ce conducteur électrique creux.

10. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 8, caractérisé en ce que le moyen redresseur (20) est en outre couplé électriquement au moins en partie au jeu

d'enroulements secondaires (30) par au moins un autre con-

ducteur électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfrigérant liquide provenant du premier moyen d'échange de

chaleur peut circuler jusqu'à un moyen de source de réfri-

gérant liquide au moins en partie par l'intermédiaire de cet

autre conducteur électrique creux.

11. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 9, caractérisé en ce que le moyen redresseur est en

outre couplé électriquement au moins en partie au jeu d'en-

roulements secondaires par au moins un autre conducteur

électrique creux de sorte que le réfrigérant liquide pro-

venant du premier moyen d'échange de chaleur peut circuler jusqu'à un moyen de source de réfrigérant liquide au moins

en partie par l'intermédiaire de cet autre conducteur élec-

trique creux.

12. Système d'excitation statique pour machine électrodynamique, la machine comportant une enveloppe (51),

un enroulement de champ pouvant tourner (13) afin de pro-

duire un champ magnétique tournant, un noyau de stator (11) avec un jeu polyphasé d'enroulements principaux d'induit (12) disposés dans des encoches ménagées dans le noyau du stator, et un moyen de refroidissement disposé de manière à communiquer par un flux thermique avec l'enroulement de champ et le noyau du stator pour refroidir cet enroulement et ce noyau, dans lequel l'enroulement de champ, le noyau du

stator et le moyen de refroidissement sont disposés à l'in-

térieur de l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend: un transformateur polyphasé (18) comportant un noyau (35), un jeu d'enroulements primaires (29) couplés électromagnétiquement respectivement à des enroulements

- 20 -

principaux respectifs du jeu d'enroulements principaux d'induit et un jeu d'enroulements secondaires (30), ces enroulements secondaires correspondant respectivement, en étant en communication par flux électromagnétique, avec des enroulements respectifs du jeu d'enroulements primaires, le tranformateur comprenant un premier moyen d'échange de

chaleur communiquant par flux thermique avec les enroule-

ments primaires et secondaires et avec le noyau et couplé pour communiquer par réfrigérant liquide avec un moyen de _ T souôrce de rfrigerant liquide (40) afin de recevoir un premier réfrigérant liquide; et un moyen de redresseur (20) couplé électriquement au jeu d'enroulements secondaires pour fournir de l'énergie électrique à l'enroulement de champ afin de produire le champ magnétique;

13. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 12, caractérisé en ce que le transformateur est disposé à l'extérieur de l'enveloppe (15) tout en étant

contigu à celle-ci.

14. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 12, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) comprend un second moyen d'échange de chaleur (42) pour le refroidir, et en outre en ce que les premier et second

moyens d'échange de chaleur sont couples par une communi-

cation en série du courant de réfrigérant liquide de sorte que ce réfrigérant liquide en provenance du moyen de source de réfrigérant liquide se dirige vers le second moyen d'échange de chaleur, puis vers le premier moyen d'échange

de chaleur.

15. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 12, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) est couplé electriquement au moins en partie au jeu d'enroulements secondaires (30) par au moins un conducteur

électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfri-

gérant liquide circule entre le second moyen d'échange de

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chaleur et le premier moyen d'échange de chaleur en passant

par au moins ce conducteur électrique creux.

16. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 15, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) est en outre couplé électriquement au moins en partie au jeu d'enroulements secondaires (30) par au moins un autre conducteur électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfrigérant liquide provenant du premier moyen d'échange de chaleur circule jusqu'au moyen de source de réfrigérant

liquide au moins en partie en passant par au moins ce con-

ducteur électrique creux.

17. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 12, caractérisé en ce que le moyen de refroidisse-

ment fournit un second réfrigérant liquide pour refroidir au ].5 moins le noyau du stator (11), et en outre en ce que le moyen de source de réfrigérant liquide constitue une partie du moyen de refroidissement, et caractérisé encore en ce que le premier réfrigérant liquide et le second réfrigérant

liquide sont isolés l'un de l'autre.

18. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 14, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) est couplé électriquement au moins en partie au jeu d'enroulements secondaires (30) par au moins un conducteur

électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfri-

gérant liquide circule entre le second moyen d'échange de chaleur et le premier moyen d'échange de chaleur en passant

par au moins ce conducteur électrique creux.

19. Système d'excitation statique selon la reven-

dication 18, caractérisé en ce que le moyen de redresseur (20) est en outre couplé électriquement au moins en partie au jeu d'enroulements secondaires (30) par au moins un autre conducteur électrique creux (31a; 31b; 31c) de sorte que le réfrigérant liquide provenant du premier moyen d'échange de chaleur circule jusqu'au moyen de source de réfrigérant liquide au moins en partie en passant par au moins cet autre

conducteur électrique creux.