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PROCEDE POUR RENDRE COMPACT L'ISOLEMENT D'ENROULEMENTS A HAUTE TENSION.
La présente invention concerne un procédé pour rendre compact l'isolement des spires de tête des enroulements à haute tension.
Inexpérience a montré que les enroulements à haute tension des ma- chines électriques, particulièrement pour les fonctionnements au-dessus de 1.000 volts, ont leurs défauts, quand ils se présentent., localisés dans les spires de tête et plus spécialement dans les parties de tête voisines des bar- res placées dans les encoches. Les défauts se produisant dans les spires de tête sont dûs à la forme géométrique de celles-ci. Les courbes compliquées des spires ,de tête empêchent un isolement compact., et il s'ensuit des vides et un isolement irrégulier, ce qui provoque l'effet corona.
Quand les enroule- ments sont placés sur les noyaux magnétiques, les spires de tête sont aussi soumises à des efforts mécaniques, et l'isolement subit les plus grands efforts dans les parties des spires les plus proches des encoches. On a constaté à cet endroit le décollement des guipages dans de nombreux cas, après plusieurs an- nées de fonctionnement des appareils électriques. De plus il faut un jeu suf- fisant entre les têtes d'enroulements successifs dans les appareils électri- ques, sinon l'effet corona se produit,, surtout entre enroulements de phases différentes.
A l'opposé des défauts de l'isolement des spires de tête, les barres d'encoches des enroulements sont habituellement dimensionnées et con- formées dans des presses chauffées, de façon que ces barres se placent bien dans les encoches des stators ou semblables. Ce traitement à la presse se fait facilement et convenablement sur les barres d'encoches parce que celles-ci ont des formes géométriques relativement simples et rectilignes. Avec quelques ty- pes de presses pour barres d'encoches on peut travailler une grande variété d'enroulements. Le traitement à la presse comprime l'isolant des barres et élimine ainsi pratiquement tout vide, réduisant donc au minimum l'effet coro- na.
Les barres sont soutenues par l'acier des encoches, et les efforts méca- niques que les isolants de ces parties subissent sont très inférieurs à ceux que subissent les têtes à l'extérieur des encoches.
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Il n'existe pas de procédé industriel pour comprimer à dimension l'isolant des spires de tête et supprimer les vides. Des matrices ou presses en acier pour rendre compact l'isolement des spires de tête d'enroulements seraient très coûteuses à cause de la configuration géométrique compliquée et de la variété des têtes. De plus les têtes de mêmes enroulements ne sont pas uniformes et une Nain-d'oeuvre importante serait nécessaire pour traiter les enroulements dans les matrices. Le coût de celles-ci et de la main-d'oeu- vre serait exagéré.
La présente invention a pour but de procurer un procédé pour ren- dre compact l'isolement des spires de tête d'enroulements à haute tension de manière à avoir un isolement pratiquement sans vides, ce qui améliore les pro- priétés électriques et mécaniques de tout l'enroulement.
Différentes formes d'exécution préférées de l'invention sont re- présentées, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La figure 1 est une vue de face partielle d'un enroulement, avec arrachement partiel.
La figure 2 est une coupe transversale d'un enroulement.
La figure 3 est une coupe transversale d'une variante.
La figure 4 est une vue en plan d'une lamelle.
La figure 5 est une vue en bout de la lamelle de la figure 4.
La figure 6 est une vue en plan d'une variante de lamelle ; La figure 7 est une vue en plan d'une autre variante de lamelle.
Conformément à l'invention, on a découvert un procédé utilisant comme moule certaines lamelles en matières élastomères et permettant de ren- dre compactes, rapidement et efficacement, pratiquement toute dimension et tou- te forme de tête d'enroulement, malgré les différences normales d'enroulement à enroulement. Les isolements de tête rendus compacts par ce procédé se sont avérés excellents au point de vue essais électriques.
La figure 1 montre la mise en pratique du procédé sur un enroule- ment 10 à barres d'encoches relativement rectilignes 12, et à spire de tête comprenant un premier coude 14, une boucle en U 16 et un second coude 18 L'isolant 19 appliqué à l'enroulement consiste habituellement en une combinai- son d'un guipage de feuille ou de ruban, et d'un liant et imprégnant plastique.
Le liant et imprégnant plastique peut consister en une seule matière ou com- prendre plusieurs substances différentes. Ainsi, par exemple, l'isolant appli- qué peut être constitué par un guipage d'une ou plusieurs couches de ruban de mica avec un liant résineux déterminé pour les paillettes de mica, et après guipage du ruban de mica sur l'enroulement, l'ensemble est imprégné d'un ver- nis résineux qui est habituellement différent du liant des paillettes de mica, mais qui peut être le même. Ainsi, dans certains cas, le liant du ruban de mica est bitumineux, et tout l'enroulement peut être imprégné de ce liant bi- tumineux après guipage au ruban de mica. L'isolement de l'enroulement peut aussi comprendre des couches de ruban de mica recouvertes d'un guipage exté- rieur de ruban de coton, de fibre de verre ou d'asbeste.
Dans certains cas, le guipage extérieur peut consister en toile vernissée. Un enroulement peut être constitué d'un ou de plusieurs conducteurs séparés. Si l'enroulement con- siste en plusieurs conducteurs ou torons, chaque conducteur ou toron peut être isolé par lui-même avant montage de l'enroulement. L'isolant individuel peut comprendre une couche d'émail, une couche de ruban de mica, une couche de fi- bre de verre émaillée ou un enroulement de ruban d'asbeste, ou une combinai- son de ceux-ci. Dans certains cas l'isolant individuel est imprégné ou trempé séparément dans de la résine. Quels que soient la forme et le montage, l'iso- lement 19 comprend un guipage de ruban, et un liant et imprégnant plastique.
Quel que soit le soin avec lequel le guipage a été fait, il y a toujours dans l'isolement des poches, vides, etc. De plus l'isolement n'est pas très com- pact et flotte relativement, de sorte que l'enroulement n'est pas très résis- tant mécaniquement ou est faible électriquement.
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Pour faire de le enroulement et de son isolement un tout bien com- pact ayant une résistance mécanique suffisante et de bonnes caractéristiques électriques, les barres de encoches 12 de 1'enroulement sont placées dans une presse ou moule approprie. Comme le montre le dessin, un tel moule peut com- prendre des paires de barres plates 20, habituellement mais non nécessaire- ment en acier ou un autre métal., avec des vis de serrage 22 pour comprimer l'isolement sur chaque face de la barre d'encoche. Dans d'autres cas, les barres 12 peuvent être placées dans une presse hydraulique ou mécanique pou- vant comprimer l'enroulement sur toutes ses faces.
On place sur les côtés des couches 14 et 18 de la spire de tête des lamelles 24 et 26 d'un élastomère, Les lamelles d'élastomère ont, comme le montre la coupe de la figure 2, la largeur des c8tés plats de la spire de tête Elles sont aussi arrondies.
Les lamelles d'élastomère sont appliquées de manière à buter contre les barres 20 et à former une continuation de 1'i- solement compact des barres d'encoches La spire de tête et les lamelles y appliquées 24 et 26 sont ensuite entourées d'un frettage de compression 28, comme, par exemple., du ruban de coton,, de caoutchouc, de la corde, du fil d'acier ou une autre matière. Le frettage de compression 28 doit être appli- qué avec une tension suffisante pour comprimer les lamelles d'élastomère de manière qu'elles maintiennent une pression considérable sur les flancs de la spire de tête.
Comme le montre la figure 2 du dessin, plusieurs pinces 50 en bronze, acier ou autre matière flexible peuvent être glissées sur les lamel- les 24 et 26 pour les maintenir en place pendant le frettage. Les pinces 50 sont enlevées au fur et à mesure de l'avancement du frettage. Les lamelles d'élastomère peuvent facilement se donner de manière à épouser avec précision les flancs plats de la spire de tête quelles que soient la forme géométrique et l'irrégularité de celle-ci.
Comme le montre la figure 2 du dessin, la tête 14 se compose de plusieurs conducteurs réunis 40 isolés par isolement individuel 42 et un gui- page d'isolement d'ensemble 44 avec un liant plastique appliqué à l'ensemble.
Le dessus et le dessous 46 de l'enroulement sont relativement étroits, et ses flancs 48 sont relativement plats et beaucoup plus larges que le dessus, de sorte que 1'enroulement est relativement mince. Le frettage de compression 28 comprime les lamelles d'élastomère 24 et 26 de manière à comprimer et ablatir l'isolement 44 et à en faire une couche compacte et rectiligne écra- sée contre les conducteurs 40. Les lamelles d'élastomère 24 et 26 empêchent le guipage isolant 44 d'enfler et suppriment ainsi toute cavité. Comme le dessus et le dessous de l'enroulement sont étroits, le frettage de compres- sion 28 tend à maintenir l'isolant de ces parties relativement aplati et com- pact.
La figure 1 montre une partie seulement de la tête entière 14, 16, 18 rendue compacte, partie voisine des barres d'encoches. Ce traitement peut avoir cependant diverses applications, et, si on le désire on peut trai- ter de cette façon les têtes entières ou une partie voulue de celles-ci.
L'enroulement comprimé et rendu compact des figures 1 et 2 est soumis à un traitement thermique pour que la matière plastique de l'isolant 44 se ramollisse et, sous la pression des lamelles d'élastomère comprimées 24 et 26, pénètre de manière à remplir tous les vides et imprégner le gui- page. Si la matière plastique est une résine thermodurcissable, le traite- ment thermique sera poursuivi jusqu'à durcissement ou polymérisation à l'é- tat solide de la résine.
On refroidit ensuite 1.'enroulement et on enlève le frettage 28, les lamelles 24 et 26 et les barres 20. Si on utilise comme li- ant plastique une matière thermoplastique telle que de l'asphalte, un acéta- te de cellulose ou un éthyl-cellulose ou l'équivalent, après avoir porté l'enroulement à une température suffisante pour laisser couler la matière plastique dans l'espace indiqué à la figure 1, on laisse celle-ci se refroi- dir, et on enlève les lamelles 26 et 28 ainsi que les barres 20. On obtient ainsi un enroulement dont l'isolement est rendu compact uniformément, non seulement aux barres d'encoches mais aussi à la tête.
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Les lamelles d'élastomère 26 et 28 empêchent efficacement toute courbure ou enflement de l'isolant le long des flancs plats des spires de tête, ce gonflement étant particulièrement prononcé quand les barres d'en- coches sont seules comprimées à dimension et en forme. Pour des enroulements carrés ou ayant le dessus et le dessous relativement larges par rapport à la largeur des flancs, on peut ajouter une paire supplémentaire de lamelles d'élastomère pour le dessus et le dessous, comme indiqué à la figure 3.
Dans celle-ci,la tête d'enroulement 60 composée de plusieurs conducteurs 62, ayant chacun un isolement individuel 64 et l'ensemble entouré de feuil- les isolantes 66 avec un liant plastique approprié, est recouverte d'une paire de lamelles 68 et 70 sur les côtés et d'une autre paire de lamelles 72 et 74 pour le dessus et le dessous. Les lamelles 68,70, 72 et 74 sont en une matière élastomère. Un ruban ou un fil peut être enroulé très serré autour des quatre lamelles pour comprimer celles-ci et par elles l'isolant 64 et 66. L'enroulement peut être soumis à un traitement thermique pour d'abord ramollir le liant plastique et le durcir ensuite comme il le faut.
Les dimensions des lamelles d'élastomère et leur forme peuvent varier pour s'adapter aux diverses configurations géométriques des têtes d'enroulements. Des lamelles d'élastomère, telles que représentées aux fi- gures 4 à 7, ont été employées pour de nombreux types d'enroulements. Comme le montrent les figures 4 et 5, une lamelle rectiligne d'élastomère 80 a un bout 82 sectionné sous un angle permettant de l'utiliser avec une tête d'en- roulement dressée vers le haut depuis les barres d'encoches, la lamelle pou- vant se plier facilement en longueur pour s'adapter à la forme latérale de la spire de tête de l'enroulement. Comme le montre la figure 5, la lamelle 80 a un côté plat 84 faisant face au flanc de l'enroulement et un arrondi 86 devant venir en contact avec une matière de frettage de compression.
La partie arrondie 86 peut être circulaire ou elliptique ou approximativement ronde. De bons résultats ont été obtenus avec des lamelles dont la largeur est égale à celle de l'enroulement et dont la section transversale est semi- elliptique avec le petit axe allant de 3/4 à 1 pouce (19-25 mm), les enrou- lements auxquels on les applique ayant une largeur comprise entre 1 et 3 pouces (25-75 mm).
La figure 6 représente une seconde forme de lamelle 90, à utili- ser avec des spires de tête ayant des coudes brusques en deux points par rapport aux barres d'encoches de l'enroulement. La lamelle 90 a une face inclinée 92 venant s'appliquer contre le moule de barre d'encoche. La par- tie inclinée 94 permet à la lamelle 90 de s'adapter à la spire de tête sans trop de difficultés ni d'usage de pinces 50, pour la maintenir en place.
La lamelle 90 est arrondie comme les lamelles des figures 4 et 5.
Pour rendre compact l'isolement de la spire de tête entière, on peut utiliser des paires de lamelles en forme de U 96, comme le montre la figure 7. Les bouts 98 et 100 de la lamelle sont tous deux coupés obli- quement pour les adapter à l'inclinaison de la spire de tête. La lamelle 96 en forme de U peut être pliée de manière à se conformer aux différentes cir- convolutions de la spire de tête.
Les lamelles 24, 26, 80, 90,96 peuvent être faites de n'im- porte quelle matière élastomère appropriée, suivant les solvants et les tem- pératures auxquels elles peuvent être exposées. De bons résultats ont été obtenus avec des lamelles de néoprène. Des lamelles de caoutchouc naturel ou de butadiène-styrène copolymères ou de butadiène acrylonitrile copolymères conviennent aussi. Pour les procédés à très haute température, des lamelles de silicones sont excellentes.
Pour préparer les lamelles d'élastomère, on peut conformer avantageusement un élastomère non vulcanisé, un peu plastique, tel qu'un néoprène non vulcanisé, en masses allongées en forme de barrettes de section transversale triangulaire, ronde ou approximativement semi-circu- laire dont la largeur est approximativement celle de l'enroulement, appli- quer ces masses allongées sur les flancs d'un enroulement et fretter celles- ci au moyen de ruban, avec la tension voulue. Le ruban de frettage donnera à l'élastomère non vulcanisé une section transversale partiellement circulai- re ou semi-elliptique s'adaptant bien à l'enroulement. Lors du traitement
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thermique de 1'eroulemet, 1'élastomère se volcanise.
Quand le ruban est enlevée les lamelles d'élastomère vulcanisé peuvent être retirées et s'avé- rent suivre presque parfaitement les contours d'autres enroulements sembla- bleso Ce procédé de conformation des lamelles d'élastomère est très utile quand il faut, fabriquer de grandes quantités de mêmes enroulements.
L3emploi de ruban de coton humidifié pour fretter 1'élastomère est intéressant dans certains cas, parce qu'après enroulement à la main du ruban de coton humide, celui-ci séchant se rétrécit et augmente la compres- sion des lamelles d'élastomère Inexpérience a montré que 1-'isolement des spires de tête rendu compact de la façon décrite ci-dessus est nettement meilleur qu'un isolement non rendu compact.
ainsi, dans un enroulement avec isolement au mica appliqué suivant le brevet belge n 491,846 et imprégné d'une résine aux polyesters,les barres dencoches à isolement rendu com- pact avaient -on facteur de puissance de 4,8 % sous 2 kilovolts, et les cou- des de la spire de tête à isolement rendu compact conformément à la présen- te invention avaient aussi un facteur de puissance de 4,8 % sous 2 kilo- volts. Sous 16 kilovolts, le facteur de puissance des barres d'encoches était de 9 % et celui de la tête de 11,1 %. La rigidité diélectrique de la tête à isolement rendu compact était de 67,5 kilovolts, et celle des bar- res d'encoches de 69,5 kilovolts.
La rigidité diélectrique particulièrement indique l'obtention d'un excellent isolement.
Avec le procédé de l'invention, la dimension et la forme de l'isolement de la spire de tête peuvent être déterminées dans des limites étroites. De plus, l'isolement de la tête peut être rendu compact, ce qui supprime pratiquement tout effet corona à l'intérieur de l'isolement. Les propriétés isolantes électriques, telle la rigidité diélectrique de la tê- te., sont relevées à un niveau pratiquement égal à celui des propriétés iso- lantes des barres d'encohces
Les têtes d'enroulements peuvent avoir des formes variées autres que celles indiquées au dessin; ainsi certains enroulements ont des pliages en U très simples tandis que d'autres ont une forme très compliquée.
L'in- vention ne s'applique pas seulement aux enroulements à plusieurs barres d'enccches mais aussi à ceux à une seule barre d'encoche.
Quoique les enroulements à isolement rendu compact ici décrits et représentés conviennent particulièrement aux applications de moteurs et génératrices, on peut préparer de même des enroulements pour les applica- tions électromagnétiques en général, telles que celles sans noyaux de fer.
Dans certains cas l'isolement de 1?enroulement entier peut être rendu compact au moyen de lamelles d'élastomère, aussi bien les barres d'en- coches que les spires de tête. Des enroulements ainsi isolés seront aussi satisfaisants du point de vue des propriétés diélectriques que ceux dont les barres d'encoches sont moulées à la pressée Les barres d'encoches peu- vent être sablées ou peulées pour les rendre lisses s'il le faut, après dé- moulage, pour qu'elles s'adaptent exactement dans les encoches des noyaux magnétiques.
REVENDICATIONS.
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