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RÉSUMÉ
Les turboalternateurs sont des alternateurs entraînés à grande vitesse de rotation par une turbine à vapeur ou une turbine à gaz. La puissance unitaire des turboalternateurs et la structure des réseaux et des centrales ont considérablement évolué depuis les débuts de l'électrification. Cet article présente tout d’abord les organes principaux d’un turboalternateur (stator, rotor, paliers et auxiliaires), avant de s’attarder sur son fonctionnement, avec notamment ses types de refroidissement. La turbine à vapeur reste l’entraînement le plus courant pour les grandes puissances, la turbine à combustion connaît depuis ces dernières années une progression importante, liée à sa facilité de mise en œuvre et ses bas coûts d’investissement.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel VERRIER : ALSTOM Principal Mechanical Engineer
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Pascal CHAY : ALSTOM Principal Electrical Engineer
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Mathieu GABION : Abylsen Document Engineer - Mise à jour du dossier de Gilbert RUELLE
INTRODUCTION
Les turboalternateurs sont des alternateurs entraînés à grande vitesse de rotation par une turbine à vapeur ou une turbine à gaz (plus souvent appelée turbine à combustion). Ils sont constitués de pôles lisses (encoches usinées par fraisage) et non de pôles saillants.
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2. Fonctionnement
2.1 Refroidissement de l'enroulement stator
le lecteur pourra se reporter, dans ce traité, au dossier Refroidissement des machines électriques tournantes [D 3 460].
2.1.1 Refroidissement indirect
Les turboalternateurs de puissance moyenne (
à 250 MW, comme ceux entraînés par une turbine à gaz refroidis par air, ou d'anciens turboalternateurs de puissance comprise entre 100 et 200 MW refroidis dans l'hydrogène) sont à refroidissement indirect, comme le sont également la plupart des hydrogénérateurs. Les pertes par effet Joule dissipées dans les enroulements traversent l'isolation électrique avant d'être évacuées par le fluide de refroidissement. Cette traversée se traduit par un sur-échauffement additionnel des conducteurs de quelques dizaines de degrés par rapport à l'air de refroidissement. La densité de courant acceptable dans les enroulements est donc plus faible dans cette technologie que dans les machines « à refroidissement direct ».
Ce type de refroidissement correspond à des technologies simples et fiables. En revanche, il est limité par la performance thermique des isolants. Pour les machines de puissance plus importante, il faut utiliser un système de refroidissement plus efficace.
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Le refroidissement direct du cuivre de l'enroulement stator s'opère soit par gaz, soit par liquide. Le transfert de chaleur ne se fait plus à travers l'isolation de la machine et permet des performances beaucoup plus élevées, au prix d'auxiliaires additionnels.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANCEL (J.) - Bobinages des machines tournantes. Schémas. - [D 437] dans Génie électrique, Archives (1974).
-
(2) - DE FURSAC (P.) - Bobinages des machines tournantes. Technologies. - [D 438] dans Génie électrique, Archives (1978).
-
(3) - BARRET (P.) - Machines synchrones. Fonctionnement en régime permanent. - [D 480] dans Génie électrique, Archives (1978).
-
(4) - BARRET (P.) - Machines synchrones. Excitation. - [D 492] dans Génie électrique, Archives (1973).
-
(5) - HEUILLARD (J.-F.) - Machines synchrones. Dimensionnement électromagnétique. - [D 495] dans Génie électrique, Archives (1982).
-
(6) - HEUILLARD (J.-F.) - Refroidissement des machines tournantes, Calcul des températures des stators et des enroulements des rotors. - [D 448]...
ANNEXES
CHATELAIN (J.) - Machines électriques TOME 1. - Dunod (1983).
CHATELAIN (J.) - Machines électriques TOME 2. - Dunod (1983).
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Toute la série des normes IEC.60034 et plus particulièrement :
IEC.60034-1 (04-04), Ed.11.0 – Rotating Electrical Machines – part 1 : Rating and performance
IEC.60034-3 (11-07), Ed.1.0 – Rotating Electrical Machines – part 3 : Specific requirements for synchronous generators driven by steam turbines or combustion gas turbines
IEC.60034-14 (03-07), Ed.3.0 – Rotating Electrical Machines – part 14 : Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher – Measurement, evaluation and limits of vibration severity
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Pour ces grosses machines, la vente n'est...
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