Etude de la température et des vibrations des développantes d'alternateur hydraulique
Résumé
This thesis deals with thermal and mechanical stress that undergoes hydrogenerators stator insulation. More precisely, this study concems the stator endwinding zone. Thus, ail over the first chapter, stator winding structure and insulation stresses are described. This first part is concluded by a short présentation of on-line monitoring Systems and some pièces of information about their présent limits. The second chapter concems mechanical behavior of hydrogenerator endwindings. Materials non-homogeneity is taken account by three-dimensional and straight beam models moreover, endwinding geometry is described in détail. In the following step, thèse meihods are applied to analyse a single endwinding and the whole winding eigenforms. The third chapter contains a vibrations and température expérimental study of three generators-motors used in power generating units. Front the study of many steady-state recordings, insulation viscoelastic properties are proved. In the same way, mechanical transient analysis (starts and stops) shows that : * endwinding forces hâve mainly electromagnetic origins * the electrical braking during the stop séquences may lead to high vibration levels caused by machine naturel frequencies The last chapter purpose is to présent an expérimental testing bench able to repnoduce, on a short part of a generator bar, thermal, mechanical and high voltage stresses measured on real machines. Technological solutions chosen are justified and illustrated by many pictures. To conclude, an analytical method for predicting insulation mechanical stress level is proposed and compared with expérimental data.
Ce mémoire concerne l'étude des contraintes mécaniques et thermiques que subit l'isolation statorique des alternateurs de centrale hydraulique. La zone plus particulièrement étudiée est la partie frontale des machines. Ainsi, dans le premier chapitre, il est rappelé la structure du bobinage statorique et l'ensemble des contraintes pouvant l'affecter. Cette première partie s'achève par une présentation des systèmes de maintenance prédictive et de leurs limites actuelles. Le deuxième chapitre concerne l'étude du comportement mécanique des développantes d'un alternateur hydraulique. La prise en compte de la non-homogénéité des matériaux par des modèles linéiques et volumiques ainsi que, la géométrie de cette structure sont décrites en détail-Ces modèles sont ensuite appliqués pour analyser qualitativement les déformées modales d'une seule développante puis, de l'ensemble du bobinage. Le troisième chapitre aborde la mesure expérimentale des températures et vibrations de trois alternateurs-moteurs utilisés dans des conditions usuelles de production d'énergie électrique. A partir de plusieurs enregistrements du régime permanent, il est clairement montré que l'isolation possède des propriétés viscoélastiques. Parallèlement, l'étude des régimes transitoires (démarrages et arrêts) nous indique que : * les efforts exercés sur les développantes sont principalement d'origine électromagnétique * l'utilisation du freinage électrique lors des phases d'arrêt peut exciter des modes propres de la machine et ainsi engendrer des niveaux vibratoires très élevés Le dernier chapitre présente un banc d'essai muHicontraintes capable de reproduire, sur un fragment de conducteur, les contraintes mécaniques, thermiques et électriques observées sur un alternateur. Les choix technologiques retenus sont justifiés et illustrés par plusieurs photographies. Enfin, une méthode analytique pour déduire le niveau des contraintes mécaniques dans l'isolation est proposée et validée expérimentalement.