Réchauffement et refroidissement

Réchauffement et durée de vie

Les machines électriques ont un rendement élevé, cependant les pertes produites atteignent des niveaux tels, qu'elles doivent être évacuées grâce à une méthode de refroidissement adéquate. La résistance des bobines de cuivre dépend de la température, c'est pourquoi un refroidissement plus efficace entraîne une réduction des pertes Joule du cuivre. Les matériaux doivent être utilisés de façon soutenue; grâce à un refroidissement plus efficace la densité de courant peut être aloes augmentée et pour la même dimension de la machine une puissance plus élevée ainsi obtenue.

La durée de vie de l'isolation des bobines dépend de la température, un accroissement des températures de 5 à 8K entraîne une durée de vie réduite de moitié. C'est pourquoi les isolants sont catalogués par classes de température qui correspondent aux températures maximales autorisées en service continu. D'autre part une distribution homogène des températures doit être assurée lors du démarrage de la machine, sinon des fissures peuvent se créer du fait des contraintes thermiques. Grâce aux résultats numériques, les constructeurs de machines électriques peuvent proposer des machines moins chères et plus sure, sans risquer de s'exposer au moindre risque technique et aux pénalités.

Refroidissement par air d'un génerateur ALSTOM

Normes de rendement énergétique

Les normes européennes de rendements énergétiques IECC comprendront de plus en plus de types de machines dans les prochaines années. Pour ne pas être exclus du marché, les industriels devront investir dans un refroidissement plus efficace. Il est aussi souvent nécessaire d'améliorer le refroidissement de machines déjà en service, par exemple lorsque la puissance d'un générateur doit être augmenté du fait d'une upgrade de la turbine.

Refroidissement

Au XIX siècle, l'utilisation des machines était si faible, que les surfaces extérieures suffisaient pour évacuer les pertes de chaleur. Pour les petites machines c'est toujours le cas. Les machines moyennes et larges nécessitent des ventilateurs pour forcer le fluide de refroidissement à entrer dans la machine. Les ventilateurs sont soit actionnés par des moteurs soit couplés à l'arbre de la machine. Les ventilateurs doivent respecter de fortes contraintes au niveau du bruit, des ventilateurs bien dimensionnés ne réduisent pas seulement les coûts de construction, ils consomment aussi moins d'énergie.

Le fluide de refroidissement collecte les pertes et les transporte à l'extérieur de la machine, pour cela l'air est le plus souvent utilisé. Il est utilisé pour la plupart des moteurs électriques et pour les générateurs jusqu'à environ 270 MW. L'hydrogène atteint sous pression une bien meilleure capacité d'absorption de la chaleur; cependant à cause du danger de formation de gaz détonant il est nécessaire de l'enfermer hermétiquement dans un boîtier à l'épreuve de la pression; seuls les larges générateurs sont refroidis à l'hydrogène. L'eau est le fluide de refroidissement le plus efficace, cependant il nécessite une installation compliquée et coûteuse; seuls les stators des très larges générateurs sont refroidis avec de l'eau. L'huile est utilisée pour le refroidissement des larges transformateurs.

 


Rotor de type turbo avec ventilateur radial fixé à l'axe (ancien modèle)

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