Brevet FR2021351A1 — publié le 19700724

La présente invention concerne unmodule ae construction à semi-conducteurs, destiné à autre incorporé dans des sous-ensembles enfichables de cadres pivotants ou de structures d'appareils analogues comportant des thyristors et/ou des diodes, des radiateurs et des composants accessoires nécessaires. Les modules de construction à semi-conducteurs servent d'éléments de base pour la réalisation des montages de redressement, de commande et de réglage les plus variés. Pour cela, on groupe le nombre d'éléments convenable, avec l'équipement nécessaire pour chaque cas considéré, en sous-ensembles enfichables de cadres pivotants ou de structures d'appareils analogues. Grâce à des dimensions déterminées, ces modules conviennent par conséquent à un très large domaine d'applications0 Les modules à thyristors déjà connus, tels qu'ils sont décrits par exemple aux pages I84 à I89 de la "Siemens-Zeitschrift", vol. 3, mars I965 , comportent un radiateur, les composants accessoires et le transformateur pour les impulsions de commande ainsi qu'un fusible éventuel.Un composant à semi-conducteurs est alors vissé au centre du radiateur, dans chacun des modules . Plusieurs modules de construction sont groupés en un châssis enfichable pour réaliser par exemple un montage en pont de Graetz monophasé semi-commnndé. On incorpore alors ce châssis enfichable dans une armoire d'appareillage. Dans ces conditions, les différents modules de construction à semi-conducteurs sont d'un accès difficile et, en cas de défaut dans les composants à semi-conducteurs euxmêmes, l'accès à ces derniers et leur remplacement sont encore plus difficiles. De plus, pour les interconnexions et l'équipement des semi-conducteurs, de nombreuses rangées de contacts stles et femelles sont nécessaires sur les modules de construction et dans les châssis enfichables, et augmentent ainsi le coût du matériel. L'objet de la présente invention est de réaliser un module de construction à semi-conducteurs, tel que les composants à semi-conducteurs soient facilement accessibles et remplaçables, sans qu1il soit nécessaire de sortir le module de construction du sous-ensemble enfichable, et que, pour l'interconnexion des composants à semi-conducteurs, dans la plus large mesure possible, on puisse utiliser les dispositifs de raccordement dont ces composants sont munis d'origine en série. De plus, le module de construction à semi-conducteursdoit être conçu de manière à admettre des équipements variés et à pouvoir être utilisé dans des applications diverses. Selon l'invention, ce problème se trouve résolu du fait que le radiateur a une forme allongée, avec des ailettes de refroidissement disposées dans le sens de la longueur, et que, sur ses deux faces frontales, il présente des dispositions prévues pour recevoir des composants à semi-conducteurs, et que plusieurs radiateurs peuvent être maintenus, à leurs faces frontales, par des plaques de montage isolantes réunies par des entretoises, et enfin que des dispositions sont prévues pour la fixation d'autres composants0 Un avantage particulier du module de construction à semiconducteurs selon la présente invention est la possibilité d'équiper le radiateur avec des éléments à semi-conducteurs sur ses deux côtés et, dans de nombreux montages, de réaliser les interconnexions intérieures de plusieurs éléments à semi-conducteurs avec les connexions de raccordement déjà existantes0 De plus, cette exécution permet d'utiliser le module, avec les composants auxiliaires qui y sont également incorporés, pour les montages électriques les plus divers. Selon une forme judicieuse de réalisation de l'invention, sur leurs faces frontales, lès radiateurs sont pourvus de bossages en saillie , qui s'engagent dans des orifices prévus à cet usage dans les plaques de montage, pour leur fixation; et, à l'intérieur du module de construction, ces radiateurs sont disposés les uns au dessus des autres On obtient, ainsi une fixation et un montage simples, lenaiateur étant utilisé comme composant de la structure mécanique, et est traversé verticalement par le flux du fluide réfrigérant0 Selon une autre forme de réalisation intéressante de l'invention, pour simplifier la réalisation des interconnexions électriques, il est prévu que les plaques de montage sont pourvues de bornes de raccordement pour les interconnexions intérieures et extérieures, toutes les connexions extérieures étant raccordées sur une seule et mtme plaque de montage. Une forme avantageuse-du radiateur prévoit, en outre, que celui-ci est pourvu, par construction, de bossages de raccordement supplémentaires0 in se référant aux figures à l'appui, on va décrire plus en détail, à l'aide d'un exemple, la str7^tre du module de cons truction à semi-conducteurs selon la présente invention.Les figures représentent respectivement La figure 1, une vue en perspective d'un radiateur selon l'invention; La figure 2, une vue avant d'un module à semi-conducteurs réalisé avec deux radiateurs, sans les éléments à semi-conducteurs; La figure 3, une vue en perspective du module de construction à semi-conducteurs, selon la figure 2, mais vu par l'ar- rière; b figure 4, un schéma d'un régleur de courant triphasé entièrement commandé avec inversion électronique du sens de rotation du champ triphasé; La figure 5, un schéma des interconnexions et vue schématique de trois modules de construction à semi-conducteurs utilisés pour réaliser le montage selon la figure 4. Sur la figure 1, le repère 1 désigne le radiateur représenté en perspective. Conformément à l'invention, ce radiateur a une forme allongée, et ses ailettes de refroidissement 2, entre lesquelles se trouvent les orifices 3 pour le passage du fluide réfrigérant, sont disposées longitudinalement. Sur les deux faces frontales 4, l'épaisseur du métal du radiateur est renforcée, de sorte que, conformément à l'invention et constituant le dispositif de fixation des éléments à semi-conducteurs, sont prévus les bossages ronds 5, avec les orifices filetés 6 où se vissent les éléments à semi-conducteurs. Sur les faces frontales 4, ces bossages 5 sont en saillie.Ces saillies s'engagent dans les orifices correspondante des plaques de montage, et la fixation du radiateur est ainsi assurée, Sur le côté des faces frontales 4, on a encore prévu sur le radiateur 5 des plots de raccordement 7, dont les surfaces de contact 8 sont à peu près de niveau avec la surface plane-des bossages 5. Ces surfaces de contact 8 sont pourvus d'un filetage 9 destiné à recevoir une vis de serrage de connexion. Ces plots servent soit à relier le radiateur avec une barrette à l'anode d'un élément à semi-conducteurs disposé à côté, vissé dans son propre radiateur, soit à raccorder au radiateur9 c'est-à-dire à l'anode de l'élément à semi-conducteurs qu'il supporte, la cathode d'un autre élément à semi-conducteurs. La figure 2 est une vue avant, en perspective, d'un module de construction à semi-conducteurs, selon l'invention, réalisé avec deux radiateurs du type représenté sur la figure 1. Les élé Dents à semi-conducteurs ne sont pas vissés dans les radiateurs. Le repère 1 désigne les deux radiateurs qui soit disposés l'un au dessus de l'antre de telle manière que le fluide réfrigérant peut s'écouler dans le sens vertical, le long des ailettes de refroidissement 2 des deux radiatsurs. bes deux radiateurs sont tenus entre deux plaques de montage inolantes IO. Ces plaques sont pourvues, à cet effet, d'oriflces dans lesquels s'engagent les bossages ronds frontaux 5 et les plaes @ de contact 7 des radia- teurs 1, en faisant saillie légerement ;a 7 face avant des plaques de montage 10. Les deux plaques de mentage 10 sont reliées entre elles par quatre entretoises 11 et fixées par quatre vis 12. Ainsi, les radiateurs 1, les plaques e montage 10 et les entretoises 11 constituent un module robute dont les éléments se soutiennent les uns les autres. Dans les trous filetés des plots de raccordement 7, sont vissées les dis 13 pour le serrage des connexions, ainsi qu'on peut le veir sur la figure r A droite, sur l'autre côté de la plaque de moulage 10, sont disposées en haut deux bornes 14, 15, servant au raccordement de la connexion de gâchette et de la connexion auxiliaire de cathode du thyristor qui peut être vissé à côté. De même, les deux bornes inférieures 16 et 17 servent zu racoordement de la gâchette et de la connexion ausiliaire de cathode du thyrister inférieur.Deux paires de conducteurs torsadés, respectivement 18 et 19, vont de ces paires de bornes 14, 15 et 16, 17, à la plaque de montage arrière, où ils aboutissent sur des picots de vascordement La figure 3 est une vue arrière, su perspective, du module de construction de la figure 22 Les pa@@@@@@@@@ déjà décrites ont les mêmes repères que sur les figues 1 et 2, On voit, sur cette figure 3, comment, sur la plaque de montage arrière 10, les paires de conducteurs 18 et I9 des bornes antérieures de raccordement des gâchettes et des connexions auxiliaires de cathode aboutissent aux picots de raccordement 18, 19 et 20 , 21 Au dessus et en dessous de ses picots de raccordement, @@@@@@ pr6vues les bornes 22 et 23 pour le raccordement de la gâchette et de la connexion auxi- liaire de la cathode du thyristor supérieur et les bornes correspondantes 24, 25 pour le thyristor inférieur, Ces bornes 22, 23 et 24, 25, sont pourvues de tiges à souder, de même les picots de raccordement I8, I9 et 20, 21 sont réalisés sous forme de picots à souder. C'est avec ces tiges et picots que l'on réalise le câblage extérieur pour les interconnexions avec les circuits de commande.Pour le raccordement de la cathode et de l'anode des éléments à semi-conducteurs, sur la droite de la plaque de montage IO, les bornes d'anode, c'est-àedire les radiateurs, par les plots de raccordement 7 avec les vis de serrage 13, ceux-ci servant ici également pour le câblage extérieur. Entre ces bornes 13 on trouve deux bornes repérées 26 et 27, destinées à recevoir les connexions de cathode des éléments à semi-conducteurs montés sur la face arrière ainsi que les connexions du câblage extérieur. Sur cette plaque de montage postérieure IO sont ainsi rassemblés tous les points de raccordement qui sont nécessaires pour les liaisons avec les autres modules de construction et avec les circuits de commande. Entre les deux plaques de montage IO, et parallèlement à celles-ci, une plaque de fixation 28 plus petite est fixée sur les deux radiateurs 1, à l'aide de vis et d'équerres. On monte sur cette plaquette les éléments de protection RC nécessaires pour les semi-conducteurs montés dans le module. Sur la figure 3, ces éléments sont constitués par deux condensateurs 29 et deux résistances 30, que l'on relie aux bornes de raccordement des anodes et cathodes convenables, selon les exigences du montage à réaliser. Comme exemple de montage, pour l'utilisation judicieuse du module à semi-conducteurs selon l'invention, on a représenté sur la figure 4, le schéma électrique d'un régleur de courant triphasé, entièrement commandé, avec inversion électronique du sens de rotation du champ tournant. On utilise un tel montage, par exemple, pour des dispositifs d'entratnement par moteurs asynchrones. Sur les phases R,S, T du réseau triphasé sont raccordés cinq groupements antiparallèles composés chacun de deux thyristors, soit dix thyristors 31 à 400 Chaque groupement antiparallèle est shunté par le groupement en série d'un condensateur 29 et d'une résistance 30.Sur lahase R sont raccordés les deux groupements antiparallèles composés respectivement par les thyristors 31, 32 et 33, 34, sur la phase T sont raccordés les groupements antiparallèles avec les thyristors 37, 38 et 39, 40 Sur la phase S est raccordé le groupement antiparallèle des thyristors 35 et 36.Les sorties commandées U, V, W du régleur de courant triphasé sont réalisées de la manière suivante : La sortie U est reliée au côté "secondaire" de deux groupements antiparallèles reliés aux phases R et T, constitués par les thyristors 33, 34 et 39, 40; la sortie V est reliée au c3té secondaire du groupement antiparallèle raccorde à la phase S avec les thyristors 35,36; et la sortie W est reliée aux deux autres groupements antiparallèles qui sont raccordés aux phases R et T, avec les thyristors 31, 32 et 37, 38. La figure 5 montre enfin une représentation schématique de la vue avant, à gauche, et de la vue arrière, à droite, de trois modules de construction à semi-conducteurs a, b et c, avec les interconnexions réalisant le régleur de courant triphase selon la figure 40 On n'a pas représenté les raccordements pour les gâchettes, ni pour les connexions auxiliaires de la cathode. Sur la face avant, des thyristors sont vissés dans les trois modules a, b, c. Les points au milieu des carrés figurant les radiateurs, représentent les connexions de cathode des thyristors. Les anodes sont reliées aux radiateurs, les petits cercles dans l'encadrement des carrés représentent les bornes des radiateurs, c'est-à-dire les connexions d'anode.Sur la face avant, par conséquent, dans les trois modules, la cathode de chaque thyristor est reliée avec l'anode de l'autre, ce qui consiste dans la pratique, à raccorder en croix les connexions de cathode existantes aux plots de raccordement 7, avec les vis de serrage I3o Dans chaque module, un groupement RC en série 30, 29, est connecté directement entre les deux radiateurs. Ainsi que le montre la vue arrière de la figure 5, le module de construction b n'est pas équipé sur sa face arrière, et il ne contient qu'un seul groupe RC de protection. Les petits cercles, à l'intérieur de l'encadrement des carrés, repré- sentent des bornes isolées du radiateur, pour les interconnexions extérieures. La vue arrière montre clairement l'interconnexion arrière, qui est entièrement extérieure, contrairement aux interconnexions réalisées sur la face avant, réalisées entièrement à l'intérieur des modules entre les thyristors et les éléments de protection d'un mtme module. Bien UaeS d Outre cet exemple d'utilisation, le module de construction selon l'invention peut aussi btre avantageusement utilisé pour beaucoup d'autres montages9 tels que, par exemple, un régleur de courant triphasé semi-commandé, un régleur de courant entièrement commandé, hivers montages en pont de Graetz mono et tri- phases On choisit alors, évidemment, ltequipement en diodes et en thyristors d'une manière différente, et selon le montage considéré. Du fait de la disposition des composants à semi-conducteurs, selon l'invention, dans les faces frontales des radiateurs, ces composants à semi-conducteurs sont facilement accessibles et il est facile de les remplacer. Sur la face avant, on ne réalise que des interconnexions internes aux modules, avec les connexions existant sur les éléments à semi-conducteurs de par leur fabrication. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Module de construction à semi-conducteurs, pour -mon- tage dans des cadres pivotants ou dans des structures d'appareils analogues enfichables, comportant des thyristors et/ou des diodes, des radiateurs et les composants accessoires nécessaires caractérisé en ce que le radiateur (i) a une forme essentiellement allon- gée, avec des ailettes de refroidissement (2) disposées dans le sens longitudinal, et présente sur se deux faces frontales (4) des dispositifs (6) pour recevoir des éléments à semi-conducteurs; que plusieurs radiateurs (1) sont maintenus par leurs faces frontales (4) à l'aide de plaques isolante de montage (IO) reliées par des entretoises (11) ; et qu il a été prévu des dispositions (28) pour la fixation d'autres composants (29,30) du montage éleôtrique 2.- Module de construction à semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que sur les faces frontales (4), les radiateurs (1) sont pourvus de bossages qui font saillie à travers des orifices prévus à cet effet dans les plaques de montage (10), servant ainsi à la fixation des radiateurs (1), et qu'à l'intérieur d'un module ces radiateurs sont disposés les uns audessus des autres. 3.- Module de construction à semi-conducteurs selon les revendications t ou 2 caractérisé en ce que les plaques de montage (IO) sont pourvues de bornes de raccordement (I3 à 27) pour les interconnexions intérieures et extérieures, toutes les connexions extérieures étant raccordées sur une seule et même plaque de montage (IO) 4.- Module de construction à semi-conducteurs selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que d'autres plots de raccordement (7) sont prévus par construction sur le radiateur (1) .