Brevet FR2099437A1 — publié le 19720317

?i 1 209943? ' La présente invention se rapporte à--tin dispositif à transformateur et à redresseur comportant des éléments redresseurs à semi-conducteurs. Un dispositif à transformateur et à redresseur connu 5 comportant des éléments redresseurs à semi-conducteurs comprend un transformateur de puissance polyphasé et un compartiment- de redresseur séparé à l'écart du transformateur. Les éléments à semi-conducteurs qui se trouvent dans le compartiment de redresseur sont reliés électriquement aux enroulements secondaires du 10 transformateur par des connexions électriques relativement longues. Cela présente l'inconvénient que le transformateur et le compartiment de redresseur et les connexions qui les relient occupent un volume considérable. Dans un autre dispositif connu, les éléments redresseurs 15 à semi-conducteurs se trouvent à l'intérieur du bac d'un transformateur de puissance, en même temps que le noyau du transformateur et les enroulements. Le transformateur de puissance est refroidi à l'huile et cette huile de refroidissement sert à refroidir à la fois les éléments redresseurs et les enroulements 20 du transformateur. Cet agencement est très compact et prend moins de place que 1'autre agencement connu. Il présente cependant l'inconvénient que, comme la température de l'huile du transformateur augmente considérablement à cause des pertes du transformateur, lorsque ce dernier fonctionne, les éléments redresseurs 25 à semi-conducteurs peuvent être détériorés par l'augmentation de température excessiveo Dans les deux agencements connus, il peut se produire des difficultés lorsqu'il faut remplacer les éléments redresseurs à semi-conducteurs. C'est particulièrement le cas lorsque les 30 éléments sont à l'intérieur du bac du transformateur car, pour remplacer certains des éléments, il faut abaisser le niveau d'huile dans le bac et retirer le couvercle dudit bac avant que les éléments soient découverts et puissent être retirés. En outre, le courant de charge continu qui traverse les 35 éléments redresseurs peut provoquer l'apparition d'un flux magnétique et ce flux a tendance à augmenter encore la température de l'huile, ce qui accroît la possibilité de panne des éléments à semi-conducteurs. L'invention a pour objet un dispositif à transformateur 40 et à redresseur comportant des éléments redresseurs à semi-con 71 26199 2 2099437 ducteurs, réalisé de façon que les éléments soient faciles à remplacer en cas de panne. Selon l'invention, un dispositif à transformateur et à redresseur comprend un transformateur de puissance électrique 5 polyphasé comportant plusieurs connexions de sortie de l'enroulement secondaire traversant une paroi latérale du bac du transformateur, plusieurs blocs de redresseurs séparés à l'extérieur du bac et supportés à partir de ladite paroi latérale, chaque bloc comprenant un boîtier contenant au moins un élément redres-10 seur à semi-conducteurs, les bornes d'entrée des blocs de redresseurs étant reliées aux connexions de sortie respectives du transformateur. Comme les éléments redresseurs à sèmi-conducteurs se trouvent dans des blocs de redresseurs séparés disposés à l'ex-15 térieur du transformateur, il est facile de remplacer les éléments de n'importe quel bloc sans perturber les autres blocs du transformateur. Il est préférable que les blocs de redresseurs soient refroidis à l'huile et que leur alimentation en huile soit sépa-20 rée de l'alimentation en huile du transformateur. Par conséquent, la température de fonctionnement de l'huile destinée aux blocs de redresseurs peut être maintenue à une valeur inférieure à celle de la température de l'huile du transformateur. Pour compenser le flux magnétique- produit dans les re-25 dresseurs par le courant de charge continu, on peut faire passer le courant à travers le boîtier du bloc dans le sens opposé au sens d'écoulement du courant continu dans les redresseurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés. 30 Sur ces dessins : Fig. 1 est un schéma de montage explicatif du dispositif à transformateur et à redresseur selon l'invention, Fig. 2 et 3 sont respectivement une vue de face et une vue latérale du dispositif à transformateur et à redresseur se-35 Ion un premier mode d'exécution de l'invention, Fig. 4 est une coupe longitudinale d'un bloc de redresseurs, Fig. 5 est une coupe suivant la ligne X-X de la figure 4, 40 Fig. 6 est une coupe longitudinale d'un autre bloc de 71 26194 ^ . 2099437 redresseurs possible, . Fig. 7 est une coupe suivant la ligne Y-Y de la figure 6, ■ Fig. 8 est une vue en perspective d'un autre mode d'exé-5 cuti on de l'invention, Fig. 9 est un schéma de montage explicatif d'un dispositif à transformateur et à redresseur selon un autre mode d'exécution de l'invention, Fig. 10 est une coupe longitudinale d'un autre mode 10 d'exécution d'un bloc de redresseurs, et Fig. 11 est une vue latérale d'une partie d'un dispositif à transformateur et à redresseur selon un autre mode d'exécution de l'invention. En se référant à présent aux dessins annexés sur les-15 quels des références numériques analogues désignent des éléments identiques ou correspondants sur ceux-ci, et plus particulièrement à la figure 1, cette figure montre un transformateur 10 indiqué par une ligne brisée. Dans la cuve du transformateur, se trouvent un enroulement primaire triphasé 11 et deux enroule-20 ments secondaires 12 et 13 montés en étoile. Les tro^^phases du primaire 11 sont reliées aux bornes d'entrée 14u/et I4w auxquelles est reliée une alimentation d'entrée triphasée alimentant le primaire 11. Les enroulements présentant des phases différentes de 25 la paire d'enroulements secondaires 12 et 13 sont reliés par des connexions de sortie aux bornes de sortie 15 à 20 respectivement. Une bobine d'équilibrage 21 est prévue et est montée entre les deux points neutres des secondaires 12 et 13. Une prise centrale de la bobine d'équilibrage 21 est reliée à une borne de sortie 30 négative 22. Six blocs de redresseurs 23 à 28 sont prévus et sont reliés respectivement aux bornes de sortie 15 à 20 du transformateur 10. Chacun des blocs redresseurs 23 à 28 comprend un élément redresseur 29 à 34 et un circuit absorbant les pointes de courant 35 à 40 respectivement. Chacun des circuits 35 à 40 35 absorbant les pointes de courant comprend une résistance et un condensateur montés en série et le circuit est monté en parallèle sur l'élément redresseur auquel il est associé. Bien que, sur la figure 1, chaque élément redresseur à semi-conducteur 29 à 34 soit constitué par un seul élément, il est clair que 40 chaque redresseur comprend plusieurs éléments semi-conducteurs 71 2619$ 4 , 2099437 montés en parallèle ou en groupes parallèles selon les niveaux de tension et de courant de 11 alimentation. Les sorties continues redressées de tous les groupes redresseurs 23 et 28 sont reliées en même temps à une borne po-5 sitive 41, et une charge continue (non représentée) peut être montée entre la borne positive 41 et la borne de sortie négative 22. En se référant à présent aux figures 2 et 3, le noyau du transformateur et les enroulements se trouvent dans le bac 10 5° du transformateur. Les bornes de sortie 15 à 20 du transformateur se trouvent à la surface extérieure d'une paroi du bac 50, et les bornes d'entrée 14u, 14v et 14w se trouvent sur une autre paroi dudit bac0 La borne de sortie négative 22 se trouve sur une autre paroi du bac du transformateur et le bac 50 est 15 supporté sur une base 51. Les blocs de rèdresseurs 23 à 28 sont montés dans des boîtiers de redresseurs séparés 52 à 57 qui sont supportés par un élément de support 58 fixé sur la paroi du bac du transformateur traversée par les bornes 15 à 20. Des barres omnibus alter-20 natives 59 à 64 et des barres omnibus continues 65 à 70 servent de conducteurs d'entrée et de sortie des blocs 52 à 57, respectivement. Les conducteurs d'entrée sont reliés aux bornes 15 à 20 et les conducteurs de sortie sont reliés à une barre de charge omnibus 71. Les groupes de redresseurs sont refroidis à l'hui-25 le» ce qui permet de refroidir les éléments qu'ils contiennent. Le réfrigérant est refoulé par une pompe 72 à travers une conduite 73 et les blocs en parallèle dans le sens que montrent les flèches de la figure 2. Le réfrigérant est réchauffé après avoir refroidi les éléments à rèdresseurs et est renvoyé à un refroi-30 disseur 74, puis à la pompe 72. Des soupapes sont prévues au voisinage de l'entrée et de la sortie de chaque boîtier 52 à 57 pour permettre d'isoler les différents boîtiers de la conduite 73. On va décrire à présent les blocs de redresseurs 52 à 35 57 mais, comme ils sont tous identiques, on en décrira un seul, par exemple le bloc 52. Dans le bloc représenté sur les figures 4 et 5, le réfrigérant va d'une conduite d'entrée 80 à une conduite de sortie 81 en traversant le boîtier 52, pour refroidir les éléments re-40 dresseurs. Des manchons 82 et 83 traversent les parois supérieu 71 26194 2099437 re et inférieure du boîtier 52 et le conducteur ou barre omnibus de sortie alternatif 59 et le conducteur - ou barre omnibus - de sortie continu 65 traversent respectivement les manchons 82 et 83. Un joint étanche à l'huile 84 se trouve au point de liaison 5 entre le manchon 82 et la paroi supérieure du boîtier, pour empêcher les fuites d'huile. Un autre joint étanche à l'huile 85 se trouve au point de liaison entre le manchon 83 et la paroi inférieure du boîtier du redresseur pour empêcher les fuites d'huile. Un condensateur 101 et une résistance 102 sont montés 10 sous la paroi supérieure du boîtier et sont reliés ensemble pour constituer un circuit d'absorption des pointes 35. On prévoit un conducteur en Y 86 relié à la barre omnibus alternative 59. Des paires de coupe-circuit 87 et 88 sont reliées à chaque branche du conducteur 86. Des paires de conduc-15 teurs 89 et 90 sont reliées respectivement aux coupe-circuit 87, 86 et des ailettes de refroidissement 91 et 92 se trouvent à leurs autres extrémités. Deux éléments redresseurs 93 et 94 sont interposés entre chacune des ailettes de refroidissement 91 et 92 et des barres omnibus continues 65a et 65b, respectivemento 20 Les barres omnibus 65a et 65b sont reliées à une barre de sortie omnibus 65. Des bras 95 sont prévus et comportent deux paires d'isolateurs 96, 97, 98 et 99 qui se trouvent respectivement entre le bras et les conducteurs 89 et 90 et entre la barre omnibus alternative 59 et les barres omnibus continues 65a et 65b, 25 respectivement. Les isolateurs 96 à 99, les conducteurs 89 et 90, les ailettes de refroidissement 87 et 88, les éléments redresseurs 93 et 94, et les barres omnibus 65a et 65b sont fixés collectivement entre le bras 95 et la barre omnibus alternative 59 par un boulon isolé 100. Des portions du conducteur en Y 86 30 sont découpées aux endroits où elles toucheraient autrement le boulon isolé 100. Comme il a été mentionné ci-dessus, le courant alternatif d'entrée est envoyé aux barres omnibus alternatives 59 et il traverse les conducteurs en Y 86, les coupe-circuits 87 35 et 88, les ailettes de refroidissement 91 et 92, les éléments redresseurs 93 et 94, et les barres omnibus continues 65a et 65b, de sorte qu'il est redressé. Un bloc de redresseurs séparé est prévu pour chaque phase du transformateur et il "est donc clair que, si l'un des 40 redresseurs de l'un des blocs est détruit, on peut facilement 71 26194 2099437 le remplacer sans perturber les autres blocs. De plus, les blocs à redresseurs sont compacts par rapport à un seul compartiment à redresseurs contenant tous les redresseurs nécessaires pour redresser toutes les phases du transformateur 10, et ainsi tous 5 les blocs sont faciles à fabriquer En outre, il est bien connu que le passage d'un courant continu produit un flux magnétique qui peut chauffer le boîtier 52, les redresseurs 93 et 94 et d'autres éléments. Cela n'est pas souhaitable car les semi-conducteurs sont susceptibles de 10 chauffer. Cependant, il est facile d'empêcher le chauffage dû au flux magnétique induit en faisant passer à travers les blocs un courant inverse du courant qui passe dans les redresseurs. Dans le. bloc de redresseurs représenté sur les figures 6 et 7, la paroi du boîtier dudit bloc est en matière conductri-15 ce et elle est reliée électriquement à la barre omnibus continue à la partie inférieure dudit boîtier 52. Le courant continu redressé traverse la barre omnibus continue de haut en bas dans le bloc de redresseurs, puis la paroi du boîtier du bloc de bas en haut, de sorte que les flux magnétiques induits se compensent. 20 La barre omnibus de charge continue est reliée à la partie supérieure de la paroi du boîtier du bloc de redresseurs. Sur la figure 6, on utilise un couvercle supérieur 110 comme conducteur. On soude, au couvercle supérieur 110, tin conducteur raccordable 111. Le conducteur 111 est également relié 25 à la barre alternative omnibus 59 par des boulons (non représentés) ou d'autres moyens. Les extrémités inférieures des deux barres omnibus continues 65a et 65b sont reliées à des conducteurs raccordables 112 et 113 par des boulons 114 et 115 respectivement, et les conducteurs raccordables 112 et 113 sont 30 soudés à la paroi du bac 52. Une bride 116 et un isolateur 117 sont fixés au couvercle 110 par des boulons isolés 118 et 119 avec des joints 120 et 121. La bride 116 est reliée électriquement à la paroi du bac 52, mais elle est isolée du couvercle supérieur 110. Un couvercle inférieur 122 peut être conducteur 35 ou non, et est fixé à une bride 123 par des boulons 124 et 125. On peut supprimer le couvercle inférieur 122, si le boîtier 52 comporte un fond qui fait corps avec lui. Dans ce type de boîtier, il est clair que l'on peut utiliser des moyens qui seront décrits plus loin en se référant à la figure 10, pour relier la 40 barre omnibus continue 65 à la paroi du boîtier 52. 71 26194 2099437 Le courant continu redressé traverse d'abord les barres omnibus continues 65a et 65b de haut en bas, puis la paroi du bac 52 de bas en haut et passe de la bride 116 à la barre omnibus de charge continue. Le flux magnétique induit par le cou-5 rarit qui traverse les barres omnibus continues 65a et 65b est en opposition avec le flux magnétique induit par le courant qui traverse la paroi du boîtier 52, de sorte qu'ils se compensent mutuellement. Comme le montrent les figures 2 et 3, la bride 116 ain-10 si que les autres brides des autres boîtiers de la figure 6 sont reliées à la barre omnibus continue de charge 71o Le courant qui circule dans la barre 71 est élevé, de sorte que cette barre doit présenter une section droite considérable. Si l'on se réfère à la figure 8, la barre omnibus de 15 charge continue 71 est montée avec isolement sur.1'élément de support 58 et est également utilisée comme élément de support des boîtiers 52 à 57. Des trous 150 à 155 sont pratiqués dans la barre omnibus de charge continue 71. La dimension des trous 150 à 155 est légèrement supérieure à celle du couvercle supé-20 rieur 110 des boîtiers. Les boîtiers 52 à 57 se trouvent sur la barre 71 dans une position inverse par rapport à la figure 6, et le couvercle supérieur 110 s'emboîte dans les trous 150, mais n'est pas relié à la barre 71. La bride 116 et d'autres brides se trouvent sur la barre 71 pour supporter les bacs 52 à 57. Les 25 brides 116 et la barre 71 sont en liaison électrique directe entre elles, ce qui permet d'éliminer les moyens de liaison. Les bornes de sortie 15 à 20 se trouvent vers la partie inférieure de la paroi du bac 50 du transformateur et sont reliées à chacun des couvercles supérieurs. 30 Plus particulièrement, la conduite de réfrigérant peut être utilisée comme barre de charge omnibus continue 71. Cet agencement est représenté sur la figure 11. Sur cette figure, le bac du transformateur n'est pas représenté et la conduite 160 jouant le rôle de barre omnibus de charge continue est montée 35 sur une base 162 et est isolée électriquement de la pompe 72 au point de jonction 161. Il y a lieu de noter que tous les modes d'exécution mentionnés ci-dessus s'appuient sur la figure 1 où le transformateur 10 comporte un enroulement secondaire monté en double 40 étoile. La figure 9 représente cependant un montage à double ?1 26149 8 2099437 étoile modifié. Dans ce cas, on prévoit deux bornes adjacentes correspondant à chaque enroulement de phase, dont l'une est la borne de sortie, tandis que l'autre est une borne neutre. Le sèns de passage du courant qui s'écoule à la borne de sortie 15 5 est opposé à celui du courant qui circule à la borne neutre 22a. Par conséquent, l'effet de chauffage dû au flux magnétique induit par la barre omnibus continue est compensé par le même courant traversant la. paroi du boîtier du bloc vers la borne 22a<> La figure 10 représente un autre mode d'exécution du lO bloc de redresseurs. La figure 10 est une coupe suivant la ligne X-X, analogue à la figure 5. De plus, le couvercle supérieur 110, la bride 116, l'isolateur 117, les boulons isolés 118 et 119, les joints 120 et 121 et le conducteur raccordable 111 sont les mêmes que les éléments analogues représentés sur la figure 15 6- Sur la figure 10, un couvercle inférieur 130 du boîtier 52 est constitué par une matière conductrice. Un isolateur 131, une bride 132 et des joints empilés 133 et 134 sont également fixés par des boulons 135 et 136, de la même façon que le couver-20 cle supérieur 110. Les brides 116 et 132 sont reliées électriquement à la paroi du boîtier 52 mais son isolées des couvercles supérieurs 110 et 130. D'autire part, les barres omnibus continues 65a et 65b sont reliées électriquement au couvercle inférieur 130 par le conducteur élastique 137. 25 En cours d'utilisation, la bride 116 est reliée à la borne neutre 22a représentée sur la figure 9 et la charge 126 de la figure 7 est branchée entre le couvercle inférieur 130 et la bride 132. Le courant redressé traverse les barres omnibus continues 65a et 65b, le conducteur élastique 137, le couvercle 30 inférieur 130, la charge 126, la bride 132, la paroi du boîtier, la bride 116 et atteint la borne neutre 22a. De cette façon, les flux magnétiques induits par le courant qui circule dans les barres omnibus 65a et 65b sont compensés par le flux magnétique induit par le courant qui circule dans la paroi du bac 52a 35 Dans le mode d'exécution ci-dessus, le couvercle infé rieur 130 peut être relié à une barre de charge omnibus continue de sorte qu'il est clair, si l'on effectue une comparaison avec la figure 8, que la barre de charge omnibus continue peut être utilisée comme élément de support des boîtiers des blocs de re-40 dresseurs. 71 26144 2099437 Il va de soi que l'on peut apporter de nombreuses modifications de détail à l'objet de l'invention, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. 71 26199 2099437 R_E_V_E_N_D_X_C_A_T_X_0 N S 1° - Dispositif à transformateur et à redresseur, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de puissance électrique polyphasé comportant plusieurs connexions de sortie 5 du secondaire traversant une paroi latérale du bac dudit transformateur, plusieurs blocs de redresseurs séparés à l'extérieur du bac et supportés à partir de ladite paroi latérale dudit bac, chaque bloc comprenant un boîtier contenant au moins un élément redresseur à semi-conducteurs et les bornes d'entrée des blocs 10 étant reliées aux connexions de sortie respective du transformateur . 2° - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs sont supportés par un ou plusieurs supports sur la surface extérieure de la paroi latérale du bac du transfor-15 mateur. 3° - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit transformateur et lesdits blocs sont refroidis par de l'huile, les blocs étant séparés à partir d'une alimentation en huile séparée de celle du transformateur. 20 4° - Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bloc comprend plusieurs éléments redresseurs à semi-conducteurs montés électriquement en parallèle ou par groupes en parallèle, lesdits redresseurs ou groupes de redresseurs étant reliés à une barre omnibus continue 25 se trouvant à l'intérieur du boîtier du bloco 5° - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier de chaque bloc est constitué par une matière électriquement conductrice et en ce que la barre omnibus de chaque bloc est montée électriquement en série avec le boîtier, 30 de façon que le sens de l'écoulement du courant continu dans le boîtier soit opposé au sens d'écoulement du courant dans la barre omnibus. 6° - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les barres omnibus continues de tous les blocs sont 35 montées électriquement en parallèle avec une barre omnibus de charge continue. 7° - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les boîtiers de tous les blocs sont montés électriquement en parallèle avec une barre omnibus de charge continue com-40 mune. 71 26199 11 2099437 8° - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la barre de charge omnibus continue commune est constituée par une conduite métallique faisant partie du système de refroidissement des blocs de redresseurs. 9° - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la barre de charge omnibus continue commune est constituée par une partie des moyens de support des blocs redresseurs à partir de la paroi latérale du bac du transformateur. 10° - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une charge électrique peut être branchée entre la barre omnibus continue et le boîtier métallique du bloc, de façon que le courant redressé traverse la barre omnibus et que le courant neutre de retour travers ledit boîtier dans le sens opposé au sens d'écoulement du courant qui passe dans la barre omnibus.