Brevet FR2118149A1 — publié le 19720728

i 2118149 L'invention concerne un convertisseur statique, en particulier pour montage dans des véhicules à entraînement électrique ou par moteur à combustion interne, réalisé par assemblage de plusieurs blocs fonctionnels à redresseur, constitués par un 5 élément redresseur, un radiateur et des accessoires de couplage, emboîtables dans des dispositifs de fixation. . Des convertisseurs statiques stationnaires ou mobiles, dans lesquels la conversion d'énergie électrique à une tension et à une fréquence déterminées en une autre énergie à tension et 10 fréquence modifiées, est réalisée au moyen d'un assez grand nombre de blocs fonctionnels à semi-conducteurs montés pour parties en série et en parallèle, sont le plus souvent exécutés sous forme d'armoires ou de châssis. Dans le but de réduire les travaux d'études, et pour augmenter les nombres d'éléments consti-15 tutifs identiques à produire, on rassemble en un bloc fonctionnel la diode ou le thyristor, le radiateur, le câblage et un fusible - et, lors d'emploi de thyristors, en plus un transmetteur d'impulsions. Il y est souvent prévu encore un dispositif de surveillance avec indication d'écoulement. Plusieurs blocs 20 fonctionnels de cette sorte sont alors assemblés du côté courant fort, et/ou du côté courant de commande, pour former les installations correspondantes (voir BBC-Machrichten 1961, page 674-, ainsi que manuel du Thyristor- de Dr Hoffmann et Stucker, Berlin 1965 j pages 579 et s.). 25 Les blocs fonctionnels cités sont montés de telle manière qu'ils peuvent être emboîtés dans un châssis. On peut ainsi, faire cesser facilement les pannes par échange de blocs fonctionnels. Les raccordements électriques à courant fort et à courant de commande sont prévus par vis ou par fiches. La fixation méca-50 nique peut être mise en forme de différentes façons. On a pû déjà obtenir un effet important de rationalisation grâce à ces blocs fonctionnels à semi-conducteurs. Mais les châssis, en partie très volumineux, devaient en outre, faire l'objet d'une nouvelle étude pour chaque cas de mise en oeuvre. 55 Un nouveau pas dans la réduction des coûts a été atteint lorsqu'on a assemblé en châssis des étages variables en largeur, grâce à des longerons d'assemblage de longueurs différentes et empilables en hauteur, dans lesquels on emboîte individuellement les blocs à semi-conducteurs. L'emploi de ces "châssis normali 71 45408 2 2118149 sés" s'élimine cependant,' on oblige à leur faire subir des modifications, dans tous les cas où l'on dispose de locaux d'installation très rétrécis, comme c'est le cas la plupart du temps dans les véhicules ferroviaires. On n'y dispose souvent que de i très petites surfaces frontales, si bien qu'on ne peut loger le nombre nécessaire de blocs fonctionnels à semi-conducteurs. La surface frontale nécessaire peut être réduite par la disposition de deux blocs fonctionnels d'un derrière l'autre dans le sens de l'emboîtage, donc par création d'un bloc double. Le problè-.0 me d'une variabilité des châssis n'est toutefois pas résolu de ce fait. L'invention se propose de créer un convertisseur statique comportant un châssis, dans lequel on puisse emboîter, non seulement des blocs fonctionnels simples à semi-conducteurs, mais .5 encore des blocs doubles, et qui permette une variabilité avec les dimensions d'appareils les plus diverses. Une autre tâche de l'invention consiste à mettre en forme le guidage de l'air de refroidissement de telle sorte que tous les radiateurs des éléments redresseurs soient également bien refroidis. On sait que ?0 la capacité de charge en courant des éléments semi-conducteurs dépend avant tout de la température limite du disque de silicium et celle-ci, d'une bonne transmission de la chaleur au radiateur et une bonne évacuation de la chaleur du radiateur. Dans le cas de radiateurs montés en série en ce qui concerne l'air de re->5 froidissement, la capacité de charge des éléments semi-conducteurs montés en aval dans le courant d'air est fortement réduite. Dans le cas d'une assez longue suite de tels éléments semiconducteurs montés en série par rapport à l'air de refroidissement, il se produit d'importantes réductions de charge. >0 La solution du problème posé consiste, pour la disposition mentionnée au début, d'un convertisseur statique, en un certain nombre de boîtiers individuels ouverts au moins sur un côté, pouvant être assemblés entre eux par vis par leurs côtés larges, dans chacun desquels on peut emboîtier un bloc fonctionnel à redresseur simple et/ou un bloc fonctionnel double à redresseur, 35 chaque boîtier étant constitué par au moins un cadre rectangulaire et une paroi arrière; sur deux parois latérales parallèles du cadre, il est prévu au moins une nervure s'étendant sur au plus la demi-hauteur d'un cadre, prévue avec un perçage s'éten- 71 45408 3 2118149 dant de "bout en bout dans le sens de la longueur, et la paroi arrière est arrangée pour recevoir des raccords par fiches ou par vis pour les conducteurs à courant fort et les conducteurs à courant de commande du bloc à redresseur. 5 Dans un développement de l'invention, il est prévu que les nervures de l'une des parois de cadre s'étendent depuis le milieu du cadre jusqu'à son extrémité supérieure, et que les nervures de l'autre paroi de cadre s'étendent depuis le milieu de la paroi de cadre jusqu'à l'extrémité inférieure de celle-ci. 10 De manière avantageuse, plusieurs boîtiers sont disposés côte à côte et/ou superposés, un assemblage des cadres entre eux étant réalisé par des tiges filetées introduites dans les perçages des nervures, lesquelles sont vissées dans des filetages taillés à l'extrémité des perçages. 15 II est prévu dans un mode de réalisation de l'invention que les vis servant à l'assemblage de deux boîtiers sont introduites et vissées dans des écrous à six pans, qui sont placés dans des évidements à six pans de la partie inférieure des nervures. 20 Suivant une autre caractéristique de l'invention, les espaces vides existant entre deux boîtiers, entre les côtés larges des cadres, se faisant face, et entré deux groupes de deux nervures, servent de conduits à air, par lesquels les flux d'air de refroidissement peuvent être amenés aux divers blocs 25 fonctionnels. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les cadres comportent, à la partie inférieure de leur côté large, des ouvertures, par exemple défonçables, par lesquelles on peut réaliser une liaison entre les conduits à air et l'intérieur du 30 boîtier, à travers lesquelles un flux d'air de refroidissement peut être amené au boîtier, ou en être évacué. Enfin, dans une autre forme d'exécution de l'invention, les raccordements é-a^vriques à courant fort sont prévus directement aux sorties des raccords par fiches disposés contre la 35 paroi arrière des boîtiers individuels. D'autres détails et des développements avantageux de l'invention ressortent des exemples d'exécution décrits dans ce qui suit et représentés sur les dessins. On voit sur : 71 45408 4 2118149 les figures 1 à 4, fon boîtier pour un bloc fonctionnel à redresseur simple; les figures 5 et 6, un boîtier pour un bloc fonctionnel à redresseur double; 5 les figures 7 et 8, un châssis constitué par plusieurs boîtiers assemblés; les figures 9 et 10, une coupe d'un châssis avec guidage de l'air de refroidissement représenté; les figures 11 et 12, un bloc fonctionnel à redresseur sim-10 pie en forme de tiroir pour un boîtier; la figure 13 un bloc fonctionnel à redresseur double formé de deux blocs fonctionnels à redresseur simples. Une vue de profil d'un boîtier pour un bloc fonctionnel simple est représentée sur la figure 1. La figure 2 représente 15 une vue de la face frontale - face d'emboîtage. Sur la figure 3» est représentée une partie de la projection horizontale, et sur la figure 4, un détail de la paroi arrière du boîtier. Tous les repères des parties de boîtiers commencent par le chiffre 1. Le cadre en matière plastique est désigné par 1.01. Il est constitué 20 par les parois latérales 1.02 et 1.03 dans chacune desquelles sont aménagés deux évidements semblables 1.04, limités en haut ou en bas par des renforcements 1.05. Dans ceux-ci, est guidé, lors de l'emboîtage, le bloc fonctionnel décrit davantage ci-dessous. Sur chacune des parois latérales 1.02, 1.03» sont adossées deux 25 nervures d'égale longueur 1.06 et 1.07, qui s'étendent, sur la paroi gauche, depuis le haut jusqu'au milieu, et sur la paroi droite, du milieu jusqu'en bas. Les nervures 1.06 sont pourvues de perçages ronds 1.08 et 1.09; les nervures 1.07» de perçages ronds 1.10; et chacune d'un évidement à six pans 1.11. Pond et 30 dessus ont Ta même conformation et sont désignés par 1.12. Ils présentent des ouvertures 1.13. Sur la face avant, le cadre 1.01 comporte des rebords latéraux 1.14 pourvus de perçages 1.15. En outre, un repli 1.16 est formé ici, comportant des perçages 1.17 pour recevoir et fixer 35 un couvercle 1.18. Sur la face arrière, le cadre est également prévu avec des rebords latéraux 1.19 comportant des perçages filetés non représentés. A cet endroit, sur le cadre 1.01, est vissée une paroi arrière 1.20. Celle-ci consiste en un fond 1.21, et un collet 1.22, qui en fait le tour à la manière d'une bague. 71 45408 5 2118149 1 Sur les côtés des rebords 1,23, font saillie au-delà du collet 1.22. Par l'intermédiaire de ceux-ci, la paroi arrière est assemblée au cadre 1.01 par des vissages 1.24. Dans le fond 1.21, se trouvent quatre perçages 1.25 possédant la même position que 5 les broches du bloc fonctionnel. Ils sont équipés de deux: douilles de contact 1.26, qui sont fixées par l'intermédiaire de raccords à vis 1.27. Le barreau porte-douilles correspondant n'est pas représenté. Il est couplé avec le barreau porte-fiches 2.38 du bloc fonctionnel (représenté sur la figure 11). 10 Un cadre double formé par raccordements à vis de deux ca dres 1.01 et d'un fond 1.20, est représenté sur la figure 5 en vue de profil, et, sur la figure 6, en projection horizontale. Dans ce cas, il y a quatre douilles de contact 1.26 au lieu de deux. 15 L'assemblage d'un châssis à partir des cadres individuels est représenté sur la figure 7. La figure 8 montre, à plus grande échelle, le point d'assemblage des blocs fonctionnels individuels . Pour le montage du châssis, le nombre correspondant de coffrets est d'abord posé côte à côte, de telle sorte que les 20 nervures, 1.06 et 1.07, respectivement, des boîtiers à assembler soient en alignement,, Alors, on introduit, par le haut, dans les perçages 1.08 et 1.10 des nervures 1.06" et 1.07» 1.34, il est possible de mettre la tête de vis 1.31 dans la position qui bloque les vis 1.30 après la pose de la série de coffrets suivante. Comme la tête 1.31 est munie d'un filetage 1.32, on peut à présent introduire de nouvelles vis 1.30 par le haut et 30 les visser. Comme il n'y a pas de nervure en regard du cadre situé en bas à gauche à l'extérieur, il est prévu à leur place des tubes d'écartement 1.36. L'assemblage jar vis des boîtiers représenté en haut permet d'entreprendre, lors de la manutention, la suspension du 35 châssis par l'intermédiaire des vis, ce que les cadres, en matière moulée pour des raisons d'isolation électrique, ne seraient pas en mesure de faire à cause du poids important d'un châssis équipé de blocs fonctionnels. A ces assemblages par vis peut, si nécessaire, être entreprise la fixation d'un ventilateur pour 71 45408 6 2118149 ■ une ventilation forcée. Le guidage de l'air de refroidissement ressort de la représentation des figures 9 et 10, qui représentent des coupes à travers des boîtiers se trouvant côte à côte et superposés. Dans ? le cas du schéma représenté sur la figure 9» trois flux d'air de refroidissement circulent parallèlement, deux circulant dans les espaces vides 1.40 se trouvant entre les cadres, et Tin, à travers les cadres; ils refroidissent ainsi les radiateurs 2.20 et 2.21 des blocs fonctionnels. Pour éviter un mélange des trois cou-D rants d'air, les évidements 1.04 des parois 1.02 et 1.03 sont obturés par de petits cadres 1.41, posés lors de l'alignement côte à côte. On a représenté, sur la figure 10, comment un flux d'air de refroidissement échauffé par les radiateurs peut être dévié 5 hors d'un cadre, et comment un flux d'air frais venant de l'intervalle 1.40 est introduit dans le cadre inférieur. Dans cette exécution, lors de l'alignement côte à côte.des cadres, d'autres petits cadres 1.42 sont insérés en plus des petits cadres 1.41. Par une pièce de fond 1.43, on évite que l'air de refroi-3 dissement échauffé s'écoule dans le boîtier inférieur. Sur les figures 11 et 12, 2.01 désigne un coffret isolant (voir côté droit de la figure) pour un bloc opérationnel individuel, lequel est obturable par un couvercle 2.02 comportant jusqu'à deux perçages 2.03. Dans la chambre ainsi formée, sont 5 logés un ou deux fusibles 2.04, qui sont insérés dans le circuit du courant électrique par les raccords à vis 2.05 et 2.06. Sur le fond 2.11 du coffret 2.01, sont prévus deux yeux 2.12, sur lesquels sont fixés des voyants lumineux 2.07 pour l'indication d'avaries aux fusibles. Les perçages 2.13 se trouvant sur le 0 fond 2.11 servent au passage de raccordements à courant fort qui, dans ce cas, sont des broches, et d'éléments de fixation mécanique non représentés. Dans la paroi 2.14 du coffret isolant 2.01, quatre perçages 2.15 prennent place dans les angles; le couvercle 2.02 y est fixé par des fermetures rapides non représentées. Les 35 quatre angles 2.16 de la paroi du boîtier 2.14 sont chanfreinés. Le bloc fonctionnel est guidé par ces chanfreins au cours de son emboîtage dans le cadre 1.01 du boîtier. Au coffret isolant 2.01, est fixée une combinaison de deux radiateurs 2.20 et 2.21 avec, entre eux, un thyristor ou une diode 2.22 en forme de disque. 71 45408 7 2118149 Lorsqu'on emploie des thyristors ou des diodes du type cellule à fond plat ou cellule à vis, les radiateurs sont adaptés à la forme des éléments semi-conducteurs0 Au deuxième radiateur, est vissé un autre coffret isolant 5 2.30, qui porte les broches pour les circuits à courant fort et les raccords par fiches pour les circuits de commande. Le circuit à courant fort passe par la broche 2.23 isolée par un tube 2.24, un pont 2.25, le raccord à vis 2.05s les fusibles 2.04, le raccord à vis 2.06, et la tige filetée 2.26 qui conduit au 10 radiateur 2.20 et, de là, à travers le thyristor ou la diode 2.22, au deuxième radiateur 2.21, avec la broche 2.28 qui est également munie d'un tube isolant 2.29. Dans le coffret isolant 2.30, sont disposés dans le fond 2.31 également quatre perçages 2.33» Par deux de ces perçages, 15 sont passées les broches; elles y sont guidées par des passe-câbles élastiques 2.34. L'espace 2.35 entre la paroi 2.31 et le radiateur 2.21 est prévu pour recevoir des résistances ohmiques de couplage. Dans la chambre 2.37 formée par les parois 2.36 du coffret isolant 2.30, sont logés les autres éléments de cou-20 plage tels que transmetteur d'impulsions, condensateur et dispositif de surveillance des fusibles, qui ne sont pas représentés sur le dessin. Le barreau 2.38 des fiches de courant de commande pour les circuits de commande, déjà mentionné, y est monté. Le bloc fonctionnel double représenté sur la figure 13 est 25 constitué par deux blocs individuels présentant des différences de faible importance. Le bloc disposé à droite sur la figure reçoit des broches prolongées 2.23' et 2.28'. En outre, ses conducteurs de commande sont amenés, par l'intermédiaire des raccords à fiches 2.38' , 2.39% sur le barreau porte-fiches 2.38 se trou-30 vant dans le bloc arrière. L'assemblage mécanique des blocs fonctionnels est réalisé par des raccords à vis des deux broches avant 2.23' et 2.28'. 71 45408 8 2118149 REVENDICATIONS 1. Convertisseur statique, en particulier pour le montage dans des véhicules à entraînement électrique ou par moteur à combustion interne,' réalisé par l'assemblage de plusieurs blocs fonctionnels à redresseur, constitués par un élément redresseur, 5 un radiateur et des accessoires de couplage, emboîtables dans des dispositifs de fixation, caractérisé par un certain nombre de boîtiers individuels, ouverts sur au moins un côté, pouvant être assemblés entre eux par vis par leurs côtés larges, dans chacun desquels on peut emboîter un bloc fonctionnel simple et/ 10 ou un bloc fonctionnel double à redresseur, chaque boîtier étant constitué par au moins un cadre rectangulaire (1.01) et une paroi arrière (1.20); alors qu'il est prévu, sur deux parois latérales parallèles du cadre (1.01), au moins une nervure s'é-tendant sur au plus la demi-hauteur d'un cadre (1.06, 1.07)» 15 pourvue d'un perçage (1.08, 1.10), s'étendant de bout en bout dans le sens de la longueur; la paroi arrière (1.20) étant arrangée pour recevoir des raccords par fiche pour les conducteurs à courant fort et pour les conducteurs à courant de commande du bloc à redresseur. 20 2. Convertisseur statique selon revendication 1 caractéri sé en ce que les nervures (1.06) de l'une des parois de cadre s'étendent depuis le milieu du cadre jusqu'à son extrémité supérieure, et que les nervures (1.07) de l'autre paroi de cadre s'étendent depuis le milieu de la paroi de cadre jusqu'à l'extré-25 mité inférieure de celle-ci. 3. Convertisseur statique selon revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs boîtiers sont disposés côte à côte, et/ ou superposés, un assemblage des cadres (1.01) entre eux étant réalisé par des tiges filetées intx*oduites dans les perçages 30 (1.08, 1.10) des nervures, lesquelles sont vissées dans des filetages taillés à l'extrémité des perçages (1.08, 1.10). 4. Convertisseur statique selon revendication 3 caractérisé en ce que la vis (1.30) servant à l'assemblage de deux boîtiers est introduite et vissée dans un écrou à six pans (1.35)» 35 placé dans un évidement à six pans (1.11) de la partie inférieure de la nervure (1.07). 71 45408 9 2118149 5. Convertisseur statique selon l'une des revendications 1,2, 3 ou 4 caractérisé en ce que les espaces vides (1.40) existant entre deux boîtiers, entre les côtés larges (1.02, 1.03) des cadres se faisant face et deux groupes de nervures (1.06, 5 1.07) servent de conduits à air à travers lesquels des flux d'air de refroidissement peuvent être amenés aux différents blocs fonctionnels. ô. Convertisseur statique selon revendication 5 caractérisé en ce que les cadres comportent, à la partie inférieure de 10 leurs côtés larges, des ouvertures (défonçables), par lesquelles on peut réaliser une liaison entre les conduits à air (1.40) et l'intérieur du boîtier, à travers lesquelles un flux d'air de refroidissement peut être amené dans le boîtier, ou en être évacué. 15 7. Convertisseur statique selon l'une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que les raccordements électriques à courant fort sont prévus directement aux sorties des raccords par fiches disposés contre la paroi arrière des boîtiers individuels.