Brevet FR2110248A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne les dispositifs de refroidissement et de montage des composants électriques et électroniques, et plus précisément un appareil du type associé à des composants destinés à laisser passer des intensités très élevées. On connatt depuis de nombreuses années les composants à semi-conducteur, par exemple les thyristors. Cependant, ces composants n'étaient utilisés que pour des applications impliquant une énergie relativement faible, alors qu'on a mis au point récemment des thyristors permettant de commander des centaines et même des milliers d'ampères. De telles intensités sont nécessaires pour de nombreux dispositifs importants, notamment dans les machines de soudagezbar résistance. Cependant, pour utiliser des thyristors destinés à commander des intensités telles qu'elles sont nécessaires pour le soudage, on doit monter et refroidir très soigneusement les thyristors.Pour obtenir un refroidissement convenable, on doit les maintenir rigidement sur un radiateur avec une force considérable (par exemple de l'ordre de 350 à 900 kgf ). Comme les thyristors sont un peu fragiles, on doit appliquer soigneusement la force, dans des conditions réglées, pour éviter la détérioration du composant. Bien qu'on connaisse des dispositifs de montage et de refroidissement de composants tels que des thyristors, tous ces dispositifs présentent des inconvénients qui ont limité leur utilité globale. Par exemple, lorsqu'on veut commander l'intensité du courant qui circule dans une machine de soudage, on monte habituellement deux thyristors côte à côte entre deux radiateurs. Une pince repousse les radiateurs l'un vers l'autre, si bien que les thyristors sont maintenus entre les radiateurs avec la force convenable. Cette disposition nécessite des forces doubles de serrage qui maintiennent indépendamment chacun des thyristors entre les radiateurs. L'expérience montre que cette disposition de serrage côte à côte nécessite un parallélisme absolu des diverses surfaces de montage, ainsi que l'application d'une force identique sur chacun des thyristors.Pour obtenir ces résultats, on doit usiner très soigneusement les thyristors, les radiateurs et d'autres appareils de montage, avec des tolérances très étroites, en général de l'ordre de + 25 microns au total, soit sur le parallélisme d'une face d'un élément, soit d'un élément par rapport à un autre. Si on n'obtient pas cette tolérance de + 25 microns, on doit disposer des cales de précision pour tenir compte de la différence. Ainsi, les dispositifs de ce type sont très coûteux à fabriquer et ils nécessitent pour leur montage des techniciens très entraînés. De plus, il est très difficile sinon impossible de réparer l'appareil sur le terrain sans renvoyer le dispositif dans son ensemble l'usine, qui assure un nouveau montage. En plus des problèmes cités précédemment, il est aussi difficile de réaliser des appareils de montage connus comportant des thyristors placés côte à côte et associés à un appareil compatible de refroidissement par eau. Les difficultés du refroidissement par eau sont accrues du fait que les thyristors placés côte à côte sont serrés entre deux radiateurs qui sont à des potentiels électriques différents. Pour refroidir l'eau convenablement les thyristors, il faut faire circuler/en gene- ral dans les deux radiateurs. Cependant, si on utilise l'eau du robinet, sa faible conductivité a tendance à provoquer un court-circuit des thyristors, ce qui influe sur le fonctionnement électrique.Pour résoudre ce problème, on relie habituellement les chemises de refroidissement des radiateurs par une longue boucle formée par un tuyau de manière qu'il existe une colonne d'eau entre les chemises. Cette colonne forme une résistance électrique qui isole les deux radiateurs, si bien que les thyristors peuvent fonctionner convenablement. Dans un exemple d'installation dans laquelle la chute de potentiel entre les radiateurs est de 460 volts efficaces,il est nécessaire d'utiliser une colonne d'eau ayant au moins 45 cm de longueur, car les deux côtés des chemises doivent etre isolés l'un de l'autre pour former un circuit de commande convenable. Les tuyauteries nécessitent un entretien périodique et prennent beaucoup d'espace, ce qui accroît le prix et les dimensions de l'appareil résultant. En plus des difficultés précédentes, la différence de potentiel qui existe entre les radiateurs du dispositif comportant des thyristors placés côte à cote crée un risque pour un réparateur, puisque la pose d'un tournevis sur les radiateurs provoque un court-circuit. L'invention concerne un appareil qui ne présente pas les inconvénients cités e/qui est destiné au montage d'un premier composant électrique ayant une borne d'anode et une borne de cathode, par exemple un thyristor, et d'un second composant électrique ayant une borne d'anode et une borne de cathode, par exemple un autre thyristor. Pour le montage de ces composants, l'appareil comprend un dispositif de support en série suivant un axe commun. Un dispositif de serrage applique une force sur les composants, suivant l'axe, si bien que les composants sont repoussés contre le dispositif de support. Suivant une caractéristique préférée de l'invention, on monte un thyristor dans un radiateur refroidi à l'air et l'autre dans un autre radiateur refroidi a' l'air et rigidement séparés par un dispositif qui est parallèle à l'axe commun. On applique alors un dispositif à pince sur les composants et les radiateurs, de manière à repousser les composants l'un vers l'autre le long de l'axe commun. Les avantages de l'invention apparaissent aux hommes du métier. Grâce à la disposition en série décrite, il suffit d'appliquer la force de serrage suivant un axe unique commun aux deux thyristors. Grâce à cette disposition, les variations de l'épaisseur des thyristors ainsi que celle des radiateurs et des autres entretoises ne posent pas de problème lors du montage. Lu conséquence, on peut fabriquer facilement et de manière peu coûteuse les divers éléments, puis les assembler avec des tolérances relativement larges, la réparation et le remontage pouvant être effectués sur place par des réparateurs non expé rimentés. Grâce à la disposition décrite, les radiateurs sont reliés électriquement, si bien qu'il n'y a pas de différence de potentiel à la surface. Cette caractéristique élimine pratiquement le danger créé par un court-circuit inadvertant des thyristors au cours du montage ou de la réparation. La disposition en série décrite offre aussi des av#".+#- ges importants lorsqu'on veut utiliser un refroidissement à l'eau. Comme les radiateurs refroidis à l'air sont au même potentiel, on peut leur associer une chemise de circulation, sans qu'il faille isoler les radiateurs par une longue colonne d'eau. De plus, suivant une caractéristique préférée de l'invention, on peut assurer le refroidissement par eau à l'aide d'une chemise placée entre les thyristors. Dans ce cas, on relie la chemise aux parties des thyristors qui sont au même potentiel, et il n'est plus nécessaire d'isoler les thyristors par une longue colonne d'eau.De plus, on peut placer directement une chemise de circulation d'eau au lieu d'une séparation mécanique, si bien qu'on peut remplacer les radiateurs à air et à eau le meme ensemble sans modifier les dimensions globales de 11 appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux d-essins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus d'un mode de réalisation préféré de l'appareil de l'invention, comportant des radiateurs refroidis à l'air et une chemise de circulation d'eau la figure 2 est une élévation latérale partielle de l'appareil de la figure 1 la figure 3 est une élévation frontale de l'appareil de la figure 1 la figure 4 est une vue éclatée de l'appareil de la figure 1 la figure 5 est une vue de dessus d'une variante de l'appareil selon l'invention, la chemise de circulation d'eau étant remplacée par un organe de séparation la figure 6 est un schéma électrique montrant la disposition préférée des composants et le circuit de déclenchement dans l'appareil des figures 1 à 5 ; et la figure 7 est un schéma électrique représentant un montage en parallèle en sens opposé des deux thyristors. Les figures 1 à 4 représentent un mode de réalisation préféré de l'appareil de l'invertion qui comprend une base 8 qui peut etre en une matière isolante quelconque, par exemple en stratifié phénolique. Une plaque 9 à circuit imprimé, montée sur la base 8, relie les différents composants 10 utilisés pour le fonctionnement des thyristors 11 et 16. Le thyristor 11 comprend une borne métallique 12 de cathode ayant un trou d'alignement 13 en son centre et une borne métallique 14 d'anode comportant un trou analogue correspondant au trou 13. Le thyristor 16 comprend une borne métallique 17 de cathode comportant un trou d'alignement 18 en son centre et une borne métallique 19 d'anode ayant un trou de montage analogue correspondant au trou 18. On constate selon l'invention que, parmi les thyristors qui conviennent à la mise en oeuvre de l'invention, on peut utiliser les thyristors des séries NL-C380 et NL-C501 fabriqués par National Llectronics, Inc., Geneva, Illinois, Etats-Unis d'Amérique. Le courant redressé à très grande intensité, transmis par les thyristors, circule dans un câble 25 relié à des barres omnibus 26, 27 par un boulon 28 et un écrou 29. Les barres omnibus sont à leur tour reliées électriquement aux radiateurs de manière décrite dans la suite. L'autre extrémité du câble 25 est reliée à un montage 30 par une vis 31. Le courant qui circule dans les thyristors circule aussi dans un cable 32 dont une extrémité aboutit à une borne 33 comportant un trou 34. L'autre extrémité du câble 32 aboutit à un montage 35 où elle est fixée par un boulon 36. Les figures 1 à 4 représentent un mode de réalisation préféré d'ensemble 38 de support utilisé pour le montage et le re froidissenent des composants cités. L'ensemble comprend un radiateur 39 en aluminium comportant une plaque verticale 40 et des ailettes 41 de refroidissement. La plaque 40 comporte un petit trou central 42 et des trous latéraux 43, 44 qui sont plus grands. Des vis 45 et 46 fixent la plaque sur la base 8. L'ensemble comprend aussi un autre radiateur 47 en aluminium comportant une plaque verticale 48 et des ailettes 49 de refroidissement. Cette plaque verticale comporte un petit trou central 50 et des trous latéraux 51, 52 dessus grande dimension. Des vis 52a et 52b maintiennent la plaque sur la base 8. L'ensemble 38 comprend de plus des tiges 53 et 54 (figure 4) qui passent dans les trous 42 et 50 des radiateurs. Les tiges 53 et 54 passent aussi dans les trous centraux 57 et 58 d'entretoises hexagonales 55, 56. La tige 53 passe aussi dans le trou d'alignement 13 du thyristor 11. De manière analogue, la tige 54 passe dans le trou d'alignement central de la borne 19 du thyristor 16. L'ensemble 38 comprend de plus une chemise cylindrique et rigide 59 de séparation destinée à une circulation d'eau et qui est de préférence en acier inoxydable.La chemise comprend une plaque circulaire 62 d'extrémité comportant un trou central 65. Une autre plaque coopérante circulaire 64, placée de l'autre côté de la chemise, porte un trou correspondant au trou 65 en son centre. Une tige 66 de montage passe dans les trous des plaques 62 et 64. Elle est aussi destinée à passer dans le trou 18 du thyristor 16 et dans le trou correspondant de la borne 14 du thyristor 11. Les plaques 62 et 64 sont soudées à un organe cylindrique creux 68 auquel sont fixés des tubes métalliques 70, 72 disposés de part et d'autre. Lors de l'utilisation de la chemise, on relie les tubes 70 et 72 à une réserve convenable d'eau sous pression et à une évacuation, par des tronçons de tuyauterie. On peut choisir ceux-ci de manière qu'ils isolent électriquement la réserve d'eau et l'évacuation de la chemise. Par exemple, si les thyristors fonctionnent à partir d'une source de 460 volts efficaces, la tuyauterie reliant le tube 70 à l'alimentation en eau doit avoir au moins 45 cm de long, et de manière analogue, la tuyauterie associée au tube 72 et à l'évacuation doit avoir aussi au moins 45 cm de long. Après le montage de ces tuyauteries, on fait pénétrer l'eau sous pression dans la chemise de manière qu'elle circule continuellement le long des plaques 62 et 64.Comme les bornes 14 et 18 des thyristors sont au même potentiel électrique, l'eau de la chemise 59 est aussi a ffi ême potentiel électrique, et il n'est pas nécessaire d'utiliser une boucle supplémentaire de tuyauterie destinée au passage de l'eau. Les composants de l'ensemble de support sont disposés de manière que les bornes de cathode et d'anode des thyristors 11 et 16 soient disposées au centre sur un axe commun 74. Comme le montre clairement la figure 4, l'axe commun passe par le trou 42 du radiateur 39, le trou 57 de l'entretoise 55, les trous de montage des bornes du thyristor 11, les trous centraux des plaques 62, 64 de la chemise, les trous de montage des bornes du thyristors 16, le trou 58 de l'entretoise 56 et le trou 50 du radiateur 47. Les figures 1 à 4 montrent un mode de réalisation préféré de 11 ensemble de serrage 76 qui maintient l'ensemble de support. (La pince de type 130-0-2, fabriquée par Wakefield Engineering, zinc., Wakefield, Massachusetts, Etats-Unis d'Aniérique,convient selon l'invention). L'ensemble à pince comprend une barre horizontale 78 solidaire de boulons 79 et 80 qui coopèrent avec des écrous 81 et 82. L'ensemble à pince comprend aussi des barres courbes 84 et 88 de pression percées de trous destinés au logement des boulons 79 et 80. Les barres 84 et 88 sont associées à une jauge 92 de pression. Une entretoise cylindrique pleine 94 est disposée entre les barres 84, 88 et la plaque verticale 48. L'entretoise porte un trou en son centre, pour le logement de la tige 54. Pour le montage de l'appareil, on dispose les pièces comme représenté sur la figure 4. En particulier, on place la barre 26 par rapport à la plaque 40 de manière que le trou 95a soit en face du trou 42 et que le trou 95b soit en face du trou 44. be manière analogue, on dispose la barre 27 de manière que le trou 95c soit en face du trou 50 et le trou 95d en face lu trou 52. On déplace alors les différentes pièces de manier > les monter comme représenté sur les figures 1 à 3. On serre alternativement les écrous 81 et 82 de manière à appliquer une force sur les thyristors suivant l'axe 74. En particulier, les thyristors sont repoussés l'un vers l'autre et contre la chemise 59. On serre les écrous 81 et 82 jusqu'à ce que la jauge 92 indique une force d'environ 360 kgf . En général, on règle la pression ou la force exercée pour qu'elle corresponde aux normes de montage fournies par le fabricant du thyristor. Lorsque les éléments sont assemblés comme indiqué, les barres 26 et 27 relient les radiateurs 39 et 40 qui sont donc au même potentiel électrique. La figure 5 représente une variante de l'invention dans est laquelle la chemise 59/remplacée par un organe hexagonal 96 rigide en acier inoxydable. De plus, dans ce mode de réalisation, on supprime les entretoises 55, 56. La figure 6 représente un schéma électrique d'un circuit préféré utilisé pour la commande des thyristors 11 et 16. Le circuit comprend des résistances 98, 99, 100, un fusible 101, des diodes, 103, 104, 105, 106 et 107 et des condensateurs 110, 111 et 112. Les fils 114 et 115 sont reliés à un circuit de déclenchement qui fournit des impulsions destinées à déclencher les thyristors. Le circuit comprend aussi un transformateur 116 comprenant un primaire 117 et des secondaires 118 et 119. Le circuit comprend de plus un transformateur 124 de soudage et des fils 121 et 122 reliés à une source d'énergie électrique 60 Hz, 230 volts. La figure 7 représente des thyristors 11 et 16 montés en parallèle et en sens inverse, en série avec le transformateur 124 de soudage. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIO S 1. Appareil destiné au matage de deux composants électriques comportant chacun des bornes d'anode et de cathode, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de support des deux composants électriques suivant un axe commun et un dispositif de serrage destiné à appliquer une force aux deux composants suivant l'axe commun, de manière qu'ils soient repoussés tous deux contre le dispositif de support. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force appliquée aux deux composants les repousse l'un vers l'autre. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la borne d'anode du premier composant se trouve en face de la borne de cathode du second. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bornes d'anode et de cathode des deux composants se trouvent toutes sur l'axe commun. 5. Appareil selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de support comprend un dispositif rigide de des séparation mécanique et de liaison électrique/deux composants. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de séparation est parallèle a'à axe commun et est placé entre les deux composants, le dispositif de séparation comprenant de préférence une chemise de circulation d'eau. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de séparation assure un court-circuit entre la borne d'anode du premier composant et la borne de cathode du second, de manière que la chemise de circulation d'eau soit au même potentiel électrique dans son ensemble. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de support comprend un premier radiateur associé au premier composant, un second radiateur associé au second composant et un organe conducteur rigide monté entre les deux composants. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de serrage comprend une première barre#associée au premier composant, une seconde barre associée au second composant, un premier dispositif à boulon destiné à repousser une extrémité de la première barre vers une extrémité de la seconde barre, et un second dispositif à boulon destiné à repousser l'autre extrémité de la première barre vers l'autre extrémité de la seconde barre, de manière que les deux composants soient repoussés l'un vers l'autre suivant leur axe commun. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux composants sont des thyristors montés en parallèle et en sens inverse.