Brevet FR2341188A1 — publié le 19770909

la présente invention concerne les condensateurs bobinés. Les condensateurs de ce type sont constitués par un enroulement à quatre couches formées par des feuilles métalliques placées en alternance avec des feuilles diélectriques, et les couches sont bobinées selon une forme générale cylindrique et comportent à leurs extrémités des contacts électriques réalisés par des éléments de connexion, par exemple des fils, connectés respectivement aux deux feuilles métalliques. Ces couches sont constitues par des bandes de papier ou de matière plastique placées en alternance avec des feuilles métalliques ou des bandes de matière plastique, généralement des bandes de polyester ou de polycarbonate, avec un film métallique déposé sur l'une de leurs faces. les condensateurs de ce type sont largement utilisés comme élément de commutation dans les thyristors employés dans les circuits de régulation de tension continue à découpage, et dans les onduleurs qui convertissent une tension continue en une tension alternative. Tes perfectionnements apportés aux thyristors, conduisant à l'utilisation de fréquences de découpage et d'ondulation plus élevées, et la nécessité de commander des courants plus élevés, demandent l'utilisation de condensateurs de commutation présentant des paramètres de fonctionnement correspondant à des exigences plus sévères.Avec l'augmentation de la fréquence d'ondulation ou de découpage, la diminution du temps de blocage des thyristors, et les courants plus élevés qui les traversent, la puissance que peut supporter le condensateur de commutation devient un paramètre importants au même titre que sa capacité et sa tension nominale. La puissance admissible est généralement définie par une combinaison, par unité de capacité, de deuxparamètres, à savoir le courant efficace maximal qui peut traverser le composant, et le courant de crête que peut fournir ce composant. I,e courant efficace dépend de la-vitesse à laquelle le condensateur évacue la chaleur qui est engendrée à l'intérieur de con enroulement, essentiellement ou l'effet des pertes résistives et diélectriques.Le courant de crête dépend essentiellement de l'échauffement localisé des connexions avec les films métalliques aux extrémités de l'enroulement du condensateur. les enroulements des condensateurs de ce type fonctionnant à basse tension sont enfermés dans un boîtier d'aluminium à l'intérieur duquel l'enroulement est fixé, par exemple par de la résine époxy. Une telle structure est défavorable en ce qui concerne l'obtention de valeurs élevées pour le courant efficace comme pour le courant de crête, et l'invention a pour but de fournir une nouvelle structure de condensateur présentant des valeurs supérieures de courant efficace et de courant de crête. L'invention consiste en un condensateur bobiné comprenant un enroulement à quatre couches formé par des feuilles métalliques en alternance avec des feuilles diélectriques, les couches étant enroulées selon une forme générale cylindrique, avec es connecteurs d'extrémité fixés respectivement aux couches métnlliques aux extrémités opposées de l'enroulement. Ce condensateur est caractérisé en ce que l'un au moins des connecteurs est constitué par un bloc conducteur de la chaleur et de l'électricité qui est en contact électrique avec une partie notable d'une extrémité adjacente de l'une des feuilles métalliques, ce bloc faisant fonction de radiateur pour la feuille métallique qui est en contact avec lui. Les connecteurs d'extrémité placés aux extrémités opposées respectives de l'enroulement peuvent avantageusement être formés par des blocs d'un matériau conducteur de la chaleur et de l'électricité, en contact avec une partie notable d'une extrémité adjacente de l'une des feuilles métalliques, ces blocs faisant fonction de radiateurs pour les feuilles métalliques respectives avec lesquelles ils sont en contact. Dans un mode de réalisation de l'invention, les blocs conducteurs sont fixés ensemble par une plaque de blocage en matière isolante qui vient en contact avec une surface de l'un des blocs opposée àleenroulement et qui est fixée à l'autre bloc par des goujons de blocage. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'enroulement placé entre les blocs est enfermé dans une masse d'un corps à base de résine qui est fixéeauxblocs. Ce dernier mode de réalisation de l'invention peut comporter plusieurs enroulements similaires placés entre le. blocs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre nullement limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation en élévation et en coupe d'un condensateur bobiné correspondant à l'invention, Les figures 2 et 3 montrent des détails de construction du condensateur de la figure 1, et la figure 3 est dessinée à plus grande échelle, Les figures 4 et 5 sont des représentations partielles en coupe montrant des détails de construction correspondant à des variantes de ceux de la figure 1, La figure 6 est une vue en plan du condensateur de la figure 1, et ta figure 7 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un condensateur bobiné correspondant à l'invention. On se reportera tout d'abord aux figures 1 à 6 qui représentent un condensateur bobiné comprenant un enroulement 1 comportant quatre couches formées par des feuilles métalliques en alternance avec des feuilles diélectriques. Cette structure est réalisée à l'aide de deux bandes de polycarbonate 3, 5 comportant chacune sur l'une de leurs faces un revêtement 7, 9 formé par un dépot métallique. Les bandes sont placées à plat de façon que les couches métalliques et diélectriques alternent. Les bandes sont ensuite enroulées sur un mandrin de bobinage 10 pour former l'enroulement 1, de forme générale cylindrique. En outre, les bandes sont décalées les unes par rapport aux autres de façon qu'une feuille métallique 7 dépasse de la zone de recouvrement des bandes, à une extrémité de l'enroulement, etde façon que l'autre feuille métallique 9 dépasse de la zone de recouvrement des bandes, à l'autre extrémité de l'enroulement. On dépose initialement par pulvérisation une première couche de poudre de zinc sur les parties des feuilles métalliques 7 et 9 qui dépassent aux extrémités opposées de l'enroulement, puis on protège l'enroulement 1 en montant à sa surface un manchon rétractable mince 11, en matière plastique. Après avoir monté le manchon 11, on pulvérise autres couches de zinc 13 et 15 sur les extrémités respectives de l'enroulement 1, et ces couches recouvrent les parties d'extrémité du manchon 11. te manchon 11 et les couches de poudre dezinc 13 et 15 isolent l'enroulement 1 de l'environnement, ce qui est particulièrement utile lorsque le condensateur est utilisé dans des conditions d'humidité élevée. Les surface des couches 13 et 15 aux extrémités opposées du condensateur sont usinées pour être planes. L'enroulement I et le mandrin 10 sont ensuite positionnés par des moyens de positionnement sur un radiateur principal 17, qui est pratiquement perpendiculaire à l'enroulement et au mandrin. L'enroulement 1 pénètre exactement dans une cavité circulaire peu profonde 19 ménagée à la surface supérieure du radiateur 17, tandis que le mandrin 10 est ajusté de façon serrée dans un trou borgne 21 qui se trouve au centre de la cavité 19. Un radiateur-secondaire 23 comportant une ouverture centrale 25 est ajusté sur l'extrémité supérieure du mandrin 10 pour reposer à plat, en contact avec la couche de zinc qui se trouve au sommet de l'enroulement 1. Te radiateur 23 est bloqué par rapport au radiateur 17 et à l'enroulement 1 par une plaque de blocage 27 en un matériau isolant. Près de ses extraites opposées respectives, la plaque de blocage eUt munie de goujons 99 dont les extrémités inférieures filetées 32 sont visses dans des trous taraudés respectifs 31 ménagés dans le radiateur 17. Tes extrémités supérieures de goujons 29 comportent des parties filetées 33 sur-lesquelles sont vissés des écrous de blocage 35.Ces écrous portent sur la surface supérieure de la plaque de blocage 27 par l'intermédiaire de rondelles 37, tandis que les goujons traversent avec jeu des trous 30 de la plaque de blocage. On notera que la surface inférieure de la plaque de blocage 27 est légèrement convexe, ce qui assure un positionnement automatique du radiateur 23, pour donner la surface de contact maximaavec la couche de poudre de zinc adjacente de l'enroulement 1. Les connexions élec- triques avec l'enroulement de condensateur 1 sont effectuées respectivement par l'intermédiaire de l'un des goujons 33, par exemple entre la rondelle associée 37 et la plaque de blocage 27, et par l'intermédiaire du radiateur 23 qui, dans ce but comporte un prolongement latéral 39 muni d'un trou 41. Les figures 4 et 5 montrent d'autres moyens pouvant être utilisés pour monter l'enroulement 1 sur le radiateur 17. Ainsi, sur la figure 4, le centre de la cavité 19 comporte un ergot vertical 43, à la place du trou borgne 21. Dans ce cas, 11?nroule- ment 1 est positionné en enlevant le mandrin 10 et en logeant l'ouverture centrale de l'enroulement sur l'ergot 43. Dans la configuration de la figure 5, on conserve l'ergot 43 pour positionner l'enroulement 1, mais la cavité 19 est supprimée. Ceci a l'avantage d'offrir un volume de refroidissement supplémentaire pour le radiateur 17. Cependant, la configuration comportant la cavité 19 a l'avantage de réduire la hauteur totale du condensateur. On se reportera maintenant à la fifre 7 qui représente un condensateur comportant un radiateur principal inférieur 55 et un radiateur supérieur 57. Des enroulements de condensateur 59 sont intercalés entre les radiateurs 55 et 57, et chaque enroulement 59 a a forme décrite en relation avec l'enroulement 1 des figures prcédentes, à l'exception du fait que le manchon de matière plastique 11 test pas nécessaire dans ce cas.Le radiateurs 55 et 57 ont bloqués ensemble et2 pendant que ces radiateurs sont comprimés, on remplit 11 espace qui les sépare avec une matière à base de reine époxy pour assurer une protec- tion complète par rapport à l'envirolmesnent. Te radiateur 57 comporte des trous coniques 63, et le radiateur 55 comporte des trous coniques 65. T.es trous 63 et 65 laissent passer la résine époxy, ce qui assure un blocage donnant un bloc se présentant sous la forme d'une seule pièce.Le radiateur 57 comporte un doigt vertical 67 qui constitue une borne électrique, tandis que le radiateur 55 comporte également une borne électrique (non repré sentée). Si nécessaire, le radiateur 55 peut hêtre monté sur un autre radiateur. De plus, le condensateur représenté peut être immergé dans un bain d'huile approprié, pour améliorer encore le refroidissement. On notera que du fait que les radiateurs des modes de réalisation décrits assurent les connexions électriques, des composants électriques normalement connectés au condensateur peuvent être montés directement sur les radiateurs. En supprimant le boîtier d'aluminium dans lequel sont normalement enfermés les condensateurs bobinés, ainsi que la résine époxy qui fixe l'enroulement dans le boltier d'aluminium, on améliore la ventilation et/ou l'évacuation de a chaleur. Les blocs de métal qui forment les connecteurs électriques aux extrémités de l'enroulement l'un condensateur correspondant à l'invention constituent des radiateurs pour les feuilles métalliques reLpectives, si bien que la chaleur provenant des feuilles métalliques ainsi que, à un moindre degré, des feuilles diéléctriques,est conduite vers les blocs. L'amélioration de l'évacuation de la chaleur à partir de l'enroulement permet d'améliorer le courant efficace admissible du condensateur.De plus, du fait de l'augmentation de la surface de contact entre chaque bloc et l'extrémité adjacente de l'enroulement, l'échauffement localisé au niveau des connecteurs d'extrémité de l'enroulement est diminué, ce qui permet d'aurmenter le courant de crete admissible. Bien que les modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits comportent des connecteurs sous forme de blocs métalliques à chaque extrémité de l'enroulement, on comprend évidemment qu'un condensateur bobiné ne comportant un radiateur en forme de bloc métallique qu'à une extrémité seulement du bobinage entre également dans le cadre de l'invention. De plus, l'enroulement n'est évidemment pas limité à des bandes de polycarbonate matallisé, -et peut être formé d'autres manières, par exemple par des bandes de papier alternant avec des feuilles métalliques. I1 va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et reprsené, sans sortir du cadre de l'invention. REVEISDICATIONS 1. Condensateur bobiné comprenant un enroulement à quatre couches formées par des feuillesmétalliquesalternant avec des feuillesdiélectriques,les couches étant bobinées sous une forme générale cylindrique, avec des connecteurs d'extrémité fixés respectivement aux feuilles métalliques aux extrémités opposées de l'enroulement, caractérisé en ce que l'un au moins de ces connecteurs est constitué par un bloc conducteur de la chaleur et de l'électricité qui est en contact électrique avec une partie notable de l'extrémité adjacente de l'une des feuilles métalliques, ce bloc faisant fonction de radiateur pour la feuille métallique qui est en contact avec lui. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les connecteurs d'extrémité qui se trouvent aux extrémités opposées respectives de l'enroulement sont constitués par des blocs dtun matériau conducteur de la chaleur et de l'électricité qui sont en contact avec une partie notable d'une extrémité adjacente de l'une des feuilles métalliques, ces blocs faisant onction de radiateurs pour les feuilles métalliques respectives en contact avec eux. 3. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement pour positionner l'enroulement dans une orientation pratiquement perpendiculaire au bloc. 4. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il con porte des moyens de positionnement pour positionner l'enroulement dans une orientation pratiquement perpendiculaire à chaque bloc. ;Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent un trou borgne ménagé dans la surface du bloc qui est en contact avec l'enroulement, et un mandrin qui traverse axialement l'enroulement et qui pénètre sans jeu dans ce trou. 6. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent une cavité de section transversale circulaire qui est formée à la surface du bloc adjacente à l'enroulement, et l'enroulement est logé sans jeu dans cette cavité. 7.-Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent un ergot formé sur le bloc et pénétrant dans l'enroulement, en étant orient de façon coaxiale par rapport à ce dernier. 8. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte de moyens de blocage pour fixer les blocs par rapport à l'enroulement. 9. Condensateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent une plaque de blocage en un matériau isolant qui vient en contact avec une surface de ltun des blocs, du côté opposé a l'cnrouenient, et qui est fixée à l'autre bloc par des goujons de blocage. 10. Condensateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque de blocage comporte une surface courbe qui vient en contact avec le bloc adjacente, et comporte des ouvertures qui sont traversées par les goujons, de façon que,sous l'effet du serrage des goujons pour bloquer les blocs, le bloc qui est en contact avec la pièce de blocage soit appliqué à plat contre l'extrémité adjacente de l'enroulement. 11. Condensateur selon l'une quelconque des revendicaï tions 1 à 10, caractérisé en ce que l'enroulement est entouré étroitement par un manchon qui isole cet enroulement par rapport à l'environnement. 12. Condensateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que des couches de poudre de zinc pulvérisée sur les extrémités de l'enroulement s'étendent en partie sur les extrémités opposées respectives du manchon. 13. Condensateur selon l'une quelconque des revendications ll ou 12, caractérisé en ce que le manchon est en une matière plastique et est monté sur l'enroulement en étant enfilé puis rétracté. 14. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement placé entre les blocs est enrobé dans une masse d'une matière à base de résine. 15. Condensateur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les blocs comportent des moyens de blocage qui assurent un blocage par rapport au matériau à base de résine, de façon que ce matériau forme avec les blocs et l'enroulement une structure dont tous les éléments sont solidaires. 16. Condensateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que plusieurs enroulements similaires sont fixés entre les blocs.