Brevet FR2732825A1 — publié le 19961011

Ensemble de conducteurs électriques L'invention a pour objet un ensemble de conducteurs électriques, en particulier pour composants à semiconducteurs électriques, commandables, avec au moins des premiers et des deuxièmes conducteurs principaux en forme de ruban pour des lignes d'arrivée et des lignes de départ, qui sont séparés les uns des autres par une isolation électrique ou une couche isolante, de manière que deux conducteurs principaux en forme de ruban forment une ligne à double ruban principale, les premiers et deuxièmes conducteurs principaux étant électriquement reliés par au moins deux conducteurs de branchement en forme de ruban avec des extrémités de branchement de composant, lesquels conducteurs de branchement sont séparés les uns des autres par une isolation électrique ou une couche isolante, de manière que deux conducteurs de branchement en forme de ruban forment une ligne à double ruban de branchement. L'invention a encore pour objet des utilisations de cet ensemble de conducteurs électriques. Avec l'ensemble de conducteurs électriques du type précité, l'invention se réfère à l'état de la technique tel qu'il est connu par le document DE 3 609 A1. Il y est décrit des doubles rails de basse inductance pour un composant de phase d'un onduleur avec un thyristor GTO entre un branchement de potentiel et un branchement de charge. Les composants pour la coupure des thyristors GTO sont connectés à ces doubles rails, par une ligne de branchement avec quatre rails électriques. Un montage en série de basse inductance pour plusieurs composants à semi-conducteurs commandables entre un branchement de potentiel et un branchement de charge n'est pas décrit dans ce document. ? 2732825 Dans le document DE 4 105 155 A1 est indiqué un circuit de convertisseur de courant, dans lequel le composant commutable et la diode à roue libre de la branche de commutation sont prévus étroitement voisins, afin de minimiser les inductances et en conséquence les surtensions induites. Comme composants commutables sont utilisés des transistors bipolaires, des transistors à effet de champ, des IGBT ou des GTO. Pour les tensions de service qui sont supérieures à ce que peut supporter un composant à semi-conducteurs individuel, ce circuit de convertisseur de courant ne convient pas. L'invention a pour but de perfectionner un ensemble de conducteurs électriques du type précité de manière que dans le cas de composants à semi- conducteurs à couper, montés électriquement en série entre un branchement de potentiel et un branchement de charge, il résulte une inductance de fuite moindre. Ce but est atteint suivant l'invention en ce qu'au moins deux lignes à double ruban de branchement voisines ne sont pas directement reliées à un branchement de charge, sur le même côté de potentiel de la ligne à double ruban principale. Un avantage de l'invention réside dans le fait que grâce à l'inductance de fuite réduite, les pertes électriques sont moindres. L'ensemble de conducteurs électriques de faible inductance permet une construction modulaire et une bonne compensation des forces mécaniques, qui sont provoquées par des dilatations thermiques différentes. Aucune force mécanique ni couple de rotation importants ne s'exercent sur des composants à semi-conducteurs à connecter. Dans l'isolation des doubles conducteurs en forme de ruban aucun perçage ni passage n'est nécessaire. Selon une variante avantageuse de 1 'invention, en cas d'utilisation de transistors bipolaires avec porte isolée (IGBT) comme composants à semi-conducteurs 3 2732825 commandables, une complexité de circuit moins grande est nécessaire pour les composants à semi-conducteurs commandables. Ceci permet de réduire les coûts du convertisseur de courant. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexes. La figure i représente un mutateur avec un circuit intermédiaire à tension continue, dont l'onduleur comporte par phase de courant alternatif, deux branches de pont avec des composants à semi- conducteurs commandables, montés en série, la figure 2 représente deux branches de pont d'onduleur selon la figure 1 avec un branchement de charge, au voisinage et directement face à des lignes d'arrivée de tension continue et la figure 3 représente deux branches de valve d'onduleur selon la figure 1, dans lesquelles le branchement de charge est situé à une extrémité et les lignes d'arrivée de tension continue à l'autre extrémité de lignes en ruban principales. Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références. La figure i représente dans un schéma fonctionnel un mutateur, constitué d'un redresseur (1), d'un circuit intermédiaire de tension continue (2) et d'un onduleur (3), qui côté courant alternatif est raccordé, par un branchement de charge (A), à une charge de courant alternatif ou à une machine asynchrone (4). Le circuit intermédiaire de tension continue (2) est constitué d'un condensateur (C) qui est électriquement relié d'une part à un branchement positif (P) et d'autre part à un branchement négatif (N) du redresseur (1). 4 2732825 L'onduleur (3) présente par phase de courant alternatif (R, S, T), deux branches de pont de basse inductance, de construction identique, dont, pour des raisons de clarté, seules les branches de pont (VR1, VR2> menant à la phase de courant alternatif (R) sont représentées. La branche de pont (VRI) comporte trois composants à semi-conducteurs (V1, V2, V3) commandables, montés en série, et la branche de pont (VR2) comporte trois composants a semi- conducteurs (V4, V5, V6) commandables, montés en série. Comme composants à semi-conducteurs (V1 à V6) commandables on peut utiliser par exemple des transistors bipolaires, des transistors à effet de champ, des thyristors interruptibles (GTO) et de préférence des transistors bipolaires avec porte isolée (IGBT). Une diode à roue libre est montée de manière non parallèle à chaque composant à semi-conducteurs (V1 à V6) commandable. La figure 2 représente un montage de faible inductance des branches de pont (VRI, VRZ) selon la figure 1, des transistors bipolaires avec porte isolée (IGBT) étant utilisés comme composants à semi- conducteurs (V1 à V6) commandables. Un premier conducteur en ruban ou conducteur en ruban principal (5) de surface plane est connecté d'une part au branchement positif (P) et d'autre part au branchement de charge (A). Un deuxième conducteur en ruban ou conducteur en ruban principal (5') de surface plane est connecté d'une part au branchement négatif (N) et d'autre part également au branchement de charge (A). Les deux premiers et deuxièmes conducteurs en ruban principaux (5, 5') présentent une section transversale rectangulaire, dont la largeur est beaucoup plus grande que l'épaisseur; avec leurs côtés en largeur ils se trouvent en vis-à-vis, séparés uniquement par une couche isolante (7) aussi mince que possible de 2 mm d'épaisseur par exemple, et forment ensemble avec la couche isolante (7), une ligne à double ruban 2732825 principale (5, 5'). De la ligne à double ruban principale (5, 5') plane partent vers le haut et vers le bas chaque fois trois lignes à double ruban de branchement (6, 6') faites de conducteurs de branchement (6, 6') en forme de ruban, isolés par la couche isolante (7), sensiblement orthogonalement. Chaque conducteur de branchement (6, 6') présente, coudé à l'extrémité, une extrémité de branchement de composant (9) pour le branchement électrique à un module (10), dans lequel est logé un composant à semi- conducteurs (V1, V2, V3) commandable avec diode à roue libre intégrée. Il en va de même pour les composants à semi-conducteurs (V4 à V6) commandables, connectés vers le bas au deuxième conducteur en ruban principal (5'), qui de cette façon sont électriquement montés en série, comme les composants à semi-conducteurs (V1 à V3) commandables. Sur le branchement de charge (A) commun des deux premiers et deuxièmes conducteurs en ruban principaux (5, 5'), il est possible de prélever pendant le fonctionnement un courant de charge de 600 A par exemple. Parallèlement à la ligne à double ruban principale (5, 5') et des deux côtés de celle-ci sont prévus des éléments de refroidissement (8) en contact bon conducteur de chaleur avec les composants à semi- conducteurs (V1 à V6) commandables et diodes à roue libre, qui évacuent la chaleur perdue des semi- conducteurs. La figure 3 représente un ensemble de conducteurs électriques de faible inductance des branches de pont (VRI, VjR2) selon la figure 1, dans une variante de la figure 2. Au lieu d'une seule ligne à double ruban principale (5, 5') coudée, comme sur la figure 2, il est prévu ici pour chaque branche de pont (VR_, VRZ) une double ligne en forme de ruban, coudée ou une ligne à double ruban principale (11, 12; 11', 12') avec plusieurs dérivations (13) pour des doubles lignes (6, 6'; 14; A) en forme de ruban. Les modules (10) refroidis sont connectés comme pour la figure 2 par des lignes à double ruban de branchement (6, 6'). Ces lignes sont disposées, de telle sorte que deux lignes à double ruban de branchement (6, 6') se trouvent sensiblement en face l'une de l'autre. Les conducteurs à ruban principaux (12, 12') sont court- circuités dans le branchement de charge (A), qui se trouve entre les branches de pont (VR,, VRZ). La double ligne 14 en forme de ruban est reliée d'une part au u10 branchement positif (P) et au branchement négatif (N) et d'autre part aux conducteurs à double ruban principaux (11, 11'). Au lieu d'être disposés vers l'intérieur par rapport aux lignes à double ruban principales (11, 12; 11', 12'), comme représenté sur la figure 3, les conducteurs de branchement (b, 6') avec composants à semi-conducteurs V1 a V6) commandables connectés, peuvent être disposés vers l'extérieur, par exemple tournés de 180 , les conducteurs de branchement (6, 6') étant alors connectés aux conducteurs à ruban principaux (11) ou (11') (non représenté). Au lieu d'être coudées en angle (15), les lignes à double ruban principales (11, 12; 11', 12') peuvent aussi être étirées dans un plan (non représenté). La double ligne (14) ne doit pas nécessairement être placée face au branchement de charge (A). Il est important que la surface de courant, parcourrue par le courant de charge, soit aussi réduite que possible, afin d'obtenir une inductance aussi basse que possible de l'ensemble de conducteurs électriques. Les composants à semi-conducteurs (V1 à V6) commandables doivent être placés aussi près que possible des diodes à roue libre correspondantes. En outre la distance entre des modules (10) voisins ainsi qu'entre les modules (10) et les branchements de courant (P, N) d'une part et le branchement de charge (A) d'autre part, doit être aussi réduite que possible. De la manière représentée sur les figures 2 et 3 on peut en principe disposer ou monter en série autant de modules (10) que voulu avec des composants à semi-conducteurs (V1 à V3; V4 à V6) commandables. Une distance (a) donnée entre un module (10) et un plan principal d'un conducteur à ruban principal (5, '; 12, 12') ou la longueur des premiers et deuxièmes conducteurs à ruban de valve (6, 6'), voir figure 2, doit se situer entre 3 cm et 10 cm, de préférence entre cm et 7 cm, de manière que les extrémités de branchement de composant (9) aient une distance par rapport à un plan principal des premiers et deuxièmes conducteurs principaux (5, 5'; 11, 12; 11', 12'), qui est au moins aussi grande que cette longueur (a) donnée. Ceci permet de compenser d'éventuelles différences dans la dilatation thermique de différents modules (10). 2U Il est bien entendu que le mutateur (1 à 3) peut être conçu pour d'autres dimensions que les valeurs de courant indiquées ci-dessus. Au lieu d'un convertisseur de courant à deux points (3), tel qu'il est représenté sur la figure 1, on pourrait évidemment prévoir un convertisseur de courant à trois points (non représenté). En supplément on pourrait prévoir des dispositifs de protection et des montages de composants à semi-conducteurs non représentés, tels qu'il est courant de les associer avec des conducteurs de courant. 8 2732825 REVENDICATIONS 1. - Ensemble de conducteurs électriques, en particulier pour composants à semi-conducteurs électriques, commandables, a) avec au moins des premiers et des deuxièmes conducteurs principaux (5, 5'; 11, 12, 11', 12') en forme de ruban pour des lignes d'arrivée et des lignes de départ (P, N; A), b) qui sont séparés les uns des autres par une isolation électrique ou une couche isolante (7), de manière que deux conducteurs principaux en forme de ruban forment une ligne à double ruban principale (5, '; 14; 11, 12; 11', 12'), c) les premiers et deuxièmes conducteurs principaux étant électriquement reliés par au moins deux conducteurs de branchement (6, 6') en forme de ruban avec des extrémités de branchement (9) de composant, d) lesquels conducteurs de branchement sont séparés les uns des autres par une isolation électrique ou une couche isolante (7), de manière que deux conducteurs de branchement en forme de ruban forment une ligne à double ruban de branchement (6, 6'), ?5 caractérisé e) en ce qu'au moins deux lignes à double ruban de branchement (6, 6') voisines ne sont pas directement reliées à un branchement de charge (A), sur le même côté de potentiel (P, N) de la ligne à double ruban principale (5, 5'; 14; 11, 12; 11', 12'). 2. - Ensemble de conducteurs électriques selon la revendication 1, caractérisé a) en ce que les lignes à double ruban de branchement (6, 6') sont connectées à des côtés de potentiel (P, N) opposés d'une seule ligne à double ruban principale (5, 5') étirée et b) en ce que la ligne à double ruban principale (5, 5') présente un branchement de charge (A) terminal. 3. - Ensemble de conducteurs électriques selon la revendication 1, caractérisé a) en ce que des premiers et des deuxièmes rubans de branchement électriques (11, 11') pour des premiers et des deuxièmes potentiels de tension (P, N) de la ligne à double ruban principale (14; 11, 12 11', 12'), sont séparés dans une dérivation (13) et lu b) en ce que les lignes à double ruban de branchement (6, 6') sont connectées à deux rubans de branchement de charge (12, 12'), qui sont électriquement reliés au branchement de charge (A). 4. - Ensemble de conducteurs électriques selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux lignes à double ruban de branchement (6, 6') sont disposées sensiblement l'une face à l'autre. 5. - Ensemble de conducteurs électriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes à double ruban de branchement (6, 6') présentent une longueur (a) donnée comprise entre cm et 7 cm, de manière que les extrémités de branchement de composant (9) aient une distance par rapport à un plan principal des premiers et deuxièmes conducteurs principaux (5, 5'; 11, 12; 11', 12'), qui est au moins aussi grande que cette longueur (a) donnée. 6. - Ensemble de conducteurs électriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lignes à double ruban de branchement (6, 6') sont disposées sensiblement orthogonalement à un ou au plan principal des conducteurs principaux (5, 5', 11, 12; 11', 12'). 7. - Utilisation d'un ensemble de conducteurs électriques selon l'une quelconque des revendications 1 2732825 à 6 dans un convertisseur de courant (1, 3) dont la tension continue est supérieure à la tension de service admissible d'un composant à semiconducteurs (V1 à V6) commandable du convertisseur de courant. 8. - Utilisation d'un ensemble de conducteurs électriques selon la revendication 7 dans au moins une branche de pont (VRI, VR2) d'au moins un convertisseur de courant (1, 3) d'un mutateur (1 à 3) avec un circuit intermédiaire de tension continue (2), pour chaque branche de pont (V1RI, VR2) au moins deux composants à semi-conducteurs (V1 à V6) commandables étant électriquement montés en série. 9. - Utilisation selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que les composants à semi-conducteurs (V1 3 V6) sont des transistors bipolaires avec porte isolée.