Brevet FR2724258A1 — publié le 19960308

QUADRIPOLE A CONDENSATEUR DE TYPE BOBINE La présente invention se rapporte à un quadripôle à condensateur de type bobiné, c' est-à-dire à condensateur cylindrique de révolution qui comprend, autour d'un mandrin de support axial, un bobinage constitué typiquement par deux enroulements alternés de deux films isolants et chacun partiellement métallisés sur une face. ce condensateur comportant ainsi deux spirales imbriquées de deux films métalliques isolés l'un de l'autre par de la matière isolante. une de ces deux spirales étant connectée électriquement à une première rondelle métallique, ou premier "shoopage", qui est concentrique et extérieure audit mandrin et qui constitue la première électrode du condensateur, et l'autre spirale étant de même façon connectée à une deuxième rondelle métallique de même type, ou deuxième "shoopage", qui constitue la deuxième électrode du condensateur et qui est séparée axialement de la première rondelle par ledit bobinage. Pour la clarté de ce qui va suivre, on a représenté sur la figure 1 une coupe transversale très partielle d 'un condensateur bobiné C de l'art connu. Ce condensateur est constitué par le bobinage alterné, autour d'un mandrin tubulaire de support axial et central 1, de deux films isolants, en polypropylène généralement, 2 et 3 qui sont chacun revêtus, sur la majeure partie d'une de leurs deux faces, d'une fine couche métallique, respectivement 2A et 3A, qui est par exemple obtenue par une technique classique de métallisation par évaporation sous vide. Les deux films 2 et 3 qui sont bobinés l'un sur 1 'autre peuvent ainsi constituer jusqu'à plusieurs milliers de spires. Comme on le voit sur le dessin, la couche de métallisation 2A du film isolant 2 ne s ' étend pas sur toute la largeur de ce film, mais elle part du bord ici supérieur du film pour s 'arrêter à courte distance de son bord opposé, ici le bord inférieur. De façon semblable, mais symétrique, la couche de métallisation 3A du film isolant 3 ne s ' étend pas sur toute la largeur de ce film, mais elle part du bord ici inférieur du film pour s 'arrêter à courte distance de son bord opposé, ici le bord supérieur. Selon la technique inventée par Monsieur SHOOP, les deux faces transversales inférieure et supérieure du condensateur sont ensuite recouvertes, sur la partie extérieure au mandrin isolant 1, d'une couche de métal respective 4 et 5, appellée "shoopage". I1 s'agit en fait d'un métal fondu, déposé puis solidifié. Comme on le voit sur le dessin, le "shoopage" 5 forme alors une rondelle métallique qui se trouve alors connectée par soudure à la couche de métallisation 2A du premier film 2, tandis que le "shoopage" 4 forme une rondelle métallique qui se trouve alors connectée par soudure à la couche de métallisation 3A du deuxième film 3. Finalement, les couches de métallisation 2A et 3A, qui sont isolées l'une de l'autre comme représenté, forment les deux armatures du condensateur C, tandis que les rondelles métalliques 4 et 5 en forment les deux électrodes, supérieure et inférieure respectivement. De nombreux appareils électriques et/ou électroniques, tels que par exemple les convertisseurs statiques, génèrent, du fait de leur fonctionnement non-linéaire, des perturbations électromagnétiques qui sont dues à des courants parasites impulsionnels correspondant à des fréquences très élevées, pouvant s 'étendre jusqu'à plusieurs dizaines, voire à plusieurs centaines, de Mégahertz. Ces perturbations électromagnétiques peuvent être conduites par les lignes d ' alimentation vers les circuits n électroniques sensibles, ou circuits victimes , à l'extérieur du "circuit perturbateur" tel que le convertisseur statique précité. Ce phénomène est clairement visible sur le schéma électrique de la figure 2 jointe. Le circuit perturbateur 6, tel qu'un convertisseur statique, se comporte, lors des phases transitoires non-linéaires de son fonctionnement, comme un générateur 7 d'impulsions parasites 8 qui sont transmises, via la ligne d'alimentation bifilaire 9, vers une charge 10 d'un circuit victime 11. Pour éviter la propagation de telles perturbations vers ce circuit victime 11, il est connu de brancher, en parallèle sur la ligne d ' alimentation 9, un condensateur de découplage C qui est généralement un condensateur de type bobiné tel que celui partiellement représenté sur la figure 1. Le condensateur de découplage C, qui est en parallèle sur la ligne bifilaire 9, fait partie d'un quadripôle 12 comportant deux bornes d' entrées 13,14 et deux bornes de sortie 15,16, et vice-versa, ce quadripôle 12 étant l'objet de la présente invention. Le découplage entre les deux circuits 6 et 11 est limité à haute fréquence par la présence de 1 'inductance série équivalente du condensateur, qui crée un couplage parasite fortement indésirable. En fait, ce couplage parasite est un couplage magnétique et, pour faire comprendre le détail de ce phénomène, on a représenté sur la figure 3 jointe une section longitudinale simplifiée du quadripôle 12 de la figure 2, dans sa réalisation pratique de l'art connu. La partie de la ligne d'alimentation 9 qui se trouve dans ce quadripôle 12 est constituée par les deux barres conductrices horizontales 17 et 18. La barre horizontale 17 est connectée, par une barre verticale conductrice 19 qui traverse coaxialement toute la partie interne du mandrin tubulaire 1, au "shoopage" inférieur 5 du condensateur C. La barre horizontale 18 est connectée, par une barre conductrice verticale 20, au "shoopage" supérieur 4 du condensateur C. Finalement, du point de vue du cheminement des courants parasites perturbateurs, le quadripôle 12 se compose de deux boucles entrelacées: . Une première boucle associée au circuit perturbateur qui suit le trajet suivant borne 13, première portion de la barre 17, barre 19, "shoopage" 5, bobinage 2,3 du condensateur C, "shoopage" 4, barre 20, première portion de la barre 18, borne 14. Une deuxième boucle associée au circuit victime qui suit le trajet suivant borne 15, deuxième portion de la barre 17, barre 19, "shoopage" 5, bobinage 2,3 du condensateur, "shoopage" 4, barre 20, deuxième portion de la barre 18, borne 16. La portion commune à ces deux boucles est donc la suivante barre 19, "shoopage" 5, bobinage 2,3 du condensateur, "shoopage" 4, barre 20. S'agissant d'un couplage magnétique parasite, l'aire de couplage magnétique effectif entre ces deux boucles se compose de l'aire comprise entre les barres 19 et 20 et de l'aire de la section du condensateur suivant son axe de symétrie. Cette aire est constituée par l'aire hachurée sur la figure 3. Il s'agit somme toute d'un couplage magnétique parasite qui, comme on le constate finalement sur cette figure 3, est assez important pour être pénalisant. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un quadripôle constitué par la mise en parallèle, sur une ligne électrique bifilaire, d'un condensateur de type bobiné, c'est-à-dire un condensateur cylindrique de révolution qui comprend, autour d ' un mandrin de support axial, un bobinage constitué typiquement par deux enroulements alternés de deux films isolants et chacun partiellement métallisés sur une face, ce condensateur comportant ainsi deux spirales imbriquées de deux films métalliques isolés 1 'un de 1 'autre par de la matière isolante, une de ces deux spirales métalliques étant connectée à une première rondelle métallique transversale qui est concentrique et extérieure audit mandrin et qui constitue la première électrode du condensateur, et 1 'autre spirale métallique étant de même façon connectée à une deuxième rondelle métallique de meme type qui constitue la deuxième électrode du condensateur et qui est séparée axialement de la première rondelle métallique par ledit bobinage, ces deux rondelles métalliques étant respectivement connectées, par deux connections massives, aux deux bornes d entrée et aux deux bornes de sortie dudit quadripôle, ce quadripôle étant caractérisé en ce qu'il comporte une première connexion massive qui comprend une barre ou tube métallique coaxial au condensateur et traversant celui-ci à 1 intérieur dudit mandrin, cette barre ou tube axial comportant une collerette transversale qui la relie physiquement et électriquement à la grande face extérieure de ladite première rondelle métallique qui constitue une première électrode du condensateur, une première extrémité de cette barre ou tube axial formant un premier pôle d entrée du quadripôle tandis que 1 'autre extrémité de cette barre ou tube forme un premier pôle de sortie du quadripôle, ou vice-versa en ce qui concerne I 'entrée et la sortie de ce quadripôle une deuxième connexion massive qui est constituée par une pièce métallique cylindrique creuse, de révolution autour de l'axe commun au condensateur et à la première connexion massive précitée, une portion transversale de la partie intérieure de cette pièce cylindrique s ' appuyant ou étant soudée sur une portion de la grande face extérieure de ladite deuxième rondelle métallique qui constitue la deuxième électrode du condensateur, cette pièce cylindrique formant une enveloppe qui entoure le condensateur et ladite première connexion massive sur une longueur axiale au moins légèrement supérieure à celle du condensateur, de sorte que finalement une première extrémité de cette pièce cylindrique forme le deuxième pôle d entrée du quadripôle tandis que l 'autre extrémité de cette pièce cylindrique forme le deuxième pôle de sortie de ce quadripôle. De toute façon 1 'invention sera bien comprise, et ses divers avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante de trois exemples non limitatifs de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 4, qui doit être comparée à l'art antérieur selon la figure 3, est un schéma très général de réalisation de l'invention. Figure 5 montre une autre forme de réalisation, plus pratique, du quadripôle selon la figure 4. . Figure 6 montre une variante de réalisation du quadripôle selon la figure 5. La figure 4, que l'on comparera avec intérêt à la figure 3, représente un mode de réalisation très simple de 1 'invention, si simple qu'il constitue en fait plutôt un schéma de principe. Les connexions massives 17 à 20 de la réalisation selon la figure 3 sont ici remplacées par les deux éléments massifs métalliques suivants Une première connexion massive 21 qui relie, comme la barre 17 de la figure 3, le pôle 13 au pôle 15, mais qui est coaxiale au condensateur C et traverse totalement celui-ci en remplissant alors 1' espace intérieur creux du mandrin isolant 1. Cette connexion massive 21 est constituée d'une barre métallique 22 qui comporte, au niveau de la grande face externe 5E du shoopage inférieur 5, une collerette transversale qui la relie physiquement et électriquement à cette face extérieure 5E du shoopage 5. En fait, la grande face intérieure 23I de la collerette 23 est soit soudée sur la face 5E du shoopage 5, soit fortement pressée contre celle-ci. Cette collerette 23 assure ainsi non seulement une liaison électrique, mais aussi une évacuation des calories dissipées dans le condensateur : elle joue donc aussi un rôle de radiateur Une deuxième connexion massive 24 qui enveloppe l'ensemble du quadripôle et qui est constituée par une pièce métallique 25 creuse et métallique. de révolution autour de 1 'axe commun au condensateur C et à la connexion massive 21. En fait, la pièce 25 a une allure de pièce de plomberie tubulaire qui présente un diamètre agrandi à l'endroit où il contient le condensateur C et même un peu au delà, comme on le voit clairement sur le dessin. Telle qu' elle est montée et conformée, 1 enveloppe métallique 25 présente, au niveau de son épaulement supérieur 26. une portion transversale interne et plane qui est soudée. ou qui est en appui ferme, sur une portion correspondante de la grande face externe 4E du shoopage supérieur 4. Sur cette portion 27 est ainsi assuré un contact galvanique et thermique entre le shoopage supérieur 4 et 1 enveloppe cylindrique métallique 25. A noter que le petit espace annulaire 28 entre le condensateur C et le cylindre 25 est généralement rempli d'une couche de matériau isolant qui entoure généralement le bobinage 2,3. On remarque donc finalement que la deuxième connexion massive 24 sert aussi de radiateur d ' évacuation des calories du condensateur C. Avec cette nouvelle construction du quadripôle 12, il n'y a pratiquement plus de couplage magnétique entre la boucle d 'entrée et la boucle de sortie de ce quadripôle, du moins en ce qui concerne les courants parasites précités. En effet, les deux boucles, d'entrée et de sorties, qui ont été précédemment analysées en référence à la figure 3. et qui sont relatives aux signaux perturbateurs de fréquence élevée correspondent, compte-tenu de l'effet de peau à ces fréquences élevées. aux deux trajets suivants Boucle d 'entrée : borne d' entrée 13, surface externe de la barre 22 jusqu'à la collerette 23, face interne 23I de cette collerette 23, shoopage inférieur 5. faces métallisées 2A et 3A du bobinage 2,3, shoopage supérieur 4, partie interne de l'extrémité supérieure tubulaire 25SI de l'enveloppe 25, borne d'entrée 14. . Boucle de sortie : borne de sortie 15. surface externe de la partie inférieure de la barre 22 jusqu'à la collerette 23, grande face extérieure 23E de cette collerette. petite surface extérieure annulaire 23A de cette collerette, shoopage 5. faces métallisées 2A et 3A du bobinage du condensateur. shoopage 4, portion 26I de la surface interne de la partie de l ' épaulement 26 qui ne recouvre pas le shoopage 4, surface interne restante de la pièce 25 jusqu'à la borne 16, borne de sortie 16. On constate finalement que ces deux boucles n'ont plus de partie commune, hormis bien-entendu les parties conductrices 5,2A,3A,4 du condensateur C, ces dernières étant inévitables mais procurant, comme il est bien connu. un couplage magnétique extrêmement faible. Par ailleurs, le couplage magnétique à l'intérieur du bobinage 2,3 décroit à partir d'une certaine fréquence grace aux phénomènes électromagnétiques existant dans le condensateur. A noter que la connexion tubulaire massive 24 forme un contenant pour le condensateur C et la connexion massive 21. Il en résulte que les courants perturbateurs qui la traversent n'induisent aucun champ magnétique vers ce condensateur C et cette connexion 21. Néanmoins, les courants qui circulent le long de la surface externe de la barre 22. entre le pôle 13 et la collerette 23, induisent un champ magnétique dans l'espace situé entre ladite barre et la première feuille métallique du bobinage 2,3. On prévoira de préférence une faible épaisseur pour la matière isolante 1I du mandrin tubulaire 1, de façon à réduire l'énergie magnétique emmagasinée dans cet espace. l'intérieur du tube 1 étant bien-entendu totalement rempli par la matière de la barre 22. En variante, on pourrait aussi prévoir un mandrin 1 métallique et recouvert d ' une pellicule isolante pour en assurer l'isolation galvanique avec le premier film métallique du bobinage 2,3. Le quadripôle selon la figure 4 est de réalisation pratique peu aisée, et 1 'on décrira maintenant. en référence aux figures 5 et 6, deux modes de réalisation plus industriels de ce quadripôle. Pour la réalisation selon la figure 5, la barre pleine 22 de la figure 4 est remplacée par une métallisation 221 de la surface interne du mandrin isolant 1. Cette couche métallisée 221 forme alors un tube dans lequel sont enfichées, pour assurer la liaison électrique avec le pôle supérieur 13 et le pôle inférieur 15, respectivement une petite barre métallique supérieure 222 et une petite barre métallique inférieure 223, toutes deux coaxiales au mandrin 1. La collerette 23 de la figure 4 est ici constituée par un prolongement annulaire 230 de la couche métallisée 221, dans le plan transversal, cet anneau métallisé 230 venant recouvrir le shoopage inférieur 5 ainsi que la section inférieure adjacente du tube isolant constitué par le mandrin 1. La pièce cylindrique 25 de la figure 4 est ici constituée en plusieurs morceaux dont Une partie centrale principale 250 constituée par une métallisation de la totalité de la surface externe du shoopage 4, et de la majeure partie de la surface externe du bobinage 2,3. Un petit espace annulaire 29 est laissé non métallisé à la partie inférieure de ce bobinage pour assurer l'isolation galvanique entre la couche métallique 250 et le shoopage inférieur 5. A noter que la métallisation 250 forme également un parfait blindage électrique du bobinage 2.3 et plus généralement du condensateur C, ainsi qu'un excellent radiateur d ' évacuation des calories. Une connexion supérieure entre la face supérieure transversale de la couche métallique 250 et la borne 14, cette connexion étant ici constituée par un petit tube métallique 30. Une connexion inférieure entre la partie basse de la couche métallique 250 et la borne 16 du quadripôle. cette connexion étant ici constituée par une pièce métallique de révolution 31. En variante, cette pièce 31 peut être remplacée par des bras métalliques de même forme que la section de cette pièce 31 dessinée sur la figure 5, par exemple par quatre bras métalliques à 90 degrés les uns par rapport aux autres. La réalisation selon la figure 5 est excellente du point de vue efficacité. Cependant, elle nécessite une métallisation de 1 'intérieur du mandrin 1, ce qui n' est pas forcément toujours très aisé à réaliser. La réalisation selon la figure 6, qui sera maintenant décrite, permet de s'affranchir de cette métallisation de la partie interne du tube isolant 1, ainsi d'ailleurs que de la couche métallisée 230 qui prolonge la métallisation 221 pour réaliser la collerette 23 selon la figure 4. Selon cette dernière réalisation, l'ensemble 222,221,230,223 de la figure 5 est remplacé par une pièce métallique unique 224 pratiquement identique à la pièce 22 de la figure 4, mais tubulaire au lieu d' être pleine. La collerette 231 du tube 224 est identique à la collerette 23 de la figure 4. Elle s'étend jusqu'à la moitié de la surface du shoopage inférieur 5, mais elle pourrait aussi bien s 'étendre sur toute la surface de ce dernier. A noter qu il en est de même à contrario pour la collerette métallisée 230 de la figure 5 qui pourrait très bien ne recouvrir qu'une portion de la surface extérieure du shoopage 5 au lieu de recouvrir la totalité de ce dernier. Comme il va de soi, l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. C'est ainsi par exemple que l'invention s'applique aussi bien aux montages, dans un même quadripôle 12, de plusieurs condensateurs en série, en parallèle, ou en montage sérieparallèle. REVENDICATIONS 1. Quadripôle constitué par la mise en parallèle, sur une ligne électrique bifilaire (9), d'un condensateur (C) de type bobiné, c'est-à-dire un condensateur cylindrique de révolution qui comprend. autour d'un mandrin de support axial (1), un bobinage constitué typiquement par deux enroulements alternés de deux films isolants (2,3) et chacun partiellement métallisés (2A,3A) sur une face, ce condensateur comportant ainsi deux spirales imbriquées de deux films métalliques (2A,3A) isolés l'un de l'autre par de la matière isolante, une (3A) de ces deux spirales métalliques étant connectée à une première rondelle métallique transversale (5) qui est concentrique et extérieure audit mandrin (1) et qui constitue la première électrode (5) du condensateur, et l'autre spirale métallique (2A) étant de même façon connectée à une deuxième rondelle métallique (4) de même type qui constitue la deuxiéme électrode (4) du condensateur et qui est séparée axialement de la première rondelle métallique (5) par ledit bobinage (2,3), ces deux rondelles métalliques (5,4) étant respectivement connectées, par deux connections massives, aux deux bornes d'entrée (13,14) et aux deux bornes de sortie (15.16) dudit quadripôle (12), caractérisé en ce qu'il comporte une première connexion massive (21) qui comprend une barre (22) ou tube (221,224) métallique coaxial au condensateur (C) et traversant celui-ci à l'intérieur dudit mandrin (1), cette barre (22) ou tube (221,224) axial comportant une collerette transversale (23) qui la relie physiquement et électriquement à la grande face extérieure (5E) de ladite première rondelle métallique (5) qui constitue une première électrode du condensateur, une première extrémité de cette barre (22) ou tube (221,224) axial formant un premier pôle d'entrée (13) du quadripôle (12) tandis que l'autre extrémité de cette barre ou tube forme un premier pôle de sortie (15) du quadripôle (12), ou vice-versa en ce qui concerne l'entrée et la sortie de ce quadripôle une deuxième connexion massive (24) qui est constituée par une pièce métallique cylindrique creuse (25), de révolution autour de 1 'axe commun au condensateur (C) et à la première connexion massive précitée (21). une portion transversale (261) de la partie intérieure de cette pièce cylindrique s 'appuyant ou étant soudée sur une portion de la grande face extérieure (4E) de ladite deuxième rondelle métallique (4) qui constitue la deuxième électrode du condensateur. cette pièce cylindrique formant une enveloppe qui entoure le condensateur (C) et ladite première connexion massive (21) sur une longueur axiale au moins légèrement supérieure à celle du condensateur (C). de sorte que finalement une première extrémité (25S) de cette pièce cylindrique (25) forme le deuxième pôle d'entrée (14) du quadripôle (12) tandis que l'autre extrémité de cette pièce cylindrique (25) forme le deuxième pôle de sortie (16) de ce quadripôle. 2. Quadripôle à condensateur bobiné selon la revendication 1. caractérisé en ce que ladite collerette transversale (230) s ' étend sur la totalité de ladite première rondelle (5). 3. Quadripôle à condensateur bobiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite collerette transversale (23,231) s' étend sur une partie de ladite première rondelle (5). 4. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 3. caractérisé en ce que, ledit mandrin (1) étant constitué par un tube isolant. ladite première connexion massive (21) comprend une couche de métallisation (221) de la surface interne de ce tube isolant (1). 5. Quadripôle selon l'une des revendications 1 a 4. caractérisé en ce que ladite collerette est constituée par une couche de métallisation (230) de ladite première rondelle (5) et de la section adjacente du mandrin (1). 6. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite première connexion massive (21) est constituée d'une pièce tubulaire (224) qui remplit l'intérieur du mandrin, alors tubulaire et isolant, et en ce que ladite collerette (231) est d ' une seule pièce avec cette pièce tubulaire (224). 7. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite deuxième connexion massive (24) comprend une couche de métallisation (250) de la totalité de la surface externe de ladite deuxième rondelle (4), ainsi que de la majeure partie de la surface externe dudit bobinage (2,3) hormis un petit espace annulaire (23) permettant d ' assurer l'isolation galvanique entre cette couche de métallisation (250) et ladite première rondelle (5). 8. Quadripôle selon 1 'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, ledit mandrin (1) étant un tube isolant, les parois de ce tube sont prévues de très faible épaisseur. 9. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit mandrin (1) est métallique et est recouvert d'une pellicule isolante pour assurer l'isolation galvanique avec le premier film métallique du bobinage (2,3).