FR2475311A1

FR2475311A1 - Air-cooled power thyristors - have coupled mountings onto backplate with coupling conductors obviating supporting current rails

Info

Publication number: FR2475311A1
Application number: FR8101780A
Authority: FR
Inventors: Paul Schneider
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1981-08-07
Also published as: DE3007306C2; DE3007306A1; FR2475311B1; CA1149457A

Abstract

Air cooled power thyristors are constructed such that mounting is simple without requiring fixed current carrying conductors. Each unit consists of two modules (112) that are formed from a thyristor (3) with two cooling stages (4). A fuse (5) is coupled between each module and is supported on flexible straps (6). The ends of the modules are secured to an electrically isolated back plate (7) with coupled conductors (9).

Description

La présente demande de brevet concerne un redresseur de courant à refroidissement par air avec au moins deux éléments à semi-conducteurs connectés en série et au moins un fusible monté en série avec ces éléments à semi-conducteurs, ces éléments à semi-conducteurs étant pourvus de radiateurs de refroidissement sur leurs deux faces. The present patent application relates to an air-cooled current rectifier with at least two semiconductor elements connected in series and at least one fuse mounted in series with these semiconductor elements, these semiconductor elements being provided cooling radiators on both sides.

Les redresseurs de puissance sont réalisés habituellement avec des montages en pont, comportant dans les différentes branches des éléments à semi-conducteurs connectés en parallèle, avec des fusibles de protection dans chacun des circuits ainsi connectés en parallèle, afin d'isoler le circuit défectueux en cas de court-circuit d'un élément à semi-conducteurs. Power rectifiers are usually made with bridge assemblies, comprising in the different branches of semiconductor elements connected in parallel, with protective fuses in each of the circuits thus connected in parallel, in order to isolate the defective circuit in case of a short circuit of a semiconductor element.

Ceci est vrai également en cas de montage en série d'au moins deux éléments à semi-conducteurs. C'est ainsi par exemple qu'avec un montage en pont triphasé on peut avoir des groupes de deux éléments à semi-conducteurs connectés en série, avec un fusible également monté en série, chaque branche du pont étant constituée de deux de ces groupes réunis en parallèle. Le fusible peut se trouver tout aussi bien du côté alternatif que du côté continu du groupe d'éléments semi-conducteurs, on peut le disposer aussi entre les deux semiconducteurs, le choix de la variante utilisée étant dicté par des considérations constructives. Avec les éléments à semi-conducteurs en forme de disque, pourvus sur leurs deux faces de radiateurs de refroidissement maintenus avec des éléments de serrage, un seul des deux radiateurs peut être fixé d'une manière rigide.Ceci en raison de la sensibilité des éléments à semi-conducteurs en forme de disque à une répartition dissymétrique de la pression. Il y a aussi encore d'autres conditions de structure à respecter. C'est ainsi, par exemple, que les connexions qu'il faut défaire en cas de remplacement d'un élément à semi-conducteurs doivent être accessibles du côté par lequel se fait l'entretien du redresseur de courant. Il en va de même pour les fusibles, qui doivent être installés de manière à être facilement démontables. Avec les formes de réalisation habituelles jusqu'à présent, pour satisfaire à ces conditions on montait l'élément ou les éléments à semi-conducteurs d'un groupe et/ou le fusible correspondant sur une barre conductrice fixe, l'un des raccordements au moins étant réalisé avec des câbles ou des bandes métalliques flexibles.This is also true in the case of series connection of at least two semiconductor elements. Thus, for example, with a three-phase bridge assembly, it is possible to have groups of two semiconductor elements connected in series, with a fuse also connected in series, each branch of the bridge being made up of two of these groups joined together. in parallel. The fuse can be on the alternating side as well as on the direct side of the group of semiconductor elements, it can also be placed between the two semiconductors, the choice of the variant used being dictated by constructive considerations. With the disc-shaped semiconductor elements, provided on both sides with cooling radiators maintained with clamping elements, only one of the two radiators can be rigidly fixed, due to the sensitivity of the elements disk-shaped semiconductor with asymmetric pressure distribution. There are also other structural conditions to be observed. Thus, for example, the connections that must be undone when replacing a semiconductor element must be accessible from the side through which the current rectifier is serviced. The same applies to fuses, which must be installed in such a way that they can be easily removed. With the usual embodiments hitherto, to meet these conditions, the element or the semiconductor elements of a group and / or the corresponding fuse were mounted on a fixed conductor bar, one of the connections to the less being achieved with flexible metal cables or bands.

Ainsi, pour un groupe il fallait au moins une barre conductrice fixe, ceci était une source de complications pour la construction et de difficultés pour le montage.Thus, for a group, at least one fixed busbar was required, this was a source of complications for construction and difficulties for assembly.

Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients ci-dessus, selon l'invention ce résultat est obtenu par le fait que le fusible est fixé entre des radiateurs des éléments à semi-conducteurs au moyen de deux supports élastiques, électriquement conducteurs, qui déterminent la position du fusible dans l'espace, tandis que les autres radiateurs des éléments à semi-conducteurs sont montés sur une paroi arrière isolante et raccordés à des conducteurs. On obtient ainsi une structure qui ne présente pas les inconvénients des réalisations connues, qui constructivement est plus simple et par conséquent plus économique.Le redresseur doit aussi satisfaire à toutes les conditions définies antérieurement, à savoir : les éléments à semi-conducteurs ne doivent pas être soumis à des sollicitations mécaniques indésirables et tous les éléments remplaçables doivent être facilement accessibles du cOté par lequel se fait la mise en oeuvre et l'entretien de l'installation. The object of the present invention is to avoid the above drawbacks, according to the invention this result is obtained by the fact that the fuse is fixed between radiators of the semiconductor elements by means of two elastic supports, electrically conductive , which determine the position of the fuse in space, while the other radiators of the semiconductor elements are mounted on an insulating rear wall and connected to conductors. A structure is thus obtained which does not have the drawbacks of known embodiments, which is constructively simpler and therefore more economical. The rectifier must also satisfy all the conditions defined previously, namely: the semiconductor elements must not be subjected to undesirable mechanical stresses and all replaceable elements must be easily accessible from the side by which the installation and maintenance of the installation is carried out.

L'avantage de l'invention réside en particulier dans le fait qu'aussi bien les éléments à semi-conducteurs que les fusibles sont disposés de manière à être facilement accessibles et fixés sans utilisation de barres conductrices rigides. La construction ainsi que le montage sont ainsi très simples, et il n'y a pas de risque que les éléments à semi-conducteurs se trouvent soumis à des sollicitations mécaniques indésirables. The advantage of the invention lies in particular in the fact that both the semiconductor elements and the fuses are arranged so as to be easily accessible and fixed without the use of rigid conductive bars. The construction as well as the assembly are thus very simple, and there is no risk that the semiconductor elements are subjected to undesirable mechanical stresses.

Selon une première extension de l'invention, on réalise les supports flexibles conducteurs, avec une ou plusieurs lames métalliques, ce qui permet d'obtenir la souplesse convenable en même temps que la fixation et le positionnement convenables des fusibles. According to a first extension of the invention, flexible conductive supports are produced with one or more metal blades, which makes it possible to obtain the appropriate flexibility at the same time as the appropriate fixing and positioning of the fuses.

Pour améliorer encore la souplesse des supports, il est prévu de ménager dans les lames métalliques des fentes de dilatation ; il est prévu également d'utiliser pour les supports une combinaison avantageuse de matériaux en les réalisant par exemple en aluminium nickelé ; il va de soi que l'utilisation d'autres métaux, connus en soi, n'est nullement exclue de ce fait. To further improve the flexibility of the supports, provision is made in the metal blades for expansion slots; provision is also made to use an advantageous combination of materials for the supports, for example by making them from nickel-plated aluminum; it goes without saying that the use of other metals, known per se, is in no way excluded from this fact.

Nous allons expliquer ci-dessous l'invention plus en détail avec des dessins schématiques à l'appui ; les différentes figures montrent respectivement
Figure 1 - la représentation simplifiée partielle d'un exemple de réalisation d'un redresseur à refroidissement par air selon la présente invention.We will explain below the invention in more detail with schematic drawings in support; the different figures show respectively
Figure 1 - the partial simplified representation of an embodiment of an air-cooled rectifier according to the present invention.

Figure 2 - un exemple de forme de réalisation d'un groupe selon la figure 1, dans la partie droite de la figure 2 on a représenté une variante de structure pour le support élastique, et
Figure 3 - une vue de face d'une partie du support de gauche de la figure 2. FIG. 2 - an exemplary embodiment of a group according to FIG. 1, in the right part of FIG. 2, a variant of the structure for the elastic support has been shown, and
Figure 3 - a front view of part of the left support of Figure 2.

Dans la figure 1, deux groupes sont constitués chacun de deux sous-ensembles 1 et 2, chacun de ces sous-ensembles 1 ou 2 se composant d'un élément à semi-conducteurs 3, un thyristor par exemple, et de deux radiateurs 4. Chaque sous-ensemble est maintenu assemblé au moyen d'éléments de serrage connus en soi, qui n'ont pas été représentés. Dans chaque groupe le fusible 5 est fixé au moyen de supports élastiques 6 entre une extrémité du sous-ensemble 1 et une extrémité du sous-ensemble 2, ces supports portant le fusible 5. Lesautresextrémités des sous-ensembles 1, 2 sont fixées à une paroi 7 électriquement isolante et raccordées à l'un des conducteurs 9.Dans la figure 1 on a représenté à titre diexemple un conducteur d'alimentation, la phase R du courant alternatif, et un conducteur de la polarité + de la sortie en courant continu du redresseur. Le repère 8 désigne la plaque frontale du redresseur. Dans le redresseur dont la figure 1 nous donne une vue en plan, les sous-ensembles 1 et 2 se trouvent dans un même plan horizontal. il est évident que ces sous-ensembles peuvent aussi être disposés d'une manière différente l'un par rapport à l'autre, par exemple dans un même plan vertical. In FIG. 1, two groups each consist of two sub-assemblies 1 and 2, each of these sub-assemblies 1 or 2 consisting of a semiconductor element 3, a thyristor for example, and two radiators 4 Each sub-assembly is kept assembled by means of clamping elements known per se, which have not been shown. In each group the fuse 5 is fixed by means of elastic supports 6 between one end of the sub-assembly 1 and one end of the sub-assembly 2, these supports carrying the fuse 5. The other ends of the sub-assemblies 1, 2 are fixed to a electrically insulating wall 7 and connected to one of the conductors 9. In FIG. 1, a supply conductor, the phase R of the alternating current, and a conductor of the polarity + of the DC output are shown by way of example rectifier. The reference 8 designates the front plate of the rectifier. In the rectifier whose figure 1 gives us a plan view, the sub-assemblies 1 and 2 are in the same horizontal plane. it is obvious that these sub-assemblies can also be arranged in a different manner with respect to each other, for example in the same vertical plane.

Dans les figures 2 et 3, les mêmes éléments ont été affectés du même repère que dans la figure 1. In FIGS. 2 and 3, the same elements have been assigned the same reference as in FIG. 1.

Dans la figure 2 on a représenté plus en détail un groupe ainsi avec les sous-ensembles 1 et 2 4 'avec un fusible 5 selon la figure 1. Les radiateurs se composent chacun d'un corps principal 10 venant en contact avec les deux faces des éléments à semi-conducteurs 3 du type disque et muni d'aillettes de refroidissement. Les extrémités rabattues 12 des ailettes de refroidissement 11 servent d'une part à la fixation des supports élastiques 6 qui portent les fusibles 5, et d'autre part à la fixation sur la paroi arrière 7 électriquement isolante. Du côté gauche de la figure 2 on a représenté un support élastique 6 qui est réalisé avec une bande de feuille de cuivre. In Figure 2 there is shown in more detail a group thus with the subassemblies 1 and 2 4 'with a fuse 5 according to Figure 1. The radiators each consist of a main body 10 coming into contact with the two faces semiconductor elements 3 of the disc type and provided with cooling fins. The folded ends 12 of the cooling fins 11 are used on the one hand for fixing the elastic supports 6 which carry the fuses 5, and on the other hand for fixing to the electrically insulating rear wall 7. On the left side of Figure 2 there is shown an elastic support 6 which is made with a strip of copper foil.

Du côté droit de la figure 2, le support 6 se compose de deux lames individuelles 13 en aluminium nickelé, on augmente ainsi la souplesse du support 6. On the right side of FIG. 2, the support 6 consists of two individual blades 13 made of nickel-plated aluminum, thereby increasing the flexibility of the support 6.

L'assemblage des différents éléments est réalisé dans cet exemple au moyen d'écrous et de vis ou de tiges filetées 14.The assembly of the different elements is carried out in this example by means of nuts and screws or threaded rods 14.

Dans la figure 3 on a représenté, vue de face, une partie du support de gauche de la figure 2. Le support 6 réalisé avec une lame de feuille de cuivre est pourvu de fentes de dilatation 15, ce qui réduit encore le risque d'une charge mécanique dissymétrique de l'élément à semi-conducteur 3. In Figure 3 is shown, front view, a portion of the left support of Figure 2. The support 6 made with a copper foil blade is provided with expansion slots 15, which further reduces the risk of an asymmetrical mechanical load of the semiconductor element 3.

L'objet de l'invention n'est évidemment pas limité à ce qui a été représenté dans le dessin. C'est ainsi que les supports élastiques 6 peuvent aussi avoir une forme différente. On peut aussi utiliser d'autres types de convecteurs 4. Les fentes de dilatation 15 peuvent elles aussi prendre une forme différente. Le fusible 5 peut être subdivisé en éléments fusibles séparés, connectés par exemple en parallèle. Un fusible 5 peut aussi être utilisé pour un nombre d'éléments à semi-conducteurs 3 connectés en série supérieur à deux. Pour les supports 6 d'autres matériaux peuvent aussi convenir, outre ceux qui ont été mentionnés-dans la description ci-dessus. The object of the invention is obviously not limited to what has been shown in the drawing. This is how the elastic supports 6 can also have a different shape. Other types of convectors 4 can also be used. The expansion slots 15 can also take a different shape. Fuse 5 can be subdivided into separate fuse elements, connected for example in parallel. A fuse 5 can also be used for a number of semiconductor elements 3 connected in series greater than two. For the supports 6 other materials may also be suitable, in addition to those which have been mentioned in the description above.

On peut utiliser aussi, par exemple, l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Aluminum or an aluminum alloy can also be used, for example.

Claims

1. - Air-cooled current rectifier with at least two semiconductor elements connected in series and at least one fuse mounted in series with these semiconductor elements, the semiconductor elements being provided with cooling radiators on both sides, characterized in that the fuse (5) is fixed by means of elastic supports (6) electrically conductive between radiators (4) of the semiconductor elements (3), these supports (6) carrying the fuse (5) and elastically determining its position in space, while the other radiators (4) of the semiconductor elements (3) are mounted on an electrically insulating rear wall (7) and connected to the conductors (9).

2. - Rectifier according to claim 1, characterized in that the flexible supports (6) electrically conductive consist of one or more metal blades (13).

3. - Rectifier according to claim 2, characterized in that the supports (6, 13) consisting of blades or metal strips are provided with expansion slots (15).

4. - Rectifier according to claim 2, characterized in that the supports (6, 13) are made of a metal provided with a protective surface coating, for example nickel-plated aluminum.