WO1992013355A1 - Systeme d'assemblage de condensateurs de puissance en batterie - Google Patents

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WO1992013355A1
WO1992013355A1 PCT/FR1992/000044 FR9200044W WO9213355A1 WO 1992013355 A1 WO1992013355 A1 WO 1992013355A1 FR 9200044 W FR9200044 W FR 9200044W WO 9213355 A1 WO9213355 A1 WO 9213355A1
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Albert Jakoubovitch
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Albert Jakoubovitch
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/08—Cooling arrangements; Heating arrangements; Ventilating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a means of constituting large power capacitor banks intended to operate at voltages between 200 and 2000 volts and capable of supplying powers of a few hundred to a few thousand KVAR at frequencies of a few tens to a few hundred of KHz.
  • a 1 ⁇ F capacitor used at 200 kHz will have an impedance of about 0.8 ohms.
  • the impedance of the connections For the impedance of the connections to be considered negligible, it must be less than about 5 of the above value or 0.04 ohms.
  • Figures 1 and 2 show an assembly according to the invention in which the current collector plates (1) and (2) are located at a short distance from each other, in practice, from a fraction of a millimeter to a few millimeters at most.
  • Each of the elementary capacitors (4) is arranged outside the space (6) between the collector plates.
  • Each of the terminals of the capacitor is connected by means of two electrodes (8) and (9) to the collector plates.
  • Each of these electrodes constituting both electrical and thermal contact with the collector plates (1) and (2).
  • a large contact area and a tightening by bolts (10) are provided with said collector plates (1) and (2) so as to cool by conduction the electrodes (8) and (9) and the capacitor (4).
  • FIG. 3 represents another way of assembling the capacitors according to the same principle.
  • the capacitors (4) are arranged symmetrically with respect to the collector plates (1) and (2).
  • collector plates are cooled by circulation of water via the tubes (5) welded to the plates (1) and (2) and traversed by a coolant.
  • FIG. 4 represents a capacitor with a coaxial structure using the same principle of assembly.
  • Such elements can be easily assembled in any quantity between two collecting plates CD and (2) cooled by circulation of water via the tubes (5).
  • the electrical and thermal contacts are ensured, for the electrode (9) by direct screwing on the bolt (10) on the collecting plate (2), for 1 * electrode (8) via the metal ring (7) .
  • a second insulating ring (6) is interposed between the electrodes (8) and (9).
  • each capacitor is housed in two half cells coaxial with the capacitor.
  • the collector plates (1) and (2) constitute both the connections of each of the capacitors of the battery as well as the means of ensuring the cooling of the battery by means of a channel (5) pierced in each of the plates (1) and (2) and traversed by a coolant.
  • the small space (6) existing between the collector plates (1) and (2) has the effect of reducing the parasitic inductance of the battery and of confining the magnetic field in the space (6) comprised between the two plates.
  • the cooling channel (5) made immediately above the current collector, allows efficient cooling of both this area and the individual capacitors. It allows, thanks to a thread that it is possible to practice at each end of the channel (5), to connect an inductor directly to the battery.
  • Each of the capacitors (4) constituting the battery is electrically and thermally connected to the bottom of each cell. This connection is advantageously carried out by welding and, for this purpose and, holes (3) are made at the bottom of each of the cells in order to facilitate the welding operation.

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Abstract

Dispositif d'assemblage de condensateurs de puissance haute et moyenne fréquence en batterie caractérisé par l'utilisation de deux plaques collectrices (1 et 2) situées à faible distance l'une de l'autre, refroidies par circulation d'un liquide réfrigérant et raccordées à chacun des condensateurs (4) constituant la batterie par des connexions (8 et 9) réalisant un contact électrique et thermique. Un tel dispositif est principalement destiné à éviter de soumettre l'un quelconque des condensateurs constituant la batterie au champ magnétique créé par les condensateurs voisins. Selon une autre caractéristique du procédé, l'inductance parasite série d'une batterie constituée selon l'invention devient négligeable.

Description

SYSTRME D' ASSEMBLAGE DE COHDEHSATEURS DE PϋlSSAHCE Elf BATTERIE
1
La présente invention concerne un moyen de constituer des batteries de condensateurs de puissance importantes destinées à fonctionner à des tensions comprises entre 200 et 2000 volts et capables de fournir des puissances de quelques centaines à quelques milliers de KVAR à des fréquences de quelques dizaines à quelques centaines de KHz.
Les techniques d' assemblage de condensateurs de puissance se heurtent à deux difficultés.
D' une part, lorsque l' on a affaire à des appareils dont la puissance unitaire est élevée, le raccordement de ces éléments à une plaque collectrice ne peut se faire sans introduire une inductance non souhaitée dont l' impédance peut être gênante.
Par exemple, un condensateur de 1 μF utilisé à 200 KHz, présentera une impédance de 0.8 ohms environ.
Pour que l' impédance des connexions puisse être considérée comme négligeable, il faudra qu'elle soit inférieure à 5 environ de la valeur ci-dessus soit 0.04 ohms.
L' inductance correspondante, à la fréquence de 200 KHz, serait : Z 0.04 L ≈ ≈ = O.03 μH. 2lF 2* x 200 000
Une valeur d' inductance aussi basse est difficile à réaliser. D' autre part, les courants circulants dans les condensateurs de grande puissance provoquent un champs magnétique important capable de provoquer un échauffβment par induction des condensateurs voisins. La présente invention se propose de remédier à ces difficultés. Elle sera décrite en se référant aux dessins annexés qui ne constituent que des exemples possibles de réalisation de l' invention.
Les figures 1 et 2 représentent un assemblage selon l' invention dans lequel les plaques collectrices de courant (1) et (2) sont situées à faible distance l'une de l'autre, dans la pratique, d'une fraction de millimètre à quelques millimètres au maximum.
Chacun des condensateurs élémentaires (4) est disposé à l'extérieur de l'espace (6) compris entre les plaques collectrices.
Chacune des bornes du condensateur est relié à l' aide de deux électrodes (8) et (9) aux plaques collectrices. Chacune de ces électrodes constituant à la fois un contact électrique et thermique avec les plaques collectrices (1) et ( 2). One zone de contact importante et un serrage par boulons (10) sont prévus avec les dites plaques collectrices (1) et (2) de façon à refroidir par conduction les électrodes (8) et (9) et le condensateur (4).
La figure 3 représente une autre façon d' assembler les condensateurs selon le même principe.
Dans un tel montage, les condensateurs (4) sont disposés symétriquement par rapport aux plaques collectrices (1) et (2).
Ces plaques collectrices sont refroidies par circulation d' eau par l'intermédiaire des tubes (5) soudés sur les plaques (1) et (2) et parcourues par un liquide réfrigérant.
La figure 4 représente un condensateur à structure coaxiale utilisant le même principe d* assemblage.
De tels éléments peuvent être aisément assemblés en quantité quelconque entre deux plaques collectrices CD et (2) refroidies par circulation d'eau par l'intermédiaire des tubes (5).
Les contacts électriques et thermiques sont assurés, pour l'électrode (9) par vissage direct sur le boulon (10) sur la plaque collectrice (2), pour 1* électrode (8) par l' intermédiaire de la bague métallique (7). One deuxième bague isolante (6) est interposée entre les électrodes (8) et (9).
La façon la plus pratique d' utiliser ce système d' assemblage est représenté par la figure 5.
Dans cette réalisation, chaque condensateur est logé dans deux demi alvéoles coaxiales au condensateur.
Les plaques collectrices (1) et (2) constituent à la fois les connexions de chacun des condensateurs de la batterie ainsi que le moyen d' assurer le refroidissement de la batterie grâce à un canal (5) percé dans chacune des plaques (1) et (2) et parcouru par un liquide réfrigérant. Le faible espace (6) existant entre les plaques collectrices (1) et (2) a pour effet de réduire l'inductance parasite de la batterie et de confiner le champs magnétique dans 1* espace (6) compris entre les deux plaques.
Le canal de refroidissement (5), pratiqué immédiatement au dessus du collecteur de courant, permet un refroidissement efficace à la fois de cette zone et des condensateurs individuels. Il permet, grâce à un filetage qu' il est possible de pratiquer à chaque extrémités du canal (5), de raccorder un inducteur directement à la batterie.
Chacun des condensateurs (4) constituants la batterie est raccordé électriquement et thermiquement au fond de chaque alvéole. Ce raccordement est avantageusement effectué par soudure et, à cet ef et, des trous (3) sont pratiqués au fond de chacune des alvéoles afin de faciliter 1' opération de soudure.
L' excellent refroidissement permis par ce mode de construction, la possibilité de raccorder chaque condensateur à la batterie par
1' intermédiaire de connexions extrêmement courtes, permettent la réduction de la taille des batteries de condensateurs ainsi constituées à moins de la moitié des batteries fabriquées selon l' art antérieur.
Sur le plan électrique, les mêmes raisons, c' est à dire la faible longueur des connexions a pour effet de réduire les pertes ohmiques provoquées par la circulation de courants intenses créés dans ce type de batterie.
Le faible espace (6) entre les deux plaques collectrices (1) et (2), la quasi absence de connexions entre chaque condensateur et la batterie ont en conβéquence d' amener l' inductance parasite d' une telle batterie à des valeurs négligeables.

Claims

RBVEMDICATIOHS
1 - Dispositif d'assemblage de condensateurs de puissance haute et moyenne fréquence en batterie caractérisé par l' utilisation de deux plaques collectrices (1) et (2) situées à faible distance l'une de l'autre, refroidies par circulation d' un liquide réfrigérant et raccordées à chacun des condensateurs (4) constituant la batterie par des connexions (8) et (9) réalisant un contact électrique et thermique.
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l' utilisation de conducteurs coaxiaux (8) et (9).
3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la batterie de condensateurs est constituée de deux blocs (1) et (2) percés d' alvéoles dans lesquelles sont logés les condensateurs élémentaires (4) et un canal (5) parcouru par un liquide réfrigérant et destiné au refroidissement de l' ensemble ainsi constitué. Chaque bornes de chaque condensateur élémentaire est relié électriquement et thermiquement au fond de chaque alvéoles.
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