FR2878368A1 - Capacitor banks connection system for inverter, has bolt, conductive strips whose surfaces in contact with conducting bars are notched, and screw whose head is pressed on one strip through widened portion of bushing - Google Patents
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Abstract
Description
Système de connexion entre batteries de condensateursConnection system between capacitor banks
La présente invention a trait à un système de connexion entre batteries ou bancs de condensateurs associées à un circuit par exemple de type onduleur. The present invention relates to a connection system between batteries or capacitor banks associated with a circuit for example of the inverter type.
Ces batteries sont composées de plusieurs condensateurs reliés par un bus formé de deux barres ou plaques minces conductrices de polarités différentes superposées et séparées par une couche isolante, selon la technologie dite des barres bus. Ces batteries peuvent évidemment être intégrées à des boîtiers de blocs dont la fonction est plus large, notamment des blocs onduleurs pour reprendre l'exemple cité ci-dessus. These batteries are composed of several capacitors connected by a bus formed of two thin conductor bars or plates of different polarities superimposed and separated by an insulating layer, according to the so-called busbar technology. These batteries can obviously be integrated into block boxes whose function is wider, including inverter blocks to resume the example cited above.
La connexion entre plusieurs batteries de condensateurs peut en fait être envisagées comme la réalisation d'un circuit par addition de portions de circuits, laquelle peut produire une configuration globalement inductive, notamment du fait et au niveau des liaisons. Réaliser la connexion entre des blocs contenant de telles batteries, parce qu'elle conduit à une alternance de portions capacitives et de portions inductives, revient de fait à construire un circuit de type oscillant parcouru par des courants harmoniques parasites qui sont susceptibles d'affecter les condensateurs et de réduire leur durée de vie. The connection between several capacitor banks can in fact be considered as the realization of a circuit by adding portions of circuits, which can produce a generally inductive configuration, particularly because of and at the level of the links. Making the connection between blocks containing such batteries, because it leads to an alternation of capacitive portions and inductive portions, is in fact to build an oscillating type circuit traversed by parasitic harmonic currents that are likely to affect capacitors and reduce their life.
L'objectif d'un système de connexion appliqué à de tels montages doit 20 donc principalement être de réduire lesdits courants et leurs oscillations éventuelles dans les condensateurs. The objective of a connection system applied to such assemblies must therefore primarily be to reduce said currents and their possible oscillations in the capacitors.
Certains types de connexion entre bancs capacitifs utilisées jusqu'ici consistent en des barres métalliques dont l'isolation est simplement obtenue par le maintien d'une distance entre les barres, sans qu'il n'y ait par conséquent d'autre isolant que la masse d'air qui se trouve entre elles. Some types of connection between capacitive banks used so far consist of metal bars whose insulation is simply obtained by maintaining a distance between the bars, without there being consequently other insulation that the mass of air between them.
Ces barres métalliques sont alors fixées par exemple par boulonnage sur des zones prévues à cet effet des conducteurs à raccorder. Cette technologie est cependant fortement inductive, et elle génère dès lors des oscillations qui sont préjudiciables à la pérennité des condensateurs. These metal bars are then fixed for example by bolting on areas provided for this purpose of the conductors to be connected. This technology is however highly inductive, and it generates oscillations that are detrimental to the durability of the capacitors.
Outre les problèmes de nature purement électrique mentionnés, les aspects mécaniques sont également importants dans la réalisation de ce type de connexion. Ainsi, compte tenu de I"importance des courants qui parcourent les barres conductrices, il est important que les pressions de contact des conducteurs de même polarité soient suffisantes et correctement réparties. Cela exige évidemment des moyens de serrage adéquats. In addition to the purely electrical problems mentioned, the mechanical aspects are also important in the realization of this type of connection. Thus, given the importance of the currents flowing through the busbars, it is important that the contact pressures of the conductors of the same polarity are sufficient and correctly distributed, which obviously requires adequate clamping means.
Ceux-ci devraient être conçus pour faciliter les opérations de construction d'une part, et de maintenance du système d'autre part. Pour satisfaire à ces objectifs, il est préférable que ces moyens de serrage soient prévus de telle 2878368 2 sorte qu'ils soient aisément brochables / débrochables, en un temps réduit et sans faire appel à des pièces trop facilement dispersables. These should be designed to facilitate construction operations on the one hand, and system maintenance on the other. To meet these objectives, it is preferable that these clamping means are provided such that they are easily pluggable / withdrawable, in a reduced time and without using too easily dispersible parts.
Dans les dispositifs de connexion de l'art antérieur qui utilisent la technologie à barre bus laminée dont il a été question plus haut, c'est à dire regroupant deux conducteurs de type barres de polarités différentes séparées par un feuillet isolant, la liaison aux pièces à raccorder s'effectue jusqu'ici par des moyens de type vis/écrou, dont la débrochabilité n'est pas aisée. Elle implique en effet le démontage complet du boulon, ce qui n'est guère rapide et entraîne un risque de perte d'un des éléments. In the connection devices of the prior art using the laminated busbar technology discussed above, that is to say grouping two conductors of the type of bars of different polarities separated by an insulating sheet, the connection to the parts to connect is carried out so far by means of screw / nut type, the debrochability is not easy. It involves indeed complete disassembly of the bolt, which is not fast and entails a risk of loss of one of the elements.
L'objectif du système de connexion de l'invention répond aux différents inconvénients mentionnés auparavant, en proposant une solution technique qui soit à la fois satisfaisante d'un point de vue électrique, c'est à dire principalement faiblement inductive, tout en proposant une brochabilité / débrochabilité facilitant autant que possible le travail des opérateurs. Cette solution est de plus réalisable à faible coût, ce qui la rend économiquement très intéressante. The purpose of the connection system of the invention meets the various disadvantages mentioned above, by proposing a technical solution that is both satisfactory from an electrical point of view, that is to say mainly weakly inductive, while proposing a brochability / withdrawability facilitating as much as possible the work of the operators. This solution is more feasible at low cost, which makes it economically very interesting.
A titre principal, le système de connexion de l'invention, permettant de relier des batteries ou bancs de condensateurs connectés à des barres bus laminées, se caractérise en ce que: chaque bus présente au moins une excroissance prévue pour coopérer avec une patte de liaison entre deux excroissances issues de deux batteries de condensateurs adjacentes, ladite patte comportant deux barrettes conductrices destinées à venir ai contact des deux barres du bus, lesdites barrettes étant accolées, séparées par une couche isolante, au moins dans leur partie médiane; l'une de l'excroissance ou de chaque extrémité de la patte de liaison, munie d'une découpe en glissière pratiquée parallèlement à son chant d'extrémité et débouchant dans l'un de ses côtés latéraux, peut être logée dans une pince constituée en séparant les conducteurs de l'autre pour former un logement à cet effet; des moyens de serrage / desserrage sont associés à chaque pince et permettent d'appliquer, par manipulation en un seul point, une pression de contact simultanée et répartie sur les zones conductrices en contact, lesdits moyens pouvant coulisser dans la découpe en glissière pour permettre le positionnement / retrait de la patte de liaison dans / de l'excroissance dépassant du bus. Mainly, the connection system of the invention, for connecting capacitor banks or banks connected to rolled bus bars, is characterized in that: each bus has at least one protrusion provided to cooperate with a connecting lug between two protuberances from two adjacent capacitor banks, said tab comprising two conductive strips intended to come into contact with the two bus bars, said strips being contiguous, separated by an insulating layer, at least in their median part; one of the protrusion or each end of the connecting lug, provided with a slit cut made parallel to its end edge and opening into one of its lateral sides, can be accommodated in a clamp constituted by separating the conductors from the other to form a dwelling for this purpose; clamping / loosening means are associated with each clamp and make it possible to apply, by manipulation at a single point, a simultaneous contact pressure and distributed over the conductive areas in contact, said means being able to slide in the slit cutout to allow the positioning / removal of the connecting tab in / outgrowth beyond the bus.
Cette nouvelle solution propose les avantages de la technologie en barre bus laminée, c'est-à-dire qu'il s'agit à titre essentiel d'une connexion à faible inductance, et elle permet de connecter et déconnecter très rapidement les 2878368 3 blocs les uns des autres du fait de l'existence des glissières qui permettent d'insérer / retirer le système de l'invention après un simple desserrage tout en conservant les moyens de serrage en un seul ensemble. L'invention, comme on le verra dans la suite, n'utilise en outre que des pièces élémentaires à faible coût de production, rendant l'ensemble du système peu onéreux à fabriquer. This new solution offers the advantages of laminated busbar technology, that is to say that it is essentially a low-inductance connection, and allows 2878368 3 to be connected and disconnected very quickly. blocks of each other because of the existence of slides that allow to insert / remove the system of the invention after a simple loosening while retaining the clamping means in one set. The invention, as will be seen in the following, also uses only elementary parts low production cost, making the whole system inexpensive to manufacture.
Les moyens de serrage consistent en une vis et un boulon, la vis traversant l'un des conducteurs de la pince via un orifice équipé d'un canon isolant, et le boulon étant coaxial et solidaire de l'autre conducteur, le canon isolant présentant une portion s'étendant dans le logement de la pince sur une longueur supérieure à l'épaisseur du conducteur au contact de celui que le canon traverse, cette portion s'insérant en fait dans la découpe en glissière. The clamping means consist of a screw and a bolt, the screw passing through one of the conductors of the clamp via an orifice equipped with an insulating bush, and the bolt being coaxial and secured to the other conductor, the insulating bushing presenting a portion extending in the housing of the clamp over a length greater than the thickness of the conductor in contact with that which the barrel passes through, this portion actually being inserted into the slide cutout.
L'élément qui traverse les branches des pinces du système de connexion de l'invention est donc constitué de la tige de la vis, entouré au moins partiellement, dans le logement interne cle ladite pince, par le canon d'isolation. The element that passes through the branches of the clamps of the connection system of the invention therefore consists of the screw shaft, at least partially surrounded, in the inner housing of said clamp, by the isolation gun.
La découpe en glissière permet non seulement le passage de la vis et du canon, mais également un montage / démontage facile par déplacement transversal après desserrage des vis d'extrémité. Le boulon étant solidaire de l'une des branches de chaque pince, une action sur la tête de vis, par conséquent en un point unique, suffit à permettre le serrage / desserrage. Une rotation de quelques tours est au surplus suffisante, ce qui rend le montage / démontage très aisé et très rapide. L'ensemble de serrage / desserrage reste enfin assemblé, ce qui rend impossible toute perte de pièce. The slider cutout not only allows the passage of the screw and the barrel, but also an easy assembly / disassembly by transverse displacement after loosening of the end screws. The bolt being integral with one of the branches of each clamp, an action on the screw head, therefore at a single point, is sufficient to allow tightening / loosening. A rotation of a few turns is enough surplus, which makes assembly / disassembly very easy and very fast. The tightening / loosening assembly is finally assembled, which makes any piece loss impossible.
Le canon d'isolation comporte une portion de diamètre supérieure à l'orifice traversant le conducteur de la pince, dans laquelle prend appui la tête de vis, et qui permet de distribuer la pression de serrage sur une surface plus importante. The isolation barrel has a portion of greater diameter than the orifice passing through the conductor of the clamp, in which the screw head bears, and which distributes the clamping pressure over a larger surface.
De préférence encore, la découpe en glissière transversale est prévue avec une longueur telle que lorsque le canon arrive en butée à son extrémité aveugle, la patte de liaison est centrée, axialement, sur l'excroissance de chaque bus. More preferably, the transverse slide cutout is provided with a length such that when the barrel reaches its abutment at its blind end, the connecting lug is axially centered on the protuberance of each bus.
Cette glissière remplit donc en plus une fonction de positionnement en permettant le centrage immédiat de la patte de connexion dans l'axe des excroissances des bus dépassant des blocs capacitifs à relier. This slide thus additionally fulfills a positioning function by allowing the immediate centering of the connection tab in the axis of the protuberances of the buses exceeding capacitive blocks to be connected.
La largeur de la découpe en glissière est enfin prévue pour permettre le guidage en translation de la patte par rapport à l'excroissance, en ce qu'elle est prévue faiblement supérieure au diamètre de la portion du canon d'isolation qui l'occupe. Le guidage qui en résulte facilite la tâche de l'opérateur notamment lors du montage, réduisant le temps de son intervention. The width of the slider cutout is finally provided to allow translation guidance of the tab relative to the protrusion, in that it is provided slightly greater than the diameter of the portion of the isolation gun that occupies it. The resulting guidance facilitates the task of the operator especially during editing, reducing the time of his intervention.
Dans l'invention, la pince peut se trouver sur l'excroissance, et la glissière se situe alors à l'extrémité de la patte de liaison, ou l'inverse. In the invention, the clamp may be on the protrusion, and the slide is then at the end of the connecting lug, or vice versa.
2878368 4 De préférence, selon une configuration possible, la patte de liaison comporte une première barrette rectiligne plane et une seconde barrette dont les extrémités sont parallèles et décalées par rapport à la portion centrale accolée à la première barrette délimitant deux logements formant pinces d'extrémité d'allure parallélépipédiques. Ceux-ci permettent de loger les excroissances des bus dépassant de batteries de condensateurs adjacentes à relier, de telle sorte que les surfaces externes desdites excroissances et les surfaces internes des barrettes soient pratiquement en contact avant serrage. Les moyens de serrage précités relient les deux branches des pinces d'extrémités. Preferably, according to one possible configuration, the connecting lug comprises a first flat straight bar and a second bar whose ends are parallel and offset with respect to the central portion contiguous to the first bar delimiting two end clamp slots. parallelepipedic pace. These make it possible to accommodate the protuberances of the buses protruding from adjacent capacitor banks to be connected, such that the outer surfaces of said protuberances and the inner surfaces of the bars are substantially in contact before clamping. The aforementioned clamping means connect the two branches of the end clamps.
Tous les éléments participant à la composition de la patte de liaison sont faciles à fabriquer, à partir de matériaux usuels, et en définitive productibles à faible coût. All the elements involved in the composition of the connecting lug are easy to manufacture, from standard materials, and ultimately producible at low cost.
La configuration géométrique de celte patte respecte la faible distance qui sépare les conducteurs de polarités "+" et "-", et permet de remplir l'objectif de faible inductivité de cette portion du circuit. La technologie barre bus laminée, qui caractérise le reste du circuit, est en fait généralisée à la conception des pattes de l'invention. The geometric configuration of this leg respects the short distance between the conductors of "+" and "-" polarities, and makes it possible to fulfill the objective of low inductivity of this portion of the circuit. The laminated bus bar technology, which characterizes the rest of the circuit, is in fact generalized to the design of the legs of the invention.
L'invention va à présent être décrite plus en détails, en prenant comme 20 exemple cette dernière configuration et en référence aux figures annexées, pour lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective d'un module onduleur surmonté d'un banc de condensateurs électrolytiques; la figure 2 en est une vue de dessus; - la figure 3 montre un système de connexion selon la présente invention; et - la figure 4 représente, en vue de dessus, la liaison de plusieurs modules à l'aide de systèmes de connexion selon l'invention. The invention will now be described in more detail, taking as an example this latter configuration and with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 is a perspective view of an inverter module surmounted by a capacitor bank electrolytic; Figure 2 is a view from above; - Figure 3 shows a connection system according to the present invention; and FIG. 4 represents, in a view from above, the connection of several modules using connection systems according to the invention.
En référence à la figure 1, les modules IGBT (1) et (2) forment avec d'autres éléments réalisant un onduleur une couche médiane disposée entre un radiateur (3) permettant la dissipation de la chaleur et un bloc capacitif supérieur composé de condensateurs électrolytiques (4) soudés ou assemblés à une plaque d'allure plane formant barre bus (5). Cette dernière est par conséquent composée de deux barres plates conductrices de faible épaisseur reliées aux deux polarités différentes des condensateurs, et séparées par une couche isolante. With reference to FIG. 1, the IGBT modules (1) and (2) form, with other elements producing an inverter, a median layer disposed between a heat dissipating radiator (3) and an upper capacitive capacitor block consisting of capacitors. electrolytic (4) welded or assembled to a planar plate forming bus bar (5). The latter is therefore composed of two thin conductive flat bars connected to the two different polarities of the capacitors, and separated by an insulating layer.
Ce bus bipolaire est muni, sur ses quatre côtés, d'excroissances (6) qui dépassent du volume du bloc capacitif et permettent la connexion du module onduleur à d'autres modules identiques. This bipolar bus is provided on its four sides, excrescences (6) which exceed the volume of the capacitive block and allow the connection of the inverter module to other identical modules.
2878368 5 La figure 2 illustre de manière plus claire la forme des excroissances (6) dépassant de tous les côtés, qui sont munies d'une découpe en glissière latérale (8) permettant le positionnement des systèmes de connexion entre modules (voir figure 3), et coopèrent avec les moyens de serrage desdits systèmes. Figure 2 illustrates more clearly the shape of protrusions (6) protruding from all sides, which are provided with a lateral slide cutout (8) for positioning the connection systems between modules (see Figure 3). and cooperate with the clamping means of said systems.
Dans l'exemple de module onduleur montré aux figures 1 et 2, la batterie de condensateurs comporte douze condensateurs (4) qui peuvent donc être reliés sur au moins un côté, via deux systèmes de connexion selon l'invention, à au moins une autre batterie comportant également douze condensateurs (4) électrolytiques. In the example of the inverter module shown in FIGS. 1 and 2, the capacitor bank comprises twelve capacitors (4) which can therefore be connected on at least one side, via two connection systems according to the invention, to at least one other battery also comprising twelve electrolytic capacitors (4).
Le système de connexion (C) apparaît plus précisément en figure 3. Il se compose, dans la configuration particulière illustrée dans cette figure, de deux barrettes conductrices (9) et (10) dont l'une est plate et rectiligne (la barrette 9) alors que l'autre (la barrette 10) comporte un créneau médian qui permet de décaler ses extrémités de telle sorte que le système de connexion (C) de l'invention présente finalement deux pinces opposées entre les branches desquelles s'ouvre un logement (11, 11') pour les excroissances (6) dépassant du bus (5). Une couche isolante (7) sépare les barrettes (9, 10) dans leur portion médiane. The connection system (C) appears more precisely in FIG. 3. It consists, in the particular configuration illustrated in this figure, of two conductive strips (9) and (10), one of which is flat and straight (the strip 9 ) while the other (the bar 10) has a median slot which allows to offset its ends so that the connection system (C) of the invention finally has two opposing clamps between the branches of which opens a housing (11, 11 ') for the protrusions (6) protruding from the bus (5). An insulating layer (7) separates the bars (9, 10) in their middle portion.
Les logements (11, 11') sont traversés par des moyens de serrage constitués d'une vis, d'un boulon (13) et d'un canon isolant (14). Chaque boulon (13) est solidarisé à la barrette (10), et le serrage de la vis (12) aboutit par conséquent à rapprocher les deux branches de chaque pince. La tête de la vis s'appuie sur une barrette (9) via une portion élargie du canon isolant (14), dont la fonction, outre de permettre cet appui et le guidage de la vis, consiste principalement à empêcher un court-circuit entre les deux barres du bus (5) d'une part, et les deux barrettes (9, 10) du système de connexion (C) de l'invention d'autre part. The housings (11, 11 ') are traversed by clamping means consisting of a screw, a bolt (13) and an insulating barrel (14). Each bolt (13) is secured to the bar (10), and the tightening of the screw (12) therefore leads to bring the two branches of each clamp. The head of the screw rests on a bar (9) via an enlarged portion of the insulating barrel (14), the function of which, apart from allowing this support and the guiding of the screw, consists mainly in preventing a short circuit between the two bus bars (5) on the one hand, and the two bars (9, 10) of the connection system (C) of the invention on the other hand.
Ce système de connexion (C) permet de maintenir à un niveau réduit l'inductance même lorsque plusieurs blocs capacitifs sont connectés les une aux autres. L'utilisation, dans ces connecteurs, d'une technologie qui est équivalente à celle qui est employée dans les barres / bus à l'intérieur des blocs capacitifs permet cette connexion à faible inductance. This connection system (C) makes it possible to keep the inductance at a reduced level even when several capacitive blocks are connected to each other. The use in these connectors of a technology that is equivalent to that employed in the bus bars within the capacitive blocks allows this low inductance connection.
La partie de diamètre supérieur des canons de guidage (14) permet en plus de répartir la pression de contact entre la barrette (9) et la barre de l'excroissance (6) qui lui fait face et est en contact avec elle. Pour la barrette (10), une meilleure répartition de la pression est obtenue grâce à l'existence du boulon (13) qui lui est solidarisé. Les pinces d'extrémité et les moyens de 2878368 6 serrage ont donc une action combinée qui permet un contact surfacique de bonne qualité avec les excroissances (6), pour les deux polarités. The upper diameter portion of the guide barrels (14) further allows to distribute the contact pressure between the bar (9) and the bar of the protrusion (6) which faces it and is in contact with it. For the bar (10), a better distribution of the pressure is obtained thanks to the existence of the bolt (13) which is secured to it. The end clamps and the clamping means therefore have a combined action which allows a good quality surface contact with the protuberances (6), for the two polarities.
Mécaniquement, la connexion / déconnexion se fait par action unique sur chaque tête de vis (12), par un serrage / desserrage limité très rapide et simple S à effectuer. La vis, qui n'est jamais totalement démontée du boulon, est imperdable, ce qui constitue un avantage supplémentaire de l'invention. Mechanically, the connection / disconnection is by a single action on each screw head (12), a very fast and simple tight / loosening S to perform. The screw, which is never completely removed from the bolt, is captive, which is an additional advantage of the invention.
La figure 4 donne un exemple de connexion de plusieurs (trois) blocs onduleurs entre eux, à l'aide des systèmes de connexion (C) de l'invention fixés à chaque bloc à l'aide de deux vis (12). Compte tenu de l'existence des excroissances (6) sur les quatre côtés des blocs, de nombreuses configurations d'assemblage sont possibles. Le volume cubique des blocs onduleurs, qui présente une double symétrie par rapport à deux plans perpendiculaires, augmente encore le nombre de possibilités de configurations dans le plan. FIG. 4 gives an example of connection of several (three) inverter blocks to each other, using the connection systems (C) of the invention fixed to each block by means of two screws (12). Given the existence of the protuberances (6) on the four sides of the blocks, many assembly configurations are possible. The cubic volume of the inverter blocks, which has a double symmetry with respect to two perpendicular planes, further increases the number of possibilities of configurations in the plane.
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