FR2944655A1

FR2944655A1 - Dispositif de fixation d'une diode sous forme de galette cylindrique sur un rotor, et pont redresseur d'excitatrice comportant un tel dispositif

Info

Publication number: FR2944655A1
Application number: FR0952586A
Authority: FR
Inventors: Yves Lacour
Original assignee: Converteam Technology Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-10-22
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: FR2944655B1

Abstract

Le dispositif de fixation d'une diode sous forme de galette cylindrique sur un rotor de machine tournante comporte : - un logement (12, 16), fixé ou apte à être fixé au rotor (4), propre à recevoir la diode (8) et comportant une première surface interne (29) sur laquelle une borne (28A) de la diode (8) est apte à venir en contact ; et - des moyens (31) de précharge de la diode (8) aptes à presser ladite borne (28A) de la diode (8) contre ladite première surface de contact (29). Application à une machine tournante.

Description

Dispositif de fixation d'une diode sous forme de galette cylindrique sur un rotor, et pont redresseur d'excitatrice comportant un tel dispositif. La présente invention concerne un dispositif de fixation d'une diode sous forme de galette cylindrique sur un rotor de machine tournante, ainsi qu'un pont redresseur comportant un tel dispositif. Certaines applications industrielles nécessitent d'embarquer des diodes sur le rotor d'une machine tournante. On peut notamment citer l'excitatrice asynchrone à rotor bobiné qui alimente en courant continu un moteur synchrone.

Une excitatrice connue de ce type comprend une machine tournante produisant un courant triphasé, et un pont redresseur à diodes monté sur le rotor de la machine tournante et redressant le courant triphasé produit par celle-ci pour l'alimentation du moteur synchrone. Les diodes de l'état de la technique présentent souvent une forme allongée en forme de bougie et sont disposées radialement sur le rotor à l'aide d'une potence cylindrique fixée sur celui-ci. Or, pour des applications nécessitant des vitesses de rotation élevées du rotor, par exemple de l'ordre de 6 000 tours/minute, ces diodes sont soumises à de fortes contraintes centrifuges, et on observe un taux de défaillance élevé des diodes qui nécessite notamment la mise en place de fusibles de sécurité pour protéger l'excitatrice. Le but de la présente invention est de résoudre le problème susmentionné en proposant des ponts redresseurs ainsi que des dispositifs de fixation de diode pour machine tournante, qui permettent de minimiser les défaillances des diodes provoquées par l'effet centrifuge aux vitesses de rotation élevées du rotor. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de fixation d'une diode sous forme de galette cylindrique sur un rotor de machine tournante, caractérisé en ce que qu'il comporte : - un logement, fixé ou apte à être fixé au rotor, propre à recevoir la diode et comportant une première surface interne sur laquelle une borne de la diode est apte à venir en contact ; et - des moyens de précharge de la diode aptes à presser ladite borne de la diode contre ladite première surface de contact.

L'invention comporte également les caractéristiques suivantes considérées seules ou en combinaison : - les moyens de précharge sont conçus pour appliquer une pression de précharge sur la borne de la diode de telle sorte que la somme de la pression de précharge et d'une pression supplémentaire provoquée par la rotation du rotor est comprise dans la plage prédéterminée de pressions de fonctionnement de la diode pour toute la plage prédéterminée de vitesses de rotation du rotor; - les moyens de précharge sont conçus pour appliquer une pression de précharge sur la borne de la diode telle que la variation de pression totale résultant de la variation de vitesse du rotor est inférieure à la moitié de la pression nécessaire à assurer le contact électrique avec la diode de manière à minimiser l'effet de variations rapides de pression exercées sur la diode ; - les moyens de précharge comprennent des moyens formant ressort agencés au niveau d'une seconde surface interne du logement opposée à la première surface de contact ; - les moyens formant ressort comprennent une rondelle Belleville ; - le dispositif comprend un contact mobile appliqué contre une seconde borne de la diode et sur lequel s'appliquent les moyens de charge ; - ladite première surface de contact est électriquement conductrice ; - ladite première surface de contact est une surface d'une pièce amovible du logement ; - ladite première surface de contact est formée par une surface d'un radiateur ; - le dispositif comporte des éléments définissant un espace libre de refroidissement entre le logement et le rotor lorsque le logement est fixé au rotor ; - le logement comporte au moins une ouverture pour le refroidissement de la diode ; - le logement se présente sous la forme d'un boîtier comportant des moyens de fixation au rotor ; - le dispositif comporte un connecteur glissant comportant deux contacts glissants complémentaires mobiles suivant l'axe de la diode, l'un des contacts étant relié électriquement à l'une des bornes de la diode. L'invention a également pour objet une partie tournante d'une machine électrique tournante comportant un rotor et au moins un dispositif de fixation d'une diode tel que ci-dessus, l'axe de la diode étant disposé transversalement par rapport à l'axe de rotation du rotor et étant sécant à celui-ci. Dans un mode de réalisation, la partie tournante comporte un redresseur de courant alternatif polyphasé d'excitatrice, comportant une pluralité de diodes sous forme de galette cylindrique, chacune fixée au rotor de l'excitatrice au moyen d'un dispositif tel que ci-dessus. Enfin l'invention a pour objet une machine électrique avec une partie tournante telle que définie ci-dessus, caractérisée en ce que le logement est fixé sur un rotor d'une machine électrique tournante par l'intermédiaire de moyens de fixation imposant au logement une précharge supérieure à la force centrifuge appliquée à la vitesse de rotation maximale du rotor sur le logement, la diode, les moyens de fixation et les moyens de précharge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de la partie tournante d'une machine électrique tournante ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, logeant une diode sous forme de galette, et dont un capot amovible est en position retirée ; - la figure 3 est une vue de dessous du capot de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1, selon le plan A-A de celle-ci et avec le capot amovible monté ; et - la figure 5 est une courbe de la pression appliquée à une diode sous forme de galette en fonction de la vitesse de rotation du rotor. Sur la figure 1 est illustrée la partie tournante 2 d'une machine électrique tournante. Il s'agit par exemple de l'excitatrice asynchrone à rotor bobiné d'un moteur synchrone. Elle comporte un rotor 4 d'axe X-X sur lequel est disposé un pont redresseur 6 de courant alternatif polyphasé propre à fournir un courant continu. Ce pont comporte un ensemble de diodes 8 reçues dans des dispositifs de fixation 10. Les diodes sont ici au nombre de six. Elles sont réparties par paire à la périphérie du rotor en étant régulièrement angulairement réparties. Les diodes 8 et les dispositifs de fixation 10 sont disposés avec leur axe Y-Y s'étendant radialement par rapport à l'axe X-X du rotor 4. Sur les figures 1, 2, 3 et 4, le dispositif 10 de fixation d'une diode comporte un boîtier 11 formé d'une cage parallélépipédique 12 définissant un évidement circulaire 14, et d'un capot amovible 16 en matériau électriquement conducteur comme de l'aluminium par exemple. Le capot 16 est fixé sur la cage 12 au moyen de vis 18, dont la tête repose par l'intermédiaire des rondelles 19 sur le capot 16. Les vis s'engagent dans des trous traversants correspondants 20 ménagés dans des colonnes 21 de la cage 12. L'extrémité filetée des vis est reçue dans des trous taraudés 22 formés dans l'épaisseur du rotor 4. Des manchons isolants 26 sont disposés autour des vis 18. Le serrage des vis 18 dans les trous taraudés 22 du rotor 4 a pour effet de solidariser la cage 12 avec le capot 16 et de solidariser le boîtier 11 avec le rotor 15 4 d'axe X-X. L'évidement 14 est conçu pour recevoir une diode 8 sous forme de galette de technologie communément désignée sous l'expression press-pack , et présente un diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe de la diode 8. La diode présente deux faces planes circulaires opposées formant ses bornes 20 de connexion notées 28A et 28B. Ces bornes sont disposées perpendiculairement à l'axe Y-Y, l'axe de la galette formant diode s'étendant suivant l'axe Y-Y. La diode 8 est enserrée entre une surface plane de contact 29 du capot 16 et un contact mobile 30 de support de la galette 28. Ce contact 30 est formé d'un 25 disque électriquement conducteur 30A de diamètre sensiblement égal à celui de l'évidemment 14 prolongé axialement à l'opposé de la galette 8 par un téton fileté de connexion 30B. Une rondelle Belleville 31 est par ailleurs agencée entre un fond 32 de l'évidement 14 formé dans la cage 12 et le contact mobile 30. Cette rondelle par 30 nature élastique est propre à solliciter le contact 30 contre la diode 8. Le contact mobile 30 est relié à une barre conductrice 33 du pont redresseur disposée dans un évidement intérieur du rotor 4 par un connecteur glissant 34 disposé suivant l'axe de la diode.

Le fond 32 est traversé axialement d'un trou 35 au travers duquel est reçu le connecteur glissant 34, sans que celui-ci n'entre en contact avec le fond 32. Ce connecteur 34 comporte un contact glissant mâle 36 constitué d'un manchon métallique taraudé intérieurement et dans lequel est vissé le téton fileté 30B du contact mobile. Sur sa surface externe, le contact glissant mâle 36 porte une bague conductrice élastique 38 pourvue de lamelles faisant saillie radiaeement. Le connecteur 34 comporte en outre un contact glissant femelle 40 comportant un alésage interne 41 dans lequel est reçu le contact glissant mâle 36 et la bague 38 qui est interposée entre les deux contacts glissants 36, 40. Le contact glissant femelle 40 traverse le rotor 4 au travers d'un trou épaulé 42, un isolant 44 étant interposé entre le rotor 4 et le contact glissant femelle 40. Le contact glissant femelle est connecté électriquement à la barre conductrice 33 par exemple par vissage dans celle-ci.

La connexion électrique de la diode 8 est également assurée au travers du capot 16, qui a également pour fonction d'être un connecteur électrique. La cage 12 comporte par ailleurs, au niveau de chacune de ses faces latérales notées 52, une ouverture de refroidissement 54 permettant le contact de la tranche de la diode 8 avec l'air libre et par conséquent son refroidissement.

La cage 12 comprend également des pattes 56 qui définissent entre elles, lorsque le boîtier 10 est monté sur le rotor 4, un espace libre de refroidissement 58 délimité entre le rotor 4, le fond 32 et les pattes 56, et communiquant avec l'air libre entre les pattes 56. Enfin, le capot conducteur amovible 16 se présente sous la forme d'un radiateur et comporte à cet effet, sur sa partie supérieure, un ensemble d'ailettes 60 pour le refroidissement de la diode 8. En l'absence de toute pression sur la borne 28A de la diode, c'est-à-dire lorsque le capot amovible 16 n'est pas monté sur la cage 12, la diode 8 fait saillie hors de l'évidement 14.

Le montage du capot 16 sur la portion 12 a pour effet de comprimer la rondelle Belleville 31 qui, en réaction, applique une pression de précharge Pprécharge sur la diode 8, c'est-à-dire que la borne 28A de celle-ci est pressée contre la surface plane 29 du capot 16, comme cela est illustré à la figure 4.

Cette précharge Pprécharge est définie uniquement par les caractéristiques de la rondelle Belleville 31, les vis 18 assurant une solidarisation sans jeu du capot 16, de la cage 12 et du rotor 4. Dans cette configuration, le capot 16 est plaqué contre le sommet des colonnes 21.

Les vis 18 sont chargées par interposition des rondelles 19 pour qu'elles soient soumises à une précharge supérieure à la force centrifuge exercée sur l'ensemble formé de la diode 8, du capot 16, du contact mobile 30, de la cage 12 et des vis 18 à la vitesse de rotation maximale admissible Vmax du rotor 4. Les propriétés de ressort de la rondelle Belleville 31 sont choisies en fonction à la fois des propriétés de la diode 8 et de la vitesse de rotation maximale admissible Vmax pour le rotor 4. Plus particulièrement, la courbe de la figure 5 représente la pression appliquée à la diode 8 en fonction de la vitesse de rotation du rotor 4. Pour son fonctionnement, la diode 8 doit être pressée avec une pression comprise dans une plage de fonctionnement prédéterminée [Pmin ; Pmax], par exemple une plage de pressions sensiblement égale à [8 ; 12] kiloNewtons. Pmin est définie comme la pression nécessaire pour assurer le contact électrique de la diode 8 contre le capot 16 et le contact mobile 30, ainsi qu'une dissipation thermique efficace.

Pmax est une donnée issue du fournisseur de la diode définie comme la pression maximale admissible pouvant être appliquée sur la diode sans l'écraser. La rotation du rotor 4 a pour effet d'appliquer sur la diode 8 une pression supplémentaire Phanie s'ajoutant à celle exercée par la rondelle Belleville 31. L'amplitude de cette pression supplémentaire l'inertie augmente à mesure que la vitesse de rotation du rotor s'accroît. La rondelle Belleville 31 est choisie pour que la somme de la pression Pprécharge qu'elle applique sur la diode 28 et de la pression Pinaille provoquée par la rotation du rotor 4 soit comprise dans ladite plage de fonctionnement de la diode 8 tant que la vitesse de rotation du rotor n'excède pas la vitesse maximale admissible Vmax. Pprécharge est choisie supérieure à Pmin. Par ailleurs, la rondelle Belleville 31 est également choisie pour que la diode 28 ne subisse pas de variations rapides de pression de grande amplitude en comparaison à la pression Pprécharge exercée par la rondelle Belleville 31. En effet, de telles variations de pression, provoquées par des variations de la vitesse de rotation du rotor, ont pour effet de fatiguer le matériau semi-conducteur de la diode 8 et provoquent à long terme une défaillance de celle-ci. La rondelle Belleville 31 est ainsi choisie pour également minimiser l'effet de telles variations sur la diode 8. Par exemple, la rondelle Belleville est choisie pour que la somme de la pression Pprécharge qu'elle exerce et de la pression P;nertie induite par le rotor 28 tournant à sa vitesse maximale admissible Vmax soit sensiblement égale à la pression maximale admissible Pmax pour le fonctionnement de la diode 8. En particulier, la rondelle Belleville 31 est choisie pour que la précharge soit importante de sorte que la variation de pression totale ÈP résultant de la variation de vitesse du rotor, soit inférieure à Pmin/2. Conformément à l'invention, un pont redresseur d'excitatrice comprend une pluralité de diodes sous forme de galette cylindrique ( press-pack ) montées sur le rotor 28 à l'aide du dispositif de fixation 10 venant d'être décrit. Comme on peut le noter, l'utilisation conjointe d'une diode sous forme de galette et d'un dispositif de fixation venant d'être décrit a pour avantages : - une maintenance facilitée d'un pont redresseur. En effet, grâce au capot amovible, la diode est facilement accessible et donc facilement interchangeable ; - de pouvoir utiliser des connexions électriques plus robustes. En effet, les connexions électriques fragiles, réalisées sous forme de fil connectés par soudage, vissage ou autres, sont proches du centre du rotor et ainsi soumises à une force centrifuge moindre ; et - de présenter un encombrement moindre vis-à-vis des ponts redresseurs à diodes allongées de l'état de la technique. Bien entendu, d'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles.

En variante, l'évidement recevant la diode est directement formé dans l'épaisseur du rotor. De même en variante, d'autres moyens formant ressort que la rondelle Belleville peuvent être utilisés, comme par exemple des ressorts hélicoïdaux.30

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de fixation (10) d'une diode (8) sous forme de galette cylindrique sur un rotor (4) de machine tournante, caractérisé en ce qu'il comporte : - un logement (12, 16), fixé ou apte à être fixé au rotor (4), propre à recevoir la diode (8) et comportant une première surface interne (29) sur laquelle une borne (28A) de la diode (8) est apte à venir en contact ; et - des moyens (31) de précharge de la diode (8) aptes à presser ladite borne (28A) de la diode (8) contre ladite première surface de contact (29).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (31) de précharge sont conçus pour appliquer une pression de précharge (Pprécharge) sur la borne (28A) de la diode de telle sorte que la somme de la pression de précharge (Pprécharge) et d'une pression supplémentaire (Pinertie) provoquée par la rotation du rotor (4) est comprise dans la plage prédéterminée de pressions de fonctionnement de la diode (8) pour toute la plage prédéterminée de vitesses de rotation du rotor (4)
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (31) de précharge sont conçus pour appliquer une pression de précharge (Pprécharge) sur la borne (28A) de la diode (8) telle que la variation de pression totale (AP) résultant de la variation de vitesse du rotor (4) est inférieure à la moitié de la pression (Pmin/2) nécessaire à assurer le contact électrique avec la diode (18) de manière à minimiser l'effet de variations rapides de pression exercées sur la diode (8).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de précharge comprennent des moyens (31) formant ressort agencés au niveau d'une seconde surface interne (32) du logement (12, 16) opposée à la première surface de contact (29).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens formant ressort comprennent une rondelle Belleville (31).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un contact mobile (30) appliqué contre une seconde borne (28B) de la diode et sur lequel s'appliquent les moyens de charge (31).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première surface de contact (29) est électriquement conductrice.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première surface de contact (29) est une surface d'une pièce amovible (16) du logement.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première surface de contact (29) est formée par une surface d'un radiateur (16).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments (56) définissant un espace libre (58) de refroidissement entre le logement (12, 16) et le rotor (4) lorsque le logement est fixé au rotor.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement (12, 16) comporte au moins une ouverture (54) pour le refroidissement de la diode (8).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement (12, 16) se présente sous la forme d'un boîtier comportant des moyens (18, 20, 22) de fixation au rotor (4).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur glissant (34) comportant deux contacts glissants (36, 40) complémentaires mobiles suivant l'axe de la diode (8), l'un (36) des contacts étant relié électriquement à l'une (28B) des bornes de la diode (8).
14. Partie tournante d'une machine électrique tournante comportant un rotor (4) et au moins un dispositif (10) de fixation d'une diode (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'axe (Y-Y) de la diode (8) étant disposé transversalement par rapport à l'axe (X-X) de rotation du rotor (4) et étant sécant à celui-ci.
15. Partie tournante selon la revendication 14 comportant un redresseur de courant alternatif polyphasé d'excitatrice, comportant une pluralité de diodes (8) sous forme de galette cylindrique, chacune fixée au rotor (4) de l'excitatrice au moyen d'un dispositif (10) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13.
16. Machine électrique comportant une partie tournante selon les revendications 14 et 15, caractérisée en ce que le logement (12, 16) est fixé sur un rotor d'une machine électrique tournante par l'intermédiaire de moyens de fixation (18, 19) imposant au logement (12, 16) une précharge supérieure à la force centrifuge appliquée à la vitesse de rotation maximale du rotor sur le logement (12, 16), la diode (28), les moyens de fixation (18, 19) et les moyens de précharge (31).