EP2470427A2 - Reseau electrique d'un aeronef et procede de fonctionnement du reseau electrique - Google Patents

Reseau electrique d'un aeronef et procede de fonctionnement du reseau electrique

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Publication number
EP2470427A2
EP2470427A2 EP10762879A EP10762879A EP2470427A2 EP 2470427 A2 EP2470427 A2 EP 2470427A2 EP 10762879 A EP10762879 A EP 10762879A EP 10762879 A EP10762879 A EP 10762879A EP 2470427 A2 EP2470427 A2 EP 2470427A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
generators
bus
rectifier
converters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10762879A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Tardy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2470427A2 publication Critical patent/EP2470427A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/026—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for starting-up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2221/00—Electric power distribution systems onboard aircraft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/44—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for aircrafts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to an electrical network of an aircraft and a method of operating the electrical network.
  • the invention finds particular utility for large commercial aircraft that increasingly include onboard electrical equipment.
  • the invention finds particular utility for aircraft that use several sources of alternating electrical power of varying voltage and frequency and meeting varying requirements depending on the sources in terms of quality of the voltages provided.
  • Embedded equipment is very varied in nature and its energy consumption is very variable over time.
  • the internal air-conditioning and lighting systems are in almost continuous operation, so redundant safety systems such as control surface controls are used only exceptionally.
  • the aircraft has three-phase electrical generators allowing the supply of all the electrical equipment on board, called loads thereafter. These generators deliver for example a voltage of 1 15 V at a frequency of 400 Hz to an AC bus of the aircraft.
  • main generators well known in the Anglo-Saxon literature under the name of "main generator”. These are rotating electrical machines driven by the engine (s) of the aircraft.
  • auxiliary generator well known in the Anglo-Saxon literature under the name of "auxilliary power unit” driven by a turbine dedicated to this generator and allowing the power of the aircraft when on the ground or in flight.
  • Many airports have fleet generators or electric ground groups to directly power the AC bus of the aircraft to avoid using the auxiliary generator. This park group is for example installed near the aircraft on the ground by truck or provided at the boarding gate.
  • the aircraft generally has a rectifier for supplying a DC voltage from the AC bus to a high-voltage DC bus well known in the English literature as " high voltage direct current ".
  • the rectifier must in particular be compatible with different generators that can power the AC bus.
  • the multiplicity of generators for feeding the DC bus imposes the dimensioning of the connection equipment between a generator and the DC bus so as to limit, within an acceptable range, the disturbances induced on the DC bus.
  • the park groups are generally not very tolerant of the disturbances discharged by the loads and in particular by the rectifiers.
  • International standards such as, for example, MIL STD 704 or ABD 100 define in particular a range in which the network voltage must evolve, a maximum harmonic rate and a maximum imbalance between network phases.
  • the quality of the power supplied by the park groups can vary from one airport to another.
  • One of the aims of the invention is to reduce the dimensions of the filters associated with the shared link equipment.
  • Another problem related to the multiplicity of generators is to maintain uninterrupted power to the aircraft when operating a change of generator, for example when disconnecting the park group or when the main generator replaces the auxiliary generator .
  • the different generators are generally alternating 1 15V or 230V at a frequency of 400Hz. It is necessary to synchronize the frequencies and the phases of the generators during the change. In addition, it is necessary to adapt the amplitudes of the voltages so that the contribution of power of each can be correlated, which requires a delicate control of the different generators.
  • Another uninterrupted transfer approach is to rectify the alternating currents supplied by the different generators (For example, the ground group and the auxiliary generator by 2 separate rectifiers, the uninterrupted connection is then made on the DC voltage after rectification. no longer requires synchronization in phase, frequency and amplitude of the alternative generators, but uses rectifiers dedicated to the different generators, and requires continuous high voltage switches.
  • Another object of the invention is to allow uninterruptible power supply of the aircraft network during a generator change without increasing the control of the various generators and without rectifier dedicated to each generator.
  • the invention proposes to simply carry out without power interruption power transfers from one generator to another.
  • the subject of the invention is an electrical network of an aircraft comprising:
  • a rectifier supplying a DC voltage to the DC bus from the AC bus
  • a plurality of bidirectional converters having two connection points, each bidirectional converter being connected at its first point of connection to the DC bus and connectable at its second point of connection to a load of the aircraft for powering it,
  • the network being connectable to at least two generators each capable of delivering the AC voltage to the AC bus by means of the rectifier,
  • the invention also relates to a method of operating an electrical network according to one of the preceding claims for alternating the power supply to the aircraft from one generator to the other, characterized in that consists in following the following operations: • supply the rectifier with a first of the two generators,
  • connection equipment common to the various generators can be for example a simple three-phase bridge double alternation or an autotransformer 18 pulses followed by a rectifier or even a device with controlled electronic switches.
  • the invention more generally makes it possible to feed loads having a high harmonic ratio from different voltage sources in terms of amplitude, frequency and harmonic compatibility level.
  • the invention makes it possible, in the case of an aircraft with a part of the loads to be supplied with 1 15V 400Hz three-phase, to supply these ground loads directly by the 400HZ 1 15V three-phase park group while simultaneously connecting the same group. to park at high current harmonic rates, harmonic currents which are then compensated by the currents supplied by one or more voltage inverters.
  • This multiple connection of the fleet group can also be applied to all generators of the aircraft.
  • the auxiliary generator can also deliver a three-phase voltage of 230V or 1 15V, at a frequency of 400Hz.
  • an autotransformer will preferably be used to feed the loads 1 15V 400Hz.
  • the invention optionally also makes it possible to increase the frequency of the voltage delivered by the generator (s) of the aircraft, this frequency is no longer constrained by that of elements external to the aircraft such as the park group. By increasing the frequency of the generator, we can reduce the mass.
  • connection of the park groups is not only on the alternative bus of the aircraft.
  • the correction of the harmonic rate created by polluting loads is made from one or more converters that can be used when the fleet group does not power the aircraft to feed other loads at different times of the mission. from the plane.
  • FIG. 1 schematically represents an example of an electrical network installed on board an aircraft
  • FIG. 2 diagrammatically represents an exemplary embodiment of a converter implemented in the electrical network represented in FIG. 1;
  • FIG. 3 provides a better understanding of the pooling of converters used in the electrical network
  • FIGS 4 to 9 show variants of the power grid shown in Figure 1.
  • FIG. 1 represents schematically an example of an electrical network installed on board an aircraft, in particular a jumbo commercial airplane.
  • the aircraft can be powered by different generators, some internal as main generators driven by the engines of the aircraft, an auxiliary generator, noted APU and driven by a turbine dedicated to this generator or a group of park made available of the aircraft when it is on the ground.
  • two generators G1 and G2 are shown. They can be internal or external to the aircraft. These generators provide an alternating voltage, for example a voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz to an AC bus 10 of the aircraft. of the disconnection means K1 make it possible to open the link connecting the generator G1 to the reciprocating bus 10.
  • the electrical network also comprises a rectifier 1 1 connected to the AC bus 10 and for delivering a DC voltage to a high-voltage DC bus 12 denoted HVDC according to an English abbreviation for: "High Voltage Direct Curent".
  • the DC bus 12 supplies several energy converters 03 to 06 each intended to supply a load via a connection that can be interrupted by a switch, respectively K3 to K6.
  • the energy converters 03 to 06 are bidirectional.
  • a load 14 is fed by the converter 04 and a load 15 is supplied by the converter 05.
  • the representation of Figure 1 is schematic. In practice, the network may comprise a large number of converters.
  • a load can be fed by several converters or a converter can supply several loads. Some loads can be supplied with DC voltage and the associated converter then converts the voltage of the DC bus 12 into a voltage that can be used by the load in question. In a jumbo jet, there are many charges using an AC voltage of 1 15 V at a frequency of 400 Hz. These are for example the loads 14 and 15 shown in FIG. 1.
  • the converters 04 and 05 are inverters. Known inverters have the particularity of being reversible and rejecting little disturbance when used in rectifier.
  • At least one of the generators G1 or G2 can be connected to at least one of the bidirectional converters 03 to 06.
  • the generator G1 can be connected to the converter 03 via the switch K3 and the generator G2 can be connected to the converter 06 via the switch K6.
  • the connection between converter and generator is made between the generator considered G1 or G2 and the associated switch K1 or K2.
  • At least one of the converters 03 to 06 is temporarily used to supply the DC bus with the second generator G2. Then, the generator G1 can be disconnected from the AC bus 10, then the generator G2 is connected to the AC network and finally disconnected. the generator G2 of the converter to which it was connected, the converter 06 in FIG.
  • at least one of the generators G1 or G2 can supply the DC bus 12 in part by the rectifier 1 1 and partly by the bidirectional converter 03 or 06 connected to one of the generators G1 or G2. More precisely, the following operations are chained:
  • This sequence of operations makes it possible to go from the generator G1 to the generator G2.
  • the link between the generator G1 and the converter 03 via the switch K3 makes it possible to operate the reverse change, namely from the generator G2 to the generator G1.
  • the method of the invention consists of:
  • FIG. 2 represents an embodiment variant in which several converters 03 to 07 form a common resource.
  • Each converter can be assigned in real time to different loads 13 to 17 according to the instantaneous need of each load 13 to 17 and depending on the availability of each of the converters 03 to 07.
  • the electrical network comprises means of switching 20 to vary the association between converters 03 to 07, 13 to 17 loads and generators G1 and G2.
  • the switching means 20 group together the switches K3 to K6 shown schematically in FIG. 1.
  • one of the converters for example the converter 04, can be connected to one or more loads, in this case the loads 13 to 16, depending on the need of the load and the availability of the converter 04.
  • a load can receive energy from several different converters.
  • a generator can be connected to several converters.
  • the combination of converters 03 to 07 and loads 13 to 17 is based on the need for instantaneous current and the instantaneous control mode of the load associated with it.
  • the mode of control of the load depends essentially on the type of load. By way of example commonly used in an aircraft, mention may be made of speed, torque or position regulation, anti-icing or de-icing, constant power operation and various engine control strategies (defluxing, control with or without sensor).
  • the switching means 20 comprise, for example, electrically controlled switches for associating each converter with all the loads or all the generators that are compatible with it.
  • compatible means that several charges or generators can operate by means of a common supply, for example a voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz.
  • the switching means 20 make it possible to vary the association. between the generator G2 and one of several converters 06 or 07.
  • Converters for delivering the same power supply form a group whose members are interchangeable. The different members of a group are advantageously identical. This reduces conversion costs by standardizing their production and simplifies maintenance by keeping only one type of converter in stock.
  • the group is reconfigurable according to the instantaneous need for loads that can be powered by this group. It is not necessary to have a converter dedicated to each load. Indeed, the charges do not all work simultaneously.
  • the number of converters of the same group is defined according to the instantaneous maximum power that all the loads associated with a group can consume. This power is lower than the addition of the maximum powers of each load.
  • the switching means 20 therefore reduce the number of on-board converters and therefore the mass of these converters.
  • reconfiguration improves the availability of loads. Indeed, in case of failure of a converter, another converter of the same group can immediately take over to feed the load. Certain critical loads such as for example steering controls can thus operate with a secure power supply without requiring the redundancy of a converter only dedicated to these commands.
  • the set of converters of the same group then forms a common resource capable of supplying a group of loads. Within the same common resource, the different converters that compose it can be undifferentiated.
  • converter or converters 06 and 07 are used only occasionally to connect the generator G2 during the passage to the generators G1. These converters are more generally used for supplying loads from the aircraft from the continuous bus 12, such as the loads 15 to 17, during operation without changing the generator.
  • the dimensioning and the number of converters is essentially made according to the loads of the aircraft. Indeed, the connection of converters to generators is rarely done when you want to change the generator. We can tolerate during these changes, degraded operation or interruptible loads are relieved.
  • the rectifier 1 1 rejects on the AC bus 10 disturbances greater than those authorized by the standards mentioned above for the park group. Indeed, by applying the invention to the park group, for example the generator G2, it is possible to keep the connection of the converters 06 and / or 07 to the park group G2 for the entire time during which the park group G2 supplies the power supply. 'aircraft. The converter (s) will be able to provide the fleet group with the harmonic corrections necessary to comply with the disturbance standards.
  • FIG. 3 diagrammatically and schematically represents an exemplary embodiment of a converter 03 to 07.
  • the converter comprises two terminals 50 and 51, the terminal 50 being connected to the positive pole of the DC bus 12 and the terminal 51 being connected to the pole. positive negative of the DC bus 12.
  • the converter comprises three branches 52, 53 and 54 each comprising two electronic switches, T521 and T522 for the branch 52, T531 and T532 for the branch 53 and, T541 and T542 for branch 54.
  • the two switches are connected in series and a diode is connected in parallel with each switch.
  • the reference of the diode is D followed by the numerical part of the mark of the switch, for example the diode D 521 is connected across the switch T521.
  • Each diode is connected antiparallel to the direction of the current flowing in each switch of the positive terminal 50 to the negative terminal 51.
  • the switches are for example all identical and bipolar transistor insulated gate type well known in the English literature under the acronym IGBT for: "Insulated Gate Bipolar Transistor".
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • a self, respectively L52, L53 and L54 is connected by its first terminal.
  • a second terminal, 56, 57 and 58 of each inductor, respectively L52, L53 and L54, allows the converter to supply a three-phase load.
  • Capacitors C521 to C542 are connected between one of the terminals 56, 57 and 58 and one of the terminals 50 and 51.
  • FIG. 4 represents a variant of the electrical network of FIG.
  • a single link 25 can connect all the generators G1 and G2 to at least one of the converters 03 to 07.
  • the link 25 can be connected to the converters 06 and 07 via the switches K6 and K7.
  • the link 25 is connected between the switches K1 and K2 and the rectifier January 1 or directly on the AC bus 10. This allows the use of the link 25 to correct the harmonics generated to the AC bus 10 by the rectifier 1 1.
  • Converter 06 and / or 07 connected to the generator G1 or G2 in operation is controlled so as to correct harmonics generated by the rectifier 1 1.
  • the harmonic correction can be implemented regardless of the generator G1 or G2 used to power the AC bus 10. It is understood that the Inverters 06 and 07 can also be used to power loads of the aircraft.
  • the harmonic correction may be a function of the tolerance of the generator G1 or G2 to the disturbances.
  • the generator G1 is an internal generator of the aircraft, as one of the main generators or the auxiliary generator and the generator G2 is a park generator.
  • the disturbances acceptable by the fleet generator are imposed by standards whereas the internal generators can be designed to be more tolerant to disturbances.
  • the converters 06 and 07 are used for harmonic correction.
  • the correction can be reduced by using fewer converters, for example the converter 07 only, or no longer correct the harmonics.
  • the converters connectable to the link 25 and not used for the correction of harmonics can then be used for the supply of loads of the aircraft.
  • harmonic correction the power passing through the converter or converters providing this correction does not exceed one third of the power passing through the rectifier 1 1.
  • FIG. 5 represents a variant of the electrical network of FIG. 4, in which variant the generator G2 is connected to the reciprocating bus 10 via a transformer or autotransformer 26.
  • This variant makes it possible to use a generator G2 delivering a voltage different from that of the AC bus 10.
  • some recent aircraft AC buses have a voltage of 230V at a frequency of 400Hz, while the park groups generally have a voltage of 1 15V at a frequency of 400Hz.
  • This variant allows the use of such park groups represented here by the generator G2.
  • FIG. 6 represents a variant of the electrical network of FIG. 4, variant in which the rectifier 11 is replaced by an autotransformer-rectifier 27 with two inputs.
  • the two inputs allowing for example to use an alternating voltage of the network 10 to 1 15V via the switch K271 and an alternating voltage of the network 10 to 230V through the intermediary of the switch K272.
  • the autotransformer portion of the autotransformer-rectifier 27 implements, for example, a so-called 37 ° topology with a dual 1-phase 15V or 230V input.
  • the switch K271 is then closed for a generator at 1 15V as a park group or the switch K272 for a generator at 230V as an internal generator of the aircraft.
  • This variant is of interest for the start of the internal generators which can be achieved at a voltage lower than the voltage they deliver.
  • This type of startup makes it possible to limit so-called freewheeling losses in inverters used during startup.
  • the internal generator is connected by means of K271 for its start before switching to K272 when it supplies electric power.
  • FIG. 7 represents a variant of the electrical network of FIG. 4, variant in which an autotransformer 28 is inserted in connection 25 making it possible to use an alternating bus 10 whose voltage is different from the need for certain loads such as the load 14. for example, for a 230V AC bus, the voltage delivered by the generators G1 and G2, the autotransformer 28 makes it possible to lower the voltage of the AC bus 10 to power a load 14 operating at 1 15V. It is understood that one can power several loads operating at 1 15V AC.
  • the load 14 is fed both by one or more inverters 03 and / or 04 and by the connection 25.
  • a filter 29 may be placed between the load 14 and a common point 30 of the link 25 and the converters 03 and 04.
  • a switch K8 can open the link 25.
  • the switch K8 is for example arranged between the autotransformer 28 and the reciprocating bus 10.
  • FIG. 8 represents a variant of the electrical network combining FIGS. 5 and 7. This variant is well adapted to the connection of a park group forming here the generator G2.
  • the park group can be connected on the one hand to the AC bus 10 via the autotransformer 28 and on the other hand to the load 14.
  • the switch K2 interrupts the connection between the generator G2 and the The autotransformer 28.
  • a switch K10 interrupts the connection between the generator G2 and the load 14.
  • a switch K12 interrupts the connection between the point 30 and the autotransformer 28.
  • the park group G2 feeds on the one hand the AC bus 10 through the autotransformer 28, when the switches K2 and K8 are closed, and secondly directly loads that are compatible with it, for example loads 1 15V 400Hz as the load 14, when the switches K10 is closed.
  • the park group G2 can feed the load 14 directly without the power required for this power supply passes through the rectifier 1 1 and the continuous bus 12.
  • the link 25 corrects the harmonics returned to the park group G2 by the rectifier 1 1 through the autotransformer 28. This correction is effective when the switches K12 and K3 and / or K4 are closed.
  • less than a third of the power supplied by the fleet group G2 passes through the converter or converters 03 and / or 04 to ensure the correction.
  • the park group G2 can be connected on the one hand to the AC bus 10 through the autotransformer 28 and on the other hand to the load 14.
  • the switch K2 allows completely disconnect the generator G2.
  • the switch K8 is for example arranged between the autotransformer 28 and the AC bus 10.
  • the park group G2 can be connected to the load 14 via the filter 29.
  • a switch K14 can interrupt the connection between the filter 29 and the 14.
  • the converter 03 can be connected via the switch K3 to the common point of the autotransformer 28 and the switch K2 by means of a link 32.
  • the link 25 here connected to the converter 07, makes it possible to correct the harmonics generated by the rectifier 11 at the level of the AC bus 10. Less than a third of the power provided by the fleet group G2 passes through the converter 07 to ensure correction.
  • other converters may be connected to the link 25.
  • the link 32 supplies the continuous bus 12 with the park generator G2 via at least one converter, here the converter 03 during the phase of passage of the generator G2 to one of the generators G1 or G3.
  • this transition is seamless for uninterruptible loads such as the load 15 and no obligation to synchronize the generator G2 with the generator G1 or G3 taking over during the passage.
  • the switches K2 and K8 are closed and the switch K1 is open; during this operation, the generator G2 also directly feeds compatible loads, for example the load 14 1 15V 400Hz; in addition, the switch K7 is closed and at least the converter 07 provides harmonic correction of the rectifier January 1;
  • the converter 07 can be used to supply other loads of the aircraft, charges not shown in FIG. 9.

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Abstract

L'invention concerne un réseau électrique d'un aéronef et un procédé de fonctionnement du réseau électrique. L'invention trouve une utilité particulière pour les avions commerciaux gros porteurs qui comportent de plus en plus d'équipements électriques embarqués. Le réseau comprend : • un bus alternatif (10), • un bus continu (12), • un redresseur (11) fournissant une tension continue au bus continu (12) à partir du bus alternatif, • une pluralité de convertisseurs bidirectionnels (O3 à O7) comportant deux points de raccordement, chaque convertisseur bidirectionnels (O3 à O7) étant raccordé en son premier point de raccordement au bus continu (12) et pouvant être raccordés en son second point de raccordement à une charge (13 à 17) de l'aéronef pour l'alimenter, le réseau pouvant être raccordé à au moins deux générateurs (G1, G2) susceptibles chacun de délivrer la tension alternative au bus alternatif au moyen du redresseur (11). Selon l'invention, le réseau comprend en outre au moins une liaison permettant de raccorder au moins un des générateurs (G1, G2) au second point de raccordement d'au moins un des convertisseurs bidirectionnels (O3 à O7). Le réseau permet de changer de générateur sans coupure et sans synchronisation particulière des générateurs (G1, G2).

Description

Réseau électrique d'un aéronef et procédé de fonctionnement du réseau électrique
L'invention concerne un réseau électrique d'un aéronef et un procédé de fonctionnement du réseau électrique. L'invention trouve une utilité particulière pour les avions commerciaux gros porteurs qui comportent de plus en plus d'équipements électriques embarqués. L'invention trouve une utilité particulière pour les avions qui utilisent plusieurs sources de puissances électriques alternatives de tension et fréquence diverses et répondant à des exigences variables selon les sources en termes de qualité des tensions fournies.
Les équipements embarqués sont de nature très variée et leur consommation énergétique est très variable dans le temps. A titre d'exemple, les systèmes de climatisation et d'éclairage internes sont en fonctionnement quasi continu alors des systèmes de sécurité redondants comme des commandes de gouvernes, ne sont utilisés qu'exceptionnellement.
Généralement, l'avion dispose de générateurs électriques triphasés permettant l'alimentation de l'ensemble des équipements électriques embarqués, appelés charges par la suite. Ces générateurs délivrent par exemple une tension de 1 15 V à une fréquence de 400 Hz vers un bus alternatif de l'avion. A bord d'un avion, on trouve par exemple un ou plusieurs générateurs principaux, bien connus dans la littérature anglo- saxonne sous le nom de « main generator ». Il s'agit de machines électriques tournantes entraînées par le ou les moteurs de l'avion. On trouve également un générateur auxiliaire bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « auxilliary power unit » entrainé par une turbine dédiée à ce générateur et permettant l'alimentation de l'avion lorsqu'il est au sol ou en vol. De nombreux aéroports disposent de générateurs de parc ou groupes électriques de sol permettant d'alimenter directement le bus alternatif de l'avion pour éviter de faire appel au générateur auxiliaire. Ce groupe de parc est par exemple installé à proximité de l'avion au sol au moyen d'un camion ou fourni à la porte d'embarquement
L'avion dispose généralement d'un redresseur permettant de fournir une tension continue à partir du bus alternatif vers un bus continu haute tension bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « high voltage direct current ». Le redresseur doit être en particulier compatible des différents générateurs pouvant alimenter le bus alternatif.
Dans les architectures récentes, l'avion devient de plus en plus électrique. Dans ces architectures, certaines charges de l'avion sont alimentées par des convertisseurs à partir du bus continu.
La multiplicité des générateurs permettant d'alimenter le bus continu impose de dimensionner l'équipement de liaison entre un générateur et le bus continu de façon à limiter, dans une fourchette acceptable, les perturbations induites sur le bus continu.
De plus, les groupes de parc sont généralement peu tolérants aux perturbations rejetées par les charges et notamment par les redresseurs. Des normes internationales telle que par exemple MIL STD 704 ou ABD 100 définissent notamment une fourchette dans laquelle la tension du réseau doit évoluer, un taux d'harmoniques maximum et un déséquilibre maximum entre phases du réseau.
Il est par ailleurs souhaitable de mutualiser ces équipements de liaison et d'utiliser à cet effet le redresseur alimentant le bus continu pour fournir la puissance au bus continu à partir de n'importe quel générateur. Cela conduit à dimensionner ce redresseur en fonction du générateur le plus sensible aux perturbations.
De plus, la qualité de l'alimentation fournie par les groupes de parc peut être variable d'un aéroport à l'autre.
Pour s'adapter à ces différents groupes de parc et pour respecter les taux de perturbations rejetées, il est nécessaire de prévoir des filtres dimensionnés en conséquence. Ces filtres occasionnent un poids supplémentaire embarqué. Un des buts de l'invention est de réduire les dimensions des filtres associés à l'équipement de liaison mutualisé.
Un autre problème lié à la multiplicité des générateurs est de maintenir sans coupure l'alimentation de l'aéronef lorsqu'on opère un changement de générateur, par exemple lorsqu'on débranche le groupe de parc ou encore lorsque le générateur principal remplace le générateur auxiliaire. Les différents générateurs sont généralement alternatifs 1 15V ou 230V à une fréquence de 400Hz. Il est nécessaire de synchroniser les fréquences et les phases des générateurs lors du changement. De plus, il faut adapter les amplitudes des tensions pour que l'apport de puissance de chacun puisse se corréler, ce qui nécessite un pilotage délicat des différents générateurs.
Une autre approche de transfert sans coupure consiste à redresser les courants alternatifs fournis par les différents générateurs (Par exemple le groupe de sol et le générateur auxiliaire par 2 redresseurs séparés. La connexion sans coupure est alors réalisée sur la tension continue après redressement. Cette approche ne nécessite plus de synchronisation en phase, fréquence et amplitude des générateurs alternatifs, mais utilise des redresseurs dédiés aux différents générateurs, et nécessite des interrupteurs continu haute tension.
Un autre but de l'invention est de permettre l'alimentation sans coupure du réseau avion lors d'un changement de générateur sans alourdir le pilotage des différents générateurs et sans redresseur dédié à chaque générateur. Autrement dit l'invention propose de réaliser simplement sans interruption de puissance des transferts de puissance d'un générateur à l'autre.
A cet effet, l'invention a pour objet un réseau électrique d'un aéronef comprenant :
• un bus alternatif,
• un bus continu,
• un redresseur fournissant une tension continue au bus continu à partir du bus alternatif,
• une pluralité de convertisseurs bidirectionnels comportant deux points de raccordement, chaque convertisseur bidirectionnels étant raccordé en son premier point de raccordement au bus continu et pouvant être raccordés en son second point de raccordement à une charge de l'aéronef pour l'alimenter,
le réseau pouvant être raccordé à au moins deux générateurs susceptibles chacun de délivrer la tension alternative au bus alternatif au moyen du redresseur,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une liaison permettant de raccorder au moins un des générateurs au second point de raccordement d'au moins un des convertisseurs bidirectionnels. L'invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'un réseau électrique selon l'une des revendications précédentes permettant d'alterner la fourniture de puissance à l'aéronef d'un générateur à l'autre, caractérisé en ce qu'il consiste à enchainer les opérations suivantes : • alimenter le redresseur par un premier des deux générateurs,
• connecter un second des deux générateurs à au moins un des convertisseurs bidirectionnels et commander ce ou ces convertisseurs pour annuler le courant provenant du premier générateur,
• déconnecter le premier générateur,
• commander ce ou ces convertisseurs pour permettre la connexion du second générateur au redresseur à courant nul
• connecter le second générateur au redresseur.
En mettant en œuvre l'invention, l'équipement de liaison commun aux différents générateur peut être par exemple un simple pont triphasé double alternance ou un autotransformateur 18 impulsions suivi d'un redresseur ou même un dispositif comportant des interrupteurs électroniques commandés.
L'invention permet plus généralement d'alimenter des charges ayant un taux d'harmoniques élevé à partir de sources de tension différentes en amplitude, en fréquence et en niveau de compatibilité harmonique.
L'invention permet, dans le cas d'un avion dont une partie des charges doit être alimentée en 1 15V 400Hz triphasé, d'alimenter ces charges au sol directement par le groupe de parc 400HZ 1 15V triphasé tout en connectant simultanément le même groupe de parc à des charges à taux d'harmoniques en courant élevé, harmoniques de courants qui sont alors compensées par les courants fournis par un ou plusieurs onduleurs de tension. Cette connexion multiple du groupe de parc peut également s'appliquer à tous les générateurs de l'aéronef.
Par ailleurs le générateur auxiliaire peut également délivrer une tension triphasée de 230V ou 1 15V, à une fréquence de 400Hz. Dans le cas 230V, on utilisera préférentiellement un autotransformateur pour alimenter les charges 1 15V 400Hz.
L'invention permet optionnellement aussi d'augmenter la fréquence de la tension délivrée par le ou les générateurs de l'aéronef, cette fréquence n'étant plus contrainte par celle d'éléments extérieurs à l'aéronef tel que le groupe de parc. En augmentant la fréquence du générateur, on peut en diminuer la masse.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la connexion des groupes de parc ne se fait pas uniquement sur le bus alternatif de l'avion. La correction du taux d'harmoniques créé par des charges polluantes se fait à partir d'un ou plusieurs convertisseurs pouvant être utilisés lorsque le groupe de parc n'alimente pas l'aéronef pour alimenter d'autres charges à des instants différents de la mission de l'avion.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
la figure 1 représente schématiquement un exemple de réseau électrique installé à bord d'un aéronef ;
la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un convertisseur mis en œuvre dans le réseau électrique représenté sur la figure 1 ;
la figure 3 permet de mieux comprendre la mutualisation des convertisseurs utilisés dans le réseau électrique ;
les figures 4 à 9 représentent des variantes du réseau électrique représenté sur la figure 1.
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
La figure 1 représente schématiquement un exemple de réseau électrique installé à bord d'un aéronef, notamment un avion commercial gros porteur. L'aéronef peut être alimenté par différents générateurs, certains internes comme des générateurs principaux entraîné par les moteurs de l'aéronef, un générateur auxiliaire, noté APU et entraîné par une turbine dédiée à ce générateur ou encore un groupe de parc mis à la disposition de l'aéronef lorsque celui-ci est au sol. Sur la figure 1 , deux générateurs G1 et G2 sont représentés. Ils peuvent être internes ou externes à l'aéronef. Ces générateurs fournissent une tension alternative par exemple une tension de 115 V à une fréquence de 400 Hz vers un bus alternatif 10 de l'avion. Des moyens de déconnexion K1 permettent d'ouvrir la liaison reliant le générateur G1 au bus alternatif 10. De même, Des moyens de déconnexion K2 permettent d'ouvrir la liaison reliant le générateur G2 au bus alternatif 10. Le réseau électrique comprend également un redresseur 1 1 connecté au bus alternatif 10 et permettant de délivrer une tension continue à un bus continu haute tension 12 noté HVDC selon une abréviation anglo-saxonne pour : « High Voltage Direct Curent ».
Le bus continu 12 alimente plusieurs convertisseurs d'énergie 03 à 06 destiné chacun à alimenter une charge par l'intermédiaire d'une liaison pouvant être interrompue par un interrupteur, respectivement K3 à K6. Les convertisseurs d'énergie 03 à 06 sont bidirectionnels. Dans l'exemple représenté, une charge 14 est alimentée par le convertisseur 04 et une charge 15 est alimentée par le convertisseur 05. La représentation de la figure 1 est schématique. Dans la pratique, Le réseau peut comprendre un grand nombre de convertisseurs. De plus, une charge peut être alimentée par plusieurs convertisseurs ou encore un convertisseur peut alimenter plusieurs charges. Certaines charges peuvent être alimentées en tension continue et le convertisseur associé converti alors la tension du bus continu 12 en une tension utilisable par la charge considérée. Dans un avion gros porteur, on trouve de nombreuses charges utilisant une tension alternative de 1 15 V sous une fréquence de 400 Hz. Il s'agit par exemple des charges 14 et 15 représentées sur la figure 1. Pour alimenter ces charges, les convertisseurs 04 et 05 sont des onduleurs. Des onduleurs connus ont la particularité d'être réversibles et de ne rejeter que peu de perturbation lorsqu'ils sont utilisés en redresseur.
Selon l'invention, au moins un des générateurs G1 ou G2 peut être raccordé à au moins un des convertisseurs bidirectionnels 03 à 06. Dans l'exemple représenté, le générateur G1 peut être raccordé au convertisseur 03 par l'intermédiaire de l'interrupteur K3 et le générateur G2 peut être raccordé au convertisseur 06 par l'intermédiaire de l'interrupteur K6. Le raccordement entre convertisseur et générateur se fait entre le générateur considéré G1 ou G2 et l'interrupteur associé K1 ou K2.
En service courant, un seul des deux générateurs G1 ou G2 fourni de l'énergie électrique au bus alternatif 10. Pour assurer le transfert sans coupure, à partir de l'alimentation du réseau par l'un des générateurs, par exemple le générateur G1 , on utilise temporairement au moins un des convertisseurs 03 à 06 pour alimenter le bus continu par le second générateur G2 Ensuite, on peut déconnecter le générateur G1 du bus alternatif 10 puis connecter le générateur G2 au réseau alternatif 10 et enfin déconnecter le générateur G2 du convertisseur auquel il était raccordé, le convertisseur 06 sur la figure 1 . Autrement dit, au moins un des générateurs G1 ou G2 peut alimenter le bus continu 12 en partie par le redresseur 1 1 et en partie par le convertisseur bidirectionnel 03 ou 06 raccordé à un des générateurs G1 ou G2. Plus précisément, on enchaine les opérations suivantes :
• alimenter le redresseur 1 1 par le générateur G1 , l'interrupteur K1 est fermé et l'interrupteur K2 est ouvert ;
• connecter le générateur G2 à au moins un des convertisseurs bidirectionnels, en l'occurrence le convertisseur 06 par l'intermédiaire de l'interrupteur K6 et commander le convertisseur 06 pour annuler le courant provenant du premier générateur G1 ;
• déconnecter le premier générateur G1 en ouvrant l'interrupteur K1 ;
• commander le convertisseur 06 pour permettre la connexion du générateur G2 au redresseur 1 1 à courant nul ;
• connecter le générateur G2 au redresseur en fermant l'interrupteur K2.
Cet enchaînement d'opérations permet de passer du générateur G1 au générateur G2. La liaison entre le générateur G1 et le convertisseur 03 par l'intermédiaire de l'interrupteur K3 permet d'opérer le changement inverse, à savoir du générateur G2 vers le générateur G1 .
Avantageusement, pour limiter la puissance transitant par le convertisseur 06 lorsqu'il alimente le bus continu 12 par de l'énergie reçue du générateur G2, le procédé de l'invention consiste :
• à déconnecter une partie des charges de l'aéronef, par exemple la charge 14, avant de connecter le générateur G2 au convertisseur 06 et • à reconnecter ces charges après avoir connecté le générateur G2 au redresseur 1 1 .
Dans un aéronef, certaines charges comme par exemple les compresseurs d'air de la cabine, des machines à cycle vapeur, des ventilateurs de recirculation, des fours et des machines à café sont considérées comme interruptibles par opposition aux instruments de navigation ou aux commandes de gouvernes par exemple que l'on considère comme ininterruptibles. Les charges interruptibles peuvent être délestées durant le passage d'un générateur à l'autre. On peut ainsi utiliser un convertisseur de puissance réduite pour effectuer le passage entre les deux générateurs G1 et G2.
La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle plusieurs convertisseurs 03 à 07 forment une ressource commune. Chaque convertisseur peut être affecté en temps réel aux différentes charges 13 à 17 en fonction du besoin instantané de chaque charge 13 à 17 et en fonction de la disponibilité de chacun des convertisseurs 03 à 07. A cet effet, le réseau électrique comporte des moyens d'aiguillage 20 permettant de faire varier l'association entre convertisseurs 03 à 07, charges 13 à 17 et générateurs G1 et G2. Les moyens d'aiguillage 20 regroupent les interrupteurs K3 à K6 représentés de façon simplifiée sur la figure 1. Ici sur la figure 2, un des convertisseurs, par exemple le convertisseur 04, peut être connecté à une ou plusieurs charges, en l'occurrence les charges 13 à 16, en fonction du besoin de la charge et de la disponibilité du convertisseur 04. De même, une charge peut recevoir de l'énergie de plusieurs convertisseurs différents. Enfin un générateur peut être raccordé à plusieurs convertisseurs.
L'association des convertisseurs 03 à 07 et des charges 13 à 17 se fait en fonction du besoin en courant instantané et du mode de contrôle instantané de la charge qui lui est associée. Le mode de contrôle de la charge dépend essentiellement du type de charge. A titre d'exemple couramment mis en œuvre dans un avion, on peut citer la régulation de vitesse, de couple ou de position, l'antigivrage ou le dégivrage, le fonctionnement à puissance constante et des stratégies diverses de contrôle moteur (défluxage, contrôle avec ou sans capteur).
Les moyens d'aiguillage 20 comportent par exemple des interrupteurs commandés électriquement permettant d'associer chaque convertisseur à toutes les charges ou à tous les générateurs qui lui sont compatibles. On entend par compatible le fait que plusieurs charges ou générateurs peuvent fonctionner au moyen d'une alimentation commune, par exemple une tension de 115 V à une fréquence de 400 Hz. De même les moyens d'aiguillage 20 permettent de faire varier l'association entre le générateur G2 et un parmi plusieurs convertisseurs 06 ou 07. Les convertisseurs permettant de délivrer une même alimentation forment un groupe dont les membres sont interchangeables. Les différents membres d'un groupe sont avantageusement identiques. Cela réduit les coûts de réalisation des convertisseurs en standardisant leur production et permet de simplifier la maintenance en ne maintenant en stock qu'un seul type de convertisseur.
Le groupe est reconfigurable en fonction du besoin instantané des charges pouvant être alimenté par ce groupe. Il n'est pas nécessaire de disposer d'un convertisseur dédié à chaque charge. En effet, les charges ne fonctionnent pas toutes simultanément. Le nombre de convertisseurs d'un même groupe est défini en fonction de la puissance maximale instantanée que l'ensemble des charges associées à un groupe peut consommer. Cette puissance est inférieure à l'addition des puissances maximales de chaque charge. Les moyens d'aiguillage 20 permettent donc de réduire le nombre de convertisseurs embarqués et donc la masse de ces convertisseurs.
De plus, la reconfiguration permet d'améliorer la disponibilité des charges. En effet, en cas de panne d'un convertisseur, un autre convertisseur du même groupe peut immédiatement prendre le relais pour alimenter la charge. Certaines charges critiques telles que par exemple des commandes de gouverne peuvent ainsi fonctionner avec une alimentation sécurisée sans pour cela nécessiter la redondance d'un convertisseur uniquement dédié à ces commandes. L'ensemble des convertisseurs d'un même groupe forme alors une ressource commune capable d'alimenter un groupe de charges. A l'intérieur d'une même ressource commune, les différents convertisseurs qui la composent peuvent être indifférenciés.
Il est possible d'alimenter en direct les charges 16 et 17 directement par le générateur G2, sans passer par le redresseur 1 1 et le bus continu 12 en utilisant les moyens d'aiguillage 20. Cette possibilité permet également de limiter la puissance transmise par les convertisseurs 06 et 07 raccordés au générateur G2 lors du passage du générateur G1 vers le générateur G2.
De plus, le ou les convertisseurs 06 et 07 ne sont utilisés que ponctuellement pour connecter le générateur G2 durant le passage vers le générateurs G1. Ces convertisseurs sont plus généralement utilisés pour alimenter des charges de l'aéronef à partir du bus continu 12, telles que les charges 15 à 17, lors du fonctionnement sans changement de générateur.
Plus généralement, le dimensionnement et le nombre de convertisseurs est essentiellement fait en fonction des charges de l'aéronef. En effet, la connexion de convertisseurs aux générateurs ne se fait que rarement lorsque l'on souhaite changer de générateur. On peut tolérer au cours de ces changements, un fonctionnement dégradé ou des charges interruptibles sont délestées.
On peut tolérer que le redresseur 1 1 rejette sur le bus alternatif 10 des perturbations plus importantes que celles autorisées par les normes citées plus haut pour le groupe de parc. En effet, en appliquant l'invention au groupe de parc, par exemple le générateur G2, on peut conserver la connexion des convertisseurs 06 et/ou 07 au groupe de parc G2 pendant la totalité du temps pendant lequel le groupe de parc G2 alimente l'aéronef. Le ou les convertisseurs pourront fournir au groupe de parc les corrections harmoniques nécessaires au respect des normes de perturbations.
Pour ne pas surcharger les autres figures, on n'a représenté qu'un interrupteur associé à chaque convertisseur. Il est bien entendu possible de mettre en œuvre des moyens d'aiguillage 20 pour les différentes variantes de réseau électrique représentées afin de permettre l'évolution en temps réel de l'allocation de chaque convertisseur. Par exemple, sur la figure 1 , un convertisseur utilisé au sol pour corriger les harmoniques générées par le redresseur 11 vers le groupe de parc peut très bien être utilisé ultérieurement en vol pour alimenter des charges de l'aéronef.
La figure 3 représente schématiquement et de façon simplifiée un exemple de réalisation d'un convertisseur 03 à 07. Le convertisseur comporte deux bornes 50 et 51 , la borne 50 étant raccordée au pôle positif du bus continu 12 et la borne 51 étant raccordée au pôle positif négatif du bus continu 12. Entre les bornes 50 et 51 , le convertisseur comporte trois branches 52, 53 et 54 comprenant chacune deux interrupteurs électroniques, T521 et T522 pour la branche 52, T531 et T532 pour la branche 53 et, T541 et T542 pour la branche 54. Dans chaque branche 52, 53 et 54 les deux interrupteurs sont reliés en série et une diode est connectée en parallèle de chaque interrupteur. Le repère de la diode est D suivi de la partie numérique du repère de l'interrupteur, par exemple la diode D 521 est connectée aux bornes de l'interrupteur T521 . Chaque diode est connectée en antiparallèle par rapport au sens du courant circulant dans chaque interrupteur de la borne positive 50 vers la borne négative 51 . Les interrupteurs sont par exemple tous identiques et de type transistor bipolaire à grille isolée bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous l'acronyme IGBT pour : « Insulated Gâte Bipolar Transistor ». Dans chaque branche 52, 53 et 54, au point commun des deux interrupteurs, une self, respectivement L52, L53 et L54 est connectée par sa première borne. Une seconde borne, 56, 57 et 58 de chaque self, respectivement L52, L53 et L54, permet au convertisseur d'alimenter une charge triphasée. Des condensateurs C521 à C542 sont reliés entre une des bornes 56, 57 et 58 et une des bornes 50 et 51 . Lorsque l'énergie électrique est fournie au convertisseur par le bus continu 12, le convertisseur fonctionne en onduleur de tension. En revanche, lorsque l'énergie électrique est fournie sous forme alternative entre les bornes 56, 57 et 58, par exemple par le générateur G2, le convertisseur fonctionne en redresseur de courant. Pour redresser le courant fourni par le groupe de parc 15, on aurait pu mettre en œuvre un redresseur plus simple, par exemple à pont de diode. Mais ce type de redresseur aurait nécessité l'emploi d'un transformateur ou autotransformateur pour élever la tension fournie par le groupe de parc 15 (1 15V triphasé) afin d'atteindre la tension (540V) du bus continu 12. Au contraire le fonctionnement du convertisseur en redresseur de courant permet d'élever la tension sans transformateur. La figure 4 représente une variante du réseau électrique de la figure 1 , variante dans laquelle on s'intéresse plus particulièrement à la correction d'harmoniques rejetées vers un des générateurs G1 ou G2 par le transformateur 1 1 . Dans cette variante, une seule liaison 25 peut relier l'ensemble des générateurs G1 et G2 à au moins un des convertisseurs 03 à 07. Sur la figure 4, la liaison 25 peut être raccordée aux convertisseurs 06 et 07 par l'intermédiaire des interrupteurs K6 et K7. Dans la variante représentée, la liaison 25 est raccordée entre les interrupteurs K1 et K2 et le redresseur 1 1 ou encore directement sur le bus alternatif 10. Cela permet d'utiliser la liaison 25 pour corriger les harmoniques générées vers le bus alternatif 10 par le redresseur 1 1 . Le convertisseur 06 et/ou 07 relié au générateur G1 ou G2 en fonctionnement est commandé de façon à corriger des harmoniques générées par le redresseur 1 1. Cette correction peut être mise en œuvre quel que soit le générateur G1 ou G2 utilisé pour alimenter le bus alternatif 10. Il est bien entendu que les convertisseurs 06 et 07 peuvent également être utilisés pour alimenter des charges de l'aéronef. La correction d'harmoniques peut être fonction de la tolérance du générateur G1 ou G2 aux perturbations. Par exemple, le générateur G1 est un générateur interne de l'aéronef, comme un des générateurs principaux ou le générateur auxiliaire et le générateur G2 est un générateur de parc. Les perturbations acceptables par le générateur de parc sont imposées par des normes alors que les générateurs internes peuvent être conçus pour être plus tolérants aux perturbations. Lorsque le générateur de parc G2 alimente l'aéronef, on utilise les convertisseurs 06 et 07, pour la correction d'harmoniques. Lorsqu'un générateur interne G1 alimente l'aéronef, on peut réduire la correction en utilisant moins de convertisseurs, par exemple le convertisseur 07 uniquement, soit ne plus corriger les harmoniques. Les convertisseurs raccordables à la liaison 25 et non utilisés pour la correction d'harmoniques peuvent alors être utilisés pour l'alimentation de charges de l'aéronef. De façon générale, lors de correction d'harmoniques la puissance transitant par le ou les convertisseurs assurant cette correction n'excède pas le tiers de la puissance transitant par le redresseur 1 1.
La figure 5 représente une variante du réseau électrique de la figure 4, variante dans laquelle le générateur G2 est raccordé au bus alternatif 10 par l'intermédiaire d'un transformateur ou autotransformateur 26. Cette variante permet l'utilisation d'un générateur G2 délivrant une tension différente de celle du bus alternatif 10. Par exemple, certains bus alternatifs d'aéronefs récents ont une tension de 230V à une fréquence de 400Hz, alors que les groupes de parc ont généralement une tension de 1 15V à une fréquence de 400Hz. Cette variante permet l'utilisation de tels groupes de parc représentés ici par le générateur G2.
La figure 6 représente une variante du réseau électrique de la figure 4, variante dans laquelle le redresseur 1 1 est remplacé par un autotransformateur-redresseur 27 à deux entrées. Pour une sortie alimentant le bus continu 12 à 540V, les deux entrées permettant par exemple d'utiliser une tension alternative du réseau 10 à 1 15V par l'intermédiaire de l'interrupteur K271 et une tension alternative du réseau 10 à 230V par l'intermédiaire de l'interrupteur K272. La partie autotransformateur de l'autotransformateur-redresseur 27 met par exemple en œuvre une topologie dite 37° à double entrée triphasée 1 15V ou 230V. On ferme alors l'interrupteur K271 pour un générateur à 1 15V comme un groupe de parc ou l'interrupteur K272 pour un générateur à 230V comme un générateur interne de l'aéronef.
Cette variante présente un intérêt pour le démarrage des générateurs internes qui peut être réalisé à une tension inférieure la tension qu'ils délivrent. Ce type de démarrage permet de limiter les pertes dites de roue libre dans des onduleurs utilisés lors du démarrage. Dans ce cas, le générateur interne est raccordé au moyen de K271 pour son démarrage avant de passer à K272 lorsqu'il fournit de la puissance électrique.
La figure 7 représente une variante du réseau électrique de la figure 4, variante dans laquelle on intercale dans la liaison 25 un autotransformateur 28 permettant d'utiliser un bus alternatif 10 dont la tension est différente du besoin de certaines charges comme la charge 14. Par exemple, pour un bus alternatif à 230V, tension délivrée par les générateurs G1 et G2, l'autotransformateur 28 permet d'abaisser la tension du bus alternatif 10 pour alimenter une charge 14 fonctionnant en 1 15V. Il est bien entendu que l'on peut alimenter plusieurs charges fonctionnant en 1 15V alternatif. La charge 14 est alimentée à la fois par un ou plusieurs onduleurs 03 et/ou 04 et par la liaison 25. Un filtre 29 peut être placé entre la charge 14 et un point commun 30 de la liaison 25 et des convertisseurs 03 et 04. Un interrupteur K8 peut ouvrir la liaison 25. L'interrupteur K8 est par exemple disposé entre l'autotransformateur 28 et le bus alternatif 10.
La charge 14 est alimentée principalement au travers de l'autotransformateur 28 et le rôle des convertisseurs 03 et 04 est de corriger les harmoniques rejetées par l'autotransformateur 28 sur le bus alternatif 10. Moins du tiers de la puissance nécessaire à l'alimentation de la charge 14 transite par les convertisseurs 03 et 04, ce qui permet d'en réduire le nombre. La figure 8 représente une variante du réseau électrique combinant les figures 5 et 7. Cette variante est bien adaptée au raccordement d'un groupe de parc formant ici le générateur G2. Le groupe de parc peut être relié d'une part au bus alternatif 10 par l'intermédiaire de l'autotransformateur 28 et d'autre part à la charge 14. L'interrupteur K2 permet d'interrompre la liaison entre le générateur G2 et l'autotransformateur 28. Un interrupteur K10 permet d'interrompre la liaison entre le générateur G2 et la charge 14. De plus, un interrupteur K12 permet d'interrompre la liaison 25 entre le point 30 et l'autotransformateur 28.
Le groupe de parc G2 alimente d'une part le bus alternatif 10 par l'intermédiaire de l'autotransformateur 28, lorsque les interrupteurs K2 et K8 sont fermés, et d'autre part directement des charges qui lui sont compatibles, par exemple des charges 1 15V 400Hz comme la charge 14, lorsque l'interrupteurs K10 est fermé. Autrement dit, le groupe de parc G2 peut alimenter la charge 14 directement sans que la puissance nécessaire à cette alimentation ne transite par le redresseur 1 1 et par le bus continu 12. La liaison 25 permet de corriger les harmoniques renvoyées vers le groupe de parc G2 par le redresseur 1 1 au travers de l'autotransformateur 28. Cette correction est effective lorsque les interrupteurs K12 et K3 et/ou K4 sont fermés. Comme précédemment, moins d'un tiers de la puissance fournie par le groupe de parc G2 transite par le ou les convertisseurs 03 et/ou 04 pour assurer la correction. La figure 9 représente une variante de réseau électrique permettant d'assurer le transfert sans coupure entre l'alimentation entre deux générateurs G2 et G2 ainsi que la correction d'harmoniques de tous les générateurs reliés au bus alternatif 10. Cette variante est bien adaptée au raccordement d'un groupe de parc formant ici le générateur G2. Le groupe de parc G2 peut être relié d'une part au bus alternatif 10 par l'intermédiaire de l'autotransformateur 28 et d'autre part à la charge 14. L'interrupteur K2 permet déconnecter complètement le générateur G2. L'interrupteur K8 est par exemple disposé entre l'autotransformateur 28 et le bus alternatif 10. Le groupe de parc G2 peut être relié à la charge 14 par l'intermédiaire du filtre 29. Un interrupteur K14 peut interrompre la liaison entre le filtre 29 et la charge 14. Le convertisseur 03 peut être relié par l'intermédiaire de l'interrupteur K3 au point commun de l'autotransformateur 28 et de l'interrupteur K2 au moyen d'une liaison 32.
Comme précédemment, la liaison 25, ici raccordée au convertisseur 07, permet de corriger au niveau du bus alternatif 10 les harmoniques générées par le redresseur 1 1 . Moins d'un tiers de la puissance fournie par le groupe de parc G2 transite par le convertisseur 07 pour assurer la correction. En fonction du besoin en correction d'harmoniques, d'autres convertisseurs peuvent être raccordés à la liaison 25. La liaison 32 permet d'alimenter le bus continu 12 par le générateur de parc G2 par l'intermédiaire d'au moins un convertisseur, ici le convertisseur 03 durant la phase de passage du générateur G2 vers l'un des générateurs G1 ou G3.
Comme dans le cas de la figure 1 , ce passage se fait sans coupure pour des charges ininterruptibles comme par exemple la charge 15 et sans obligation de synchroniser le générateur G2 avec le générateur G1 ou G3 prenant le relais lors du passage.
Plus précisément, pour assurer le passage de l'alimentation du réseau du générateur G1 vers le générateur G2, on enchaine les opérations suivantes :
• alimenter le redresseur 1 1 par le générateur G2 au travers de l'autotransformateur 28, les interrupteurs K2 et K8 sont fermés et l'interrupteur K1 est ouvert ; durant cette opération, le générateur G2 alimente également directement des charges compatibles, par exemple la charge 14 1 15V 400Hz ; de plus, l'interrupteur K7 est fermé et au moins le convertisseur 07 assure la correction d'harmoniques du redresseur 1 1 ;
• ouvrir l'interrupteur K7 pour interrompre momentanément la correction d'harmoniques et on peut avantageusement interrompre l'alimentation de charges interruptibles comme per exemple la charge 15 en ouvrent K5, tout en conservant l'alimentation de charges ininterruptibles comme par exemple la charge 16 en maintenant K6 fermé ; si la charge 14 est ininterruptible, on ferme l'interrupteur K4 pour permettre l'alimentation de cette charge par le convertisseur 04 pendant le transfert ; on pilote le convertisseur 04 pour annuler le courant dans l'interrupteur K14 afin de l'ouvrir ; • fermer l'interrupteur K3 et piloter le convertisseur 03 en redresseur pour obtenir sur le bus continu 12 une tension légèrement supérieure à celle obtenue per le redresseur 1 1 de façon à annuler le courant dans l'interrupteur K8 ;
• les courants dans les interrupteurs K2, K8 et K 14 étant nul, on ouvre ces interrupteurs ;
• fermer les interrupteurs K1 , K8 et K14 pour alimenter le réseau par le générateur G1 lorsque ce générateur est prêt, c'est à dire conforme au besoin en tension et en fréquence ;
• piloter les convertisseurs 03 et 04 de façon à annuler les courants dans les interrupteurs K3 et K4 et ouvrir ces interrupteurs ;
• éventuellement fermer l'interrupteur K5 pour alimenter les charges ayant été interrompues ;
• éventuellement fermer l'interrupteur K7 pour corriger les harmoniques générées par le redresseur 1 1 si le générateur G1 le nécessite.
Il est bien entendu que si le générateur G1 ne nécessite pas de correction d'harmoniques, le convertisseur 07 peut être utilisé pour alimenter d'autres charges de l'aéronef, charges non représentées sur la figure 9.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Réseau électrique d'un aéronef comprenant :
• un bus alternatif (10),
• un bus continu (12),
• un redresseur (1 1 ) fournissant une tension continue au bus continu (12) à 5 partir du bus alternatif (10),
• une pluralité de convertisseurs bidirectionnels (03 à 07) comportant deux points de raccordement, chaque convertisseur bidirectionnels (03 à 07) étant raccordé en son premier point de raccordement au bus continu (12) et pouvant être raccordés en son second point de raccordement à une o charge (13 à 17) de l'aéronef pour l'alimenter,
le réseau pouvant être raccordé à au moins deux générateurs (G1 , G2) susceptibles chacun de délivrer la tension alternative au bus alternatif au moyen du redresseur (1 1 ),
caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une liaison (25, 32)5 permettant de raccorder au moins un des générateurs (G1 , G2) au second point de raccordement d'au moins un des convertisseurs bidirectionnels (03 à 07).
2. Réseau électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce0 qu'il comporte des moyens d'aiguillage (20) permettant de faire varier l'association entre convertisseurs (03 à 07), charges (13 à 17) et générateurs (G1 , G2).
3. Réseau électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce5 que l'association entre convertisseurs (03 à 07), charges (13 à 17) et générateurs (G1 , G2) peut varier en temps réel en fonction du besoin instantané de chaque charge (13 à 17) et de la disponibilité des convertisseurs (03 à 07) et des générateurs (G1 , G2). 0
4. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des générateurs (G1 , G2) peut alimenter le bus continu (12) en partie par le redresseur (1 1 ) et en partie par le convertisseur bidirectionnel (03 à 07) raccordé à un des générateurs (G1 , G2).
5. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur (G2) raccordable au convertisseur bidirectionnels (03 à 07) est extérieur à l'aéronef.
6. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une liaison (25) raccordée entre le second point de raccordement d'au moins un des convertisseurs bidirectionnels (03 à 07) et le bus alternatif (10).
7. Réseau électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans la liaison (25) est intercalé un autotransformateur (28).
8. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur (K1 , K2) permettant de déconnecter au moins un des générateurs (G1 , G2) et en ce que la liaison (32) est raccordée au point commun de l'interrupteur (K1 , K2) et du générateur (G1 , G2).
9. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des générateurs (G1 , G2) est relié au bus alternatif (10) par l'intermédiaire d'un transformateur ou autotransformateur
(26) permettant d'adapter la tension qu'il fournit à celle du bus alternatif (10).
10. Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le redresseur (1 1 ) est associé à un autotransformateur
(27) à deux entrées pouvant être raccordées au bus alternatif (10).
1 1 . Réseau électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des générateurs (G1 , G2) peut alimenter une des charges (14) directement sans que la puissance nécessaire à cette alimentation ne transite par le redresseur (1 1 ) et par le bus continu (12).
12. Procédé de fonctionnement d'un réseau électrique selon l'une des revendications précédentes permettant d'alterner la fourniture de puissance à l'aéronef d'un générateur (G1 , G2) à l'autre, caractérisé en ce qu'il consiste à enchainer les opérations suivantes :
• alimenter le redresseur (1 1 ) par un premier (G1 ) des deux générateurs,
• connecter un second (G2) des deux générateurs à au moins un des convertisseurs bidirectionnels (06) et commander ce ou ces convertisseurs pour annuler le courant provenant du premier générateur (G1 ),
• déconnecter le premier générateur (G1 ),
• commander ce ou ces convertisseurs (06) pour permettre la connexion du second générateur (G2) au redresseur (1 1 ) à courant nul
• connecter le second générateur (G2) au redresseur (11 ).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il consiste :
« à déconnecter une partie (14) des charges de l'aéronef avant de connecter un second (G2) des deux générateurs à au moins un des convertisseurs bidirectionnels (06) et
• à reconnecter ces charges (14) après avoir connecté le second générateur (G2) au redresseur (1 1 ).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il consiste à commander le convertisseur (03 à 07) relié au générateur (G1 , G2) de façon à corriger des harmoniques générées par le redresseur (1 1 ).
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