EP4367773A1 - Architecture électrique pour aéronef - Google Patents

Architecture électrique pour aéronef

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Publication number
EP4367773A1
EP4367773A1 EP22744254.8A EP22744254A EP4367773A1 EP 4367773 A1 EP4367773 A1 EP 4367773A1 EP 22744254 A EP22744254 A EP 22744254A EP 4367773 A1 EP4367773 A1 EP 4367773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inverter
network
electrical
distribution network
electrical distribution
Prior art date
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Pending
Application number
EP22744254.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Naneix
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.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power SAS
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 Safran Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Publication of EP4367773A1 publication Critical patent/EP4367773A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
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    • H02M7/797—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to an electrical architecture for an aircraft.
  • DC high voltage electrical distribution networks are suitable for supplying equipment and loads linked to propulsion. These networks are called “propulsion networks”. They have a DC voltage of between 400 Volts and 800 Volts.
  • Three-phase AC power distribution networks are suitable for powering passenger service equipment such as amenities, light fixtures, entertainment systems and galleys.
  • Three-phase AC electrical distribution networks can have a voltage of 115 Volts or 230 Volts.
  • Each three-phase alternating current distribution network is supplied by an independent alternating current generator.
  • Each alternating current generator is sized so that, in the event of a failure of a generator on another network, it can support at least part of the loads on the other network. Switches connected between the networks and between the generators make it possible to supply a network by a generator of another network.
  • the frequency of the alternating voltage generated by each generator is a function of the speed of the turbomachine. Consequently, the various generators constituting the alternating voltage sources are at all different frequencies and phases.
  • the power supply is cut off for a period of 20 to 30 milliseconds when connecting a generator to a second AC network. This cut leads to voltage drops of 100 to 200 ms that all equipment powered by the second AC network must undergo.
  • the equipment is designed to accept these voltage holes with either reservoir strategies energy or restart as quickly as possible to disrupt the operation of the aircraft as little as possible because reconfigurations of the electrical network can occur on the ground but also in flight.
  • a first object of the present invention is to propose an electrical network architecture making it possible to avoid these voltage holes.
  • a second object of the present invention is to propose an electrical network architecture that is optimized from a mass, cost and efficiency point of view.
  • the subject of the present invention is an electrical architecture for an aircraft comprising:
  • first propulsion electrical distribution network suitable for distributing a high DC voltage
  • the first propulsion electrical distribution network comprising at least a first electrical distribution box
  • the second propulsion electrical distribution network capable of distributing a high DC voltage, the second propulsion electrical distribution network comprising at least one second electrical distribution box,
  • an electronic unit connected to the first inverter and to the second inverter to control the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the first inverter and the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the second inverter.
  • the electronic unit can easily control an inverter so as to synchronize the frequency of the first alternating electrical distribution network and of the second alternating distribution network. Consequently, in case of connection failure of the second propulsion network, the second AC network can be directly connected to the first propulsion network without it being necessary to wait for a discharge of the electronic components of the second AC network. Similarly, in the event of failure of the first propulsion network, the first alternating network can be directly connected to the second propulsion network. Thus, there is no longer any voltage gap on the AC networks.
  • the first propulsion network and the first alternating network balance each other and operate at an operating point optimized with respect to losses.
  • the second propulsion network and the second alternating network operate at an operating point optimized with respect to losses.
  • the characteristics set out in the following paragraphs can, optionally, be implemented. They can be implemented independently of each other or in combination with each other: -
  • the electronic box is suitable for slaving the phase of the alternating voltage generated by the second inverter to the phase of the alternating voltage generated by the first inverter.
  • the electronic box is suitable for controlling the synchronization signals of the alternating voltage generated by the second inverter to the synchronization signals of the alternating voltage generated by the first inverter.
  • the first inverter and the second inverter are controlled to generate an output three-phase alternating voltage at a frequency of 400 Hertz.
  • the fixed frequency of 400 Hertz makes it possible to size all the loads with magnetic components (motors, pumps, voltage transformer, etc.) as precisely as possible, which no longer have to take into account the low frequency of 350 Hertz. This results in a mass gain of around 10% for voltage transformers.
  • the motors and pumps can be dimensioned at their operating point at 400 Hertz. Thus, they can operate at their optimum operating efficiency.
  • At least one inverter among the first inverter and the second inverter is a reversible inverter.
  • the reversibility of the first inverter and/or of the second inverter makes it possible to supply electrical energy to the first and/or to the second propulsion electrical distribution network, for example using an auxiliary group of Powerful.
  • This electrical energy can be stored in the accumulators or supply the power distribution box of the propulsion electrical distribution networks.
  • This electrical energy can also be transmitted to electrical machines operating in motor mode.
  • the architecture includes:
  • a second switch capable of connecting the second propulsion electrical distribution network to the second alternating electrical distribution network
  • At least one third switch capable of connecting the first alternating electrical distribution network to the second alternating electrical distribution network.
  • these switches make it possible to connect the first alternating electrical distribution network to the second propulsion electrical distribution network in the event of failure of the first propulsion electrical distribution network.
  • these switches make it possible to connect the second alternating electrical distribution network to the first propulsion electrical distribution network in the event of failure of the second propulsion electrical distribution network.
  • the architecture comprises a connection box adapted to be connected to an auxiliary power unit, said connection box being connected between the first alternating electrical distribution network and the second alternating electrical distribution network.
  • the first propulsion electrical distribution network further comprises a first accumulator connected to the first inverter.
  • the electrical energy stored in the first propulsion electrical distribution network can be used by the first and possibly the second alternative electrical distribution network if necessary.
  • the architecture includes:
  • turbomachine having a low pressure shaft and a high pressure shaft
  • the first electrical distribution box is powered both by an electrical machine coupled to the low-pressure shaft and to an electrical machine coupled to the high-pressure shaft.
  • This cross-connection provides greater redundancy and greater fault tolerance.
  • the architecture further comprises a second low-pressure electric machine coupled to the low-pressure shaft of the turbomachine and a second high-pressure electric machine coupled to the high-pressure shaft of the turbomachine, the second low-pressure electric machine and the second high-pressure electrical machine being connected to the second electrical distribution box.
  • At least one low-pressure electric machine and at least one high-pressure electric machine are reversible electric motors.
  • the electric motors can operate in generator mode to supply the first electrical distribution network or in motor mode to supply torque to the turbomachine.
  • FIG. 1 is a schematic view of an electrical architecture for an aircraft according to the invention.
  • the electrical architecture 2 of the present invention comprises a propulsive part 4 and a non-propulsive part 6.
  • the electrical architecture comprises, in its propulsion part 4, a first 8 and a second 10 electrical machine coupled to a shaft 20 of a turbo-machine, a first 12 and a second 14 electrical machine, 1 coupled to a high-pressure shaft 22 of the turbo-machine, a first propulsive electrical distribution network 16 and a second propulsive electrical distribution network 18.
  • first propulsion electrical distribution network 16 and the second propulsion electrical distribution network 18 are referred to below as first propulsion network 16 and second propulsion network 18 respectively.
  • first 8 and the second 10 electric machines coupled to the low-pressure shaft 20 are referred to below as “low-pressure electric machines”.
  • first 12 and the second 14 machines electric machines coupled to the high-pressure shaft 22 are hereinafter referred to as “low-pressure electric machines”.
  • the low-pressure electric machines 8, 10 and the high-pressure electric machines 12,14 consist of electric motors. They operate in generator mode. They generate an alternating current which is rectified by rectifiers, not shown, to form a high DC voltage generally between 400 Volts and 800 Volts. This high DC voltage supplies the first propulsion network 16 and the second propulsion network 18.
  • the low-pressure electric machines 8, 10 and the high-pressure electric machines 12, 14 consist of reversible electric motors. They can thus operate in engine mode to assist the turbomachine during particular phases of flight.
  • the first low-pressure electric machine 8 is connected to the first propulsion network 16 via a switch 24.
  • the second low-pressure electric machine 10 is connected to the second propulsion network 18, by the intermediary of a switch 26.
  • the first high pressure electric machine 12 is connected to the first propulsion network 16 via a switch 28.
  • the second high pressure electric machine 14 is connected to the second propulsion network 18 via a switch 30.
  • this cross-connection with switches ensures greater fault tolerance. Indeed, in the event of failure of one of the two offtake shafts, the alternative networks described below continue to be supplied by the other offtake shaft.
  • two electric machines are installed on each mechanical pick-up shaft of the turbomachine to ensure redundancy and fault tolerance.
  • the first propulsion network 16 comprises a first electrical distribution box 32, a connection bar 34 connected at the output to the first electrical distribution box 32 and a first accumulator 36 connected at the output of the connection bar 34.
  • the first electrical distribution box 32 is suitable for supplying equipment and loads necessary for the propulsion of the aircraft such as for example the engine computer, the engine de-icing system.
  • the connection bar 34 is suitable for supplying connection equipment.
  • the second propulsion network 18 comprises a second electrical distribution box 38, a connection bar 40 connected to the output of the second electrical distribution box and a second accumulator 42 connected to the output of the connection bar 40.
  • the electrical architecture 2 comprises in its non-propulsive part 6 a first inverter 44, a first alternating electrical distribution network 46 connected to the first inverter, a second inverter 52 and a second alternating electrical distribution network 54 connected to the second inverter
  • the first inverter 44 is connected to the first propulsion network 16. It receives as input a high DC voltage from the first propulsion network 16. It is capable of converting this high DC voltage into a three-phase AC voltage having a voltage of 115 Volts or 230 Volts.
  • the second inverter 52 is connected to the second propulsion network 18. It receives as input a high DC voltage from the second propulsion network 18. It is capable of converting this high DC voltage into a three-phase AC voltage having a voltage of 115 Volts or 230 Volts.
  • the first inverter 44 and the second inverter 52 are reversible inverters.
  • the first propulsion network 16 and the first alternating network 46 are balanced and operate at an operating point optimized with respect to losses.
  • the second propulsion network 18 and the second AC network 54 operate at an operating point optimized with respect to losses.
  • the electrical architecture 2 further comprises in its non-propulsive part 6 an electronic box 60 connected between the first inverter and the second inverter.
  • the electronic box 60 is a control box. In particular, it is capable of controlling the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the first inverter 44 and the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the second inverter 52 so as to synchronize them.
  • the electronic box 60 is also capable of slaving the phase of the alternating voltage generated by the second inverter 52 to the phase of the alternating voltage generated by the first inverter 44.
  • the electronic box 60 is also suitable for enslaving the signals of synchronization of the alternating voltage generated by the second inverter 52 to the synchronization signals of the alternating voltage generated by the first inverter 44.
  • the connections of the first propulsion network 18 to the second alternating network 54 or of the second alternating network 18 to the first alternating network 46 can, thanks to this synchronization, be made without a voltage drop for the loads powered by the alternating networks.
  • the first inverter and the second inverter can be put in parallel and thus ensure an overlap during the sequences of openings and closings of the switches of the first alternating network 46 and of the second network alternative 54.
  • the electronic unit 60 is able to slave the frequency of the alternating voltage generated by the second inverter 52 to the frequency of the alternating voltage generated by the first inverter 44.
  • the first inverter 44 and the second inverter 52 are controlled by the electronic unit 60 to generate at the output a three-phase alternating voltage at a frequency of 400 Hertz.
  • the fixed frequency of 400 Hertz makes it possible to size all loads with magnetic components (motors, pumps, voltage transformers, etc.) as precisely as possible, which no longer have to take into account the low frequency of 350 Hertz. This results in a mass gain of around 10% for voltage transformers.
  • the motors and pumps can be dimensioned at their operating point at 400 Hertz. Thus, they can operate at their optimum operating efficiency.
  • the first alternating electrical distribution network 46 and the second alternating electrical distribution network 54 are hereinafter called first alternating network 46 and second alternating network 54 respectively.
  • passenger service equipment such as amenities, lighting, entertainment systems and galleys. It partly corresponds to the on-board electrical network called the “ATA24 network”.
  • the electrical architecture 2 further comprises in its non-propulsive part 6 a connection box 62 intended to be connected to an auxiliary power unit 63 of the “AP U” type.
  • the junction box 62 is connected between the first network alternating current 46 and the second alternating network 54.
  • the auxiliary power unit 63 generates a fixed frequency three-phase alternating voltage which can be used on the ground to supply the alternating networks 46, 54.
  • the auxiliary power unit 63 is shown in dotted lines on the figure 1.
  • the electrical architecture 2 further comprises in its non-propulsive part 6 a first switch 48 suitable for connecting the first propulsive electrical network 16 to the first AC electrical network 46, a second switch 56 is capable of connecting the second propulsive electrical network 18 to the first AC power grid 54.
  • the first switch 48 is connected between the first inverter 44 and the first AC network 46.
  • the first switch 48 is connected between the first inverter 44 and the first propulsion network 16.
  • the second switch 56 is connected between the second inverter 52 and the second AC network 18 or between the second inverter 52 and the second propulsion network 18.
  • the electrical architecture 2 further comprises in its non-propulsive part 6 a third switch 64 connected between the first AC network 46 and the first connection box 62, and a fourth switch 66 connected between the first connection box 62 and the second network alternative 54.
  • first and the second inverters When the first and the second inverters are reversible, they can convert three-phase alternating voltage coming from the auxiliary power unit 63 into direct voltage to supply it to the first and second propulsion networks during the start-up, power-up sequences or during degraded modes.
  • CLAIMS Electrical architecture (2) for aircraft comprising:
  • a first alternating electrical distribution network (46) capable of distributing a three-phase alternating voltage
  • a second alternating electrical distribution network capable of distributing a three-phase alternating voltage
  • an electronic unit (60) characterized in that the electronic unit (60) is connected to the first inverter (44) and to the second inverter (52) to control the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the first inverter and the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the second inverter, the electronic unit (60) being able to slave the phase of the alternating voltage generated by the second inverter (52) to the phase of the alternating voltage generated by the first inverter (44) .
  • Electrical architecture (2) according to claim 1, in which the electronic unit (60) is able to slave the synchronization signals of the alternating voltage generated by the second inverter (52) to the synchronization signals of the alternating voltage generated by the first inverter (44).
  • Electrical architecture (2) according to either of Claims 1 and 2, in which the first inverter (44) and the second inverter (52) are controlled to generate at the output a three-phase alternating voltage at a frequency of 400 Hertz. Electrical architecture (2) according to any one of claims 1 to 3, in which at least one inverter among the first inverter (44) and the second inverter (52) is a reversible inverter.

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Abstract

L'invention concerne une architecture électrique (2) pour aéronef comprenant : - un premier réseau (16) de distribution électrique propulsif distribuant une haute tension continue, - un deuxième réseau (18) de distribution électrique propulsif distribuant une haute tension continue, - un premier réseau (46) de distribution électrique alternatif distribuant une tension alternative triphasée, - un deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif distribuant une tension alternative triphasée, - un premier onduleur (44) connecté entre le premier réseau de distribution électrique propulsif et le premier réseau de distribution électrique alternatif, - un deuxième onduleur (52) connecté entre le deuxième réseau de distribution électrique propulsif et le deuxième réseau de distribution électrique alternatif, - un boitier électronique (60) connecté au premier onduleur et au deuxième onduleur pour commander la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le premier onduleur et la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le deuxième onduleur.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Architecture électrique pour aéronef
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une architecture électrique pour aéronef.
Etat de la technique antérieure
Traditionnellement, les aéronefs comportent plusieurs réseaux de distribution électrique haute tension continue et plusieurs réseaux de distribution électrique alternatif. Les réseaux de distribution électrique haute tension continue sont propres à alimenter les équipements et charges liés à la propulsion. Ces réseaux sont appelés « réseaux propulsifs». Ils présentent une tension continue comprise entre 400 Volts et 800 Volts.
Les réseaux de distribution électrique alternatif triphasé sont propres à alimenter les équipements de services aux passagers tels que les commodités, les luminaires, les systèmes de divertissement et les cuisines. Les réseaux de distribution électrique alternatif triphasé peuvent présenter une tension de 115 Volts ou de 230 Volts. Chaque réseau de distribution électrique alternatif triphasé est alimenté par un générateur de courant alternatif indépendant. Chaque générateur de courant alternatif est dimensionné pour que, en cas de panne d’un générateur d’un autre réseau, il puisse prendre en charge au moins une partie des charges de l’autre réseau. Des interrupteurs connectés entre les réseaux et entre les générateurs permettent d’alimenter un réseau par un générateur d’un autre réseau.
Cependant, comme les générateurs de courant alternatif sont directement entraînés par les turbomachines au travers des boites de transmission de puissance, la fréquence de la tension alternative générée par chaque générateur est fonction du régime de la turbomachine. En conséquence, les différents générateurs constituant les sources de tension alternatives sont à des fréquences et des phases toutes différentes. Pour éviter un court-circuit généré par ces différences de phase et de fréquence, l’alimentation est coupée pendant un laps de temps de 20 à 30 millisecondes lors de la connexion d’un générateur à un deuxième réseau alternatif. Cette coupure entraîne des trous de tension de 100 à 200 ms que doivent subir tous les équipements alimentés par le deuxième réseau alternatif. Les équipements sont conçus pour accepter ces trous de tension avec des stratégies soit de réservoirs d’énergies soit de redémarrage le plus rapidement possible pour perturber le moins possible l’opération de l’avion car les reconfigurations du réseau électrique peuvent se produire au sol mais aussi en vol.
Présentation de l’invention
Un premier but de la présente invention est de proposer une architecture de réseau électrique permettant d’éviter ces trous de tension.
Un deuxième but de la présente invention est de proposer une architecture de réseau électrique optimiser d’un point de vue masse, coût et efficacité.
Résumé de l’invention
La présente invention a pour objet une architecture électrique pour aéronef comprenant :
- un premier réseau de distribution électrique propulsif propre à distribuer une haute tension continue, le premier réseau de distribution électrique propulsif comprenant au moins un premier boîtier de distribution électrique,
- un deuxième réseau de distribution électrique propulsif propre à distribuer une haute tension continue, le deuxième réseau de distribution électrique propulsif comprenant au moins un deuxième boîtier de distribution électrique,
- un premier réseau de distribution électrique alternatif apte à distribuer une tension alternative triphasée,
- un deuxième réseau de distribution électrique alternatif apte à distribuer une tension alternative triphasée,
- un premier onduleur connecté entre le premier réseau de distribution électrique propulsif et le premier réseau de distribution électrique alternatif,
- un deuxième onduleur connecté entre le deuxième réseau de distribution électrique propulsif et le deuxième réseau de distribution électrique alternatif,
- un boîtier électronique connecté au premier onduleur et au deuxième onduleur pour commander la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le premier onduleur et la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le deuxième onduleur.
Avantageusement, le boîtier électronique peut facilement piloter un onduleur de manière à synchroniser la fréquence du premier réseau de distribution électrique alternatif et du deuxième réseau de distribution alternatif. En conséquence, en cas de défaillance connexion du deuxième réseau propulsif, le deuxième réseau alternatif peut être directement connecté au premier réseau propulsif sans qu’ils soient nécessaire d’attendre une décharge des composants électroniques du deuxième réseau alternatif. De la même façon, en cas de défaillance du premier réseau propulsif, le premier réseau alternatif peut être directement connecté au deuxième réseau propulsif. Ainsi, il n’y a plus de trou de tension sur les réseaux alternatifs.
Avantageusement, le premier réseau propulsif et le premier réseau alternatif s’équilibrent et fonctionnent à un point de fonctionnement optimisé par rapport aux pertes. De la même façon, le deuxième réseau propulsif et le deuxième réseau alternatif fonctionnent à un point de fonctionnement optimisé par rapport aux pertes. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - Le boitier électronique est propre à asservir la phase de la tension alternative générée par le deuxième onduleur à la phase de la tension alternative générée par le premier onduleur.
- Le boitier électronique est propre à asservir les signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le deuxième onduleur aux signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le premier onduleur.
- Le premier onduleur et le deuxième onduleur sont commandés pour générer en sortie une tension alternative triphasée à une fréquence de 400 Hertz. Avantageusement, la fréquence fixe de 400 Hertz permet de dimensionner au plus juste toutes les charges à composants magnétiques (moteurs, pompes, transformateur de tension, etc.) qui n’ont plus à prendre en compte la fréquence basse de 350 Hertz. Il en résulte un gain de masse de l’ordre de 10% pour les transformateurs de tension. Avantageusement les moteurs et pompes peuvent être dimensionnées à leur point de fonctionnement à 400 Hertz. Ainsi, ils peuvent fonctionner à leur rendement de fonctionnement optimal. - Au moins un onduleur parmi le premier onduleur et le deuxième onduleur est un onduleur réversible.
Avantageusement, la réversibilité du premier onduleur et/ou du deuxième onduleur permet de fournir de l’énergie électrique au premier et/ou au deuxième réseau de distribution électrique propulsif par exemple à l’aide d’un groupe auxiliaire de puissance. Cette énergie électrique peut être stockée dans les accumulateurs ou alimenter le boîtier de distribution de puissance des réseaux de distribution électrique propulsif. Cette énergie électrique peut également être transmise aux machines électriques fonctionnant en mode moteur.
L’architecture comporte :
- un premier interrupteur propre à connecter le premier réseau de distribution électrique propulsif au premier réseau de distribution électrique alternatif ;
- un deuxième interrupteur propre à connecter le deuxième réseau de distribution électrique propulsif au deuxième réseau de distribution électrique alternatif ;
- au moins un troisième interrupteur propre à connecter le premier réseau de distribution électrique alternatif au deuxième réseau de distribution électrique alternatif.
Avantageusement, ces interrupteurs permettent de connecter le premier réseau de distribution électrique alternatif au deuxième réseau de distribution électrique propulsif en cas de panne du premier réseau de distribution électrique propulsif. De la même façon, ces interrupteurs permettent de connecter le deuxième réseau de distribution électrique alternatif au premier réseau de distribution électrique propulsif en cas de panne du deuxième réseau de distribution électrique propulsif.
- L’architecture comporte un boîtier de connexion adapté pour être connecté à un groupe auxiliaire de puissance, ledit boîtier de connexion étant connecté entre le premier réseau de distribution électrique alternatif et le deuxième réseau de distribution électrique alternatif.
- Le premier réseau de distribution électrique propulsif comporte en outre un premier accumulateur connecté au premier onduleur.
Avantageusement, l’énergie électrique stockée dans le premier réseau de distribution électrique propulsif peut être utilisé par le premier et éventuellement le deuxième réseau de distribution électrique alternatif en cas de besoin.
L’architecture comporte :
- une turbomachine ayant un arbre basse pression et un arbre haute pression,
- une première machine électrique basse pression couplée à l’arbre basse-pression de la turbomachine, et
- une première machine électrique haute pression couplée à l’arbre haute-pression de la turbomachine, la première machine électrique basse pression et la première machine électrique haute pression étant connectées au premier boîtier de distribution électrique.
Avantageusement, le premier boitier de distribution électrique est alimenté à la fois par une machine électrique couplée à l’arbre basse-pression et à une machine électrique couplée à l’arbre haute pression. Cette connexion croisée assure une plus grande redondance et une plus grande tolérance aux pannes.
L’architecture comporte en outre une deuxième machine électrique basse pression couplée à l’arbre basse-pression de la turbomachine et une deuxième machine électrique haute pression couplée à l’arbre haute-pression de la turbomachine, la deuxième machine électrique basse pression et la deuxième machine électrique haute pression étant connectées au deuxième boitier de distribution électrique.
- Au moins une machine électrique basse pression et au moins une machine électrique haute pression sont des moteurs électriques réversibles. Avantageusement, les moteurs électriques peuvent fonctionner en mode générateur pour alimenter le premier réseau de distribution électrique ou en mode moteur pour fournir du couple à la turbomachine.
Brève description des figures
[Fig. 1] est une vue schématique d’une architecture électrique pour aéronef selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
En référence à la figure 1 , l’architecture électrique 2 de la présente invention comporte une partie propulsive 4 et une partie non propulsive 6.
L’architecture électrique comporte, dans sa partie propulsive 4, une première 8 et une deuxième 10 machines électriques couplées à un arbre 20 d’une turbo-machine, une première 12 et une deuxième14 machines électriques, 1 couplées à un arbre haute pression 22 de la turbo-machine, un premier réseau de distribution électrique propulsif 16 et un deuxième réseau de distribution électrique propulsif 18.
Par soucis de simplification, le premier réseau de distribution électrique propulsif 16 et le deuxième réseau de distribution électrique propulsif 18 sont appelés ci-après premier réseau propulsif 16 et respectivement deuxième réseau propulsif 18.
Par convention, la première 8 et la deuxième 10 machines électriques couplées à l’arbre basse pression 20 sont appelées ci-après « machines électriques basse- pression ». De la même façon, la première 12 et la deuxième 14 machines électriques couplées à l’arbre haute pression 22 sont appelées ci-après « machines électriques basse-pression ».
Les machines électriques basse-pression 8, 10 et les machines électriques haute pression 12,14 sont constituées par des moteur électriques. Elles fonctionnent en mode générateur. Elles génèrent un courant alternatif qui est redressé par des redresseurs non représentés pour former une haute tension continue généralement comprise 400 Volts et 800 Volts. Cette haute tension continue alimente le premier réseau propulsif 16 et le deuxième réseau propulsif 18.
De préférence, les machines électriques basse-pression 8,10 et les machines électriques haute-pression 12, 14 sont constituées par des moteurs électriques réversibles. Elles peuvent ainsi fonctionner en mode moteur pour assister la turbomachine lors de phases particulières de vol.
Dans le mode de réalisation représenté, la première machine électrique basse- pression 8 est connectée au premier réseau propulsif 16 par l’intermédiaire d’un interrupteur 24. La deuxième machine électrique basse pression 10 est connectée au deuxième réseau propulsif 18, par l’intermédiaire d’un interrupteur 26. De la même façon, la première machine électrique haute pression 12 est connectée au premier réseau propulsif 16 par l’intermédiaire d’un interrupteur 28. La deuxième machine électrique haute pression 14 est connectée au deuxième réseau propulsif 18 par l’intermédiaire d’un interrupteur 30.
Avantageusement, cette connexion croisée avec interrupteurs assure une plus grande tolérance aux pannes. En effet, en cas de défaillance d’un des deux arbres de prélèvement, les réseaux alternatifs décrit ci-après continuent à être alimentés par l’autre arbre de prélèvement.
Avantageusement dans la présente demande de brevet, deux machines électriques sont installées sur chaque arbre de prélèvement mécanique de la turbomachine pour assurer une redondance et une tolérance aux pannes.
Le premier réseau propulsif 16 comporte un premier boîtier de distribution électrique 32, une barre de connexion 34 connectée en sortie au premier boîtier de distribution électrique 32 et un premier accumulateur 36 connecté en sortie de la barre de connexion 34.
Le premier boîtier de distribution électrique 32 est propre à alimenter des équipements et des charges nécessaires à la propulsion de l’aéronef comme par exemple le calculateur moteur, le système de dégivrage moteur. La barre de connexion 34 est propre à alimenter des équipements de raccordement. De la même façon, le deuxième réseau propulsif 18 comporte un deuxième boitier de distribution électrique 38, une barre de connexion 40 connectée en sortie du deuxième boitier de distribution électrique et un deuxième accumulateur 42 connecté en sortie de la barre de connexion 40.
L’architecture électrique 2 comporte dans sa partie non propulsive 6 un premier onduleur 44, un premier réseau 46 de distribution électrique alternatif connecté au premier onduleur, un deuxième onduleur 52 et un deuxième réseau 54 de distribution électrique alternatif connecté au deuxième onduleur Le premier onduleur 44 est connecté au premier réseau propulsif 16. Il reçoit en entrée une haute tension continue du premier réseau propulsif 16. Il est propre à convertir cette haute tension continue en une tension alternative triphasée présentant une tension de 115 Volts ou de 230 Volts.
De la même façon, le deuxième onduleur 52 est connecté au deuxième réseau propulsif 18. Il reçoit en entrée une haute tension continue du deuxième réseau propulsif 18. Il est propre à convertir cette haute tension continue en une tension alternative triphasée présentant une tension de 115 Volts ou de 230 Volts.
De préférence, le premier onduleur 44 et le deuxième onduleur 52 sont des onduleurs réversibles. Avantageusement, dans la présente architecture électrique, le premier réseau propulsif 16 et le premier réseau alternatif 46 s’équilibrent et fonctionnent à un point de fonctionnement optimisé par rapport aux pertes. De la même façon, le deuxième réseau propulsif 18 et le deuxième réseau alternatif 54 fonctionnent à un point de fonctionnement optimisé par rapport aux pertes. L’architecture électrique 2 comporte en outre dans sa partie non propulsive 6 un boitier électronique 60 connecté entre le premier onduleur et le deuxième onduleur. Le boitier électronique 60 est un boitier de commande. En particulier, il est apte à commander la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le premier onduleur 44 et la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le deuxième onduleur 52 de manière à les synchroniser.
De préférence, le boitier électronique 60 est également propre à asservir la phase de la tension alternative générée par le deuxième onduleur 52 à la phase de la tension alternative générée par le premier onduleur 44.
Le boitier électronique 60 est également propre à asservir les signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le deuxième onduleur 52 aux signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le premier onduleur 44.
Avantageusement, les connexions du premier réseau propulsif 18 au deuxième réseau alternatif 54 ou du deuxième réseau alternatif 18 au premier réseau alternatif 46 peuvent, peuvent, grâce à cette synchronisation, s’effectuer sans trou de tension pour les charges alimentées par les réseaux alternatifs. En effet, grâce à une synchronisation en fréquence et en phase, le premier onduleur et le deuxième onduleur peuvent être mis en parallèle et assurer ainsi un recouvrement pendant les séquences d’ouvertures et de fermetures des interrupteurs du premier réseau alternatif 46 et du deuxième réseau alternatif 54.
Selon un premier mode de réalisation, le boîtier électronique 60 est propre à asservir la fréquence de la tension alternative générée par le deuxième onduleur 52 à la fréquence de la tension alternative générée par le premier onduleur 44.
Selon un deuxième mode de réalisation, le premier onduleur 44 et le deuxième onduleur 52 sont commandés par le boîtier électronique 60 pour générer en sortie une tension alternative triphasée à une fréquence de 400 Hertz.
Avantageusement, la fréquence fixe de 400 Hertz permet de dimensionner au plus juste toutes les charges à composants magnétiques (moteurs, pompes, transformateur de tension etc) qui n’ont plus à prendre en compte la fréquence basse de 350 Hertz. Il en résulte un gain de masse de l’ordre de 10% pour les transformateurs de tension. Avantageusement les moteurs et pompes peuvent être dimensionnées à leur point de fonctionnement à 400 Hertz. Ainsi, ils peuvent fonctionner à leur rendement de fonctionnement optimal.
Le premier réseau de distribution électrique alternatif 46 et le deuxième réseau de distribution électrique alternatif 54 sont appelés ci-après premier réseau alternatif 46 et respectivement deuxième réseau alternatif 54. Ils comprennent chacun au moins une barre de connexion 50, 58 qui est propre à alimenter les équipements de services aux passagers tels que les commodités, les éclairages, les systèmes de divertissement et les cuisines. Il correspond en partie au réseau électrique de bord appelé « réseau ATA24 ».
L’architecture électrique 2 comporte de plus dans sa partie non propulsive 6 un boîtier de connexion 62 destiné à être connecté à un groupe auxiliaire de puissance 63 de type « AP U ». Le boîtier de connexion 62 est connecté entre le premier réseau alternatif 46 et le deuxième réseau alternatif 54. Le groupe auxiliaire de puissance 63 génère une tension alternative triphasée à fréquence fixe qui peut être utilisé au sol pour alimenter les réseaux alternatifs 46, 54. Le groupe auxiliaire de puissance 63 est représenté en pointillé sur la figure 1.
L’architecture électrique 2 comporte en outre dans sa partie non propulsive 6 un premier interrupteur 48 propre à connecter le premier réseau électrique propulsif 16 au premier réseau électrique alternatif 46, un deuxième interrupteur 56 est propre à connecter le deuxième réseau électrique propulsif 18 au premier réseau électrique alternatif 54.
Sur la figure 1 , le premier interrupteur 48 est connecté entre le premier onduleur 44 et le premier réseau alternatif 46. En variante, le premier interrupteur 48 est connecté entre le premier onduleur 44 et le premier réseau propulsif 16. De la même façon, le deuxième interrupteur 56 est connecté entre le deuxième onduleur 52 et le deuxième réseau alternatif 18 ou entre le deuxième onduleur 52 et le deuxième réseau propulsif 18.
L’architecture électrique 2 comporte en outre dans sa partie non propulsive 6 un troisième interrupteur 64 connecté entre le premier réseau alternatif 46 et le premier boîtier de connexion 62, et un quatrième interrupteur 66 connecté entre le premier boîtier de connexion 62 et le deuxième réseau alternatif 54.
Lorsque le premier et le deuxième onduleurs sont réversibles, ils peuvent convertir de la tension alternative triphasé provenant du groupe auxiliaire de puissance 63 en tension continue pour la fournir aux premier et deuxième réseaux propulsifs lors des séquences de démarrage, de mise sous tension ou pendant des modes dégradés.
De même lorsque le premier et le deuxième onduleurs sont réversibles, ils peuvent convertir de la tension alternative triphasé provenant du groupe auxiliaire de puissance 63 en tension continue pour la fournir aux premier 36 et deuxième 42 accumulateur. REVENDICATIONS Architecture électrique (2) pour aéronef comprenant :
- un premier réseau (16) de distribution électrique propulsif propre à distribuer une haute tension continue,
- un deuxième réseau (18) de distribution électrique propulsif propre à distribuer une haute tension continue,
- un premier réseau (46) de distribution électrique alternatif apte à distribuer une tension alternative triphasée,
- un deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif apte à distribuer une tension alternative triphasée,
- un premier onduleur (44) connecté entre le premier réseau (16) de distribution électrique propulsif et le premier réseau (46) de distribution électrique alternatif,
- un deuxième onduleur (52) connecté entre le deuxième réseau (18) de distribution électrique propulsif et le deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif,
- un boîtier électronique (60), caractérisé en ce que le boîtier électronique (60) est connecté au premier onduleur (44) et au deuxième onduleur (52) pour commander la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le premier onduleur et la fréquence de la tension alternative triphasée générée par le deuxième onduleur, le boîtier électronique (60) étant propre à asservir la phase de la tension alternative générée par le deuxième onduleur (52) à la phase de la tension alternative générée par le premier onduleur (44). Architecture électrique (2) selon la revendication 1 , dans laquelle le boîtier électronique (60) est propre à asservir les signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le deuxième onduleur (52) aux signaux de synchronisation de la tension alternative générée par le premier onduleur (44). Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle le premier onduleur (44) et le deuxième onduleur (52) sont commandés pour générer en sortie une tension alternative triphasée à une fréquence de 400 Hertz. Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins un onduleur parmi le premier onduleur (44) et le deuxième onduleur (52) est un onduleur réversible.

Claims

5. Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, qui comporte :
- un premier interrupteur (48) propre à connecter le premier réseau (16) de distribution électrique propulsif au premier réseau (46) de distribution électrique alternatif ;
- un deuxième interrupteur (56) propre à connecter le deuxième réseau (18) de distribution électrique propulsif au deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif ;
- au moins un troisième interrupteur (64, 66) propre à connecter le premier réseau (46) de distribution électrique alternatif au deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif.
6. Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, qui comporte un boîtier de connexion (62) adapté pour être connecté à un groupe auxiliaire de puissance, ledit boîtier de connexion (62) étant connecté entre le premier réseau (46) de distribution électrique alternatif et le deuxième réseau (54) de distribution électrique alternatif.
7. Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier réseau de distribution électrique propulsif (16) comporte en outre un premier accumulateur (36) connecté au premier onduleur (44).
8. Architecture électrique (2) selon l’une quelconque des revendication 1 à 7 comportant :
- une turbomachine ayant un arbre basse pression (20) et un arbre haute pression (22),
- une première machine électrique basse pression (8) couplée à l’arbre basse- pression (20) de la turbomachine, et
- une première machine électrique haute pression (12) couplée à l’arbre haute- pression (22) de la turbomachine, la première machine électrique basse pression (8) et la première machine électrique haute pression (12) étant connectées au premier boîtier de distribution électrique (32).
9. Architecture électrique (2) selon la revendication 8 comportant en outre une deuxième machine électrique basse pression (10) couplée à l’arbre basse- pression (20) de la turbomachine et une deuxième machine électrique haute pression (14) couplée à l’arbre haute-pression (22) de la turbomachine, la deuxième machine électrique basse pression (10) et la deuxième machine électrique haute pression (14) étant connectées au deuxième boîtier de distribution électrique (38).
10. Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications 8 et 9, dans lequel au moins une machine électrique basse pression (8, 10) et au moins une machine électrique haute pression (12, 14) sont des moteurs électriques réversibles.
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