FR2914122A1

FR2914122A1 - Dispositif et procede de protection d'un systeme electronique contre les arcs electriques.

Info

Publication number: FR2914122A1
Application number: FR0754012A
Authority: FR
Inventors: Rene Corbefin; Alain Sauvage
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: FR2914122B1

Abstract

Un dispositif de protection (30) d'un système électronique (2) contre les arcs électriques. Il comporte des moyens de détection (4) d'une lumière générée par un arc électrique, l'arc électrique étant généré par le système électronique (2).Un procédé de protection d'un système électronique (2) contre les arcs électriques est associé au dispositif de protection (30).Utilisation notamment pour la protection des convertisseurs d'énergie (5, 6).

Description

La présente invention concerne un dispositif de protection d'un système

électronique contre les arcs électriques. Elle concerne également un procédé relatif à la protection de systèmes électroniques contre des arcs électriques associé à un tel dispositif. Les aéronefs intègrent de plus en plus de moteurs électriques et/ou 10 des actionneurs électriques, faisant appel pour leur commande à des convertisseurs statiques de puissance. En outre, l'introduction de réseaux électriques à fréquences variables et l'utilisation de multiples réseaux utilisant des tensions, soit continues soit alternatives, nécessitent la mise en place de convertisseurs de forte puissance 15 pour réaliser, par exemple, des transferts d'énergie entre réseau ou de la stabilisation de réseau. Ces convertisseurs ont la particularité d'utiliser des tensions continues élevées pouvant générer des arcs électriques, lors d'un disfonctionnement ou lors d'apparition d'une panne ou d'un défaut. 20 II est difficile de faire disparaître ces arcs électriques lorsque la tension continue est présente. Ces arcs électriques peuvent avoir des conséquences pernicieuses, comme par exemple l'élévation de la température des boîtiers dans lesquels ces convertisseurs sont intégrés, ou le perçage de ces boîtiers par ces arcs 25 électriques, pouvant ainsi se propager à l'extérieur des boîtiers. En outre, ces boîtiers peuvent être situés dans des zones dans lesquelles il peut y avoir une présence de vapeurs de fuel, ou même, ces convertisseurs peuvent être refroidis par le carburant utilisé par l'aéronef. Ainsi, l'élévation excessive de la température ou le perçage d'un 30 boîtier du convertisseur par un arc électrique, peut impliquer un risque d'incendie ou d'explosion de l'aéronef.

On connaît des dispositifs de protection contre les arcs électriques fondés sur la détection de l'élévation de la température du boîtier du convertisseur. Ces dispositifs coupent ou donnent l'ordre de couper la tension d'alimentation afin de faire disparaître l'arc électrique.

La détection de la présence de l'arc électrique est réalisée par la mise en place de détecteurs thermiques tels que des thermo fusibles et/ou des capteurs de température. Ces dispositifs de détection fonctionnent correctement lorsque l'élévation de la température se produit lentement ou de façon progressive.

Néanmoins, lorsque l'élévation de température se produit rapidement (produite par un arc électrique puissant), ces dispositifs de détection ne réagissent que tardivement et la protection ne fonctionne pas systématiquement. Une solution à ce problème consiste à renforcer le boîtier du convertisseur, en disposant à l'intérieur du boîtier une couche de matériau résistant à la température, pour protéger le boîtier jusqu'à la disparition de l'arc. Cette solution est donc coûteuse en matière et rend le boîtier lourd et volumineux. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un dispositif de protection contre les arcs électriques et un procédé associé à ce dispositif, permettant de détecter l'arc électrique au moyen de la détection de la lumière générée par l'arc électrique et non au travers d'une conséquence, telle que l'élévation de la température. A cet effet, l'invention vise selon un premier aspect un dispositif de protection d'un système électronique contre les arcs électriques. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens de détection d'une lumière générée par un arc électrique, l'arc électrique étant généré par le système électronique. Ainsi, la détection de l'arc électrique est systématique, dès lors que les arcs électriques sont très lumineux. Par ailleurs, la détection de la lumière permet automatiquement de détecter l'arc électrique dès le début de sa formation.

Ainsi, il est possible d'améliorer la protection du système électronique dès lors que l'apparition de l'arc électrique est détectée dès son début, avant même que ne se produise une élévation de température à proximité du système électronique.

Selon une caractéristique préférée de l'invention, le dispositif comporte des moyens d'activation d'un système de sécurité associé au système électronique, adaptés à coopérer avec les moyens de détection. Ainsi, il est possible d'activer un système de sécurité dès la détection de la lumière générée par un arc électrique.

De préférence, le dispositif de protection comporte en outre des moyens de test de l'intégrité des moyens de détection. Ainsi, il est possible de vérifier le bon fonctionnement des moyens de détection de la lumière générée par l'arc électrique. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les moyens de 15 détection comportent un unique capteur optoélectronique. Ainsi, les capteurs optoélectroniques étant des composants à réponse rapide, le temps de réaction du dispositif de protection est très faible. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, les moyens de détection comportent plusieurs capteurs optoélectroniques répartis à 20 l'intérieur d'un boîtier contenant le système électronique. Ainsi, la protection du système électronique est d'autant mieux assurée du fait de la redondance des composants optoélectroniques. En outre, le temps de réponse du dispositif est plus court dès lors que les composants optoélectroniques sont répartis à l'intérieur du boîtier, 25 permettant de détecter rapidement l'apparition d'une lumière en tout point du boîtier. De préférence, les moyens de test comportent une source lumineuse située à proximité des moyens de détection. Ainsi, lorsque la source lumineuse est activée, le capteur 30 optoélectronique réagit à la lumière émise par la source lumineuse et il est ainsi possible de détecter la défaillance des moyens de détection, et par exemple de chacun des capteurs optoélectroniques en cas de non réaction du capteur optoélectronique. La présente invention vise selon un deuxième aspect un procédé de protection d'un système électronique contre des arcs électriques.

Ce procédé présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le dispositif. Selon l'invention, le procédé comporte une étape de détection d'une lumière générée par un arc électrique, l'arc électrique étant généré par le système électronique.

Avantageusement, le procédé comporte une étape d'activation d'un système de sécurité associé au système électronique, lorsque la lumière générée par un arc électrique est détecté. Selon une caractéristique préférée de l'invention, l'étape de détection comporte une étape de comparaison d'une valeur représentative de la lumière détectée à une valeur seuil de détection et l'étape d'activation du système de sécurité associé au système électronique est mise en oeuvre lorsque la valeur représentative de la lumière détectée est supérieure à la valeur seuil de détection. Ainsi, il est possible de tenir compte de l'environnement lumineux dans la prédétermination de la valeur seuil de détection et ainsi dans la détection d'une lumière générée par l'arc électrique. Avantageusement, le procédé comporte une étape de test de l'étape de détection. Dans un mode de réalisation, l'étape de test est réalisée 25 préalablement au fonctionnement du système électronique. Ainsi, le bon fonctionnement du procédé de protection est vérifié avant la mise en fonctionnement du système électronique. Dans un autre mode de réalisation, l'étape de test est réalisée à des intervalles de temps réguliers, pendant le fonctionnement du système 30 électronique. Ainsi, il est possible de détecter un disfonctionnement du procédé de protection à tout moment.

L'invention vise selon un troisième aspect un module électronique comportant un dispositif de protection conforme à l'invention, adapté à mettre en oeuvre un procédé de protection conforme à l'invention. L'invention vise, selon un quatrième aspect, un aéronef comportant un module électronique selon l'invention. Cet aéronef et ce module électronique présentent des caractéristiques et avantages à ceux décrits précédemment en relation avec le dispositif et le procédé de détection. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est un schéma illustrant un mode de réalisation d'un module électronique conforme à l'invention ; et - la figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement d'un module électronique conforme à la figure 1. On a illustré sur la figure 1 une réalisation de l'invention de façon très schématique. Un boîtier 1 contient un système électronique 2 (non représenté en détail).

Les systèmes électroniques et notamment les systèmes électroniques de puissance (forte puissance) peuvent provoquer des arcs électriques 3 lors d'un disfonctionnement ou lors de l'apparition d'une panne ou un défaut. Les arcs électriques émettent une lumière 3 en général très intense, qui se propage instantanément dans toutes les directions à l'intérieur du boîtier 1. Ces boîtiers peuvent être hermétiques, ou munis d'une ouverture afin de favoriser les échanges thermiques avec l'extérieur. Typiquement, les boîtiers sont métalliques afin de dissiper la puissance calorifique générée par les systèmes électroniques. Par conséquent, les systèmes électroniques sont plongés dans une obscurité complète ou une semi-obscurité.

Bien entendu, les boîtiers peuvent être construits dans d'autres matériaux. Des moyens de détection 4 de la lumière sont répartis à l'intérieur du boîtier, afin que la lumière 3 émise par l'arc électrique 3 soit détectée quel que soit l'endroit où se produit l'arc électrique 3. Ces moyens de détection 4 de la lumière sont typiquement des capteurs photosensibles, tels que des capteurs optiques, en particulier des capteurs optoélectroniques. A titre d'exemple, un capteur optoélectronique peut être une photodiode, un phototransistor, un photorésistor ou une cellule photoélectrique. Les capteurs optoélectroniques convertissent une grandeur physique relative à la lumière en une grandeur électrique (par exemple une tension). Le nombre de capteurs optiques 4 répartis dans le boîtier 1 est variable.

La lumière 3 émise par un arc électrique 3 est propagée à l'intérieur du boîtier 1. Le boîtier étant construit en matériau métallique, il reflète la lumière, qui est ainsi propagée dans toutes les directions rapidement. Ainsi, un seul capteur optique 4 peut être suffisant pour la détection de la lumière 3 émise par l'arc électrique 3.

Avantageusement, le dispositif de protection peut comprendre plusieurs capteurs optiques 4. Ainsi, la fonctionnalité du dispositif de protection est assurée, c'est-à-dire que dans le cas de défaillance d'un capteur 4, il existe des capteurs redondants 4.

En outre, la vitesse de réponse du dispositif de protection est plus rapide. La face intérieure du boîtier peut être revêtue d'un traitement qui reflète la lumière, afin de permettre au capteur de détecter la lumière directe ou indirectement.

Ainsi, il est possible de détecter l'arc électrique 3, y compris lorsqu'un des capteurs 4 est en panne.

On va décrire en référence à la figure 2 le fonctionnement du dispositif de protection selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 représente un module électronique 1' comprenant un système électronique 2 et un dispositif de protection 30 conforme à l'invention.

Le système électronique 2 est situé à l'intérieur d'un boîtier 1 comme décrit ci-dessus. Ici, le système électronique 2 est un convertisseur d'énergie AC/AC (alternatif/alternatif). Ce système électronique est un système électronique de puissance.

Ainsi, ce système électronique de puissance réalise la conversion du signal provenant d'un réseau d'alimentation 10 en un signal de sortie 11. Ce signal de sortie 11 alimente d'autres circuits 7 non représentés sur la figure 2. Le système électronique de puissance 2 comprend par exemple un convertisseur d'énergie AC/DC (alternatif/continue) 5 et un convertisseur d'énergie DC/AC (continue/alternatif) 6. Un filtre réseau 8 est situé entre le réseau d'alimentation 10 et le convertisseur d'énergie AC/DC 5. Ce filtre est à titre d'exemple un filtre CEM (Compatibilité Electromagnétique).

Le convertisseur d'énergie AC/DC 5 convertit le signal filtré 12 provenant du réseau d'alimentation 10 en un signal continu 13, qui est ensuite converti à nouveau en alternatif par le convertisseur d'énergie DC/AC 6. Un dispositif de protection 30 conforme à l'invention est en outre situé à l'intérieur du boîtier 1.

Ici, le dispositif de protection 30 comporte des moyens de détection 4 de la lumière 3 générée par un arc électrique 3. Comme décrit en référence à la figure 1, les moyens de détection de la lumière 3 générée par l'arc électrique 3 comportent des capteurs optoélectroniques 4.

Ici, ces capteurs optoélectroniques 4 sont des phototransistors 4, au nombre de deux.

Bien entendu, d'autres types de capteurs optiques ou optoélectroniques, ainsi que d'autres types de capteurs capables de détecter la lumière, peuvent être employés. Un tel dispositif de protection 30 comporte des moyens d'activation 15 d'un système de sécurité 14 associé au système électronique 2. Ici, ce système de sécurité comporte un interrupteur 14 à l'entrée de chaque composant du système électronique 5, 6, c'est-à-dire, à l'entrée de chaque convertisseur 5, 6. Ces interrupteurs 14 sont commandés par des moyens d'activation 10 15. Les moyens d'activation 15 font partie d'une unité de contrôle 16. Bien entendu, les interrupteurs peuvent être situés à des emplacements différents. Par exemple, un seul interrupteur 14 peut être situé en amont du filtre réseau 8, ou peut être situé à l'extérieur du boîtier 1 du 15 module électronique 1'. Le dispositif de protection 30 comporte en outre des moyens de test 17 d'intégrité des moyens de détection. Ces moyens de test 17 comportent des sources lumineuses 17 situées respectivement à proximité de chaque capteur optoélectronique 4. 20 Ici, les sources lumineuses 17 sont deux diodes électroluminescentes 17, correspondant au nombre de phototransistors 4. Bien entendu, le nombre de sources lumineuses 17 est variable pouvant être inférieur au nombre de capteurs 4, une seule source lumineuse 17 servant ainsi à la vérification de plusieurs capteurs 4. 25 On va décrire, en référence aux figures 1 et 2 le procédé de protection conforme à l'invention. Lorsqu'un arc électrique 3 se produit à l'intérieur du boitier 1 contenant le système électronique 2, la lumière 3 produite par l'arc électrique 3 se propage à l'intérieur du boitier. Elle est à ce moment, lors d'une étape de 30 détection, détectée par les moyens de détection 4 de l'apparition d'une lumière 4.

Cette lumière 3 est détectée dès qu'elle se produit, évitant ainsi l'élévation de la température du boitier 1 ou le perçage de celui-ci 1 par l'arc électrique 3. Le temps de réponse des moyens de détection 4 est de l'ordre de quelques millisecondes, étant ainsi inférieur au temps de réponse des moyens de détection de la chaleur utilisés dans l'art antérieur, qui est de l'ordre de quelques secondes. Cette étape de détection comporte une étape de comparaison d'une valeur représentative de la lumière 3 détectée à une valeur seuil de détection.

Cette valeur seuil de détection est fixée en tenant compte de l'environnement lumineux. Cet environnement lumineux est différent selon le type de boitier 1, hermétique ou muni d'une ouverture. Cette étape de comparaison est réalisée à l'aide des moyens de 15 comparaison 18, qui font partie de l'unité de contrôle 16. Lorsque la valeur représentative de la lumière est supérieure à la valeur seuil de détection, les moyens d'activation 15 activent le système de sécurité, c'est-à-dire, les interrupteurs 14. Ainsi, l'alimentation 10 du système électronique 2, en particulier 20 l'alimentation des composants de puissance 5, 6, est complètement éteinte et l'arc électrique 3 disparaît peu de temps après son apparition. Ce procédé de protection comporte en outre une étape de test de l'étape de détection. Ici, cette étape de test est réalisée au moyen des diodes 25 électroluminescentes 17 situées à proximité de chaque capteur 4 et commandées par des moyens d'activation de test 19. Ces moyens d'activation de test 19 font également partie de l'unité de contrôle 16. L'étape de test des moyens de détection peut être mise en oeuvre à 30 tout moment.

Ainsi, elle peut être mise en oeuvre préalablement au fonctionnement du système électronique 2, ou à intervalles de temps réguliers, pendant le fonctionnement du système électronique 2. Cette étape de test consiste en l'activation des diodes électroluminescentes 17. II est ainsi possible de vérifier si les capteurs optiques 4 détectent la lumière émise par les diodes électroluminescentes 17. Grâce à l'invention, il est possible de détecter les arcs électriques au moyen de la détection de la lumière qu'ils génèrent et ainsi, ils sont détectés dès leur apparition et non au travers de leur conséquence.

Par conséquent, le temps de réponse d'un dispositif de protection conforme à l'invention est rapide, évitant ainsi les risques cités précédemment, d'élévation de la température du boitier dans lequel le système électronique est intégré et de perçage du boitier. Par conséquent, la sécurité d'un système électronique comprenant un dispositif de protection conforme à l'invention est nettement améliorée. En outre, dès lors que les risques cités ci-dessus sont évités, il est inutile de renforcer les boîtiers d'une couche de matériau résistant à la température, évitant ainsi un surdimensionnement de ces boitiers. Cet allègement des modules électroniques est particulièrement 20 avantageux lorsque le module électronique est adapté à être intégré dans un aéronef. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention.

25 En particulier, le dispositif et le procédé selon l'invention sont applicables sur tous les types de convertisseurs d'énergie AC/AC, DC/DC, AC/DC ou DC/AC, ainsi que dans des systèmes de gestion d'énergie pour protéger les organes de commutation de puissance. Par ailleurs, le dispositif peut comprendre d'autres types de capteurs, 30 comme par exemple des photodiodes, des cellules photoélectriques ou des photorésistances.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de protection (30) d'un système électronique (2) contre les arcs électriques (3), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (4) d'une lumière générée par un arc électrique (3), ledit arc électrique (3) étant généré par ledit système électronique (2).

2. Dispositif de protection (30) conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'activation (15) d'un système de sécurité (17) associé audit système électronique (2), adaptés à coopérer avec lesdits moyens de détection (4).

3. Dispositif de protection (30) conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de test (17) de l'intégrité desdits moyens de détection (4).

4. Dispositif de protection conforme (30) à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (4) comportent un unique capteur optoélectronique (4).

5. Dispositif de protection (30) conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (4) comportent plusieurs capteurs optoélectroniques (4) répartis à l'intérieur d'un boîtier (1) contenant ledit système électronique (2).

6. Dispositif de protection (30) conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de test (17) comportent une source lumineuse (17) située à proximité desdits moyens de détection (4).

7. Procédé de protection d'un système électronique (2) contre des arcs électriques (3), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détection d'une lumière générée par un arc électrique (3), ledit arc électrique (3) étant généré par ledit système électronique (2).

8. Procédé de protection conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'activation d'un système de sécurité (14) associé audit système électronique (2), lorsque la lumière générée par un arc électrique (3) est détecté.

9. Procédé de protection conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape de détection comporte une étape de comparaison d'une valeur représentative de la lumière détectée à une valeur seuil de détection et en ce que ladite étape d'activation est mise en oeuvre lorsque la valeur représentative de la lumière détectée est supérieure à ladite valeur de seuil de détection.

10. Procédé de protection conforme à l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de test de l'étape de détection.

11. Procédé de protection conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que ladite étape de test est réalisée préalablement au fonctionnement dudit système électronique (2).

12. Procédé de protection conforme à l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite étape de test est réalisée à des intervalles de temps réguliers, pendant le fonctionnement dudit système électronique (2).

13. Module électronique (1'), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de protection (30) conforme à l'une des revendications 1 à 6 adapté à mettre en oeuvre le procédé de protection conforme à l'une des revendications 7 à 12.

14. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un module électronique (1') conforme à la revendication 13.