FR2918510A1 - Dispositif permettant de commuter d'une source electrique a une autre - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif permettant de commuter d'une source électrique à une autre.Il comporte deux relais électromécaniques, chacun des deux relais étant susceptible de fournir du courant de puissance venant de l'une des deux sources. Les deux relais sont connectés l'un à l'autre de sorte que l'alimentation en courant de commande de l'un des relais empêche l'alimentation en courant de commande de l'autre relais.Application : électronique

Description

Dispositif permettant de commuter d'une source électrique à une autre La

présente invention concerne un dispositif permettant de commuter d'une source électrique à une autre. Elle s'applique notamment dans le domaine de l'électronique.

Un radar météorologique permet de localiser les précipitations comme la pluie, la neige ou la grêle, de mesurer leur intensité et éventuellement de repérer les phénomènes dangereux. La plupart des 1 o radars météorologiques sont implantés au sol et font souvent partie d'un réseau plus vaste de surveillance météorologique. Mais de plus en plus d'applications aéroportées civiles voient le jour, le transport aérien étant particulièrement intéressé par les phénomènes météorologiques. Un radar météorologique permet la détection des cibles volumiques étendues que sont 15 les nuages, dont il doit donner la position, la taille et la dangerosité. L'estimation de la taille d'un nuage implique d'estimer sa superficie, c'est-à- dire la distance horizontale maximale sur laquelle il s'étend, ainsi que d'estimer son élévation, c'est-à-dire la distance verticale maximale sur laquelle il s'étend. L'estimation de la superficie tire notamment profit du 20 balayage en azimut du faisceau radar. L'estimation de l'élévation tire notamment profit du balayage en site du faisceau radar. Concrètement, une console de visualisation affiche au personnel de bord une représentation simplifiée des nuages, notamment les zones les plus dangereuses qu'il faut absolument contourner. L'antenne du radar se trouve généralement à l'avant 25 de l'appareil, dans le nez de l'avion. Le balayage en site est réalisé mécaniquement, grâce à un moteur qui entraine l'antenne autour d'un axe horizontal. Le balayage en azimuth est lui aussi réalisé mécaniquement, grâce à un autre moteur qui entraine l'antenne autour d'un axe vertical. L'un des problèmes techniques que se propose de résoudre la présente invention 30 concerne ces fonctions de balayage mécanique de l'antenne en site et en azimut. En effet, les modules qui commandent leur alimentation, riches en électronique, sont des éléments sensibles du point de vue de la fiabilité du système radar. Sur les avions longs courriers notamment, le niveau de disponibilité requis pour le radar météorologique est très élevé. II est donc nécessaire de redonder totalement ou partiellement les éléments n'ayant pas une fiabilité suffisante. L'antenne en elle-même est un élément assez simple à base de guides d'onde soudés, elle est peu sujette aux défaillances. Le bras support de l'antenne, quoique comportant deux axes autorisant des mouvements en rotation, est également un élément très simple peu sujet aux défaillances. Par contre les modules électroniques qui commandent leur alimentation sont des éléments très complexes, donc des éléments susceptibles de tomber en panne.

io Une solution évidente de redondance consiste en une architecture totalement redondée. Chaque axe de rotation de l'antenne dispose de deux moteurs, chacun des deux moteurs disposant d'un module autonome pour commander son alimentation. Les deux modules sont intégrés dans deux lignes d'alimentation certes séparées mais parallèles depuis les générateurs 15 jusqu'aux moteurs. Deux moteurs et deux modules de commande d'alimentation par axe de rotation de l'antenne sont donc nécessaires, soit quatre moteurs et quatre modules de commande d'alimentation au total. La disponibilité est alors maximale. Mais cette solution de redondance purement mécanique complexifie considérablement la conception du système et 20 augmente énormément le coût du radar. Les deux chaines doivent être totalement séparées afin que les modes de panne de l'une ne se transmettent pas à l'autre. Par exemple, s'il s'agit de traiter le mode de panne correspondant au cas où un moteur est mécaniquement bloqué , cela nécessite notamment un coûteux système d'accouplement non permanent 25 de chaque moteur avec son arblie, un système d'embrayage par exemple, permettant alternativement le couplage et le découplage du moteur et de l'axe de rotation de l'antenne. Le coût final n'est pas acceptable et le supplément de complexité de ce systeme induit au final une baisse de la fiabilité. 30 Une solution alternative connue consiste en une architecture partiellement redondée, afin de diminuer le coût du système. Chaque axe de rotation de l'antenne ne dispose que d'un seul moteur choisi pour sa technologie offrant une fiabilité maximale, mais de deux modules permettant 35 de commander son alimentation. Les deux modules sont intégrés dans des lignes d'alimentation qui ne sont que partiellement en parallèle, notamment elles partagent un relais électromécanique permettant de commuter d'un module de commande d'alimentation à un autre. Un moteur et deux modules de commande d'alimentation par axe de rotation de l'antenne sont donc nécessaires, soit deux moteurs et quatre modules de commande d'alimentation au total. La fiabilité est encore très élevée, notamment si les moteurs sont des moteurs judicieusement choisis offrant par eux-même un taux de fiabilité très élevé. Le relais assurant la fonction de commutation d'un module de commande d'alimentation à un autre est un moyen de commutation comme un autre, choisi pour sa simplicité et donc sa fiabilité. Mais le relais constitue un élément supplémentaire partagé par les deux lignes d'alimentation redondantes d'un même axe de rotation de l'antenne. A cause du relais, les deux modules de commande d'alimentation ne sont pas autonomes. En effet, si le relais tombe en panne, aucune des deux lignes d'alimentation n'est plus utilisable et c'est toute la fonction de balayage autour dudit axe qui est définitivement perdue, et même probablement toute la fonction de surveillance du radar..

L'invention a notamment pour but de trouver un bon compromis entre coût et fiabilité. Il s'agit de n'utiliser qu'un seul moteur par axe de rotation de l'antenne, mais de préférence un moteur offrant un bon niveau de fiabilité. Chaque moteur peut être alimenté par deux modules de commande autonomes, les deux modules d'alimentation étant intégrés dans des lignes d'alimentation parallèles. C'est donc l'alimentation des moteurs qui est redondée. La commutation d'une ligne d'alimentation à une autre se fait par utilisation de deux relais distincts synchronisés, un relais étant intégré dans chacune des deux lignes d'alimentation. La panne de l'un des relais ne rend donc pas inutilisables les deux lignes d'alimentation, seulement celle dans laquelle se trouve le relais défaillant. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif permettant de commuter d'une source électrique à une autre. II comporte deux relais électromécaniques, chacun des deux relais étant susceptible de fournir du courant de puissance venant de l'une des deux sources. Les deux relais sont connectés l'un à l'autre de sorte que l'alimentation en courant de commande de l'un des relais empêche l'alimentation en courant de commande de l'autre relais. Avantageusement, le courant de commande d'un relais peut transiter par un commutateur de l'autre relais alors que ledit autre relais n'est 5 pas alimenté en courant de commande. Dans un mode de réalisation, l'alimentation en courant de commande d'un relais peut être commandée par un interrupteur disposé entre la source électrique dont l'autre relais est susceptible de fournir le courant de puissance et le commutateur de l'autre relais par lequel transite le 10 courant de commande du relais. Dans un mode de réalisation, les commutateurs du relais alimenté en courant de commande, par lesquels ne peut pas transiter le courant de commande de l'autre relais, peuvent fournir du courant de puissance venant de l'une des deux sources à un moteur électrique. Le moteur peut être un 15 moteur à courant synchrone triphasé sans balais entrainant une antenne de radar météorologique aéroporté autour d'un axe de balayage en site ou en azimuth. Le dispositif peut être utilisé en cas de défaillance de l'une des sources électrique. 20

L'invention a encore pour principaux avantages que les deux relais sont connectés entre eux de telle sorte que la mise en service simultanée des deux lignes d'alimentations redondées est impossible. Par 25 ailleurs, elle permet l'amortissement du moteur dès que l'alimentation est coupée. Intégrés dans les lignes d'alimentation redondantes, les relais sont donc eux-même redondés. De plus, l'invention permet de ne commuter qu'après annulation du courant d'alimentation. Pour toutes ces raisons, la solution selon la présente invention est particulièrement fiable. 30

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : les figures la et 1b, par un synoptique de principe, une illustration d'un exemple d'architecture redondée pour un radar météorologique que l'invention permet de mettre en oeuvre ; la figure 2, par un synoptique de principe, une illustration du même exemple que les figures 1 a et lb ; - la figure 3, par un synoptique détaillé, une illustration du même exemple que les figures précédentes.

Les figures 1 a et 1 b illustrent par un synoptique un exemple d'architecture redondée pour un radar météorologique que l'invention permet de mettre en oeuvre. Dans cet exemple de mise en oeuvre, deux modules de commande d'alimentation 11 et 12 peuvent alimenter un moteur 13. Par la suite, les modules 11 et 12 seront respectivement désignés par les acronymes anglo-saxons PCU 11 et PCU 12 signifiant Power Control Unit . Par exemple, le moteur 13 est un moteur à courant synchrone triphasé sans balais, réputé pour sa fiabilité. Par exemple, le moteur 13 est monté sur un bras support où il entraine une antenne autour d'un axe de balayage en site ou en azimuth. Le bras support et l'antenne ne sont pas représentés sur les figures 1 a et 1 b. Pour simplifier l'explication, le fonctionnement autour d'un seul axe de balayage sera décrit par la suite. Mais le même principe peut être mis en oeuvre à l'identique pour l'autre axe. Dans ce cas, des modules identiques à PCU 11 et à PCU 12 peuvent alimenter simultanément un second moteur qui entraîne l'antenne autour du second axe, le second moteur n'étant pas non plus représenté sur les figures la et lb. Les modules PCU 11 et PCU 12 sont redondants dans le sens où ils fournissent tous les deux exactement les mêmes fonctions. Notamment, chacun des modules PCU 11 et PCU 12 peut actionner ou arrêter le moteur 13, en lui fournissant un courant dit courant de puissance ou en interrompant cette fourniture respectivement. Pour cela, le moteur 13 étant triphasé, chacun des modules PCU 11 et PCU 12 est connecté au moteur 13 par l'intermédiaire de trois contacts numérotés 1, 2 et 3. Comme illustré par des flux PS , acronyme anglo-saxon de Power Supply , les modules PCU 11 et PCU 12 sont alimentés simultanément et en permanence en courant électrique. Mais selon le choix effectué, soit c'est le module PCU 11 qui alimente le moteur 13 comme illustré par la figure 1 a, soit c'est le module PCU 12 qui alimente le moteur 13 comme illustré par la figure 1 b. Comme explicité par la suite, la façon de commander celui des modules PCU 11 ou PCU 12 qui alimente le moteur 13 fait plus particulièrement l'objet de la présente invention.

La figure 2 illustre par un synoptique le même exemple que les 1 o figures 1 a et 1 b, lorsque aucun des modules PCU 11 et PCU 12 n'alimente le moteur 13 La présente invention permet alors avantageusement de relier entre elles les bobines du moteur 13, comme illustré par un élément 14 de court-circuit. Cette mise en court-circuit des bobines a pour effet de freiner la rotation autour de M'axe lorsque l'antenne est encore en rotation sur inertie, 15 ou encore d'amortir la rotation qui peut être induite par une cause externe comme les mouvements ou les vibrations du porteur. Il est à noter que malgré tout, les modules PCU 11 et PCU 12 restent alimentés en courant électrique, comme illustré par les flux PS.

20 La figure 3 illustre par un synoptique détaillé le même exemple d'architecture redondée pour un radar météorologique que les figures précédentes. La figure 3 permet de mieux comprendre le principe selon l'invention permettant de commander celui des modules PCU 11 ou PCU 12 25 qui alimente le moteur 13, ainsi que de mieux comprendre la mise en court-circuit du moteur 13 lorsque aucun des deux modules PCU 11 et PCU 12 ne l'alimente. Afin de maîtriser totalement la sécurité de fonctionnement du système, l'alimentation des modules PCU 11 et PCU 12 est contrôlable 30 grâce à des interrupteurs 30 et 31 respectivement. Par la suite, l'hypothèse est faite que les interrupteurs 30 et 31 sont en position fermée en permanence, c'est-à-dire que les modules PCU 11 et PCU 12 sont toujours alimentés en courant électrique fourni par les flux PS. Ils sont donc prêts pour éventuellement alimenter le moteur 13 en courant de puissance, mais le 35 moteur 13 reste à l'arrêt tant que ce n'est pas réellement le cas.

Deux modules 21 et 22 mettent plus particulièrement en oeuvre l'invention. Ils permettent de commander le moteur 13. Par la suite, ils seront désignés PMC 21 et PMC 22 selon l'acronyme anglo-saxon Power Motor Control . Les modules PMC 21 et PMC 22 contiennent respectivement les modules PCU 11 et PCU 12, ainsi que des relais électromécaniques 23 et 24. Les relais 23 et 24 comportent chacun une borne d'alimentation repérée 0 et quatre contacts repérés de 1 à 4. La borne d'alimentation repérée 0 correspond à l'alimentation de la bobine d'excitation du relais, appelée par la suite Borne d'excitation 0 . Les contacts 1 à 4 correspondent à des commutateurs à deux positions : une position dite de Repos (position haute sur la figure 3) et une position dite de Travail (position basse sur la figure 3). Lorsqu'un courant électrique est appliqué à la borne d'excitation 0, les quatre commutateurs du relais commutent simultanément de la position haute de repos à la position basse de travail. Lorsque ledit courant électrique cesse d'être appliqué à la borne d'excitation 0, les quatre commutateurs du relais reviennent simultanément à la position haute de repos. Ledit courant est appelé courant de commande du relais , car c'est lui qui permet de commander les changements de position du relais. C'est un courant créé à partir d'une basse tension. Les contacts numérotés 1 des modules PCU 11 et PCU 12 sont connectés à la position basse de travail des commutateurs correspondant aux contacts numérotés 1 des relais 23 et 24 respectivement. Les contacts numérotés 1 des relais 23 et 24 sont tous deux connectés à un contact numéroté 1 du moteur 13. Les contacts numérotés 2 des modules PCU 11 et PCU 12 sont connectés à la position basse de travail des commutateurs correspondant aux contacts numérotés 2 des relais 23 et 24 respectivement. Les contacts numérotés 2 des relais 23 et 24 sont tous deux connectés à un contact numéroté 2 du moteur 13. Les contacts numérotés 3 des modules PCU 11 et PCU 12 sont connectés à la position basse de travail des commutateurs correspondant aux contacts numérotés 3 des relais 23 et 24 respectivement. Les contacts numérotés 3 des relais 23 et 24 sont tous deux connectés à un contact numéroté 3 du moteur 13. De cette manière, la position haute de repos des commutateurs dans un relais correspond à une situation où le module PCU situé dans le même module PMC que le relais ne peut alimenter le moteur 13. Réciproquement, la position basse de travail des commutateurs dans un relais correspond à une situation où le module PCU situé dans le même module PMC que le relais peut potentiellement alimenter le moteur 13. Pour bien comprendre la suite, l'hypothèse est faite que initialement, tous les commutateurs des relais 23 et 24 sont en position haute de repos, c'est-à-dire que les relais 23 et 24 ne reçoivent pas de courant de commande. Dans un premier temps, une commande d'activation du module PMC 21 est passée en envoyant, comme illustré sur la figure 3, un premier flux ACT entrant clans le module PMC 22. Cette commande d'activation permet avantageusement de mettre un interrupteur 33 disposé dans le 1 o module PMC 22 en position fermée et avantageusement d'alimenter la borne d'excitation 0 du relais 23 dans le module PMC 21 via le commutateur correspondant au contact 4 du relais 24, ce commutateur étant avantageusement en position haute de repos. Tous les commutateurs du relais 23 commutent alors simultanément en position basse de travail. Les 15 commutateurs 1, 2 et 3 du relais 23 en position basse de travail autorisent ainsi l'alimentation du moteur 13 par le module PCU 11, alors que le commutateur 4 du relais 23 en position basse de travail interdit l'alimentation de la borne d'excitation 0 du relais 24, qui voient donc tous ses commutateurs contraints à rester en position haute de repos. Notamment, 20 une éventuelle commande d'activation du PMC 22 qui serait passée au PMC 21, comme illustré par un second flux ACT entrant dans le PMC 21, qui permet de mettre un interrupteur 32 disposé dans le module PMC 21 en position fermée, est sans effet sur le système. Donc, seul le module PCU 11 est prêt à alimenter le moteur 13, le module PCU 12 est exclu de toute 25 possibilité d'alimenter le moteur 13. Mais le moteur 13 est pour l'instant toujours à l'arrêt. Dans un deuxième temps, une commande PE selon l'acronyme anglo-saxon Power Enable est passée au module PCU 11. Elle permet d'alimenter réellement le moteur 13. Le moteur 13 se met alors en rotation, entrainant l'antenne du radar. Il est à noter que la fourniture d'un 30 courant de puissance au moteur 13 se fait bien dans un deuxième temps, alors que les commutateurs du relais 23 sont dans leur position basse stabilisée de travail, ce qui préserve les contacts du relais 23. Outre le fait que ce cette précaution permet d'augmenter significativement la durée de vie du relais 23, son autre intérêt est qu'elle rend infiniment peu probable la 35 panne qui pourrait résulter du fait que les commutateurs du relais 23 restent collés et qui aboutirait à la situation redoutée d'absence de commande moteur. De la même manière, l'arrêt de l'alimentation des moteurs se fait également via la commande PE passée au module PCU 11, alors que les contacts du relai 23 sont encore dans leur position basse stabilisée de travail.

L'hypothèse est maintenant faite que le relais 23 ne reçoit plus de courant de commande par suppression du flux ACT dans le PMC22 et que tous ses commutateurs sont donc revenus en position haute de repos.

De manière réciproque, la commande d'activation passée au module PMC 21 permet avantageusement dans un premier temps de mettre l'interrupteur 32 disposé dans le module PMC 21 en position fermée et avantageusement d'alimenter le contact 0 du relais 24 dans le module PMC 22 via le commutateur correspondant au contact 4 du relais 23, ce commutateur étant avantageusement en position haute de repos. Tous les commutateurs du relais 24 commutent alors simultanément en position basse de travail. Les commutateurs 1, 2 et 3 du relais 24 en position basse de travail autorisent ainsi l'alimentation du moteur 13 par le module PCU 12, alors que le commutateur 4 du relais 24 en position basse de travail interdit l'alimentation de la borne d'excitation 0 du relais 23, qui voient donc tous ses commutateurs contraints à rester en position haute de repos. Notamment, une commande d'activation du module PMC 21 qui serait passée au module PMC 22 serait sans effet sur le système. Donc, seul le module PCU 12 est prêt à alimenter le moteur 13, le module PCU 11 est exclu de toute possibilité d'alimenter le moteur 13. Mais le moteur 13 est toujours à l'arrêt. Dans un deuxième temps, une commande PE est passée au module PCU 12. Elle permet d'alimenter réellement le moteur 13. Le moteur 13 se met alors en rotation, entrainant l'antenne du radar. II est à noter que la fourniture d'un courant de puissance au moteur 13 se fait bien dans un deuxième temps, alors que les commutateurs du relais 24 sont dans leur position basse stabilisée de travail, ce qui préserve les contacts du relais 24 et limite le risque de voir ses contacts rester collés. Il se comprend facilement d'après ce qui précède que les commandes d'activation ne doivent pas être passées simultanément au module PMC 21 et au module PMC 22. C'est soit l'une, soit l'autre, ou aucune des deux.

En utilisant deux relais 23 et 24 autonomes et synchronisés au lieu d'utiliser un seul relais, la présente invention assure que le relais qui n'est pas en panne, par exemple dont l'alimentation de la borne d'excitation est coupée, est toujours disponible pour commuter d'un module PCU à l'autre en toute sécurité. Par exemple, si le module PCU 11 ou la bobine d'excitation du relais 23 alimente le moteur 13 puis tombe en panne ou se coupe respectivement, il suffit d'interrompre la commande d'activation sur le module PMC 22 afin d'ouvrir l'interrupteur 33 et de passer la commande d'activation sur le module PMC 21 afin de fermer l'interrupteur 32. Et il faut alors que le relais 23 revienne au repos pour que le relais 24 puisse commuter en position basse de travail lorsque l'interrupteur 32 se fermera.

Donc, même si la panne provient du relais 23, il est toujours possible de connecter le moteur 13 au module PCU 12. Le relais n'est donc plus un composant critique dans un système redondé selon l'invention. Par ailleurs, pour bien comprendre l'invention, il peut être utile de remarquer que les courants se croisent dans les modules PMC 21 et PMC 22, afin de synchroniser les relais 23 et 24 de sorte qu'ils ne soient jamais en position basse de travail en même temps. A un instant donné, l'un des deux relais est en position haute de repos, alors que l'autre est autorisé à être en position basse de travail. Pour bien comprendre l'invention, il peut également être utile de remarquer l'intérêt des contacts numérotés 4 des relais 23 et 24 : en autorisant ou en interdisant le transit d'un module PMC à l'autre des courants de commande des relais, ils rendent possible la synchronisation des relais. Par ailleurs, lorsque les commandes d'activation sont toutes deux inactives ou lorsque les modules PCU 11 et PCU 12 ne sont pas alimentés parce-que les interrupteurs 30 et 31 sont ouverts, alors tous les commutateurs des relais 23 et 24 sont en position haute de repos. II faut remarquer que les bobinages du moteur 13 sont alors en court-circuit, conformément à la figure 2. Ceci a avantageusement pour effet de freiner la rotation autour de l'axe lorsque l'antenne est encore en rotation sur inertie, ou encore d'amortir la rotation qui peut être induite par une cause externe comme les mouvements ou les vibrations du porteur.

Dans l'exemple décrit dans les figures de cette demande, l'invention permet de redonder l'alimentation d'un moteur d'une antenne de radar météorologique aéroporté, pour pallier aux cas de défaillance de l'alimentation. Mais cet exemple n'est pas limitatif. L'invention peut être mise en oeuvre dans tout domaine nécessitant une double alimentation électrique, que ce soit pour un moteur ou pour tout autre dispositif électrique. L'invention peut également permettre de commuter d'une alimentation à une autre pour d'autres raisons que des raisons de défaillance.10

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif permettant de commuter d'une source électrique à une autre (11, 12), caractérisée en ce qu'il comporte deux relais électromécaniques (23, 24), chacun des deux relais (23, 24) étant susceptible de fournir du courant de puissance venant de l'une des deux sources (11, 12), les deux relais (23, 24) étant connectés l'un à l'autre de sorte que l'alimentation en courant de commande de l'un des relais empêche l'alimentation en courant de commande de l'autre relais.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de io commande d'un relais transite par un commutateur (4) de l'autre relais alors que ledit autre relais n'est pas alimenté en courant de commande.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alimentation en courant de commande d'un relais est commandée par un interrupteur (32, 15 33) disposé entre la source électrique dont l'autre relais est susceptible de fournir le courant de puissance et le commutateur (4) de l'autre relais par lequel transite le courant de commande du relais.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé en cas 20 de défaillance de l'une des sources électrique (11, 12).

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les commutateurs du relais alimenté en courant de commande, par lesquels ne peut pas transiter le courant de commande (1, 2, 3) de l'autre relais, 25 fournissent du courant de puissance venant de l'une des deux sources (11, 12) à un moteur électrique (13).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur (13) est un moteur à courant synchrone triphasé sans balais.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur entraine une antenne autour d'un axe de balayage en site ou en azimut. 30

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'antenne est une antenne de radar.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le radar est un 5 radar météorologique.

10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le radar est aéroporté.