FR3047852B1 - VOLTAGE CONVERTER FOR AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Ce convertisseur de tension pour aéronef comprend un transformateur d'entrée (7) destiné à être alimenté par une source de tension embarquée à bord de l'aéronef et un étage redresseur (8) raccordé entre la sortie du convertisseur et la sortie du transformateur. Il comporte en outre des moyens (12) de configuration du convertisseur pour configurer le niveau de tension de sortie du convertisseur parmi un ensemble de niveaux de tension prédéterminés.This voltage converter for aircraft comprises an input transformer (7) intended to be supplied by a voltage source on board the aircraft and a rectifier stage (8) connected between the output of the converter and the output of the transformer. It further comprises converter configuration means (12) for configuring the output voltage level of the converter from a set of predetermined voltage levels.
Description
Convertisseur de tension pour aéronef L’invention concerne, de manière générale, les générateursd’énergie électrique pour aéronef et concerne plus particulièrement unconvertisseur de tension embarqué à bord d’un aéronef.The invention relates generally to aircraft electric power generators and more particularly relates to an on-board voltage converter on board an aircraft.
Plus particulièrement, l’invention concerne un groupetransformateur-redresseur embarqué à bord d’un aéronef.More particularly, the invention relates to a transformer-rectifier group on board an aircraft.
Le réseau électrique des aéronefs, et notamment des avionscommerciaux, est destiné à l’alimentation de charges de différentesnatures. Des groupes transformateurs-redresseurs, généralementdésignés par le terme de TRU (pour « Transformer Rectifier Unit »)sont requis pour délivrer une tension d’alimentation continue, parexemple de l’ordre de 28 volts à partir d’une tension triphaséedisponible sur le réseau.The electrical network of aircraft, especially commercial aircraft, is intended for the supply of loads of differentnatures. Transformer-rectifier groups, generally referred to as "Transformer Rectifier Units" (TRUs), are required to provide a DC supply voltage, for example of the order of 28 volts from a three-phase voltage available on the network.
Par ailleurs, il existe plusieurs solutions pour le démarrage desmoteurs d’aéronefs.In addition, there are several solutions for starting aircraft engines.
Il est à cet égard connu d’utiliser en direct une source àcourant continu (DC) alimentant un moteur à courant continu, une ouplusieurs sources DC pouvant être raccordée en série. Un onduleurpeut être raccordé à la sortie de la source DC lorsqu’il s’agitd’alimenter un moteur à courant alternatif (AC). Dans ce dernier cas,la source DC peut être associée à un élévateur de tension.It is in this respect known to use directly a direct current source (DC) supplying a DC motor, one or more DC sources can be connected in series. An inverter can be connected to the output of the DC source when supplying an AC motor. In the latter case, the DC source can be associated with a voltage booster.
Il est également connu d’utiliser une source à courant alternatifassociée à un convertisseur AC/DC et à un onduleur pourl’alimentation d’un moteur à courant alternatif ou d’utiliser une sourceà courant alternatif associée à un convertisseur AC/DC pourl’alimentation d’un moteur à courant continu.It is also known to use an alternating current source associated with an AC / DC converter and an inverter for supplying an AC motor or using an alternating current source associated with an AC / DC converter for power supply. a DC motor.
Il est enfin connu d’assurer le démarrage d’un moteur par aircomprimé.It is finally known to ensure the start of a motor by compressed air.
Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de proposerun groupe transformateur-redresseur capable, d’une part, d’alimenterles diverses charges électriques embarquées à bord d’un aéronef et, d’autre part, de délivrer une tension d’alimentation suffisante pour ledémarrage des moteurs de l’aéronef. L’invention a donc pour objet un convertisseur de tension pouraéronef, comprenant un transformateur d’entrée destiné à être alimentépar une source de tension embarquée à bord de l’aéronef et un étageredresseur raccordé entre la sortie du convertisseur et la sortie dutransformateur.In view of the foregoing, the object of the invention is to provide a transformer-rectifier group capable, on the one hand, of feeding the various electrical loads on board an aircraft and, on the other hand, of delivering a sufficient supply voltage for starting the engines of the aircraft. The invention therefore relates to a voltage converter for aircraft, comprising an input transformer intended to be powered by a voltage source onboard the aircraft and a stretcheredeureur connected between the output of the converter and the output of the transformer.
Ce convertisseur comporte en outre des moyens deconfiguration du convertisseur pour configurer le niveau de tension desortie du convertisseur parmi un ensemble de niveaux de tensionprédéterminés.This converter further comprises means for configuring the converter to configure the output voltage level of the converter among a set of predetermined voltage levels.
Dans un mode de réalisation, les moyens de configuration sontadaptés pour sélectivement configurer le rapport de transformation dutransformateur parmi un ensemble de rapports de transformationsprédéterminés.In one embodiment, the configuration means is adapted to selectively configure the transform ratio of the transformer among a set of predefined transform ratios.
Dans un mode de mise en œuvre, le transformateur comporte unbobinage primaire destiné à être raccordé à la source de tensionembarquée et un bobinage secondaire couplé magnétiquement aubobinage primaire, le bobinage primaire comprenant des enroulementsde phase connectés en étoile et comprenant un point milieu entre unpoint commun de raccordement des enroulements et les extrémités desenroulements.In one embodiment, the transformer has a primary winding for connection to the embedded voltage source and a secondary winding magnetically coupled to the primary winding, the primary winding comprising star-connected phase windings including a midpoint between a common point of winding. connection of the windings and the ends of the windings.
Ainsi, les moyens de configuration sont avantageusementadaptés pour sélectivement alimenter les extrémités des enroulementsou les points milieu à partir de ladite source.Thus, the configuration means are advantageously adapted to selectively supply the ends of the windings or the midpoints from said source.
Dans un autre mode de mise en œuvre, le transformateurcomporte au moins un bobinage primaire destiné à être raccordé à lasource de tension embarquée et au moins un bobinage secondairecouplé magnétiquement au bobinage primaire, les moyens deconfiguration étant adaptés pour sélectivement connecter lesenroulements de phase du bobinage primaire en étoile ou en triangle.In another embodiment, the transformercomporte at least one primary winding to be connected to the onboard voltage source and at least one second winding magnetically coupled to the primary winding, the configuration means being adapted to selectively connect the phase windings of the primary winding in star or triangle.
Les moyens de configuration sont alors avantageusementadaptés pour sélectivement raccorder entre elles l’une des extrémitésdes enroulements de phase de manière à connecter l’enroulement primaire en étoile ou pour raccorder deux à deux les extrémités desenroulements de phase de manière à connecter l’enroulement primaireen triangle.The configuration means are then advantageously adapted to selectively connect one of the ends of the phase windings to connect the primary winding in a star or to connect the ends of the phase windings in pairs so as to connect the primary winding in a triangle. .
Selon un autre mode de réalisation du convertisseur selonl’invention, l’étage redresseur comporte des ponts redresseursraccordés en parallèle.According to another embodiment of the converter according to the invention, the rectifier stage comprises rectifier bridges connected in parallel.
Les deux ponts redresseurs peuvent également être raccordés ensérie.The two rectifier bridges can also be connected together.
Le convertisseur peut en outre comporter un transformateurd’interphase en sortie de l’étage redresseur.The converter may furthermore comprise aninterphase transformer at the output of the rectifier stage.
Il peut par ailleurs comporter un filtre de sortie et un filtreEMI de filtrage d’interférences d’entrée.It may furthermore include an output filter and an input interference filterEMI.
Le convertisseur comporte en outre, de préférence, unventilateur de refroidissement du convertisseur raccordé à la sortie duconvertisseur ou sur la tension d’entrée du convertisseur. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’inventionapparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquementà titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux figuresannexées sur lesquelles : -la figure 1 illustre l’architecture générale d’un groupeconvertisseur selon l’état de la technique ; -la figure 2 illustre un premier exemple de réalisation d’unconvertisseur de tension selon l’invention ; -les figures 3 et 4 illustrent un autre mode de réalisation d’unconvertisseur selon l’invention, dans lequel les enroulements de phasedu bobinage primaire sont connectés en étoile et en triangle,respectivement ; et -la figure 5 illustre un mode de réalisation d’un convertisseurselon l’invention dans lequel les ponts redresseurs de l’étageredresseur sont raccordés en série.The converter furthermore preferably comprises a converter cooling fan connected to the converter output or to the input voltage of the converter. Other aims, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and with reference to the attached figures in which: FIG. 1 illustrates the general architecture of a groupeconverter according to the state of the art; FIG. 2 illustrates a first exemplary embodiment of a voltage converter according to the invention; FIGS. 3 and 4 illustrate another embodiment of a converter according to the invention, in which the windings of the phases of the primary winding are connected in star and in delta, respectively; and FIG. 5 illustrates an embodiment of a converter according to the invention in which the rectifier bridges of the rectifier stage are connected in series.
On se référera tout d’abord à la figure 1, qui illustrel’architecture générale d’un groupe transformateur-redresseur TRUselon l’état de la technique.Reference is first made to FIG. 1, which illustrates the general architecture of a transformer-rectifier group TRU according to the state of the art.
Comme on le voit, un TRU conventionnel comporteessentiellement un transformateur d’entrée 1 comprenant un bobinageprimaire la alimenté à partir de bornes de raccordement A, B et C surlesquelles est appliquée la tension du réseau de bord de l’aéronef et unbobinage secondaire lb couplé magnétiquement au bobinage primaire ;un étage redresseur 2 raccordé à la sortie du transformateur 1 ; untransformateur d’interphase 3 ; et des filtres de sortie 4 et d’entrée 5.As can be seen, a conventional TRU essentially comprises an input transformer 1 comprising a primary winding fed from connection terminals A, B and C on which the voltage of the aircraft's electrical system and magnetically coupled secondary winding 1b is applied. at the primary winding, a rectifier stage 2 connected to the output of the transformer 1; an interphase transformer 3; and output 4 and input 5 filters.
Le groupe TRU est destiné à convertir la tension triphaséeprélevée sur le réseau pour délivrer, en sortie, une tension continue iciégale à 28 volts.The TRU group is intended to convert the three-phase voltage high on the network to output, at the output, a DC voltage equal to 28 volts.
Un ventilateur 6 peut être raccordé à la sortie du groupe TRUpour assurer le refroidissement des composants de puissance duconvertisseur.A fan 6 can be connected to the output of the TR group to ensure cooling of the power components of the converter.
Comme indiqué précédemment, ce type de groupe TRU n’estgénéralement destiné qu’à délivrer une unique tension de sortie. Entout état de cause, il n’est pas adapté pour fournir un niveau de tensionde sortie suffisant pour permettre le démarrage d’un moteur d’aéronef.As indicated previously, this type of TRU group is generally only intended to deliver a single output voltage. In any case, it is not adapted to provide an output voltage level sufficient to allow the starting of an aircraft engine.
On a représenté sur la figure 2 un exemple de réalisation d’ungroupe transformateur-redresseur capable de sélectivement délivrerune tension suffisamment élevée pour le démarrage et une tension pourle réseau de bord de l’aéronef.FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a transformer-rectifier group capable of selectively delivering a sufficiently high voltage for starting and a voltage for the aircraft's onboard network.
Sur la figure 2, on reconnaît le transformateur 7 comprenant unbobinage primaire 7a destiné à être raccordé à une sourced’alimentation, en l’espèce la tension du réseau de l’aéronef, et lebobinage secondaire 7b couplé magnétiquement au bobinage primaire,l’étage redresseur 8 raccordé à la sortie du bobinage secondaire 7b, letransformateur d’interphase 9 raccordé en sortie de l’étage redresseur8, le filtre de sortie 10 et le filtre d’entrée 11.FIG. 2 shows the transformer 7 comprising a primary winding 7a intended to be connected to a supply source, in this case the network voltage of the aircraft, and the secondary winding 7b magnetically coupled to the primary winding, the stage rectifier 8 connected to the output of the secondary winding 7b, the interphase transformer 9 connected at the output of the rectifier stage8, the output filter 10 and the input filter 11.
Comme on le voit, le bobinage primaire 7a comporte troisenroulements de phase El, E2 et E3 connectés en étoile. Ainsi, lesenroulements sont chacun raccordés, par leurs extrémités mutuellementopposées, en un point commun P et à des bornes de raccordement A2,B2 et C2 sur lesquelles est appliquée la tension triphasée du réseau debord.As can be seen, the primary winding 7a comprises three star-connected phase phases E1, E2 and E3. Thus, the windings are each connected, by their mutually opposed ends, to a common point P and to connection terminals A2, B2 and C2 on which the three-phase voltage of the edge network is applied.
Par ailleurs, les enroulements de phase du bobinage primairecomprennent un point milieu Ml, M2 et M3 dont la position permet derégler le nombre de spires du bobinage primaire Np par rapport aunombre de spires Nsi et Ns2 du bobinage secondaire. Les points milieuMl, M2 et M3 sont raccordés à des bornes de raccordement Al, B1 etCl destinées à être alimentées à partir de la tension triphasée duréseau de bord.Furthermore, the phase windings of the primary windinginclude a midpoint Ml, M2 and M3 whose position allows to adjust the number of turns of the primary winding Np with respect to the number of turns Nsi and Ns2 of the secondary winding. The middle points M1, M2 and M3 are connected to connection terminals A1, B1 and C1 intended to be fed from the three-phase line voltage.
Le groupe TRU comporte par ailleurs un étage 12 deconfiguration du convertisseur destiné à régler la tension de sortiepour que le groupe TRU délivre soit une tension au réseaud’alimentation de l’aéronef soit une tension suffisamment élevée pourle démarrage des moteurs.The group TRU further comprises a deconfiguration stage 12 of the converter for setting the output voltage for the TRU group to deliver either a voltage to the power supply network of the aircraft or a sufficiently high voltage for starting the motors.
Dans un mode de réalisation, l’étage de configuration constitueun moyen de configuration du transformateur 7. Il assuresélectivement le raccordement des bornes de connexion A, B et C avecles bornes Al, B1 et Cl raccordées aux points milieu Ml, M2 et M3,d’une part et avec les bornes A2, B2 et C2 raccordées aux extrémitésdes enroulements El, E2 et E3, d’autre part, par l’intermédiaire dufiltre d’entrée 11, pour régler le nombre de spires d’entrée dutransformateur par rapport au nombre de spires de sortie. L’étage de configuration 12 est par exemple réalisé à partir decommutateurs sélectivement actionnables pour raccorder les bornes A,B, C aux bornes Al, B1 et Cl, d’une part ou A2, B2 et C2, d’autrepart.In one embodiment, the configuration stage constitutes a configuration means of the transformer 7. It assureselectively the connection of the connection terminals A, B and C with the terminals A1, B1 and C1 connected to the midpoints M1, M2 and M3, d on the one hand and with the terminals A2, B2 and C2 connected to the ends of the windings El, E2 and E3, on the other hand, via the inlet filter 11, to adjust the number of input turns of the transformer with respect to the number of exit turns. The configuration stage 12 is for example made from selectively actuatable switches to connect the terminals A, B, C to terminals A1, B1 and C1, on the one hand or A2, B2 and C2, on the other hand.
En ce qui concerne le bobinage secondaire 7b, celui-ci peutcomporter un unique bobinage ou, comme représenté, deux bobinagessecondaires 13 et 14 afin d’améliorer la qualité de la tension continuedélivrée en sortie. Les enroulements de l’un des bobinages secondaires13 sont raccordés en étoile tandis que les enroulements de l’autrebobinage 14 sont ici raccordés en triangle.With regard to the secondary winding 7b, it may comprise a single winding or, as shown, two secondary windings 13 and 14 to improve the quality of the sustained output voltage. The windings of one of the secondary windings 13 are connected in a star while the windings of the other winding 14 are connected in a triangle.
Dans l’exemple de réalisation représenté, le secondaire dutransformateur comporte deux bobinages 13 et 14. L’étage redresseur 8comporte dès lors deux ponts redresseurs 15 et 16 comprenant chacunun pont redresseur à six diodes D, de type classique.In the exemplary embodiment shown, the secondary of the transformer comprises two windings 13 and 14. The rectifier stage 8corte therefore two rectifier bridges 15 and 16 each comprising a rectifying bridge with six diodes D of conventional type.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les pontsredresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle. Ils délivrent, ensortie, une tension continue dont le niveau dépend de la configurationdu transformateur 7.In the embodiment of FIG. 2, the rectifiers 15 and 16 are connected in parallel. They then supply a DC voltage whose level depends on the configuration of the transformer 7.
La tension continue délivrée par l’étage redresseur 8 estfournie au transformateur d’interphase 9, qui est utilisé lorsque lesponts redresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle pour limiter lescirculations de courant entre les deux ponts. En aval, le filtre de sortie10, qui comporte essentiellement un condensateur C raccordé en sortiedu transformateur 9, permet de limiter les ondulations de la tension desortie. En amont, le filtre EMI assure le filtrage d’interférences.The DC voltage delivered by the rectifier stage 8 is supplied to the interphase transformer 9, which is used when the rectifier bridges 15 and 16 are connected in parallel to limit the current flows between the two bridges. Downstream, the output filter 10, which essentially comprises a capacitor C connected at the output of the transformer 9, makes it possible to limit the undulations of the output voltage. Upstream, the EMI filter filters interference.
Comme on le voit, on peut avantageusement raccorder à lasortie du groupe TRU ou à l’entrée du convertisseur un ventilateur 17,par l’intermédiaire d’un commutateur 18 pour assurer lerefroidissement du groupe TRU.As can be seen, a fan 17 may advantageously be connected to the output of the TRU group or to the input of the converter via a switch 18 for cooling the TRU group.
Selon le raccordement des bornes d’alimentation triphasée A,B, C aux bornes de raccordement Al, B1 et Cl, d’une part et A2, B2 etC2, d’autre part, la tension du réseau est fournie soit aux extrémitésdes enroulements, soit aux points milieu Ml, M2 et M3. On modifie dela sorte le nombre de spires d’entrée Np par rapport au nombre despires des bobinages Nsi et Ns2 et l’on modifie de la sorte le rapportde transformation.According to the connection of the three-phase power supply terminals A, B, C to connection terminals A1, B1 and C1, on the one hand and A2, B2 and C2, on the other hand, the mains voltage is supplied either to the ends of the windings, either at the middle points Ml, M2 and M3. In this way, the number of input turns Np is modified with respect to the number of windings of the windings Nsi and Ns2 and the transformation ratio is thus modified.
La première configuration du transformateur, selon laquelle latension du réseau est délivrée aux bornes de raccordement A2, B2 etC2 correspond à la fourniture d’une tension pour le réseau del’aéronef. Cette tension est par exemple de l’ordre de 28 volts.The first configuration of the transformer, according to which the voltage of the network is delivered to the connection terminals A2, B2 and C2 corresponds to the supply of a voltage for the aircraft network. This voltage is for example of the order of 28 volts.
Lorsque la tension triphasée est fournie aux points milieu, lerapport de transformation est modifié. Cette configuration correspondà la fourniture d’une tension pour le démarrage des moteurs del’aéronef. On pourra à cet égard positionner les points milieu Ml, M2et M3 de manière à délivrer une tension continue comprise entre 28Vvolts et 100 volts.When the three-phase voltage is supplied at the midpoint, the transformation ratio is changed. This configuration corresponds to the provision of a voltage for starting the engines of the aircraft. In this respect, it will be possible to position the midpoints M1, M2 and M3 so as to deliver a DC voltage of between 28V and 100V.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les moyens deconfiguration du transformateur sont adaptés pour modifier le rapportde transformation.In the embodiment of FIG. 2, the means for configuring the transformer are adapted to modify the transformation ratio.
Selon un autre mode de réalisation, illustré sur les figures 3 et4, sur lesquelles des éléments identiques à ceux décrits précédemmenten référence à la figure 2 sont désignés par les mêmes référencesnumériques, les moyens de configuration du transformateur sontadaptés pour modifier le type de couplage magnétique du bobinageprimaire 7a et du bobinage secondaire 7b.According to another embodiment, illustrated in FIGS. 3 and 4, in which elements identical to those described above with reference to FIG. 2 are designated by the same numerical references, the transformer configuration means are adapted to modify the type of magnetic coupling of the primary winding 7a and the secondary winding 7b.
Dans la configuration illustrée à la figure 3, les enroulementsde phase du bobinage primaire sont reliés en étoile, tandis que dans laconfiguration visible sur la figure 4, les enroulements de phase dubobinage primaire sont raccordés en triangle, alors que lesraccordements des enroulements du bobinage secondaire ne sont pasmodifiés.In the configuration illustrated in FIG. 3, the phase windings of the primary winding are connected in a star, while in the configuration shown in FIG. 4, the primary windings of the primary winding are connected in a triangle, while the windings of the windings of the secondary winding are not connected. are not modified.
Comme on le conçoit, le passage d’une configuration entriangle à une configuration en étoile permet de diminuer le rapport detransformation de \/3 et donc de multiplier la tension de sortie de \/3 . L’étage de configuration 12 comporte ainsi des circuits decommutation capables de raccorder entre elles les bornes deraccordement A2, B2 et Cl de manière à raccorder entre elles l’unedes extrémités des enroulements de phase du bobinage primaire etraccorder de la sorte les enroulements en étoile et de raccorder entreelles les bornes A2, Bl, les bornes B2, Cl et les bornes Al, C2 demanière à raccorder deux à deux les extrémités des enroulements dephase du bobinage primaire et raccorder de la sorte les enroulementsen triangle (figure 4).As it is conceivable, the transition from an entriangle configuration to a star configuration makes it possible to reduce the ratio of transformation by / 3 and thus to multiply the output voltage by / 3. The configuration stage 12 thus comprises switching circuits capable of interconnecting the connecting terminals A2, B2 and C1 so as to connect together one of the ends of the phase windings of the primary winding and thus to connect the star windings and connect the terminals A2, B1, the terminals B2, C1 and the terminals A1, C2 together in pairs to connect the ends of the winding windings of the primary winding and thus connect the windings in a triangle (FIG. 4).
Par ailleurs, dans le mode de réalisation de la figure 2, lesponts redresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle.Moreover, in the embodiment of FIG. 2, the rectifier bridges 15 and 16 are connected in parallel.
Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 5, il estégalement possible de modifier le couplage des ponts redresseurs 15 et16 de manière à les coupler en série en raccordant les cathodes desdiodes de l’un des ponts aux anodes des diodes de l’autre pont.According to another embodiment illustrated in FIG. 5, it is also possible to modify the coupling of the rectifier bridges 15 and 16 so as to couple them in series by connecting the cathodes of the diodes of one of the bridges to the anodes of the diodes of the other. bridge.
On notera que le mode de réalisation illustré à la figure 5, surlequel les moyens de configuration du transformateur n’ont pas étérepris, est compatible avec l’un des modes de réalisation décritsprécédemment en référence aux figures 2 à 4.It will be noted that the embodiment illustrated in FIG. 5, on which the transformer configuration means have not been reprogrammed, is compatible with one of the embodiments described previously with reference to FIGS. 2 to 4.
Toutefois, ce mode de réalisation pourrait également êtreenvisagé de manière indépendante, le couplage en série des pontsredresseurs permettant de doubler la tension par rapport à un montageen parallèle.However, this embodiment could also be considered independently, the series coupling of the rectifiers doubling the voltage compared to a parallel assembly.
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