FR3069852A1 - Dispositif pour la fourniture d'utilite a un aeronef au sol - Google Patents

Abstract

Dispositif pour la fourniture d'utilités à un aéronef au sol qui est connectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz. Le dispositif comprend : un module de fourniture d'air pré-conditionné (PCA), apte à générer un courant d'air froid à injecter à l'intérieur de l'aéronef pour le refroidir, et un module convertisseur de fréquence (CdF) apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz et d'en alimenter l'aéronef. Le dispositif comprend aussi des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d'air froid généré par le module PCA vers le module CdF pour le refroidir.

Description

Dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol

Domaine technique [1] L’invention se rapporte au domaine de la fourniture d’utilités à un aéronef au sol. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à la combinaison synergique d’un convertisseur de fréquence à 400 Hz pour alimenter un aéronef et d’un module d’air pré-conditionné pour refroidir l’aéronef.

Etat de la technique . R] Les dispositifs de fourniture électrique et d’air conditionné à un aéronef au sol sont bien connus. Par exemple, la demande de brevet US 20030164256 décrit un véhicule de fourniture électrique et d’air pré-conditionné à un aéronef qui peut également comprendre au moins une unité d’assistance de démarrage des moteurs d’aéronef et/ou une unité de puissance hydraulique.

[3] Un tel dispositif comprend une alimentation électrique qui alimente un aéronef en courant électrique alternatif à 400 Hz. En vol, cette énergie électrique est fournie par des alternateurs associés aux moteurs de l’avion. Lorsque l’aéronef est au sol, il peut être alimenté en courant électrique à partir d’un réseau de distribution ou d’un générateur. Les réseaux de distribution électrique délivrent habituellement du courant alternatif à 50 ou 60 Hz. De même, les générateurs industriels sont, la plupart du temps, configurés pour fournir du courant alternatif à 50 ou 60 Hz. Un module convertisseur de fréquence 50/60 Hz vers 400 Hz doit

0 donc être utilisé pour transformer le courant venant du réseau ou du générateur en courant adéquat pour l’aéronef.

[4] L’intérieur d’un aéronef au sol chauffe très rapidement, en particulier lorsque le temps est ensoleillé. Un conditionnement de l’air ambiant, pour assurer la sécurité et le confort des occupants, est donc nécessaire. Lorsque l’aéronef est en vol, le conditionnement d’air est

5 assuré par une unité embarquée. Lorsqu’il est au sol, un module de pré-conditionnement d’air (PCA) monté sur un dispositif de fourniture est utilisé comme alimentation en air préconditionné. Le module PCA est généralement alimenté en courant alternatif à 50 ou 60 Hz.

[5] Les alimentations en courant et en air pré-conditionné peuvent être montées séparément ou ensemble sur un véhicule mobile. Alternativement, elles peuvent être intégrées à un terminal d’un aéroport. Les alimentations peuvent être individuelles pour chaque aéronef ou communes à plusieurs aéronefs.

T0001-FR-P [6] Le module PCA comprend généralement des moteurs contrôlant un ventilateur, un ou plusieurs compresseurs, et dont la vitesse peut être modifiée en fonction des besoins à l’aide de variateurs de vitesse électroniques. Un variateur de vitesse électronique comprend un module de redressement du courant électrique alternatif d’alimentation, engendrant des distorsions harmoniques sur le réseau électrique alimentant le module PCA. Ces distorsions harmoniques doivent être filtrées pour éviter des interférences avec les autres équipements raccordés au réseau.

[7] Un convertisseur de fréquence d’un courant à 50-60 en un courant à 400Hz permettant la conversion de l’énergie électrique 50-60Hz en énergie électrique à 400Hz / 200V pour alimenter électriquement un avion est un ensemble sensible . Ses composants, en particulier les composants électroniques, chauffent pendant l’utilisation du convertisseur, ce qui réduit leur efficacité et augmente le risque de panne du convertisseur. Le risque de panne ou de perte d’efficacité est d’autant plus grand que la température ambiante est haute. La puissance disponible du convertisseur de fréquence est également limitée par la température des composants électroniques.

[8] Un convertisseur de fréquence comprend un module de redressement qui génère luiaussi des distorsions harmoniques sur le réseau électrique. Ces distorsions harmoniques entraînent des perturbations sur le réseau électrique qui sont susceptibles d’interférer avec d’autres équipements raccordés au réseau électrique et qui doivent être filtrées.

[9] Il existe donc un besoin pour des dispositifs de fourniture à un aéronef au sol dans lesquels les composants les plus fragiles, tels que le convertisseur de fréquence, gardent leur efficacité maximale sur le long terme et dans lesquels les interférences avec d’autres équipements raccordés au réseau électrique sont limitées.

Résumé de l’invention [10] L’ invention est définie par les revendications indépendantes. Les revendications dépendantes définissent des modes de réalisation préférés de l’invention. Le problème technique défini supra est résolu en créant une symbiose entre le PCA et le convertisseur de fréquence. D’une part, comme tout composant électronique, le convertisseur de fréquence perd de son efficacité en chauffant. En déviant de l’air réfrigéré généré par le PCA vers le convertisseur de fréquence, les performances de ce dernier en sont augmentées dans des environnements chauds. La durée de vie des composants peut ainsi être allongée de manière significative. D’autre part, le PCA et le convertisseur de fréquence comprenant tous les deux un module de redressement génèrent actuellement des distorsions harmoniques qui doivent

T0001-FR-P être filtrées. Ainsi, par exemple, un module unique de redressement du courant alternatif en courant continu peut être mutualisé et commun aux deux systèmes.

[11] Ainsi, la présente invention concerne un dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol, connectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz, ledit dispositif comprenant les modules suivants :

(a) un module de fourniture d’air pré-conditionné (PCA), apte à générer un courant d’air froid à injecter à l’intérieur de l’aéronef pour le refroidir ; et (b) un module convertisseur de fréquence (CdF) apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz et d’en alimenter l’aéronef ;

caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence pour le refroidir.

[12] Le dispositif comprend de préférence, en outre, une unité de contrôle et de commande configurée pour :

• diriger la partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air préconditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou dépasse un seuil supérieur de température prédéfini, Tl ;

• ne pas diriger la partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou passe sous un seuil inférieur de température prédéfini, T0 inférieur ou égal à Tl, T0 < Tl.

[13] L’ unité de contrôle et de commande peut être configurée pour réduire l’alimentation du module de fourniture d’air pré-conditionné lorsque la demande en énergie électrique à 400

5 Hz de l’aéronef dépasse un seuil d’intensité prédéfini. Si la source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz fournit une intensité nominale limitée, le seuil d’intensité prédéfini peut alors dépendre de l’intensité nominale. Il est préférable que l’unité de contrôle et de commande comprenne une unité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage de l’utilisation et de la consommation énergétique du dispositif de fourniture d’air

0 pré-conditionné et du convertisseur de fréquence pour chaque aéronef traité.

[14] Dans une variante préférée, le dispositif comprend en outre un redresseur électrique unique apte à redresser le courant alternatif de ladite source d’énergie électrique en courant continu, de préférence avec génération de distorsions harmoniques faibles et inférieures à

T0001-FR-P %, de préférence inférieure à 15 %, idéalement inférieure à 10 %, et à alimenter avec ledit courant continu au moins le module PCA et, optionnellement, le module CdF du dispositif. Le dispositif comprend alors de préférence des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné vers le redresseur pour le refroidir. Il est alors préféré que le dispositif comprenne une unité de contrôle et de commande configurée pour réguler le débit de la partie du courant d’air froid généré par le module PCA utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente audessus d’une température maximale prédéfinie, Tmax, et à le diminuer lorsque la température diminue en-dessous d’une température minimale prédéfinie, Tmin, Tmin < Tmax.

[15] Le module PCA et le module CdF sont de préférence montés sur un même bâtit qui est de préférence mobile, monté sur des roues. Le bâtit mobile peut être remorqué ou comprendre sa propre motorisation.

[16] La présente invention concerne également un procédé de fourniture d’utilités à un 15 aéronef au sol comprenant les étapes suivantes :

(a) connecter électriquement un dispositif tel que décrit supra à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz ;

(b) connecter fluidiquement le module PCA avec l’intérieur de l’aéronef pour y injecter un courant d’air froid ;

0 (c) connecter électriquement le module CdF à l’aéronef pour assurer son approvisionnement en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz ;

caractérisé en ce que le procédé comprend l’étape de :

(d) refroidir le convertisseur de fréquence en déviant vers celui-ci une partie du courant d’air froid généré par le module PCA.

5 [17] Dans une variante préférée, le dispositif comprend en outre un redresseur électrique et comprend les étapes suivantes :

• redresser le courant alternatif de ladite source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant continu, et alimenter avec ledit courant continu au moins le module PCA et optionnellement, le module CdF du dispositif, et · refroidir le redresseur avec une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné.

[18] Le procédé de la présente invention peut comprendre de plus une étape de réduction de l’alimentation du module de fourniture d’air pré-conditionné lorsque la demande en énergie

T0001-FR-P électrique à 400 Hz dépasse un seuil d’intensité prédéfini, pour assurer le fonctionnement du système avec un dimensionnement de l’alimentation électrique réduit [19] Le procédé de la présente invention peut de plus comprendre une étape de régulation du débit de la partie du courant d’air froid généré par le module PC A utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente et à le diminuer lorsque la température diminue.

Brève description des dessins [20] Ces aspects ainsi que d’autres aspects de l’invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l’invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles :

la Figure 1 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol selon l’invention dans lequel une partie du courant d’air froid est utilisée pour refroidir le convertisseur de fréquence ;

- la Figure 2 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol selon l’invention comprenant un contrôleur pour réguler la puissance consommée par le module PCA ;

- la Figure 3 illustre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol selon l’invention comprenant un redresseur commun au convertisseur de fréquence et au module PCA ;

0 - la Figure 4 illustre un premier exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol selon l’invention comprenant un redresseur commun au convertisseur de fréquence et au module PCA et un contrôleur pour réguler la puissance consommée par le module PCA ;

- la Figure 5 montre un second exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités à un

5 aéronef au sol selon l’invention comprenant un redresseur commun au convertisseur de fréquence et au module PCA et un contrôleur pour réguler la puissance consommée par le PCA.

Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle.

0 Description détaillée de certains modes de réalisation de l’invention

1. Généralité : Dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol

T0001-FR-P [21] Tel qu’illustré à la Figure 1, un dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef 2 au sol est généralement connectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz et comprend les modules suivants :

(a) un module de fourniture d’air pré-conditionné (PCA) 3, apte à générer un courant d’air froid à injecter à l’intérieur de l’aéronef pour le refroidi ; et (b) un module convertisseur de fréquence (CdF) 4 apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz et d’en alimenter l’aéronef.

[22] Le dispositif peut être connecté à un réseau électrique d’un aéroport via une connexion 10’ électrique 50 à une fréquence différente de 400 Hz, par exemple, une fréquence de 50 ou

Hz. La tension électrique de ces réseaux dépend d’un pays à l’autre et peut être comprise entre 100 et 1000 V. Alternativement, le dispositif selon l’invention peut être connecté à un générateur, par exemple à moteur diesel, générant du courant alternatif à une fréquence de 50 ou 60 Hz. Généralement, la tension fournie par le générateur est comprise entre 100 et 1000 V.

15' [23] Le module PCA 3 comprend :

• un ou plusieurs moteurs de ventilateurs et un ou plusieurs compresseurs ;

• un ou plusieurs variateurs de fréquence (VFD), 3F, qui alimentent et contrôlent la vitesse du ou des moteurs de ventilateurs et le ou les compresseurs du PCA, lesdits variateurs de fréquence comprenant,

0 «un module de redressement pouvant être dans certains cas by-passé, ou bien supprimé , • un climatiseur 3C.

[24] Le climatiseur comprend au moins un des éléments suivants : un compresseur, un condenseur, un évaporateur, un moteur électrique, un ventilateur, des connections fluidiques (par exemple des tuyaux souples) 31. Le climatiseur permet de refroidir l’air ambiant qui est ensuite injecté dans l’aéronef au sol par le ventilateur via les connections fluidiques. L’intérieur d’un aéronef au sol se réchauffe très rapidement (en particulier s’il y a beaucoup de soleil) s’il n’est pas refroidi par de l’air climatisé, c’est pourquoi le module PCA est nécessaire.

[25] Un module PCA 3 est habituellement alimenté en courant électrique alternatif d’une

0 fréquence différente de 400 Hz, par exemple, une fréquence de 50 ou 60 Hz, via une connexion électrique 50. Les moteurs et compresseurs sont parfois alimentés directement en courant alternatif à 50-60 Hz, mais le courant alternatif à 50-60 Hz est le plus souvent fourni à des variateurs de fréquence en courant alternatif à 50-60 Hz. Les variateurs de fréquence

T0001-FR-P génèrent des distorsions harmoniques sur le réseau électrique d’alimentation. Les variateurs de fréquence comprennent généralement, d’une part, un étage 3R de redressement du courant alternatif 400VAC en courant continu 600VDC, et, d’autre part, un étage de modulation 3F, générant un signal alternatif périodique à partir du courant continu (DC). C’est l’étage de redressement qui génère la majeure partie des distorsions harmoniques.

[26] Ainsi le courant alternatif est transformé et redressé en courant continu ayant une tension d’environ 600 V par le redresseur AC/DC 3R du module PC A. Ce courant continu 600 VDC alimente ensuite le bus DC du variateur de fréquence 3F du module PCA. Par exemple, le redresseur est un redresseur à diodes ou à thyristors 6, 12 ou 24 impulsions (puises). D’autres redresseurs connus de l’homme de métier peuvent être utilisés, par exemple, via un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT, Insulated Gâte Bipolar Transistor). De préférence, la tension requise par le module PCA 3 est comprise entre 300 VDC et 900 VDC, de manière encore plus préférée comprise entre 400 V et 800 V, de idéalement entre 500 V et 700 V.

[27] Un module convertisseur de fréquence (CdF) 4, pour l’alimentation d’un aéronef permet de changer la fréquence d’un courant électrique d’une fréquence d’entrée en une fréquence de sortie. Par exemple, il peut convertir du courant à 50/60 Hz en courant à 400 Hz. Le module CdF comprend généralement : un module redresseur 4R, un module onduleur ou convertisseur de fréquence, 4F, comprenant au moins un des composants suivants : un bloc électronique de puissance comprenant des interrupteurs rapides en semi-conducteurs (Mofset, IGBTs..) et un circuit de commande. Le redresseur transforme le courant alternatif à la fréquence d’entrée en courant continu. Ce courant continu peut comporter des ondulations résiduelles. Le convertisseur de fréquence 50/400Hz pour l’alimentation en courant d’un aéronef est construit d’une manière similaire à celui du PCA. Il comprend un étage de redressement 4R générant des distorsions harmoniques, et un étage de modulation 4F générant un signal alternatif périodique sinusoïdal à une fréquence fixe de 400Hz. Tant pour le module PCA que pour le module d’alimentation en courant de l’aéronef, l’utilisation d’un redresseur générant des distorsions harmoniques réduites est préféré.

[28] Il est connu que les distorsions harmoniques générées par les étages de redressement respectifs peuvent être réduites —mais pas éliminées— en prenant quelques précautions de design, telles que l’utilisation d’un redressement à 12 puises. Dans une variante préférée de la présente invention illustrée aux Figures 4&5, un étage de redressement unique 6R à faible distorsion est utilisé pour redresser le courant alternatif en courant continu pour les deux

T0001-FR-P fonctions du dispositif soit le PCA et l’alimentation en courant d’un aéronef. Cette variante est discutée plus en détails plus bas. La génération de distortions harmoniques peut ainsi être réduite pratiquement de moitié par rapport à des dispositifs de l’art antérieur.

[29] Dans le présent document et en accord avec la pratique de l’homme du métier, le terme « convertisseur de fréquence » peut -être employé pour se référer indifféremment à l’étage de modulation 3F du module PCA que l’étage de modulation 4F du module d’alimentation en courant électrique d’un aéronef. Bien que cette généralisation du terme « convertisseur de fréquence » soit conforme à la pratique de l’homme du métier, le « convertisseur de fréquence » 3F du module PCA est plus exactement appelé « variateur de fréquence » ou VFD

1Ô pour variable frequency drive. Le « convertisseur de fréquence » 4F du module d’alimentation d’un aéronef est souvent appelé un « onduleur ». Un « variateur de fréquence » (VFD) se distingue d’un convertisseur de fréquence ou « onduleur » en ce que le VFD génère un signal alternatif, périodique, mais pas parfaitement sinusoïdal à une fréquence du signal modulée en fonction des besoins de vitesse des moteurs électriques commandés. Par contraste, le convertisseur de fréquence ou onduleur 50-60/400 Hz du module d’alimentation d’un aéronef génère un signal parfaitement sinusoïdal à fréquence fixe de 400 Hz avec un taux d’harmoniques de tension < 3%. Ainsi, les termes « convertisseur de fréquence » et « onduleur » peuvent être utilisés pour se référer à l’étage de modulation 4 du module d’alimentation d’un aéronef, alors que les termes « convertisseur de fréquence », « variateur de fréquence » ou « VDF » peuvent être utilisés pour se référer à l’étage de modulation 3F du module PCA.

[30] Le circuit intermédiaire permet de stocker une partie de l’énergie électrique (par exemple, dans des condensateurs), réduit les ondulations résiduelles et filtres les parasites. L’onduleur comprend des circuits semi-conducteurs et permet de générer un courant alternatif à la fréquence de sortie de 400 Hz. Enfin, le circuit de commande permet de contrôler l’ensemble du module CdF. Le module CdF est connecté à l’aéronef via une connexion électrique alternative à 400 Hz 41.

2. Aspects spécifiques du dispositif selon l’invention

a) Refroidissement du module convertisseur de fréquence [31] La Figure 1 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef 2 au sol selon l’invention. Ce dispositif comprend un module PCA 3 et un module CdF 4 tel

T0001-FR-P que décrit ci-dessus. Dans ce dispositif, une partie du courant d’air froid généré par le module PCA peut être utilisée pour refroidir le module CdF.

[32] L’utilisation d’une partie de l’air froid pour refroidir le module CdF permet de réduire le risque de (sur-) chauffe de ce dernier. L’air froid permet aussi de maintenir les composants, en particulier, les composants électroniques, à une température peu élevée réduisant ainsi le risque de panne et augmentant leur efficacité. La fiabilité du module CdF est ainsi améliorée. La puissance disponible lorsque la température ambiante est élevée (cas le plus critique) est également plus grande.

[33] Le climatiseur 3C du module PCA 3 est donc connecté de manière fluidique au module 10 CdF 4 via une connexion fluidique 31 qui est, par exemple, un tuyau flexible ou non. De préférence, Le climatiseur 3C du module PCA 3 est connecté de manière fluidique au CdF 4F du module CdF via une connexion fluidique 31 qui est, par exemple, un tuyau flexible ou non. Optionnellement, la connexion peut comprendre une vanne 32 permettant de réguler le flux d’air dirigé vers le module CdF.

[34] Le dispositif selon l’invention peut aussi comprendre une unité de contrôle et de commande 7 configurée pour réguler le débit du courant d’air froid généré par le module PCA 3 et utilisée pour refroidir le module CdF 4. Par exemple, l’unité de contrôle et de commande alimente le module CdF en air froid lorsque :

• la température du module CdF ou de ses composants (électroniques, circuits

0 magnétiques) atteint ou dépasse un seuil supérieur de température prédéfini, Tl ; ou • le module CdF fonctionne à une puissance supérieure ou égale à 75% de sa puissance maximale, de préférence supérieure ou égale à 90% de sa puissance maximale, idéalement supérieure ou égale à 95% de sa puissance maximale.

L’unité de contrôle et de commande peut également couper l’alimentation du module CdF en

5 air froid lorsque : la température du module CdF atteint ou passe sous un seuil inférieur de température prédéfini, TO inférieur ou égal à Tl, TO < Tl.

[35] Les seuils de température supérieur et inférieur prédéfinis dépendent du type de composants utilisés dans le module CdF 4. Le fabriquant du module CdF indique généralement les plages de températures maximales ainsi que les plages de température

0 optimales auxquelles le module CdF peut fonctionner sans risque. Le seuil de température supérieur prédéfini, Tl, peut être, par exemple, au moins 5 % inférieur à ces plages de températures maximales, de préférence au moins 10% inférieur, idéalement au moins inférieur à 20%. Le seuil de température inférieur prédéfini, TO, peut être égal ou légèrement

T0001-FR-P inférieur à Tl. De préférence, les seuils de température supérieur et inférieur prédéfinis sont compris dans les plages de température optimales et, de préférence, correspondent aux bornes supérieure et inférieure de ces plages de température optimales.

[36] La régulation de l’alimentation peut se faire en ouvrant plus ou moins la vanne 32 5 située sur la connexion fluidique 31 entre le module PCA 3 et le module CdF 4 et permettant de réguler le débit d’air froid dirigé vers le module CdF. Par exemple, la vanne n’est ouverte que lorsque la température du module CdF atteint le seuil de température supérieur prédéfini.

[37] Le débit peut aussi varier en fonction de la température du module CdF 4. Si la température du module CdF augmente, la vanne 32 est progressivement ouverte et si la

1Ô température du module CdF diminue, la vanne est progressivement refermée.

[38] La régulation peut être commandée par une imité de contrôle et de commande 7 (voir Figure 4) qui gère l’ouverture et la fermeture de la vanne 32.

b) Régulation PCA [39] La Figure 2 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef au sol selon l’invention. Ce dispositif comprend un module PCA 3 et un module CdF 4 tel que décrit ci-dessus et il comprend, en outre, une unité de contrôle et de commande 7 configurée pour réguler la charge 33 du module PCA. Par exemple, la charge du module PCA est diminuée lorsque la demande en énergie électrique à 400 Hz par un aéronef au sol dépasse un seuil d’intensité prédéfini.

[40] L’alimentation d’un dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef 2 au sol est limitée et dépend du générateur ou du réseau de distribution électrique. En temps normal, un aéronef au sol ne consomme qu’une fraction du courant maximum disponible. À certains moments, par exemple lors de l’allumage des moteurs de l’aéronef ou lors d’essais avant vol

5 nécessitant l’activation de moteurs auxiliaires électriques actionnant pompes hydrauliques et actionneurs., l’aéronef consomme un pic de courant. Durant ces pics, il peut être nécessaire de réduire temporairement la charge 33 du module PCA 3 pour assurer l’approvisionnement en électricité de l’aéronef. On assure ainsi une performance maximale avec une puissance électrique disponible limitée en réduisant la charge du module PCA de manière ponctuelle pendant les pointes de consommation électriques de l’aéronef. Durant le reste du temps, la charge du module PCA est maintenue à sa valeur nominale, et les variations de températures dues aux limitations temporaires du module PCA sont minimes.

T0001-FR-P [41] Le seuil d’intensité à partir duquel la charge du module PC A 3 est réduite dépend généralement de la quantité de courant électrique disponible fournie par la source de courant électrique alternatif.

[42] La charge 33 du module PCA 3 peut être réduite par l’unité de contrôle de commande, 5 d’une part, en coupant une partie des éléments du module PCA comme, par exemple, le moteur électrique, un ventilateur ou le climatiseur ou, d’autre part, en réduisant la vitesse de rotation des moteurs électriques.

[43] L’ unité de contrôle et de commande peut également réduire le flux d’air froid en fermant partiellement une vanne 32 située, par exemple, sur la connexion fluidique 31 entre

1Ô le module PCA et l’aéronef 2. Cette réduction du flux d’air peut, ou non, s’accompagner d’une réduction de vitesse des moteurs électriques, d’une variation de consigne de pression de fonctionnement (circuit d’air, circuit frigorifique).

[44] L’ unité de contrôle et de commande 7 peut comprendre une unité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage de l’utilisation et de la consommation énergétique du module

PCA 3 et du module CdF 4 pour chaque aéronef 2 traité. Cette unité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage permet de contrôler la consommation de chaque aéronef et facilite la facturation de cette consommation. Par exemple, l’unité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage peut contenir en mémoire des informations sur les modèles d’aéronefs et leur consommation ce qui permet à l’unité de contrôle d’alimenter les aéronefs en fonction de leur modèle et de leur besoin. Dans le cas d’un système capable d’alimenter plusieurs aéronefs simultanément, dans lequel la source de courant est généralement un réseau de distribution, l’unité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage peut permettre à l’unité de contrôle de mieux répartir le courant électrique en fonction de la puissance disponible. Les données mémorisées permettent également d’appliquer un programme de fourniture d’utilités

5 préétabli avec les gestionnaires des différents aéronefs ainsi fournis.

c) Redresseur commun [45] La Figure 3 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef 2 au sol selon l’invention comprenant un redresseur 6R commun au module PCA 3 et au

0 module CdF 4. Cet exemple, illustre une autre synergie dont peut profiter un dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol puisqu’un redresseur unique suffit pour le module PCA et le module CdF au lieu de deux redresseurs distincts.

T0001-FR-P [46] Le module PCA 3 est habituellement alimenté en courant alternatif qui est redressé par un redresseur 3 R en courant continu pour alimenter le convertisseur de fréquence 3 F interne au module PCA. Comme indiqué ci-dessus, un module CdF 4 comprend généralement un redresseur interne 4F. Le module CdF transforme donc le courant électrique alternatif de la source de courant électrique en courant continu via un redresseur 4R avant de le transformer à la fréquence de sortie. Les deux modules utilisent donc tous deux un redresseur interne 3R, 4R. Dans le but de simplifier l’installation, de réduire les pertes électriques et de réduire les distorsions harmoniques, un redresseur unique 6R AC/DC peut être utilisé en remplacement des redresseurs internes 3R, 4R.

[47] Le module PCA de l’invention est donc alimenté en courant continu, de préférence à une tension de 600 VDC, via une connexion électrique courant continu 51. Ce courant continu alimente un variateur de fréquence (VFD) 3F interne au module PCA qui alimente les moteurs du climatiseur 3C du module PCA.

[48] Dans une variante de ce mode de réalisation, le redresseur 6R commun est disposé soit

15’ dans le module PCA 3, soir dans le module d’alimentation d’un aéronef 4, soit en-dehors (en amont) des deux modules.

[49] Par exemple, le redresseur est un redresseur à diodes ou à thyristors 6, 12 ou 24 impulsions (puises). De préférence, le redresseur 6R est un redresseur à diodes ou à thyristors 12 ou 24 impulsions (puises) qui permet de réduire fortement les distorsions harmoniques.

0 D’autres redresseurs connus de l’homme de métier peuvent être utilisés, par exemple, via un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT, Insulated Gâte Bipolar Transistor).

d) Combinaisons [50] La Figure 4 montre un exemple de dispositif pour la fourniture d’utilités 1 à un aéronef

5 2 au sol selon l’invention comprenant un module PCA 3, un module CdF 4, un redresseur 6R commun et une unité de contrôle et de commande 7 pour réguler la charge 33 du module PCA et pour réguler l’alimentation en air froid du module CdF. Une telle combinaison tire parti des avantages individuels des exemples précédemment décrits.

[51] Le dispositif est plus efficace car d’une part la régulation de la charge du module PCA

3 permet de réduire la consommation globale du dispositif et d’assurer un équilibre entre la fourniture de courant électrique et la fourniture d’air pré-conditionné. D’autre part, l’utilisation d’un redresseur commun 6R permet d’assurer une faible distorsion harmonique tout en limitant les coûts. La réduction du nombre de composants améliore également la

T0001-FR-P fiabilité en augmentant la durée moyenne entre pannes. Le dispositif est aussi plus fiable car la température du module CdF 4 reste suffisamment faible que pour ne pas endommager les composants du module CdF, même lorsque la température ambiante est très élevée.

[52] L’ unité de contrôle et de commande 7 peut également être configurée pour commander 5 des vannes 32 placées sur les connexions fluidiques 31 alimentant l’aéronef 2 et le module

CdF 4. Par exemple, la vanne permettant d’alimenter en air froid le module CdF peut être fermée si la température du module CdF (ou de ses composants) est inférieure à un seuil de température. Lors de pics de consommation de courant par l’aéronef, le module CdF a tendance à chauffer, la vanne permettant d’alimenter en air froid le module CdF peut alors être ouverte tandis que celle permettant d’alimenter en air froid l’aéronef peut être (partiellement) fermée et, optionnellement, l’alimentation du module PCA 3 peut être réduite.

[53] Dans l’exemple illustré à la Figure 5, une partie du courant d’air froid généré par le module PCA 3 est en outre utilisée pour refroidir le redresseur 6R.

[54] Le redresseur 6R, tout comme le module CdF 4, peut (sur-) chauffer ce qui réduit sa fiabilité et ses performances. L’utilisation d’une partie de l’air froid pour refroidir le redresseur permet donc de réduire le risque de (sur-) chauffe de ce dernier. L’air froid permet aussi de maintenir les composants, en particulier, les composants électroniques, à une température peu élevée réduisant ainsi le risque de panne et augmentant leur efficacité. La fiabilité du redresseur est ainsi améliorée.

0 [55] Le module PCA 3 est donc connecté de manière fluidique au redresseur 6R via une connexion fluidique 31 qui est, par exemple, un tuyau flexible ou non. Optionnellement, la connexion peut comprendre une vanne 32 permettant de réguler le flux d’air dirigé vers le redresseur.

[56] L’ imité de contrôle et de commande 7 peut aussi être configurée pour réguler courant

5 d’air froid généré par le module PCA 3 et utilisé pour refroidir le redresseur 6R. Par exemple, l’unité de contrôle et de commande alimente le redresseur en air froid lorsque :

• la température du redresseur ou de ses composants (électroniques, circuits magnétiques) atteint ou dépasse un seuil de température maximal prédéfini, Tmax; ou • le redresseur fonctionne à une puissance supérieure ou égale à 75% de sa puissance maximale, de préférence supérieure ou égale à 90% de sa puissance maximale, idéalement supérieure ou égale à 95% de sa puissance maximale.

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De même, l’unité de contrôle et de commande peut couper ou diminuer l’alimentation du redresseur en air froid lorsque la température diminue en-dessous d’un seuil de température minimal prédéfini, Tmin, Tmin < Tmax.

[57] Les seuils de température maximal et minimal prédéfinis dépendent du type de 5 composants utilisés dans le redresseur 6R. Le fabriquant du redresseur indique généralement les plages de températures maximales ainsi que les plages de température optimales auxquelles le redresseur peut fonctionner sans risque. Le seuil de température maximal prédéfini, Tmax, peut être, par exemple, au moins 5 % inférieur à ces plages de températures maximales, de préférence au moins 10 % inférieur, idéalement au moins inférieur à 20%. Le

1Ô seuil de température minimal prédéfini, Tmin, peut être égal ou légèrement inférieur à Tl. De préférence, les seuils de température maximal et minimal prédéfinis sont compris dans les plages de température optimales et, de préférence, correspondent aux bornes supérieure et inférieure de ces plages de température optimales.

[58] La régulation de l’alimentation peut se faire en ouvrant plus ou moins la vanne 32

15' située sur la connexion fluidique 31 entre le module PC A 3 et le redresseur 6R et permettant de réguler le débit d’air froid dirigé vers le redresseur. Par exemple, la vanne n’est ouverte que lorsque la température du redresseur atteint le seuil de température prédéfini.

[59] Le débit peut aussi varier en fonction de la température du redresseur 6R. Si la température du redresseur augmente, la vanne 32 est progressivement ouverte et si la

0 température du redresseur diminue, la vanne est progressivement refermée.

[60] La régulation peut être commandée par une unité de contrôle et de commande 7 qui gère l’ouverture et la fermeture de la vanne 32.

#Réf.	Objet
1	Dispositif
2	Aéronef
3	Module PCA
31	Connexion fluidique
32	Vanne
33	Régulation de l'alimentation
3R	Redresseur du module PCA
3F	Convertisseur de fréquence du module PCA
3C	Climatiseur du module PCA
4	Module CdF
4R	Redresseur du module CdF

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4F	Convertisseur de fréquence du module CdF
41	Connexion électrique à 400 Hz
50	Connexion électrique # 400 Hz
51	Connexion électrique DC
6R	Redresseur
7	Unité de contrôle et de commande

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Claims (13)

1. Dispositif pour la fourniture d’utilités à un aéronef au sol, connectable à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz, ledit dispositif comprenant les modules suivants :

5 (a) un module de fourniture d’air pré-conditionné (PCA), apte à générer un courant d’air froid à injecter à l’intérieur de l’aéronef pour le refroidir ; et (b) un module convertisseur de fréquence (CdF) apte à convertir le courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz et d’en alimenter l’aéronef ;

10 caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence pour le refroidir.

2. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le dispositif comprend, en outre, une unité

15 de contrôle et de commande configurée pour :

• diriger la partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air préconditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou dépasse un seuil supérieur de température prédéfini, Tl ;

• ne pas diriger la partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air

2 0 pré-conditionné vers le convertisseur de fréquence lorsque la température du convertisseur de fréquence atteint ou passe sous un seuil inférieur de température prédéfini, T0 inférieur ou égal à Tl, T0 < Tl.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’unité de contrôle et de commande est

2 5 configurée pour réduire l’alimentation du module de fourniture d’air pré-conditionné lorsque la demande en énergie électrique à 400 Hz de l’aéronef dépasse un seuil d’intensité prédéfini.

4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la source de courant électrique alternatif de

3 0 fréquence différente de 400 Hz fournit une intensité nominale et dans lequel le seuil d’intensité prédéfini dépend de l’intensité nominale.

5. Dispositif suivant Tune quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l’unité de contrôle et de commande comprend une imité d’acquisition, de mémorisation et d’affichage de

TOOO1-FR-P l’utilisation et de la consommation énergétique du dispositif de fourniture d’air préconditionné et du convertisseur de fréquence pour chaque aéronef traité.

6. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend en outre rm redresseur électrique apte à redresser le courant alternatif de ladite source d’énergie électrique en courant continu, de préférence avec génération de distorsions harmoniques faibles et inférieures à 20 %, de préférence inférieure à 15 %, idéalement inférieure à 10 %, et à alimenter avec ledit courant continu au moins le module PC A et le module CdF du dispositif.

7. Dispositif suivant la revendication 6, comprenant des connexions fluidiques pour diriger une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné vers le redresseur pour le refroidir.

8. Dispositif suivant la revendication 7, dans lequel le dispositif comprend une unité de contrôle et de commande configurée pour réguler le débit de la partie du courant d’air froid généré par le module PCA utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente au-dessus d’une température maximale prédéfinie, Tmax, et à le diminuer lorsque la température diminue en-dessous température minimale prédéfinie, Tmin, Tmin < Tmax.

9. Dispositif suivant Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module PCA, et le module CdF sont montés sur un même bâtit.

10. Procédé de fourniture d’utilités à un aéronef au sol comprenant les étapes suivantes :

(a) connecter électriquement un dispositif selon Tune quelconque des revendications précédentes à une source de courant électrique alternatif de fréquence différente de 400 Hz ;

(b) connecter fluidiquement le module PCA avec l’intérieur de l’aéronef pour y injecter un courant d’air froid ;

(c) connecter électriquement le module CdF à l’aéronef pour assurer son approvisionnement en courant électrique alternatif à une fréquence de 400 Hz ;

caractérisé en ce que le procédé comprend l’étape de :

(d) refroidir le convertisseur de fréquence en déviant vers celui-ci une partie du courant d’air froid généré par le module PCA.

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11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le dispositif comprend en outre un redresseur électrique et comprend les étapes suivantes :

• redresser le courant alternatif de ladite source de courant électrique alternatif de

5 fréquence différente de 400 Hz en courant continu, et alimenter avec ledit courant continu au moins le module PCA et optionnellement, le module CdF du dispositif, et • refroidir le redresseur avec une partie du courant d’air froid généré par le module de fourniture d’air pré-conditionné.

10- 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant une étape de réduire l’alimentation du module de fourniture d’air pré-conditionné lorsque la demande en énergie électrique à 400 Hz dépasse un seuil d’intensité prédéfini, pour assurer le fonctionnement du système avec un dimensionnement de l’alimentation électrique réduit.

15 .

13. Procédé selon les revendication 11 et 12, comprenant l’étape de réguler le débit de la partie du courant d’air froid généré par le module PCA utilisée pour refroidir le redresseur en fonction de la température de ce dernier, de sorte à augmenter le débit lorsque la température du redresseur augmente et à le diminuer lorsque la température diminue.