FR3098663A1 - ARCHITECTURE FOR TRANSFERRING REGENERATED ELECTRICAL ENERGY IN AN AIRCRAFT AND PROCESS FOR TRANSFERING REGENERATED ELECTRIC ENERGY IN SUCH ARCHITECTURE - Google Patents

ARCHITECTURE FOR TRANSFERRING REGENERATED ELECTRICAL ENERGY IN AN AIRCRAFT AND PROCESS FOR TRANSFERING REGENERATED ELECTRIC ENERGY IN SUCH ARCHITECTURE Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/08Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a dc motor
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  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

L’invention concerne une architecture (20) de transfert de l’énergie électrique régénérée dans un aéronef, comprenant : un générateur électrique (26), un premier convertisseur de tension (30) agencé en sortie du générateur électrique, un bus de communication (32) à courant continu et à haute tension alimenté par le premier convertisseur de tension, un moteur (36) électrique de puissance comprenant un deuxième convertisseur de tension (34) connecté au bus de communication, des moyens de stockage (42) d’énergie électrique connectés au bus de communication, une résistance de freinage (46), et un superviseur (48) configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des convertisseurs de tension pour, en fonction de l’état d’organes de l’architecture, distribuer l’énergie électrique régénérée vers un ou des organes de l’architecture, les organes de l’architecture étant les moyens de stockage, le générateur électrique, le moteur et la résistance de freinage. Figure pour l'abrégé : Figure 2The invention relates to an architecture (20) for transferring regenerated electrical energy in an aircraft, comprising: an electrical generator (26), a first voltage converter (30) arranged at the output of the electrical generator, a communication bus ( 32) at direct current and at high voltage supplied by the first voltage converter, an electric power motor (36) comprising a second voltage converter (34) connected to the communication bus, energy storage means (42) electrical connected to the communication bus, a braking resistor (46), and a supervisor (48) configured to implement a control-command law of voltage converters for, depending on the state of components of the architecture, distributing the regenerated electrical energy to one or more components of the architecture, the components of the architecture being the storage means, the electric generator, the motor and the braking resistor. Figure for the abstract: Figure 2

Description

ARCHITECTURE DE TRANSFERT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE RÉGÉNÉRÉE DANS UN AÉRONEF ET PROCÉDÉ DE TRANSFERT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE RÉGÉNÉRÉE DANS UNE TELLE ARCHITECTUREARCHITECTURE FOR TRANSFERRING REGENERATED ELECTRIC ENERGY INTO AN AIRCRAFT AND METHOD FOR TRANSFERRING REGENERATED ELECTRIC ENERGY IN SUCH AN ARCHITECTURE

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention se rapporte au domaine de la dissipation de l’énergie régénérée dans un aéronef par des machines ou des actionneurs électriques, lors de phases de décélération ou de freinage.The present invention relates to the field of the dissipation of regenerated energy in an aircraft by machines or electric actuators, during deceleration or braking phases.

En particulier, les machines ou actionneurs électriques peuvent renvoyer de l’énergie électrique de décélération ou de freinage sur le réseau électrique de l’aéronef, dans lequel cette énergie électrique doit être dissipée.In particular, electrical machines or actuators can send electrical deceleration or braking energy back to the electrical network of the aircraft, in which this electrical energy must be dissipated.

Cette invention s’inscrit dans le cadre d’une chaine électrique complète, de la génération électrique jusqu’aux moteurs électriques entrainant des hélices à vocation de fournir la poussée.This invention is part of a complete electrical chain, from electrical generation to electric motors driving propellers intended to provide thrust.

En particulier, l’invention consiste en la réalisation d’une architecture spécifique de traitement de l’énergie régénérée avec une loi spécifique de contrôle-commande des différents organes de l’architecture. Une architecture définit une installation électrique.In particular, the invention consists in the production of a specific architecture for processing regenerated energy with a specific control-command law for the various components of the architecture. An architecture defines an electrical installation.

Arrière-plan techniqueTechnical background

De façon connue, afin de dissiper l’énergie régénérée dans une architecture d’un aéronef, il est possible d’utiliser des conducteurs ohmiques, c’est-à-dire des résistances, par exemple en céramique. Toutefois, cette solution présente de nombreux inconvénients.In a known manner, in order to dissipate the regenerated energy in an architecture of an aircraft, it is possible to use ohmic conductors, that is to say resistors, for example made of ceramic. However, this solution has many drawbacks.

En effet, les architectures évoluent dans un environnement aéronautique sévère. Ainsi, ces solutions classiques de dissipation d’énergie à base de résistances imposent un volume important, d’où un poids associé considérable, ainsi qu’une élévation de la température au sein de l’architecture.Indeed, the architectures evolve in a severe aeronautical environment. Thus, these classic energy dissipation solutions based on resistors impose a large volume, hence a considerable associated weight, as well as a rise in temperature within the architecture.

Il existe des solutions pour palier à ces inconvénients, notamment des architectures de traitement de l’énergie régénérée.There are solutions to overcome these drawbacks, in particular regenerated energy processing architectures.

La demande de brevet FR-A1-2 967 847 porte sur un procédé et une architecture de traitement de l’énergie électrique régénérée d’un aéronef. Cette solution propose de renvoyer l'énergie vers le générateur électrique de l'architecture pour convertir cette énergie en énergie mécanique.Patent application FR-A1-2 967 847 relates to a process and an architecture for processing the regenerated electrical energy of an aircraft. This solution proposes to send the energy back to the electrical generator of the architecture to convert this energy into mechanical energy.

Comme représenté sur les figures 1a et 1b, l’architecture comporte un générateur 1 électrique réversible, entraîné par une machine thermique 2, par exemple un groupe auxiliaire de puissance (APU, acronyme de l’expression anglaise « Auxiliary Power Unit »), et apte à délivrer une tension alternative ; des actionneurs 10a-10d électriques et un circuit multivoies convertisseur de tension 4 à liaisons multiples La-Ld. Les actionneurs 10a-10d, ici des moteurs, peuvent fonctionner en mode moteur (les flèches FMreprésentant le fonctionnement des actionneurs 10a-10d en mode moteur), ou en mode générateur (les flèches FRreprésentant le fonctionnement des actionneurs 10a-10d en mode générateur).As shown in Figures 1a and 1b, the architecture comprises a reversible electric generator 1, driven by a thermal machine 2, for example an auxiliary power unit (APU, acronym for the English expression "Auxiliary Power Unit"), and capable of delivering an alternating voltage; electric actuators 10a-10d and a multi-channel voltage converter circuit 4 with multiple links La-Ld. The actuators 10a-10d, here motors, can operate in motor mode (the arrows F M representing the operation of the actuators 10a-10d in motor mode), or in generator mode (the arrows F R representing the operation of the actuators 10a-10d in generator mode).

Le circuit convertisseur de tension 4 comporte des moyens redresseurs de tension alternative 3, 11 provenant du générateur 1 et des convertisseurs 5a-5d de puissance agencés sur les liaisons multiples La-Ld et aptes à piloter autant d'actionneurs 10a-10d électriques. En particulier, les moyens redresseurs de tension alternative 11 sont réversibles.The voltage converter circuit 4 includes alternating voltage rectifier means 3, 11 coming from the generator 1 and from the power converters 5a-5d arranged on the multiple links La-Ld and able to drive as many electric actuators 10a-10d. In particular, the AC voltage rectifying means 11 are reversible.

Des contacteurs 6a-6d sont agencés sur les liaisons La-Ld, entre les convertisseurs 5a-5d de puissance et les actionneurs 10a-10d correspondants et permettent de configurer chaque liaison selon les modes de fonctionnement moteur ou générateur des actionneurs 10a-10d.Contactors 6a-6d are arranged on the links La-Ld, between the power converters 5a-5d and the corresponding actuators 10a-10d and make it possible to configure each link according to the motor or generator operating modes of the actuators 10a-10d.

Le circuit convertisseur de tension 4 comporte également des moyens 7 de transmission inverse d'énergie électrique (les flèches FRet FDreprésentant la transmission inverse d'énergie électrique) appliquée au générateur 1 fonctionnant en mode moteur.The voltage converter circuit 4 also comprises means 7 for the reverse transmission of electrical energy (the arrows F R and F D representing the reverse transmission of electrical energy) applied to the generator 1 operating in motor mode.

Il a également été mis en œuvre un procédé et un système pour améliorer la gestion de la régénération de charge électrique d'un aéronef, et plus précisément pour renvoyer de l'énergie régénérée au bus de distribution d'un aéronef, en vue d'une réutilisation.A method and a system have also been implemented to improve the management of the electrical charge regeneration of an aircraft, and more specifically to return regenerated energy to the distribution bus of an aircraft, with a view to reuse.

Cette solution propose de renvoyer l'énergie régénérée vers un bus d’alimentation bidirectionnel pour alimenter d’autres charges d’actionnement et/ou des charges auxiliaires, ainsi que de renvoyer l'énergie vers le générateur électrique de l'architecture de manière à convertir cette énergie en énergie mécanique et de dissiper l’énergie régner dans une machine tournante de l’aéronef.This solution proposes to return the regenerated energy to a bidirectional power supply bus to supply other actuation loads and/or auxiliary loads, as well as to return the energy to the electrical generator of the architecture so as to convert this energy into mechanical energy and dissipate the prevailing energy into a rotating machine of the aircraft.

L’architecture comporte un moteur principal fournissant de l'énergie à des charges d'alimentation mécanique, un générateur pour convertir l'énergie mécanique du moteur principal en énergie électrique, un convertisseur réversible destiné à convertir l’énergie entre le générateur et un bus d’alimentation.The architecture includes a main motor providing power to mechanical power loads, a generator for converting mechanical power from the main motor into electrical power, a reversible converter for converting power between the generator and a bus power supply.

Le bus d’alimentation est un bus bidirectionnel, et est destiné à alimenter l’un des types de charges d’actionnement et/ou auxiliaires, et à recevoir l’énergie des charges d'actionnement lorsqu’elles sont régénérées par les charges auxiliaires.The power bus is a bidirectional bus, and is intended to supply one of the types of actuation and/or auxiliary loads, and to receive energy from the actuation loads when they are regenerated by the auxiliary loads .

Ainsi, ces architectures proposent de dissiper l’énergie électrique régénérée en la transformant en énergie mécanique apportée à d’autres consommateurs, d’utiliser l’énergie électrique régénérée pour des charges auxiliaires et/ou d’autres charges d’actionnement, et de limiter l’énergie mécanique apportée à l’architecture par un freinage dynamique du moteur.Thus, these architectures propose to dissipate the regenerated electrical energy by transforming it into mechanical energy supplied to other consumers, to use the regenerated electrical energy for auxiliary loads and/or other actuation loads, and to limit the mechanical energy brought to the architecture by dynamic braking of the motor.

Toutefois, ces solutions ne permettent pas de récupérer et stocker l’énergie électrique.However, these solutions do not make it possible to recover and store electrical energy.

Une autre solution propose de réduire la fonction d’écrêtage du bus de courant continu (DC, acronyme de l’expression anglaise « Direct Current ») lors des cycles de régénération, en stockant l’énergie dans des super-condensateurs. Ceci est réalisé sur un bus de communication à courant continu et à haute tension (HVDC, acronyme de l’expression anglaise « High Voltage Direct Current »), avec comme source un bus de courant alternatif (AC, acronyme de l’expression anglaise « Alternative Current ») et comme charge des moteurs électriques.Another solution proposes to reduce the clipping function of the direct current bus (DC, acronym for the English expression "Direct Current") during regeneration cycles, by storing the energy in super-capacitors. This is carried out on a direct current and high voltage (HVDC, acronym for the English expression “High Voltage Direct Current”) communication bus, with an alternating current bus (AC, acronym for the English expression “High Voltage Direct Current”) as a source. Alternative Current”) and as a load for electric motors.

Différentes lois de contrôle mono-objectif, c’est-à-dire de régulation d’un seul paramètre du système, et multi-objectifs, c’est-à-dire de régulation de plusieurs paramètres du système, sont décrites et comparées. La loi de contrôle multi-objectifs contrôle la tension et le courant dans les super-condensateurs et leur état de charge, afin d’optimiser l’utilisation de ces derniers.Different mono-objective control laws, i.e. regulation of a single system parameter, and multi-objective control laws, i.e. regulation of several system parameters, are described and compared. The multi-objective control law controls the voltage and the current in the super-capacitors and their state of charge, in order to optimize the use of the latter.

Cette solution propose d’utiliser une loi de contrôle multi-objectifs pour piloter un convertisseur de puissance connecté à des super condensateurs, dans un but de réduction de la chaine de conversion d’énergie, et d’utiliser ces super-condensateurs pour stocker de l’énergie qui peut être redistribuée ou absorbée rapidement lors des transitoires.This solution proposes to use a multi-objective control law to drive a power converter connected to super capacitors, with the aim of reducing the energy conversion chain, and to use these super capacitors to store energy that can be redistributed or absorbed quickly during transients.

Toutefois, cette solution ne permet pas de stocker de manière durable l’énergie électrique régénérée dans l’optique de la réutiliser ultérieurement.However, this solution does not make it possible to store the regenerated electrical energy in a sustainable manner with a view to reusing it later.

L’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de remédier à au moins certains de ces inconvénients.The object of the invention is to propose a solution making it possible to remedy at least some of these drawbacks.

En particulier, l’invention vise à supprimer les inconvénients posés par les solutions habituelles de dissipation d’énergie à base de résistances, ainsi qu’à récupérer et stocker l’énergie électrique.In particular, the invention aims to eliminate the drawbacks posed by the usual energy dissipation solutions based on resistors, as well as to recover and store electrical energy.

L’invention propose de renvoyer l'énergie électrique soit vers le générateur électrique de l'architecture pour convertir cette énergie électrique en énergie mécanique, soit vers une ou plusieurs batteries pour stoker l’énergie électrique de manière plus durable que dans des super-condensateurs ; et dans certains cas de fonctionnement, de dissiper le surplus non converti ou non stocké dans un moteur électrique de puissance et également dans une ou plusieurs résistances de freinage, notamment de faible volume.The invention proposes to return the electrical energy either to the electrical generator of the architecture to convert this electrical energy into mechanical energy, or to one or more batteries to store the electrical energy in a more sustainable manner than in super-capacitors ; and in certain operating cases, to dissipate the unconverted or unstored surplus in an electric power motor and also in one or more braking resistors, in particular of low volume.

Plus précisément, l’invention concerne une architecture de transfert de l’énergie électrique régénérée dans un aéronef, comprenant :

  • un générateur électrique réversible entraîné par un arbre mécanique et apte à délivrer une tension alternative,
  • un premier convertisseur de tension quatre quadrants configuré pour convertir une tension alternative en tension continue, dit convertisseur AC-DC, et inversement, le premier convertisseur de tension étant agencé en sortie du générateur électrique,
  • un bus de communication à courant continu et à haute tension, dit bus HVDC, alimenté par le premier convertisseur de tension,
  • un moteur électrique de puissance réversible comprenant un deuxième convertisseur de tension apte à fonctionner sur quatre quadrants et configuré pour convertir une tension continue en tension alternative, et inversement, dit convertisseur DC-AC, le deuxième convertisseur de tension étant connecté au bus HVDC,
  • des moyens de stockage d’énergie électrique connectés au bus HVDC,
  • au moins une résistance de freinage, et
  • un superviseur configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des premier et deuxième convertisseurs de tension pour, en fonction de l’état d’organes de l’architecture, distribuer l’énergie électrique régénérée vers un ou plusieurs des organes de l’architecture, les organes de l’architecture étant lesdits moyens de stockage, le générateur électrique, ledit moteur et la résistance de freinage.
More specifically, the invention relates to an architecture for transferring regenerated electrical energy in an aircraft, comprising:
  • a reversible electric generator driven by a mechanical shaft and capable of delivering an alternating voltage,
  • a first four-quadrant voltage converter configured to convert an alternating voltage into direct voltage, called an AC-DC converter, and vice versa, the first voltage converter being arranged at the output of the electric generator,
  • a direct current and high voltage communication bus, called HVDC bus, powered by the first voltage converter,
  • a reversible power electric motor comprising a second voltage converter able to operate on four quadrants and configured to convert a direct voltage into alternating voltage, and vice versa, called DC-AC converter, the second voltage converter being connected to the HVDC bus,
  • electrical energy storage means connected to the HVDC bus,
  • at least one braking resistor, and
  • a supervisor configured to implement a control-command law for the first and second voltage converters in order, depending on the state of the components of the architecture, to distribute the regenerated electrical energy to one or more of the components of the architecture , the members of the architecture being said storage means, the electric generator, said motor and the braking resistor.

L’architecture selon l’invention comporte de nouveaux organes par rapport aux solutions de l’art antérieur et se différencie par rapport à ces architectures existantes en particulier par une loi spécifique de contrôle-commande de ces organes.The architecture according to the invention comprises new organs compared to the solutions of the prior art and differs from these existing architectures in particular by a specific control-command law for these organs.

Ceci permet d’optimiser l’énergie électrique, et de ce fait de limiter l’énergie extérieure apportée à l’architecture, et de sécuriser l’architecture contre les surtensions, qu’elles soient transitoires ou plus durables.This makes it possible to optimize the electrical energy, and therefore to limit the external energy brought to the architecture, and to secure the architecture against overvoltages, whether transient or more durable.

La loi de contrôle-commande permet, en fonction de l’état de l’architecture, de choisir quel organe de l’architecture doit être utilisé pour la dissipation d’énergie électrique pendant la phase de régénération.The control-command law makes it possible, depending on the state of the architecture, to choose which organ of the architecture must be used for the dissipation of electrical energy during the regeneration phase.

En particulier, la loi de contrôle-commande peut être implémentée dans le superviseur pour distribuer l’énergie électrique régénérée vers :

  • les moyens de stockage lorsque la tension du bus HVDC est comprise entre une première et une deuxième tension prédéterminée, la deuxième tension prédéterminée étant supérieure à la première tension prédéterminée,
  • le générateur électrique lorsque la tension du bus HVDC est comprise entre la deuxième et une troisième tension prédéterminée, la troisième tension prédéterminée étant supérieure à la deuxième tension prédéterminée,
  • le moteur lorsque la tension du bus HVDC est supérieure à la troisième tension prédéterminée et lorsque la température du moteur est inférieure à une température prédéterminée,
  • la résistance de freinage lorsque la température du moteur est supérieure à la température prédéterminée.
In particular, the control-command law can be implemented in the supervisor to distribute the regenerated electrical energy to:
  • the storage means when the voltage of the HVDC bus is between a first and a second predetermined voltage, the second predetermined voltage being greater than the first predetermined voltage,
  • the electric generator when the voltage of the HVDC bus is between the second and a third predetermined voltage, the third predetermined voltage being higher than the second predetermined voltage,
  • the motor when the HVDC bus voltage is higher than the third predetermined voltage and when the motor temperature is lower than a predetermined temperature,
  • the braking resistor when the motor temperature is higher than the predetermined temperature.

Les moyens de stockage peuvent comprendre une ou une pluralité de batteries, par exemple de type Lithium-ion, et/ou un ou une pluralité de super-condensateurs, et/ou un ou une pluralité d’ultra-condensateurs. En particulier, les moyens de stockage peuvent avoir la forme d’un réseau de batteries.The storage means may comprise one or a plurality of batteries, for example of the Lithium-ion type, and/or one or a plurality of super-capacitors, and/or one or a plurality of ultra-capacitors. In particular, the storage means may take the form of an array of batteries.

L’architecture peut comprendre une ou une pluralité de résistances de freinage.The architecture may include one or a plurality of braking resistors.

De préférence, la ou les résistances de freinage sont des résistances de faible taille et de faible puissance. En particulier, la taille et le volume de la ou des résistances de freinage peut être réduits de 50% avec l’invention par rapport à l’art antérieur.Preferably, the braking resistor(s) are small size and low power resistors. In particular, the size and volume of the braking resistor(s) can be reduced by 50% with the invention compared to the prior art.

Pour des raisons de sécurité, chaque résistance de freinage comporte un bras de freinage configuré pour dissiper de l’énergie électrique lors de régimes transitoires ou lors de surtensions potentielles sur le bus HVDC.For safety reasons, each braking resistor has a braking arm configured to dissipate electrical energy during transients or during potential overvoltages on the HVDC bus.

Selon l’invention, le générateur électrique peut fonctionner en mode générateur et produire de l’énergie électrique à partir de l’énergie mécanique transmise par l’arbre mécanique ; ou fonctionner en mode moteur et produire de l’énergie mécanique à partir de l’énergie électrique régénérée. Le générateur électrique réversible est ainsi un moteur-générateur.According to the invention, the electric generator can operate in generator mode and produce electrical energy from the mechanical energy transmitted by the mechanical shaft; or operate in motor mode and produce mechanical energy from the regenerated electrical energy. The reversible electric generator is thus a motor-generator.

Le générateur électrique peut être un générateur à aimant permanent.The electrical generator may be a permanent magnet generator.

En alternative, le générateur électrique peut être un générateur synchrone à excitation séparée.Alternatively, the electrical generator may be a separately excited synchronous generator.

En alternative, le générateur électrique peut être un générateur à reluctance variable avec excitation séparée ou auto-excité.Alternatively, the electric generator can be a variable reluctance generator with separate excitation or self-excited.

Le générateur électrique peut être apte à délivrer une tension alternative triphasée.The electric generator may be capable of delivering a three-phase alternating voltage.

Le premier convertisseur de tension AC-DC peut être un redresseur actif, ou un redresseur-onduleur.The first AC-DC voltage converter can be an active rectifier, or a rectifier-inverter.

Avantageusement, l’invention permet donc un stockage d’énergie électrique dans des moyens de stockage, qui peuvent avoir la forme d’un réseau de batteries. Cette énergie électrique stockée peut être utilisée ultérieurement pour alimenter des démarreurs, ou pour limiter l’énergie extérieure apportée, de sorte à optimiser l’énergie électrique consommée. Ceci permet une réduction des dimensions du générateur électrique par rapport à une architecture selon l’art antérieur.Advantageously, the invention therefore allows electrical energy to be stored in storage means, which may take the form of a network of batteries. This stored electrical energy can be used later to supply starters, or to limit the external energy supplied, so as to optimize the electrical energy consumed. This allows a reduction in the dimensions of the electric generator compared to an architecture according to the prior art.

L’invention permet également une dissipation d’énergie électrique résiduelle ou transitoire dans une résistance de freinage, notamment de faible taille et de faible puissance. Ceci permet de sécuriser l’architecture contre les surtensions transitoires ou plus durables. De plus, une résistance de freinage de faible taille et de faible puissance ne pose pas de problème de dissipation de chaleur dans l’architecture.The invention also allows dissipation of residual or transient electrical energy in a braking resistor, in particular of small size and low power. This makes it possible to secure the architecture against transient or longer-lasting overvoltages. In addition, a small size and low power braking resistor does not pose a heat dissipation problem in the architecture.

L’invention permet également une dissipation d’énergie électrique de type perte cuivre et perte fer dans le stator du moteur, par contrôle du courant d’axe direct et de la quadrature.The invention also allows dissipation of electrical energy of the copper loss and iron loss type in the motor stator, by controlling the direct axis current and the quadrature.

Selon l’invention, le bus HVDC est rapide et robuste entre chaque convertisseur de tension pilotant le stockage et la dissipation d’énergie électrique.According to the invention, the HVDC bus is fast and robust between each voltage converter controlling the storage and dissipation of electrical energy.

Selon l’invention, la loi de contrôle-commande gère les convertisseurs de tension en fonction de la tension du bus HVDC et de l’état des différents organes de stockage et de dissipation de l’énergie électrique régénérée.According to the invention, the control-command law manages the voltage converters according to the voltage of the HVDC bus and the state of the various storage and dissipation organs of the regenerated electrical energy.

Cette architecture permet également une réduction du poids de la fonction de dissipation d’énergie électrique. En effet, pendant les pics de demandes de puissance, les moyens de stockage fournissent la puissance à la chaîne d’actionnement. Ainsi, le générateur électrique peut fournir uniquement une puissance moyenne. L’utilisation des moyens de stockage comme source de stockage d’énergie électrique régénérée pour la chaîne d’actionnement permet donc de réduire la taille du générateur électrique.This architecture also allows a reduction in the weight of the electrical energy dissipation function. Indeed, during power demand peaks, the storage means supply power to the actuation chain. Thus, the electric generator can provide only average power. The use of the storage means as a source of storage of regenerated electrical energy for the actuation chain therefore makes it possible to reduce the size of the electrical generator.

L’invention permet également un contrôle, par le premier convertisseur de tension AC-DC, de la puissance active et réactive fournie par le générateur électrique. Ce convertisseur de tension permet également le fonctionnement en mode moteur du générateur électrique pour une réinjection de l’énergie électrique régénérée, par un contrôle de l’angle entre le vecteur courant et le flux dans l’entrefer.The invention also allows control, by the first AC-DC voltage converter, of the active and reactive power supplied by the electric generator. This voltage converter also allows operation in motor mode of the electric generator for reinjection of the regenerated electrical energy, by controlling the angle between the current vector and the flux in the air gap.

En effet, lorsque la tension appliquée au terminal du générateur électrique est supérieure à la somme de la tension de force contre électromotrice et de la réactance d’armature du stator, le générateur électrique fonctionne en mode moteur, c’est-à-dire injecte un couple positif sur l’arbre mécanique.In fact, when the voltage applied to the terminal of the electric generator is greater than the sum of the back-electromotive force voltage and the armature reactance of the stator, the electric generator operates in motor mode, i.e. injects a positive torque on the mechanical shaft.

Dans le cas d’une régénération, la tension du bus HVDC augmente et devient supérieure à cette tension seuil au terminal du générateur électrique. Afin de contrôler l’angle du vecteur courant circulant dans le générateur électrique, l’inductance du générateur électrique est utilisée comme inductance du premier convertisseur de tension. En particulier, chaque phase du premier convertisseur de tension agit comme un abaisseur de tension, avec l’inductance lissant le courant.In the case of regeneration, the voltage of the HVDC bus increases and becomes higher than this threshold voltage at the terminal of the electric generator. In order to control the angle of the current vector flowing in the electric generator, the inductance of the electric generator is used as the inductance of the first voltage converter. In particular, each phase of the first voltage converter acts as a step-down device, with the inductance smoothing the current.

Ceci permet avantageusement l’intégration de l’électronique de puissance dans le générateur électrique, les inductances étant des éléments volumineux et coûteux.This advantageously allows the integration of the power electronics in the electric generator, the inductors being bulky and expensive elements.

L’architecture selon l’invention peut également comprendre un troisième convertisseur de tension bidirectionnel configuré pour convertir une tension continue en tension continue, dit convertisseur DC-DC. Le troisième convertisseur de tension peut être agencé entre les moyens de stockage et le bus HVDC.The architecture according to the invention can also comprise a third bidirectional voltage converter configured to convert a DC voltage into a DC voltage, called a DC-DC converter. The third voltage converter can be arranged between the storage means and the HVDC bus.

Le superviseur peut être configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des premier, deuxième et troisième convertisseurs de tension pour, en fonction de l’état des organes de l’architecture, distribuer l’énergie électrique régénérée vers un ou plusieurs des organes de l’architecture.The supervisor can be configured to implement a control-command law for the first, second and third voltage converters in order, depending on the state of the components of the architecture, to distribute the regenerated electrical energy to one or more of the components of architecture.

En particulier, lorsque le bus HVDC a une tension à courant continu fixe, le convertisseur DC-DC est nécessaire pour permettre de réguler la tension variable des moyens de stockage. Dans ce cas, il est possible d’alimenter un réseau électrique ATA-24. L’énergie électrique peut être consommée directement par les consommateurs de puissance sur le bus HVDC.In particular, when the HVDC bus has a fixed direct current voltage, the DC-DC converter is necessary to make it possible to regulate the variable voltage of the storage means. In this case, it is possible to feed an ATA-24 electrical network. Electrical energy can be consumed directly by power consumers on the HVDC bus.

Lorsque le bus HVDC a une tension flottante, les moyens de stockage peuvent être connectés directement sur le bus HVDC, sans l’intermédiaire du convertisseur DC-DC.When the HVDC bus has a floating voltage, the storage means can be connected directly to the HVDC bus, without the intermediary of the DC-DC converter.

L’architecture selon l’invention peut également comprendre un bus de communication à bande passante élevée reliant le superviseur et les premier et deuxième convertisseurs de tension. Autrement dit, un bus de communication robuste et à forte bande passante permet de communiquer entre les convertisseurs de tension et le superviseur, le superviseur fournissant les consignes en fonction de l’état des différents organes, c’est-à-dire en fonction de la tension, du courant, ou de l’état de charge. Le superviseur peut être configuré pour contrôler la tension de ce bus de communication par un statisme inverse de la tension.The architecture according to the invention can also comprise a high-bandwidth communication bus connecting the supervisor and the first and second voltage converters. In other words, a robust, high-bandwidth communication bus enables communication between the voltage converters and the supervisor, the supervisor supplying the setpoints according to the state of the various components, that is to say according to voltage, current, or state of charge. The supervisor can be configured to control the voltage of this communication bus by inverse voltage droop.

L’architecture selon l’invention peut également comprendre une machine thermique, par exemple une turbine à gaz, qui comporte l’arbre mécanique.The architecture according to the invention can also comprise a thermal machine, for example a gas turbine, which comprises the mechanical shaft.

L’invention concerne également un procédé de transfert de l’énergie électrique régénérée dans une architecture selon l’invention, dans lequel en mode de fonctionnement nominal, le générateur électrique est entraîné par l’arbre mécanique et fournit de la puissance au moteur via les premier et deuxième convertisseurs de tension et le bus HVDC, et caractérisé en ce qu’en phase de freinage ou de décélération, une régénération d’énergie électrique est produite, et en ce que l’énergie électrique régénérée est transmise, en fonction de l’état des organes de l’architecture, à un organe de l’architecture suivant la loi de contrôle-commande des premier et deuxième convertisseurs de tension.The invention also relates to a method for transferring regenerated electrical energy in an architecture according to the invention, in which in nominal operating mode, the electrical generator is driven by the mechanical shaft and supplies power to the motor via the first and second voltage converters and the HVDC bus, and characterized in that in the braking or deceleration phase, a regeneration of electrical energy is produced, and in that the regenerated electrical energy is transmitted, depending on the state of the components of the architecture, to a component of the architecture according to the control-command law of the first and second voltage converters.

Dans le procédé selon l’invention, lorsque la tension du bus HVDC est comprise entre la première et la deuxième tension prédéterminée, l’énergie électrique régénérée peut être transmise aux moyens de stockage.In the method according to the invention, when the voltage of the HVDC bus is between the first and the second predetermined voltage, the regenerated electrical energy can be transmitted to the storage means.

Dans le procédé selon l’invention, lorsque la tension du bus HVDC est comprise entre la deuxième et la troisième tension prédéterminée, l’énergie électrique régénérée peut être transmise au générateur électrique.In the method according to the invention, when the voltage of the HVDC bus is between the second and the third predetermined voltage, the regenerated electrical energy can be transmitted to the electrical generator.

Dans le procédé selon l’invention, lorsque la tension du bus HVDC est supérieure à la troisième tension prédéterminée et lorsque la température du moteur est inférieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée peut être transmise au moteur.In the method according to the invention, when the voltage of the HVDC bus is higher than the third predetermined voltage and when the temperature of the motor is lower than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy can be transmitted to the motor.

Dans le procédé selon l’invention, lorsque la température du moteur est supérieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée peut être transmise à la résistance de freinage.In the method according to the invention, when the temperature of the motor is higher than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy can be transmitted to the braking resistor.

Le procédé selon l’invention peut comprendre l’utilisation de l’inductance du générateur électrique comme inductance du premier convertisseur de tension lorsque l’énergie électrique régénérée est transmise au générateur électrique.The method according to the invention may comprise the use of the inductance of the electric generator as the inductance of the first voltage converter when the regenerated electric energy is transmitted to the electric generator.

L’invention permet ainsi une transmission inverse d’énergie électrique au générateur électrique, en mode moteur, via l’inductance du générateur électrique qui est utilisée comme inductance du premier convertisseur de tension AC-DC.The invention thus allows reverse transmission of electrical energy to the electrical generator, in motor mode, via the inductance of the electrical generator which is used as inductance of the first AC-DC voltage converter.

Dans le procédé selon l’invention, en phase d’accélération, lorsque la tension du bus HVDC est supérieure à une quatrième tension prédéterminée, le générateur électrique et les moyens de stockage fournissent de l’énergie électrique au moteur, notamment via le premier convertisseur de tension et le bus HVDC.In the method according to the invention, in the acceleration phase, when the voltage of the HVDC bus is greater than a fourth predetermined voltage, the electrical generator and the storage means supply electrical energy to the motor, in particular via the first converter voltage and the HVDC bus.

Dans le procédé selon l’invention, en phase d’accélération, lorsque la tension du bus HVDC est inférieure à la quatrième tension prédéterminée, le générateur électrique fournit de l’énergie électrique au moteur, notamment via le premier convertisseur de tension et le bus HVDC, et recharge les moyens de stockage jusqu’à une cinquième tension prédéterminée, la cinquième tension prédéterminée étant supérieure à la quatrième tension prédéterminée.In the method according to the invention, in the acceleration phase, when the voltage of the HVDC bus is lower than the fourth predetermined voltage, the electric generator supplies electrical energy to the motor, in particular via the first voltage converter and the bus HVDC, and recharges the storage means to a fifth predetermined voltage, the fifth predetermined voltage being greater than the fourth predetermined voltage.

Dans le procédé selon l’invention, en phase d’accélération, lorsque la tension du bus HVDC est supérieure à la cinquième tension prédéterminée, le générateur électrique fournit de l’énergie électrique au moteur, notamment via le premier convertisseur de tension et le bus HVDC.In the method according to the invention, in the acceleration phase, when the voltage of the HVDC bus is greater than the fifth predetermined voltage, the electric generator supplies electrical energy to the motor, in particular via the first voltage converter and the bus HVDC.

Brève description des figuresBrief description of figures

La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the description of a non-limiting example which follows, with reference to the appended drawings in which:

la figure 1a représente schématiquement une architecture de traitement de l’énergie électrique régénérée d’un aéronef selon l’art antérieur, FIG. 1a schematically represents an architecture for processing the regenerated electrical energy of an aircraft according to the prior art,

la figure 1b représente schématiquement un autre mode de réalisation de l’architecture de la figure 1a, FIG. 1b schematically represents another embodiment of the architecture of FIG. 1a,

la figure 2 représente schématiquement une architecture de transfert de l’énergie électrique régénérée dans un aéronef selon l’invention, FIG. 2 schematically represents an architecture for transferring regenerated electrical energy in an aircraft according to the invention,

la figure 3 est un organigramme de l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur de l’architecture selon l’invention, en cas d’absorption d’énergie électrique, FIG. 3 is a flowchart of the implementation of the control-command law by the supervisor of the architecture according to the invention, in the event of absorption of electrical energy,

la figure 4 est un graphique illustrant l’évolution de la tension du bus HVDC de l’architecture selon l’invention en fonction du temps lors de la l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur, en cas d’absorption d’énergie électrique, FIG. 4 is a graph illustrating the evolution of the voltage of the HVDC bus of the architecture according to the invention as a function of time during the implementation of the control-command law by the supervisor, in the event of absorption electrical energy,

la figure 5 est un graphique illustrant l’évolution de la puissance électrique régénérée de l’ensemble constitué du moteur et de l’hélice de l’architecture selon l’invention en fonction du temps lors de la l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur, en cas d’absorption d’énergie électrique, FIG. 5 is a graph illustrating the evolution of the regenerated electrical power of the assembly consisting of the motor and the propeller of the architecture according to the invention as a function of time during the implementation of the control law - control by the supervisor, in the event of absorption of electrical energy,

la figure 6 est un graphique illustrant l’évolution de la vitesse de la vitesse de rotation de l’arbre du moteur de l’architecture selon l’invention en fonction du temps lors de la l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur, en cas d’absorption d’énergie électrique, FIG. 6 is a graph illustrating the evolution of the speed of the rotational speed of the motor shaft of the architecture according to the invention as a function of time during the implementation of the control-command law by the supervisor, in the event of absorption of electrical energy,

la figure 7 est un organigramme de l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur de l’architecture selon l’invention, en cas de demande d’énergie électrique, FIG. 7 is a flowchart of the implementation of the control-command law by the supervisor of the architecture according to the invention, in the event of a demand for electrical energy,

la figure 8 est un graphique illustrant l’évolution de la tension du bus HVDC de l’architecture selon l’invention en fonction du temps lors de la l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur, en cas de demande d’énergie électrique, et FIG. 8 is a graph illustrating the evolution of the voltage of the HVDC bus of the architecture according to the invention as a function of time during the implementation of the control-command law by the supervisor, in the event of a request for electrical energy, and

la figure 9 est un graphique illustrant l’évolution de la puissance du moteur électrique de puissance de l’architecture selon l’invention en fonction du temps lors de la l’implémentation de la loi de contrôle-commande par le superviseur, en cas de demande d’énergie électrique. FIG. 9 is a graph illustrating the evolution of the power of the electric power motor of the architecture according to the invention as a function of time during the implementation of the control-command law by the supervisor, in the event of electrical energy demand.

Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.The elements having the same functions in the different implementations have the same references in the figures.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

La figure 2 représente une architecture 20 de transfert de l’énergie électrique régénérée dans un aéronef selon l’invention.FIG. 2 represents an architecture 20 for transferring regenerated electrical energy in an aircraft according to the invention.

Une machine thermique 22, par exemple une turbine à gaz, comporte un arbre mécanique 24, qui entraîne un générateur électrique 26.A thermal machine 22, for example a gas turbine, comprises a mechanical shaft 24, which drives an electric generator 26.

Le générateur électrique 26 est réversible. Ainsi, le générateur électrique 26 peut fonctionner en mode générateur et produire de l’énergie électrique à partir de l’énergie mécanique transmise par l’arbre mécanique 24, ou fonctionner en mode moteur et produire de l’énergie mécanique à partir de l’énergie électrique régénérée.The electric generator 26 is reversible. Thus, the electric generator 26 can operate in generator mode and produce electrical energy from the mechanical energy transmitted by the mechanical shaft 24, or operate in motor mode and produce mechanical energy from the regenerated electrical energy.

Le générateur électrique 26 est apte à délivrer une tension alternative, par exemple triphasée. Sur la figure 2, les trois phases 28a, 28b, 28c du générateur électrique 26 sont représentées.The electric generator 26 is capable of delivering an alternating voltage, for example three-phase. In Figure 2, the three phases 28a, 28b, 28c of the electric generator 26 are represented.

Le générateur électrique 26 peut être un générateur à aimant permanent, ou un générateur synchrone à excitation séparée, ou un générateur à reluctance variable avec excitation séparée, ou un générateur à reluctance variable auto-excité, ou encore tout autre type de générateur électrique.The electric generator 26 can be a permanent magnet generator, or a synchronous generator with separate excitation, or a variable reluctance generator with separate excitation, or a self-excited variable reluctance generator, or any other type of electric generator.

Un convertisseur de tension 30 AC-DC quatre quadrants, c’est-à-dire réversible en courant et en tension, est agencé en sortie du générateur électrique 26. Ce convertisseur de tension 30 est configuré pour convertir une tension alternative en tension continue, et inversement.A four-quadrant AC-DC voltage converter 30, that is to say reversible in current and in voltage, is arranged at the output of the electric generator 26. This voltage converter 30 is configured to convert an alternating voltage into direct voltage, and vice versa.

Le convertisseur de tension 30 AC-DC peut être un redresseur actif, ou un redresseur-onduleur.The AC-DC voltage converter 30 can be an active rectifier, or a rectifier-inverter.

Le convertisseur de tension 30 AC-DC alimente un bus HVDC 32The 30 AC-DC voltage converter supplies an HVDC bus 32

Le bus HVDC 32 est connecté à un convertisseur de tension 34 DC-AC d’un moteur 36 électrique de puissance apte à fonctionner sur quatre quadrants, c’est-à-dire apte à être réversible en tension et en courant.The HVDC bus 32 is connected to a DC-AC voltage converter 34 of an electric power motor 36 capable of operating on four quadrants, that is to say capable of being reversible in voltage and current.

Le convertisseur de tension 34 DC-AC est réversible, c’est-à-dire qu’il est configuré pour convertir une tension continue en tension alternative, et inversement.The 34 DC-AC voltage converter is reversible, i.e. it is configured to convert direct voltage to alternating voltage, and vice versa.

Le moteur 36 est une machine tournante qui entraîne une hélice 38, via un arbre d’entrainement 40.Motor 36 is a rotating machine which drives a propeller 38, via a drive shaft 40.

Des moyens de stockage 42 d’énergie électrique sont connectés au bus HVDC 32.Storage means 42 of electrical energy are connected to the HVDC bus 32.

Les moyens de stockage 42 peuvent comprendre des super-condensateurs, des ultra-condensateurs et/ou des batteries, notamment de type Lithium-ion, et avoir la forme d’un réseau de batteries.The storage means 42 can comprise super-capacitors, ultra-capacitors and/or batteries, in particular of the Lithium-ion type, and have the form of a network of batteries.

Les batteries peuvent être connectées au bus HVDC 32 via un convertisseur de tension 44 DC-DC bidirectionnel, c’est-à-dire réversible. Le convertisseur de tension 44 DC-DC est configuré pour convertir une tension continue en tension continue.The batteries can be connected to the HVDC 32 bus via a bidirectional, i.e. reversible, 44 DC-DC voltage converter. The DC-DC voltage converter 44 is configured to convert DC voltage to DC voltage.

Le convertisseur de tension 44 DC-DC permet de réguler la tension variable des batteries, notamment lorsque le bus HVDC 32 a une tension à courant continu fixe.The DC-DC voltage converter 44 makes it possible to regulate the variable voltage of the batteries, in particular when the HVDC bus 32 has a fixed direct current voltage.

En alternative, les batteries peuvent être directement connectées au bus HVDC 32, notamment lorsque le bus HVDC 32 a une tension flottante.Alternatively, the batteries can be directly connected to the HVDC bus 32, in particular when the HVDC bus 32 has a floating voltage.

Une ou des résistances de freinage 46 sont connectées au bus HVDC 32. De préférence, les résistances de freinage 46 sont de faible volume et de faible puissance.One or more braking resistors 46 are connected to the HVDC bus 32. Preferably, the braking resistors 46 are of low volume and low power.

Une résistance de freinage 46 comporte un bras de freinage configuré pour dissiper de l’énergie électrique lors de régimes transitoires ou lors de surtensions sur le bus HVDC 32.A braking resistor 46 comprises a braking arm configured to dissipate electrical energy during transients or during overvoltages on the HVDC bus 32.

Un superviseur 48 est connecté aux convertisseurs de tension 30, 34, 44 via un bus de communication 50 à bande passante élevée, c’est-à-dire un bus de communication robuste et à forte bande passante. Le bus de communication 50 peut avoir une bande passante d’au moins 5 Mb par seconde, le temps de réponse de la régénération étant de l’ordre d’une centaine de microsecondes. Un tel bus de communication 50 permet de transférer les commandes avec le moins de temps de latence possible. Le bus de communication 50 peut être un bus CAN.A supervisor 48 is connected to the voltage converters 30, 34, 44 via a high-bandwidth communication bus 50, i.e. a robust, high-bandwidth communication bus. The communication bus 50 can have a bandwidth of at least 5 Mb per second, the regeneration response time being of the order of a hundred microseconds. Such a communication bus 50 makes it possible to transfer the commands with the least possible latency time. The communication bus 50 can be a CAN bus.

Le superviseur 48 est configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des convertisseurs de tension 30, 34, 44 pour distribuer l’énergie électrique régénérée dans l’architecture vers au moins l’un parmi les moyens de stockage 42, le générateur électrique 26, le moteur 36 et la ou les résistances de freinage 46.The supervisor 48 is configured to implement a control-command law for the voltage converters 30, 34, 44 to distribute the electrical energy regenerated in the architecture to at least one among the storage means 42, the electrical generator 26 , the motor 36 and the braking resistor(s) 46.

Cette loi de contrôle-commande est implémentée en fonction de l’état des organes de l’architecture, de manière à optimiser le transfert d’énergie électrique en termes de rendement et de surdimensionnement.This control-command law is implemented according to the state of the components of the architecture, so as to optimize the transfer of electrical energy in terms of efficiency and oversizing.

Cette loi de contrôle-commande est basée sur la commande et les mesures des différentes variables d’état des organes de l’architecture de sorte à connaître l’état de la chaine de conversion d’énergie de l’architecture, c’est-à-dire le courant, la tension, la puissance, la vitesse, ou encore le couple.This control-command law is based on the control and measurements of the various state variables of the components of the architecture so as to know the state of the energy conversion chain of the architecture, i.e. i.e. current, voltage, power, speed, or even torque.

Les variables d’état peuvent être la température du générateur électrique 26, la température du moteur 36, la température des convertisseurs de tension 30, 34, 44, l’état de charge des moyens de stockage 42, le couple exercé sur l’arbre du générateur électrique 26, et les couples tension/courant pour chaque organe de l’architecture.The state variables can be the temperature of the electric generator 26, the temperature of the motor 36, the temperature of the voltage converters 30, 34, 44, the state of charge of the storage means 42, the torque exerted on the shaft of the electric generator 26, and the voltage/current pairs for each member of the architecture.

Le superviseur 48 pilote la distribution de l’énergie de régénération dans les organes de stockage et de dissipation de l’architecture.The supervisor 48 controls the distribution of the regeneration energy in the storage and dissipation organs of the architecture.

En particulier, chaque convertisseur de tension 30, 34, 44 envoie au superviseur 48 sont état et son signal de surveillance. Le superviseur 48 envoie ensuite à chaque convertisseur de tension 30, 34, 44 un point de contrôle indiquant vers quel organe de l’architecture l’énergie électrique régénérée doit être envoyée.In particular, each voltage converter 30, 34, 44 sends to the supervisor 48 its status and its monitoring signal. The supervisor 48 then sends each voltage converter 30, 34, 44 a checkpoint indicating to which component of the architecture the regenerated electrical energy must be sent.

Le superviseur 48 peut également gérer les pics de puissance.The supervisor 48 can also manage power peaks.

Le superviseur 48 donne la priorité pour le stockage ou la gestion du stockage d’énergie électrique, puis pour la réinjection ou la réutilisation de l’énergie électrique, et enfin pour la dissipation d’énergie électrique à un organe particulier de l’architecture, en fonction de la tension du bus HVDC 32, de l’énergie électrique régénérée, ainsi que de l’état des organes.The supervisor 48 gives priority for the storage or the management of the storage of electrical energy, then for the reinjection or the reuse of the electrical energy, and finally for the dissipation of electrical energy to a particular organ of the architecture, depending on the voltage of the HVDC bus 32, the regenerated electrical energy, as well as the state of the organs.

Lors d’une régénération importante, la ou les batteries peuvent être rechargées en priorité, au lieu de solliciter le transfert d’énergie électrique en énergie mécanique par le générateur électrique 26.During a major regeneration, the battery or batteries can be recharged as a priority, instead of requesting the transfer of electrical energy into mechanical energy by the electrical generator 26.

Lorsque la ou les batteries sont chargées à un niveau prédéterminé, comme la tension du bus HVDC 32 augmente, l’énergie électrique régénérée peut être réinjectée sur l’arbre du générateur électrique 26.When the battery or batteries are charged to a predetermined level, as the voltage of the HVDC bus 32 increases, the regenerated electrical energy can be fed back to the electric generator shaft 26.

Si la température du moteur 36, ou si une autre contrainte du générateur électrique est atteinte, le moteur 36, puis la ou les résistances de freinage 46 peuvent dissiper le reste de l’énergie électrique régénérée.If the temperature of the motor 36, or if another constraint of the electric generator is reached, the motor 36, then the braking resistor(s) 46 can dissipate the remainder of the regenerated electrical energy.

En particulier, la ou les batteries sont chargées ou déchargées en priorité de sorte à maintenir le niveau de charge de ces dernières dans une certaine plage comprise entre 60 % et 70 % de la charge maximale correspondant respectivement à deux valeurs de tension du bus HVDC 32. Cette plage comprise entre 60 % et 70 % de la charge maximale de la ou des batteries 42 est un compromis entre la taille de la ou des batteries 42, leur durée de vie et le nombre de recharge.In particular, the battery or batteries are charged or discharged as a priority so as to maintain the level of charge of the latter within a certain range comprised between 60% and 70% of the maximum charge corresponding respectively to two voltage values of the HVDC bus 32 This range of between 60% and 70% of the maximum charge of the battery(ies) 42 is a compromise between the size of the battery(ies) 42, their lifetime and the number of recharges.

Le niveau de courant de charge élevée pendant la phase de régénération permet avantageusement d’améliorer la durée de vie de la ou des batteries de type Lithium-ion.The high charge current level during the regeneration phase advantageously makes it possible to improve the lifetime of the lithium-ion type battery or batteries.

En particulier, la profondeur de décharge n’est, de préférence, pas supérieure à 50 % de manière à éviter une dégradation prématurée des batteries du type Lithium-ion.In particular, the depth of discharge is preferably not greater than 50% so as to avoid premature degradation of batteries of the Lithium-ion type.

Ceci permet avantageusement une certaine capacité de charge des batteries de manière à pouvoir répondre à un besoin de complément de puissance demandée par le moteur, mais aussi une certaine réserve de charge des batteries de manière à pouvoir autoriser une récupération d’énergie régénérée.This advantageously allows a certain charge capacity of the batteries so as to be able to meet a need for additional power requested by the engine, but also a certain charge reserve of the batteries so as to be able to authorize recovery of regenerated energy.

Sur la figure 2, la flèche A représente l’énergie électrique régénérée depuis l’hélice 38.In Figure 2, arrow A represents the electrical energy regenerated from propeller 38.

L’énergie électrique est régénérée vers les moyens de stockage 42 lorsque la tension du bus HVDC 32 est comprise entre une première et une deuxième tension prédéterminée, la deuxième tension prédéterminée étant supérieure à la première tension prédéterminée. Comme représenté sur la figure 2, la flèche A1 illustre la régénération d’énergie électrique vers les moyens de stockage 42, c’est-à-dire la charge des batteries.The electrical energy is regenerated towards the storage means 42 when the voltage of the HVDC bus 32 is between a first and a second predetermined voltage, the second predetermined voltage being greater than the first predetermined voltage. As represented in FIG. 2, the arrow A1 illustrates the regeneration of electrical energy towards the storage means 42, that is to say the charging of the batteries.

L’énergie électrique est régénérée vers le générateur électrique 26 lorsque la tension du bus HVDC 32 est comprise entre la deuxième et une troisième tension prédéterminée, la troisième tension prédéterminée étant supérieure à la deuxième tension prédéterminée. Sur la figure 2, la flèche A2 illustre la régénération d’énergie électrique vers le générateur électrique 26, c’est-à-dire la transformation de l’énergie électrique en énergie mécanique.The electrical energy is regenerated to the electrical generator 26 when the voltage of the HVDC bus 32 is between the second and a third predetermined voltage, the third predetermined voltage being higher than the second predetermined voltage. In FIG. 2, the arrow A2 illustrates the regeneration of electrical energy towards the electrical generator 26, that is to say the transformation of electrical energy into mechanical energy.

L’énergie électrique est régénérée vers le moteur 36 lorsque la tension du bus HVDC 32 est supérieure à la troisième tension prédéterminée et lorsque la température du moteur 36 est inférieure à une température prédéterminée. Comme représenté sur la figure 2, la flèche A3 illustre la régénération d’énergie électrique vers le moteur 36, c’est-à-dire la dissipation de l’énergie électrique régénérée dans le moteur 36.Electric power is regenerated to motor 36 when the voltage of HVDC bus 32 is above the third predetermined voltage and when the temperature of motor 36 is below a predetermined temperature. As shown in Figure 2, arrow A3 illustrates the regeneration of electrical energy to motor 36, i.e. the dissipation of regenerated electrical energy in motor 36.

L’énergie électrique est régénérée vers la ou les résistances de freinage 46 lorsque la température du moteur 36 est supérieure à la température prédéterminée. Sur la figure 2, la flèche A4 illustre la régénération d’énergie électrique vers la ou les résistances de freinage 46, c’est-à-dire la dissipation de l’énergie électrique régénérée dans la ou les résistances de freinage 46.Electrical energy is regenerated to the braking resistor(s) 46 when the temperature of the motor 36 is above the predetermined temperature. In FIG. 2, the arrow A4 illustrates the regeneration of electrical energy towards the braking resistor(s) 46, that is to say the dissipation of the regenerated electrical energy in the braking resistor(s) 46.

L’invention propose ainsi de renvoyer l'énergie électrique soit vers le générateur électrique 26 pour convertir cette énergie électrique en énergie mécanique, soit vers la ou les batteries pour stoker l’énergie électrique ; et dans certains cas de fonctionnement, de dissiper le surplus non converti ou non stocké dans le moteur 36 et également dans la ou les résistances de freinage 46.The invention thus proposes to return the electrical energy either to the electrical generator 26 to convert this electrical energy into mechanical energy, or to the battery or batteries to store the electrical energy; and in certain operating cases, to dissipate the unconverted or unstored surplus in the motor 36 and also in the braking resistor(s) 46.

La figure 3 représente la loi de contrôle-commande gérée par le superviseur 48, en cas d’absorption d’énergie électrique. Les figures 4 à 6 représentent respectivement l’évolution de la tension VBdu bus HVDC 32, de la puissance électrique P régénérée de l’ensemble constitué du moteur 36 et de l’hélice 38 et de la vitesse de rotation v de l’arbre du moteur 36 en fonction du temps t.FIG. 3 represents the control-command law managed by the supervisor 48, in the event of absorption of electrical energy. FIGS. 4 to 6 represent respectively the evolution of the voltage V B of the HVDC bus 32, of the regenerated electrical power P of the assembly consisting of the motor 36 and the propeller 38 and of the speed of rotation v of the motor shaft 36 as a function of time t.

Lors de la détection d’une phase de régénération ϕR(étape E1), c’est-à-dire lors de la détection d’un couple négatif, il y a une augmentation de la tension du bus HVDC 32. Il est alors déterminé si la tension du bus HVDC 32 est comprise entre le premier seuil de tension V1 correspondant à la première tension prédéterminée et le deuxième seuil de tension V2 correspondant à la deuxième tension prédéterminée (étape E2).During the detection of a regeneration phase ϕ R (step E1), that is to say during the detection of a negative torque, there is an increase in the voltage of the HVDC bus 32. It is then determined whether the voltage of the HVDC bus 32 is between the first voltage threshold V1 corresponding to the first predetermined voltage and the second voltage threshold V2 corresponding to the second predetermined voltage (step E2).

Dans ce cas, la ou les batteries sont rechargées à partir du seuil de tension V1 jusqu’au seuil de tension V2 (étape E3). L'augmentation de la tension du bus HVDC 32 est limitée par le taux de charge de la ou des batteries.In this case, the battery or batteries are recharged from the voltage threshold V1 to the voltage threshold V2 (step E3). The increase in the voltage of the HVDC bus 32 is limited by the charge rate of the battery or batteries.

Ensuite, lorsqu’il est déterminé que la tension du bus HVDC 32 dépasse le seuil de tension V2, mais reste inférieure à un troisième seuil de tension V3 correspondant à la troisième tension prédéterminée (étape E4), le convertisseur de tension 30 est utilisé comme inverseur pour réinjecter l’énergie électrique sur l'arbre du générateur électrique 26 (étape E5). Les moyens de stockage 42 ne sont alors plus chargés, afin de préserver leur longévité.Then, when it is determined that the voltage of the HVDC bus 32 exceeds the voltage threshold V2, but remains below a third voltage threshold V3 corresponding to the third predetermined voltage (step E4), the voltage converter 30 is used as inverter to reinject the electric energy on the shaft of the electric generator 26 (step E5). The storage means 42 are then no longer charged, in order to preserve their longevity.

Ensuite, il est déterminé si la tension du bus HVDC 32 dépasse le seuil de tension V3 (étape E6). Dans ce cas, et tant que la température du moteur 36 est inférieure à une température prédéterminée, l’énergie électrique est régénérée vers le moteur électrique 26 (étape E7). En particulier, le convertisseur de tension 34 du moteur 36 commande le régulateur de flux pour augmenter les pertes cuivre et pertes fers du moteur 36, tant que la température du moteur 36 le permet. La puissance électrique absorbée par le moteur 36 dépend de la vitesse de l’arbre du moteur 36 : plus la vitesse de l’arbre du moteur 36 est faible, moindre est la puissance électrique absorbée.Next, it is determined whether the voltage of the HVDC bus 32 exceeds the voltage threshold V3 (step E6). In this case, and as long as the temperature of the motor 36 is lower than a predetermined temperature, the electric energy is regenerated towards the electric motor 26 (step E7). In particular, the voltage converter 34 of the motor 36 controls the flux regulator to increase the copper losses and the iron losses of the motor 36, as long as the temperature of the motor 36 allows it. The electrical power absorbed by the motor 36 depends on the speed of the shaft of the motor 36: the lower the speed of the shaft of the motor 36, the lower the electrical power absorbed.

Ensuite, il est déterminé si la température du moteur dépasse la température prédéterminée (étape E8). Dans cas, l’énergie électrique est régénérée vers la ou les résistances de freinage 46 (étape E9). Autrement dit, si la température du moteur 36 dépasse la température prédéterminée, la dissipation est effectuée dans la ou les résistances de freinage 46.Next, it is determined whether the engine temperature exceeds the predetermined temperature (step E8). In this case, the electrical energy is regenerated towards the braking resistor(s) 46 (step E9). In other words, if the temperature of the motor 36 exceeds the predetermined temperature, the dissipation is carried out in the brake resistor(s) 46.

Comme représenté sur la figure 5, en dehors d’une phase de régénération ϕR, ou entre deux phases de régénération ϕRreprésentée par la période TR, la puissance P régénérée par le moteur 36 et l’hélice 38 est sensiblement égale à une puissance notée Pmoy. Au début d’une phase de régénération ϕR, la puissance P régénérée par le moteur 36 et l’hélice 38 augmente jusqu’à une puissance maximale notée Pmax. Au cours de la phase de régénération ϕR, la puissance P régénérée par le moteur 36 et l’hélice 38 diminue linéairement de la puissance Pmax à la puissance Pmoy.As represented in FIG. 5, apart from a regeneration phase ϕ R , or between two regeneration phases ϕ R represented by the period T R , the power P regenerated by the motor 36 and the propeller 38 is substantially equal to a power noted Pmean. At the start of a regeneration phase ϕ R , the power P regenerated by the motor 36 and the propeller 38 increases up to a maximum power denoted Pmax. During the regeneration phase ϕ R , the power P regenerated by the motor 36 and the propeller 38 decreases linearly from the power Pmax to the power Pmoy.

La puissance P régénérée de l’ensemble constitué du moteur 36 et de l’hélice 38 dépend de l’inertie et de l’exigence de décélération.The regenerated power P of the assembly consisting of the motor 36 and the propeller 38 depends on the inertia and the deceleration requirement.

Comme représenté sur la figure 6, avant une phase de régénération ϕR, la vitesse de rotation v de l’arbre du moteur 36 augmente jusqu’à une vitesse de rotation vmax. Au cours d’une phase de régénération ϕR, la vitesse de rotation v de l’arbre du moteur 36 diminue linéairement de la vitesse de rotation vmax à une vitesse de rotation vmin, après la phase de régénération ϕR. Entre deux phases de régénération, représentée par la période TR, la vitesse de rotation v de l’arbre du moteur 36 diminue linéairement jusqu’à la vitesse de rotation vmin, puis reste sensiblement constante et égale à la vitesse de rotation vmin. Au cours de la phase de régénération ϕRsuivante, la vitesse de rotation v de l’arbre du moteur 36 augmente de la vitesse de rotation vmin à la vitesse de rotation vmax, après la phase de régénération ϕR.As represented in FIG. 6, before a regeneration phase ϕ R , the speed of rotation v of the shaft of the motor 36 increases up to a speed of rotation vmax. During a regeneration phase ϕ R , the speed of rotation v of the shaft of motor 36 decreases linearly from the speed of rotation vmax to a speed of rotation vmin, after the regeneration phase ϕ R . Between two regeneration phases, represented by the period T R , the speed of rotation v of the shaft of the motor 36 decreases linearly to the speed of rotation vmin, then remains substantially constant and equal to the speed of rotation vmin. During the following regeneration phase ϕ R , the speed of rotation v of the shaft of motor 36 increases from the speed of rotation vmin to the speed of rotation vmax, after the regeneration phase ϕ R .

La figure 7 représente la loi de contrôle-commande gérée par le superviseur 48, en cas de demande d’énergie électrique. Les figures 8 et 9 représentent respectivement l’évolution de la tension VBdu bus HVDC 32 et de la puissance électrique PMdu moteur 36 en fonction du temps t.FIG. 7 represents the control-command law managed by the supervisor 48, in the event of a demand for electrical energy. FIGS. 8 and 9 represent respectively the evolution of the voltage V B of the HVDC bus 32 and of the electrical power P M of the motor 36 as a function of time t.

Lors de la détection d’une phase d’accélération, et donc de consommation de puissance, du moteur 36 (étape E10), c’est-à-dire lors de la détection d’un couple positif, il y a une diminution de la tension du bus HVDC 32. Il est alors déterminé si la tension du bus HVDC 32 est supérieure à un quatrième seuil de tension V4 correspondant à une quatrième tension prédéterminée (étape E11).During the detection of an acceleration phase, and therefore of power consumption, of the motor 36 (step E10), that is to say during the detection of a positive torque, there is a decrease in the voltage of the HVDC bus 32. It is then determined whether the voltage of the HVDC bus 32 is greater than a fourth voltage threshold V4 corresponding to a fourth predetermined voltage (step E11).

Dans ce cas, le générateur électrique 26 et la ou les batteries fournissent de l’énergie électrique au moteur 36 (étape E12), notamment via le convertisseur de tension 30 et le bus HVDC 32. En particulier, la ou les batteries fournissent la puissance en transitoire afin de soulager le générateur électrique 26. Les batteries se déchargent pour alimenter le moteur 36. La diminution de la tension du bus HVDC 32 est limitée par le taux de charge de la ou des batteries.In this case, the electric generator 26 and the battery or batteries supply electrical energy to the motor 36 (step E12), in particular via the voltage converter 30 and the HVDC bus 32. In particular, the battery or batteries supply the power in transient in order to relieve the electric generator 26. The batteries are discharged to supply the motor 36. The reduction in the voltage of the HVDC bus 32 is limited by the rate of charge of the battery or batteries.

Ensuite, il est déterminé si la tension du bus HVDC 32 devient inférieure au seuil de tension V4 (étape E13), et dans ce cas, le générateur électrique 26 fournit de l’énergie électrique au moteur 36, notamment via le convertisseur de tension 30 et le bus HVDC 32, et recharge les batteries jusqu’à un cinquième seuil de tension V5 correspondant à une cinquième tension prédéterminée (étape E14). Comme représenté sur la figure 8, le seuil de tension V5 est supérieur au seuil de tension V4, Ainsi, la tension du bus HVDC 32 est surveillée, et dès qu’elle atteint le seuil de tension V4, le courant n’est plus fourni par la ou les batteries pour éviter une décharge excessive de ces dernières, mais uniquement par le générateur électrique 26 par l’intermédiaire du convertisseur de tension 30. Une fois la demande de puissance fournie, le générateur électrique 26 recharge la ou les batteries jusqu’au seuil de tension V5. Ce seuil de tension V5 permet une recharge de la ou des batteries suffisante pour fournir ultérieurement un complément d’énergie à une demande future de puissance et pour accepter une absorption d’une régénération suivante.Then, it is determined if the voltage of the HVDC bus 32 becomes lower than the voltage threshold V4 (step E13), and in this case, the electric generator 26 supplies electric energy to the motor 36, in particular via the voltage converter 30 and the HVDC bus 32, and recharges the batteries up to a fifth voltage threshold V5 corresponding to a fifth predetermined voltage (step E14). As shown in Figure 8, the voltage threshold V5 is greater than the voltage threshold V4, Thus, the voltage of the HVDC bus 32 is monitored, and as soon as it reaches the voltage threshold V4, the current is no longer supplied by the battery or batteries to avoid an excessive discharge of the latter, but only by the electric generator 26 via the voltage converter 30. Once the demand for power has been supplied, the electric generator 26 recharges the battery or batteries up to at the voltage threshold V5. This voltage threshold V5 allows the battery(ies) to be recharged sufficiently to subsequently supply additional energy to a future power demand and to accept an absorption of a following regeneration.

Ensuite, il est déterminé si la tension du bus HVDC 32 est supérieure au seuil de tension V5 (étape E15). Lorsque la tension du bus HVDC 32 est supérieure au seul de tension V5, le générateur électrique 26 fournit de l’énergie électrique au moteur 36 (étape E16), notamment via le convertisseur de tension 30 et le bus HVDC 32.Next, it is determined whether the voltage of the HVDC bus 32 is greater than the voltage threshold V5 (step E15). When the voltage of the HVDC bus 32 is greater than voltage V5 alone, the electric generator 26 supplies electrical energy to the motor 36 (step E16), in particular via the voltage converter 30 and the HVDC bus 32.

Comme représenté sur les figures 8 et 9, lorsque la tension du bus HVDC 32 est supérieure au seuil de tension V5, le générateur électrique 26 fournit de l’énergie électrique au moteur 36 lors d’une phase d’accélération. De ce fait, la tension du bus HVDC 32 diminue, et la puissance du moteur 36 augmente.As shown in Figures 8 and 9, when the voltage of the HVDC bus 32 is greater than the voltage threshold V5, the electric generator 26 supplies electrical energy to the motor 36 during an acceleration phase. Therefore, the voltage of the HVDC bus 32 decreases, and the power of the motor 36 increases.

Puis, lorsque la tension du bus HVDC 32 est comprise entre les seuils de tension V4 et V5, la ou les batteries se déchargent pour fournir un complément de puissance au moteur 36 et soulager le générateur électrique 26. De ce fait, la tension du bus HVDC 32 diminue, et la puissance du moteur 36 augmente jusqu’à atteindre la puissance d’accélération Pacc requise.Then, when the voltage of the HVDC bus 32 is between the voltage thresholds V4 and V5, the battery or batteries discharge to supply additional power to the motor 36 and relieve the electric generator 26. As a result, the bus voltage HVDC 32 decreases, and the power of motor 36 increases until it reaches the required acceleration power Pacc.

Ensuite, comme la demande de puissance est satisfaite, le générateur recharge la ou les batteries jusqu’au seuil de tension V5.Then, as the power demand is satisfied, the generator recharges the battery or batteries up to the voltage threshold V5.

L’invention concerne également un procédé de transfert de l’énergie électrique régénérée dans une architecture 20 telle que décrite précédemment.The invention also relates to a method for transferring regenerated electrical energy into an architecture 20 as described previously.

En mode de fonctionnement nominal, le générateur électrique 26 est entraîné par l’arbre mécanique 24 de la machine thermique 2 et fournit de la puissance au moteur 36 via les convertisseurs de tension 30, 34 et le bus HVDC 32.In nominal operating mode, the electric generator 26 is driven by the mechanical shaft 24 of the thermal machine 2 and supplies power to the motor 36 via the voltage converters 30, 34 and the HVDC bus 32.

En phase de freinage ou de décélération, une régénération d’énergie électrique est produite dans l’architecture.During the braking or deceleration phase, a regeneration of electrical energy is produced in the architecture.

L’énergie électrique régénérée est transmise, en fonction de leur état, au générateur électrique 26, ou aux moyens de stockage 42, ou au moteur 36, ou à la résistance de freinage 46, suivant la loi de contrôle-commande des convertisseurs de tension 30, 34, 44.The regenerated electrical energy is transmitted, depending on their state, to the electrical generator 26, or to the storage means 42, or to the motor 36, or to the braking resistor 46, according to the control-command law of voltage converters 30, 34, 44.

En particulier, lorsque la tension du bus HVDC 32 est comprise entre les seuils de tension V1 et V2, l’énergie électrique régénérée est transmise aux batteries.In particular, when the voltage of the HVDC bus 32 is between the voltage thresholds V1 and V2, the regenerated electrical energy is transmitted to the batteries.

Lorsque la tension du bus HVDC 32 est comprise entre les seuils de tension V2 et V3, l’énergie électrique régénérée est transmise au générateur électrique 26.When the voltage of the HVDC bus 32 is between the voltage thresholds V2 and V3, the regenerated electrical energy is transmitted to the electrical generator 26.

Dans le cas où la tension du bus HVDC 32 est supérieure au seuil de tension V3 et tant que la température du moteur 36 est inférieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise au moteur 36.In the event that the voltage of the HVDC bus 32 is higher than the voltage threshold V3 and as long as the temperature of the motor 36 is lower than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy is transmitted to the motor 36.

Et lorsque la température du moteur 36 est supérieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise à la ou aux résistances de freinage 46.And when the temperature of the motor 36 is higher than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy is transmitted to the brake resistor(s) 46.

Ainsi, l’énergie électrique régénérée est transmise aux moyens de stockage 42 ou au générateur électrique 26 par une transmission inverse d’énergie à partir du moteur 36. En cas de surplus d’énergie électrique régénérée, cette dernière est transmise au moteur 36, puis à la ou aux résistances de freinage 46.Thus, the regenerated electrical energy is transmitted to the storage means 42 or to the electrical generator 26 by a reverse transmission of energy from the motor 36. In the event of a surplus of regenerated electrical energy, the latter is transmitted to the motor 36, then to the braking resistor(s) 46.

En particulier, l’inductance du générateur électrique 26 est utilisée comme inductance du convertisseur de tension 30 lorsque l’énergie électrique régénérée est transmise au générateur électrique 26.In particular, the inductor of the electric generator 26 is used as an inductor of the voltage converter 30 when the regenerated electric energy is transmitted to the electric generator 26.

En phase d’accélération, le générateur électrique 26 et les batteries fournissent de l’énergie électrique au moteur 36 lorsque la tension de ce dernier est supérieure au seuil de tension V4.In the acceleration phase, the electric generator 26 and the batteries supply electrical energy to the motor 36 when the voltage of the latter is greater than the voltage threshold V4.

Toujours en phase d’accélération, le générateur électrique 26 fournit de l’énergie électrique au moteur 36 et recharge les batteries lorsque la tension du bus HVDC 32 est inférieure au seuil de tension V4. Les batteries sont rechargées jusqu’au seuil de tension V5.Still in the acceleration phase, the electric generator 26 supplies electrical energy to the motor 36 and recharges the batteries when the voltage of the HVDC bus 32 is lower than the voltage threshold V4. The batteries are recharged up to the voltage threshold V5.

Et enfin, en phase d’accélération, le générateur électrique 26 fournit seul de l’énergie électrique au moteur 36 lorsque la tension du bus HVDC 32 est supérieure au seuil de tension V5.And finally, in the acceleration phase, the electrical generator 26 alone supplies electrical energy to the motor 36 when the voltage of the HVDC bus 32 is greater than the voltage threshold V5.

Claims (10)

Architecture (20) de transfert de l’énergie électrique régénérée dans un aéronef, comprenant :
  • un générateur électrique (26) réversible entraîné par un arbre mécanique (24) et apte à délivrer une tension alternative,
  • un premier convertisseur de tension (30) quatre quadrants configuré pour convertir une tension alternative en tension continue, et inversement, le premier convertisseur de tension (30) étant agencé en sortie du générateur électrique (26),
  • un bus de communication (32) à courant continu et à haute tension alimenté par le premier convertisseur de tension (30),
  • un moteur (36) électrique de puissance réversible, ledit moteur (36) comprenant un deuxième convertisseur de tension (34) apte à fonctionner sur quatre quadrants et configuré pour convertir une tension continue en tension alternative, et inversement, le deuxième convertisseur de tension (34) étant connecté audit bus de communication (32),
  • des moyens de stockage (42) d’énergie électrique connectés audit bus de communication (32),
  • une résistance de freinage (46), et
  • un superviseur (48) configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des premier et deuxième convertisseurs de tension (30, 34) pour, en fonction de l’état d’organes de l’architecture, distribuer l’énergie électrique régénérée vers un ou plusieurs des organes de l’architecture, les organes de l’architecture étant lesdits moyens de stockage (42), le générateur électrique (26), ledit moteur (36) et la résistance de freinage (46).
Architecture (20) for transferring regenerated electrical energy in an aircraft, comprising:
  • a reversible electric generator (26) driven by a mechanical shaft (24) and capable of delivering an alternating voltage,
  • a first four-quadrant voltage converter (30) configured to convert an alternating voltage into direct voltage, and vice versa, the first voltage converter (30) being arranged at the output of the electric generator (26),
  • a direct current and high voltage communication bus (32) powered by the first voltage converter (30),
  • a reversible power electric motor (36), said motor (36) comprising a second voltage converter (34) able to operate on four quadrants and configured to convert a direct voltage into alternating voltage, and vice versa, the second voltage converter ( 34) being connected to said communication bus (32),
  • electrical energy storage means (42) connected to said communication bus (32),
  • a braking resistor (46), and
  • a supervisor (48) configured to implement a control-command law for the first and second voltage converters (30, 34) to, depending on the state of components of the architecture, distribute the regenerated electrical energy to a or more of the members of the architecture, the members of the architecture being said storage means (42), the electric generator (26), said motor (36) and the braking resistor (46).
Architecture (20) selon la revendication précédente, dans laquelle la loi de contrôle-commande est implémentée dans le superviseur (48) pour distribuer l’énergie électrique régénérée vers :
  • lesdits moyens de stockage (42) lorsque la tension dudit bus de communication (32) est comprise entre une première et une deuxième tension (V1, V2) prédéterminée, la deuxième tension (V2) prédéterminée étant supérieure à la première tension (V1) prédéterminée,
  • le générateur électrique (26) lorsque la tension dudit bus de communication (32) est comprise entre la deuxième et une troisième tension (V2, V3) prédéterminée, la troisième tension (V3) prédéterminée étant supérieure à la deuxième tension (V2) prédéterminée,
  • ledit moteur (36) lorsque la tension dudit bus de communication (32) est supérieure à la troisième tension (V3) prédéterminée et lorsque la température dudit moteur (36) est inférieure à une température prédéterminée,
  • la résistance de freinage (46) lorsque la température dudit moteur (36) est supérieure à la température prédéterminée.
Architecture (20) according to the preceding claim, in which the control-command law is implemented in the supervisor (48) to distribute the regenerated electrical energy to:
  • said storage means (42) when the voltage of said communication bus (32) is between a first and a second predetermined voltage (V1, V2), the second predetermined voltage (V2) being greater than the first predetermined voltage (V1) ,
  • the electric generator (26) when the voltage of said communication bus (32) is between the second and a third predetermined voltage (V2, V3), the third predetermined voltage (V3) being higher than the second predetermined voltage (V2),
  • said motor (36) when the voltage of said communication bus (32) is higher than the predetermined third voltage (V3) and when the temperature of said motor (36) is lower than a predetermined temperature,
  • the braking resistor (46) when the temperature of said motor (36) is higher than the predetermined temperature.
Architecture (20) selon l’une des revendications précédentes, comprenant également un troisième convertisseur de tension (44) bidirectionnel configuré pour convertir une tension continue en tension continue, le troisième convertisseur de tension (44) étant agencé entre lesdits moyens de stockage (42) et ledit bus de communication (32), et dans laquelle le superviseur (48) est configuré pour implémenter une loi de contrôle-commande des premier, deuxième et troisième convertisseurs de tension (30, 34, 44) pour, en fonction de l’état des organes de l’architecture, distribuer l’énergie électrique régénérée vers un ou plusieurs des organes de l’architecture.Architecture (20) according to one of the preceding claims, also comprising a third bidirectional voltage converter (44) configured to convert a direct voltage into direct voltage, the third voltage converter (44) being arranged between the said storage means (42 ) and said communication bus (32), and in which the supervisor (48) is configured to implement a control-command law for the first, second and third voltage converters (30, 34, 44) for, depending on the state of the architectural organs, distribute the regenerated electrical energy to one or more of the architectural organs. Architecture (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le générateur électrique (26) est un générateur à aimant permanent, ou un générateur synchrone à excitation séparée, ou un générateur à reluctance variable avec excitation séparée ou auto-excité.Architecture (20) according to one of the preceding claims, in which the electrical generator (26) is a permanent magnet generator, or a synchronous generator with separate excitation, or a variable reluctance generator with separate excitation or self-excited. Architecture (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits moyens de stockage (42) comprennent une ou une pluralité de batteries, par exemple de type Lithium-ion, et/ou un ou une pluralité de super-condensateurs, et/ou un ou une pluralité d’ultra-condensateurs.Architecture (20) according to one of the preceding claims, in which said storage means (42) comprise one or a plurality of batteries, for example of the Lithium-ion type, and/or one or a plurality of super-capacitors, and /or one or a plurality of ultra-capacitors. Architecture (20) selon l’une des revendications précédentes, comprenant également un bus de communication (50) à bande passante élevée reliant le superviseur (48) et les premier et deuxième convertisseurs de tension (30, 34), et dans laquelle le superviseur (48) est configuré pour contrôler la tension de ce bus de communication (50) par un statisme inverse de la tension.Architecture (20) according to one of the preceding claims, also comprising a high-bandwidth communication bus (50) connecting the supervisor (48) and the first and second voltage converters (30, 34), and in which the supervisor (48) is configured to control the voltage of this communication bus (50) by inverse voltage droop. Procédé de transfert de l’énergie électrique régénérée dans une architecture (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel en mode de fonctionnement nominal, le générateur électrique (26) est entraîné par l’arbre mécanique (24) et fournit de la puissance audit moteur (36) via les premier et deuxième convertisseurs de tension (30, 34) et le bus de communication (32) à courant continu et à haute tension, et caractérisé en ce qu’en phase de freinage ou de décélération, une régénération d’énergie électrique est produite, et en ce que l’énergie électrique régénérée est transmise, en fonction de l’état des organes de l’architecture, à un organe de l’architecture suivant la loi de contrôle-commande des premier et deuxième convertisseurs de tension (30, 34).Method for transferring regenerated electrical energy in an architecture (20) according to one of the preceding claims, in which in nominal operating mode, the electrical generator (26) is driven by the mechanical shaft (24) and supplies the power to said motor (36) via the first and second voltage converters (30, 34) and the communication bus (32) to direct current and high voltage, and characterized in that in the braking or deceleration phase, a regeneration of electrical energy is produced, and in that the regenerated electrical energy is transmitted, depending on the state of the components of the architecture, to a component of the architecture according to the control-command law of the first and second voltage converters (30, 34). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel :
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est comprise entre la première et la deuxième tension (V1, V2) prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise auxdits moyens de stockage (42),
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est comprise entre la deuxième et la troisième tension (V2, V3) prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise au générateur électrique (26),
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est supérieure à la troisième tension (V3) prédéterminée et lorsque la température dudit moteur (36) est inférieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise audit moteur (36), et
  • lorsque la température dudit moteur (36) est supérieure à la température prédéterminée, l’énergie électrique régénérée est transmise à la résistance de freinage (46).
Process according to the preceding claim, in which:
  • when the voltage of said communication bus (32) is between the first and the second predetermined voltage (V1, V2), the regenerated electrical energy is transmitted to said storage means (42),
  • when the voltage of said communication bus (32) is between the second and the third predetermined voltage (V2, V3), the regenerated electrical energy is transmitted to the electrical generator (26),
  • when the voltage of said communication bus (32) is higher than the predetermined third voltage (V3) and when the temperature of said motor (36) is lower than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy is transmitted to said motor (36), and
  • when the temperature of said motor (36) is higher than the predetermined temperature, the regenerated electrical energy is transmitted to the braking resistor (46).
Procédé selon la revendication précédente, comprenant l’utilisation de l’inductance du générateur électrique (26) comme inductance du premier convertisseur de tension (30) lorsque l’énergie électrique régénérée est transmise au générateur électrique (26).Method according to the preceding claim, comprising using the inductance of the electric generator (26) as the inductance of the first voltage converter (30) when the regenerated electric energy is transmitted to the electric generator (26). Procédé selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel, en phase d’accélération :
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est supérieure à une quatrième tension (V4) prédéterminée, le générateur électrique (26) et lesdits moyens de stockage (42) fournissent de l’énergie électrique audit moteur (36),
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est inférieure à la quatrième tension (V4) prédéterminée, le générateur électrique (26) fournit de l’énergie électrique audit moteur (36) et recharge lesdits moyens de stockage (42) jusqu’à une cinquième tension (V5) prédéterminée, la cinquième tension (V5) prédéterminée étant supérieure à la quatrième tension (V4) prédéterminée, et
  • lorsque la tension dudit bus de communication (32) est supérieure à la cinquième tension (V5) prédéterminée, le générateur électrique (26) fournit de l’énergie électrique audit moteur (36).
Method according to one of Claims 7 to 9, in which, in the acceleration phase:
  • when the voltage of said communication bus (32) is greater than a fourth predetermined voltage (V4), the electrical generator (26) and said storage means (42) supply electrical energy to said motor (36),
  • when the voltage of said communication bus (32) is lower than the fourth predetermined voltage (V4), the electric generator (26) supplies electric energy to said motor (36) and recharges said storage means (42) until a fifth predetermined voltage (V5), the fifth predetermined voltage (V5) being higher than the fourth predetermined voltage (V4), and
  • when the voltage of said communication bus (32) is higher than the fifth predetermined voltage (V5), the electric generator (26) supplies electric energy to said motor (36).
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