FR3100900A1 - Système de détection d’une défaillance d’une source de courant alternatif et système d’alimentation électrique comprenant un tel système de détection. - Google Patents
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Abstract
Système de détection d’une défaillance d’une source de courant alternatif et système d’alimentation électrique comprenant un tel système de détection. Le système (10) de détection d’une défaillance d’une source de courant alternatif (V1) comprend une entrée (11) configurée pour être reliée à ladite source de courant alternatif et une sortie (18) prévue pour fournir à un système utilisateur une information de défaillance. Il comporte un détecteur (14) comprenant une sortie reliée à la sortie (18) du système de détection (10) et configuré de telle façon que si une tension (Vin) à l’entrée (11) du système de détection est inférieure en valeur absolue à une valeur de tension prédéterminée pendant une durée supérieure à une valeur de durée prédéterminée (td), la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une défaillance de la source de courant alternatif et sinon la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une absence de défaillance de la source de courant alternatif. Figure pour l’abrégé : Fig. 4
Description
L’invention est relative au domaine de la surveillance du fonctionnement d’une source de courant alternatif. Une source de courant alternatif est utilisée de façon usuelle pour alimenter une charge ou un ensemble de charges électriques. Lorsqu’il est important de garantir la disponibilité de l’alimentation électrique d’une charge électrique, il est connu de détecter une défaillance de la source de courant alternatif alimentant cette charge afin de commuter l’alimentation électrique de ladite charge vers une source électrique auxiliaire en cas de défaillance de la source de courant alternatif. La source électrique auxiliaire comprend par exemple une batterie électrique. Lors de la survenue d’une défaillance de la source de courant alternatif, il est important de détecter ladite défaillance le plus rapidement possible afin de pouvoir commuter l’alimentation de la charge électrique vers la source électrique auxiliaire en minimisant l’impact de ladite défaillance sur l’alimentation de la charge électrique. Généralement, la détection d’une défaillance de la source de courant alternatif est réalisée au moyen d’un système de détection réalisant un redressement et un filtrage, par exemple au moyen d’un condensateur, de la tension présente en sortie de la source de courant alternatif. La figure 1 illustre la tension Vin, de période T, en entrée d’un tel système de détection, ainsi que la tension Vr en sortie du redresseur. Les figures 2a et 2b illustrent la tension redressée et filtrée Vc dans deux exemples de situations particulières. Une défaillance est détectée lorsque la tension filtrée Vc devient inférieure à une valeur de tension prédéterminée Vth. Un signal det de détection de défaillance est alors activé. La valeur du condensateur de filtrage est choisie suffisamment élevée afin de ne pas détecter de défaillance en fonctionnement normal, lorsque la tension en sortie de la source de courant alternatif devient nulle à chaque demi-alternance. Il en résulte qu’en cas de défaillance de la source de courant alternatif, une telle valeur du condensateur de filtrage entraîne un retard de détection de la défaillance. Ainsi, dans l’exemple illustré par la figure 2a, la défaillance est détectée après un retard td1 supérieur à T/3 et dans l’exemple illustré par la figure 2b, la défaillance est détectée après un retard td2 supérieur à T/2. Il serait souhaitable de diminuer ces retards de détection d’une défaillance de la source de courant alternatif.
La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un système de détection d’une défaillance d’une source de courant alternatif, ledit système comprenant une entrée configurée pour être reliée à ladite source de courant alternatif et une sortie prévue pour fournir à un système utilisateur une information de défaillance de la source de courant alternatif. Le système est remarquable en ce qu’il comporte un détecteur comprenant une sortie reliée à la sortie du système de détection, le détecteur comprenant un comparateur et étant configuré de telle façon que si une tension à l’entrée du système de détection est inférieure en valeur absolue à une valeur de tension prédéterminée pendant une durée supérieure à une valeur de durée prédéterminée, la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une défaillance de la source de courant alternatif et sinon la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une absence de défaillance de la source de courant alternatif.
Ainsi, le système de détection détecte une défaillance de la source de courant alternatif dès lors que la tension à son entrée est inférieure à ladite valeur de tension prédéterminée pendant une durée supérieure à la valeur de durée prédéterminée. Par conséquent, la détection d’une défaillance de la source de courant alternatif n’est pas retardée du fait d’un condensateur de filtrage comme dans l’art antérieur. Cela permet de garantir que la défaillance est détectée au plus tard au bout de ladite durée prédéterminée.
Selon différents modes de réalisation pouvant être pris isolément ou en combinaison :
- le détecteur est relié à l’entrée du système de détection via un redresseur de courant ;
- la valeur de tension prédéterminée est choisie dans l’intervalle [V/12 ; V/5], où V est la tension nominale du courant alternatif à l’entrée du comparateur ;
- la valeur de durée prédéterminée est choisie dans l’intervalle [T/20 ; T/5], où T est la période du courant alternatif. De façon avantageuse, la valeur de durée prédéterminée est plus particulièrement choisie dans l’intervalle [T/15 ; T/8].
L’invention est également relative à un système d’alimentation électrique d’au moins une charge électrique, comprenant une source de courant alternatif, une source électrique auxiliaire, ainsi qu’un commutateur permettant d’alimenter la charge électrique à partir de la source de courant alternatif ou à partir de la source électrique auxiliaire. Le système d’alimentation est remarquable en ce qu’il comprend un système de détection d’une défaillance de la source de courant alternatif tel que précité, et en ce que la sortie du système de détection de défaillance est reliée à une entrée du commutateur et le commutateur est configuré de telle façon que lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une absence de défaillance de la source de courant alternatif, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique à partir de la source de courant alternatif et lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une défaillance de la source de courant alternatif, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique à partir de la source électrique auxiliaire.
Dans un mode de réalisation, le système d’alimentation électrique comprend un convertisseur de courant de type alternatif vers continu relié en entrée à la sortie du commutateur et, la source électrique auxiliaire est une source de courant alternatif.
Dans un autre mode de réalisation, le système d’alimentation électrique comprend un convertisseur de courant de type alternatif vers continu relié en entrée à la source de courant alternatif et en sortie à une première entrée du commutateur et, la source électrique auxiliaire est une source de courant continu.
L’invention est également relative à un aéronef comprenant un tel système d’alimentation électrique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées.
Le système de détection 10 d’une défaillance d’une source de courant alternatif représenté sur la figure 4 comprend une entrée 11 prévue pour être raccordée à une source de courant alternatif. Le système de détection 10 comprend également un redresseur 12 et un détecteur 14. Le redresseur 12 est relié à l’entrée 11. Le détecteur 14 est relié en entrée à une sortie du redresseur 12. Une sortie du détecteur 14 est reliée à une sortie 18 du système de détection 10. Le détecteur 14 comprend un comparateur 15, ainsi qu’un temporisateur 16. Le temporisateur 16 reçoit en entrée une sortie du comparateur 15. Une sortie du temporisateur 16 est reliée à la sortie du détecteur 14.
En fonctionnement l’entrée 11 reçoit une tension alternative Vin. Cette tension est redressée par le redresseur 12 qui fournit à sa sortie une tension redressée Vr. Une première entrée du comparateur 15 reçoit une tension Vc fonction de la tension redressée Vr. La tension Vc est par exemple une tension proportionnelle à Vr, obtenue à partir de Vr au moyen d’un pont diviseur. De façon avantageuse, bien non obligatoirement, un condensateur de filtrage est associé au pont redresseur de façon à filtrer d’éventuels parasites. Toutefois, la capacité d’un tel condensateur est choisie suffisamment petite pour ne pas introduire de retard significatif de détection d’une éventuelle défaillance de la source de courant alternatif. Une deuxième entrée du comparateur 15 reçoit une valeur de tension prédéterminée Vth. Lorsque la tension Vc sur la première entrée du comparateur 15 est supérieure à la tension Vth, la sortie du comparateur présente un premier niveau de tension, dit inactif. Lorsque la tension Vc est supérieure à la tension Vth, la sortie du comparateur présente un deuxième niveau de tension, dit actif. Le temporisateur 16 est configuré de telle façon que lorsqu’il reçoit en entrée un niveau de tension inactif, le niveau de tension à sa sortie est également inactif. Le niveau de tension en sortie du temporisateur reste également inactif lorsqu’il reçoit en entrée un niveau de tension actif pendant une durée inférieure à une valeur de durée prédéterminée td. Le niveau de tension en sortie du temporisateur ne devient actif que lorsque le temporisateur reçoit en entrée un niveau de tension actif pendant une durée supérieure à la valeur de durée prédéterminée td. Ce niveau de tension actif en sortie du temporisateur 16, et donc à la sortie 18 du système de détection 10, correspond à la détection d’une défaillance de la source de courant alternatif.
Dans un exemple de situation illustré sur la figure 3a, la tension Vc correspond d’abord à un fonctionnement normal de la source de courant alternatif pendant deux demi-alternances, puis la tension Vc diminue de façon significative du fait d’une défaillance de la source de courant alternatif. Lors du fonctionnement normal de la source de courant alternatif, vers la fin de la première demi-alternance et au début de la deuxième demi-alternance, la tension Vc devient inférieure à la valeur de tension Vth pendant un temps t inférieur à la valeur de durée prédéterminée Td. Etant donné que ce temps t est inférieur à td, le temporisateur 16 n’active pas sa sortie : ainsi, le système de détection 10 ne détecte aucune défaillance de la source de courant alternatif. La tension Vc devient à nouveau inférieure à la valeur de tension Vth vers la fin de la deuxième demi-alternance, ce qui enclenche un décompte du temps par le temporisateur 16. Du fait de la défaillance de la source de courant alternatif, la tension Vc ne redevient ensuite pas supérieure à la valeur de tension Vth. Par conséquent, au bout d’une durée td après l’instant auquel la tension Vc est devenue inférieure à la valeur de tension Vth, le temporisateur 16 active sa sortie (signal det sur la figure).
Dans un autre exemple de situation illustré sur la figure 3b, la tension Vc correspond d’abord à un fonctionnement normal de la source de courant alternatif pendant deux demi-alternances, puis une défaillance de la source de courant alternatif survient vers le milieu de la troisième demi-alternance : la tension Vc décroit alors rapidement vers zéro. Par conséquent, la tension Vc devient inférieure à la valeur de tension Vth, ce qui enclenche un décompte du temps par le temporisateur 16. Du fait de la défaillance de la source de courant alternatif, la tension Vc ne redevient ensuite pas supérieure à la valeur de tension Vth. Par conséquent, au bout d’une durée td après l’instant auquel la tension Vc est devenue inférieure à la valeur de tension Vth, le temporisateur 16 active sa sortie (signal det sur la figure).
Les situations de défaillance de la source de courant alternatif illustrées par les figures 3a et 3b correspondent respectivement aux situations de défaillance illustrées par les figures 2a et 2b en référence à l’art antérieur. Le système de détection 10 présente l’avantage de permettre la détection d’une défaillance de la source de courant alternatif au bout d’un temps, après ladite défaillance, au plus égal à la valeur de durée prédéterminée td. Cette valeur td est très inférieure aux valeurs td1 et td2 de l’art antérieur. Par conséquent, le système de détection 10 permet de détecter une défaillance de la source de courant alternatif beaucoup plus rapidement qu’un système de détection de l’art antérieur.
La valeur td est par exemple choisie dans un intervalle de valeurs de temps [T/20 ; T/5] où T est la période du courant alternatif. De façon avantageuse, la durée td est plus particulièrement choisie dans l’intervalle [T/15 ; T/8]. Il est par exemple possible de choisir une valeur de td sensiblement égale à T/12. Ainsi, dans le cas d’une source de courant alternatif délivrant un courant de tension nominale 115V avec une fréquence de 400Hz (correspondant à une période T égale à 2500µs), la valeur de la durée td est par exemple choisie égale à 200µs.
De façon avantageuse, la valeur de la tension prédéterminée Vth est choisie dans l’intervalle [V/12 ; V/5], où V est la tension nominale du courant alternatif à l’entrée du comparateur, c’est-à-dire la tension nominale correspondant à la tension Vc à la première entrée du comparateur 15. Ainsi, par exemple, lorsque la tension Vc sur la première entrée du comparateur 15 est obtenue à partir de la tension redressée Vr au moyen d’un pont diviseur de rapport 1/10, dans l’exemple précité d’une source de courant alternatif délivrant un courant de tension nominale 115V avec une fréquence de 400Hz, la valeur nominale de la tension Vc est égale à 11,5V (soit 115V x 1/10). La valeur de la tension prédéterminée Vth est alors choisie dans l’intervalle [1V ; 2,3V], par exemple 1,5V.
Le système 20 d’alimentation d’une charge électrique représenté sur la figure 5 fait par exemple partie d’un aéronef tel que l’aéronef 1 représenté sur la figure 8. Il est par exemple installé dans une baie avionique 2, à proximité d’un cockpit 3 de l’aéronef. La charge électrique est alors une charge électrique 24 de l’aéronef, par exemple un calculateur avionique. Le système 20 comprend une source de courant alternatif V1, une source électrique auxiliaire V2, ainsi qu’un commutateur 22 (libellé SW sur la figure) permettant d’alimenter la charge électrique 24 à partir de la source de courant alternatif V1 ou à partir de la source électrique auxiliaire V2. Le système 20 comprend en outre un système 10, tel que précité, de détection d’une défaillance de la source de courant alternatif V1. La sortie du système 10 de détection de défaillance est reliée à une entrée de commande du commutateur 22 et le commutateur est configuré de telle façon que lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une absence de défaillance de la source de courant alternatif V1, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique 24 à partir de la source de courant alternatif V1 et lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une défaillance de la source de courant alternatif V1, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique à partir de la source électrique auxiliaire V2. Ainsi, grâce à la rapidité de détection d’une défaillance de la source de courant alternatif V1 au moyen du système de détection 10, en cas de défaillance de la source de courant alternatif V1, le système 20 d’alimentation électrique de la charge électrique 24 permet de commuter l’alimentation électrique de la charge électrique 24 de la source de courant alternatif V1 vers la source électrique auxiliaire V2, cela de façon plus rapide que dans les systèmes d’alimentation électriques de l’art antérieur.
Dans un mode particulier de réalisation représenté sur la figure 6, la charge électrique 24 est une charge électrique devant être alimentée en courant continu. Le système 20 d’alimentation de la charge électrique comprend alors un convertisseur de courant 25 de type alternatif vers continu dont une entrée est reliée à la sortie du commutateur 22 et dont une sortie est reliée à la charge électrique 24. La source électrique auxiliaire V2 est alors une source de courant alternatif. De préférence, cette source électrique est indépendante et dissimilaire de la source de courant alternatif V1. En l’absence d’une défaillance de la source de courant alternatif V1, le convertisseur de courant 25 est alimenté par la source de courant alternatif V1 via le commutateur 22. En cas de défaillance de la source de courant alternatif V1, le système de détection 10 détecte ladite défaillance et commande une commutation du commutateur 22 de telle façon que le convertisseur de courant 25 est alors alimenté par la source électrique auxiliaire V2. Cela permet de garantir la continuité de l’alimentation du convertisseur 25 en courant alternatif. Il existe toutefois une durée transitoire entre la défaillance de la source de courant alternatif V1 et la reprise de l’alimentation électrique du convertisseur 25 par la source électrique auxiliaire V2. Au cours de ladite durée transitoire, le convertisseur 25 n’est pas alimenté électriquement. Toutefois, le convertisseur 25 est prévu pour continuer à alimenter la charge électrique 24 pendant ladite durée transitoire. Pour cela, il comporte un condensateur de stockage d’énergie permettant de continuer à alimenter la charge électrique 24 pendant la durée transitoire. Le fait d’utiliser le système de détection 10 qui garantit un temps de détection au plus égal à td, plutôt que les temps de détection tels que td1 ou td2 de l’art antérieur, permet de réduire la durée de transition et par conséquent il est possible de diminuer la capacité du condensateur de stockage d’énergie. Cela permet de réduire la masse et l’encombrement du convertisseur 25.
Dans un autre mode particulier de réalisation représenté sur la figure 7, la charge électrique 24 est également une charge électrique devant être alimentée en courant continu. Le système 20 d’alimentation de la charge électrique comprend alors un convertisseur de courant 25 de type alternatif vers continu dont une entrée est reliée à la source de courant alternatif V1 et dont une sortie est reliée à une entrée du commutateur 22. La charge électrique 24 est reliée à une sortie du commutateur 22. La source électrique auxiliaire V2 est alors une source de courant continu, par exemple une batterie électrique, reliée à une autre entrée du convertisseur 22. En l’absence d’une défaillance de la source de courant alternatif V1, le convertisseur de courant 25 alimenté par la source de courant alternatif V1 fournit un courant continu en entrée du commutateur 22. La charge électrique 24 est alors alimentée en courant continu par le convertisseur de courant 25, via le commutateur 22. En cas de défaillance de la source de courant alternatif V1, le système de détection 10 détecte ladite défaillance et commande une commutation du commutateur 22 de telle façon que la charge électrique 24 est alors alimentée par la source électrique auxiliaire V2. Cela permet de garantir la continuité de l’alimentation de la charge électrique 24. Il existe toutefois une durée transitoire entre la défaillance de la source de courant alternatif V1 et la détection de ladite défaillance par le système de détection 10, puis la commutation du commutateur 22. Au cours de ladite durée transitoire, le convertisseur 25 n’est pas alimenté électriquement. Toutefois, le convertisseur 25 est prévu pour continuer à alimenter la charge électrique 24 pendant ladite durée transitoire. Pour cela, il comporte un condensateur de stockage d’énergie permettant de continuer à alimenter la charge électrique 24 pendant la durée transitoire. Le fait d’utiliser le système de détection 10 qui garantit un temps de détection au plus égal à td, plutôt que les temps de détection tels que td1 ou td2 de l’art antérieur, permet de réduire la durée de transition et par conséquent il est possible de diminuer la capacité du condensateur de stockage d’énergie. Cela permet de réduire la masse et l’encombrement du convertisseur 25.
Claims (8)
- Système (10) de détection d’une défaillance d’une source de courant alternatif (V1), ledit système comprenant une entrée (11) configurée pour être reliée à ladite source de courant alternatif et une sortie (18) prévue pour fournir à un système utilisateur une information de défaillance de la source de courant alternatif, caractérisé en ce qu’il comporte un détecteur (14) comprenant une sortie reliée à la sortie (18) du système de détection (10), le détecteur (14) comprenant un comparateur (15) et étant configuré de telle façon que si une tension (Vin) à l’entrée (11) du système de détection est inférieure en valeur absolue à une valeur de tension prédéterminée pendant une durée supérieure à une valeur de durée prédéterminée (td), la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une défaillance de la source de courant alternatif et sinon la sortie du détecteur prend une valeur correspondant à une absence de défaillance de la source de courant alternatif.
- Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur est relié à l’entrée du système de détection via un redresseur de courant (12).
- Système de détection selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de tension prédéterminée est choisie dans l’intervalle [V/12 ; V/5], où V est la tension nominale du courant alternatif à l’entrée du comparateur (15).
- Système de détection selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur de durée prédéterminée (td) est choisie dans l’intervalle [T/20 ; T/5], où T est la période du courant alternatif.
- Système d’alimentation électrique (20) d’au moins une charge électrique (24), comprenant une source de courant alternatif (V1), une source électrique auxiliaire (V2), ainsi qu’un commutateur (22) permettant d’alimenter la charge électrique (24) à partir de la source de courant alternatif (V1) ou à partir de la source électrique auxiliaire (V2), caractérisé en ce qu’il comprend un système (10) de détection d’une défaillance de la source de courant alternatif (V1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, et en ce que la sortie du système (10) de détection de défaillance est reliée à une entrée du commutateur (22) et le commutateur est configuré de telle façon que lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une absence de défaillance de la source de courant alternatif, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique (24) à partir de la source de courant alternatif (V1) et lorsque la valeur de la sortie du système de détection correspond à une défaillance de la source de courant alternatif, le commutateur permet d’alimenter la charge électrique à partir de la source électrique auxiliaire (V2).
- Système d’alimentation électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur de courant (25) de type alternatif vers continu relié en entrée à la sortie du commutateur (22) et, en ce que la source électrique auxiliaire (V2) est une source de courant alternatif.
- Système d’alimentation électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur de courant (25) de type alternatif vers continu relié en entrée à la source de courant alternatif (V1) et en sortie à une première entrée du commutateur (22) et, en ce que la source électrique auxiliaire (V2) est une source de courant continu.
- Aéronef (1), caractérisé en ce qu’il comprend un système d’alimentation électrique (20) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.
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