FR3138856A1 - Procédé de contrôle d’un système électrique comprenant une machine synchrone à aimants permanents - Google Patents
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Abstract
Le présent exposé concerne un procédé de régulation de la tension (V_AC) d’un bus (411_AC) électrique d’un système électrique d’une turbomachine hybridée électriquement, le bus (411_AC) étant prévu pour transporter un courant alternatif, le procédé (E) comprenant le contrôle d’un flux magnétique au sein d’une machine (401) synchrone à aimants permanents du système électrique, la machine (101) étant reliée au bus (411_AC), le contrôle étant mis en œuvre en fonction d’une tension (V_AC) mesurée sur le bus (411_AC) et d’une vitesse (Vrot) de rotation du rotor de la machine (401) par rapport au stator de la machine (401) par pilotage d’un onduleur (421) du système électrique, l’onduleur (421) étant relié au bus (411_AC). Figure pour l’abrégé : Fig. 4
Description
Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines, en particulier des moteurs d’aéronef. Plus précisément, le présent exposé concerne la gestion de l’alimentation de charges électriques d’un moteur et/ou d’un aéronef.
Un aéronef peut comprendre au moins un moteur et chacun du moteur et de l’aéronef peut comprendre des charges électriques et/ou des sources d’alimentation électrique. Un système électrique peut relier les charges, les sources et le moteur entre eux pour permettre des échanges électriques entre ces différents éléments. Les échanges électriques peuvent prendre la forme d’un signal continu et/ou alternatif. Le système électrique peut également comprendre des machines électriques à l’aide desquelles les charges sont alimentées, et ce par prélèvement mécanique sur le moteur. Les machines électriques généralement utilisées à cet égard sont pilotables, et ce afin de réguler en tension le système électrique. Toutefois, la masse et l’encombrement de telles machines électriques sont généralement très importants, et leur rendement est faible. D’un autre côté, des machines électriques moins volumineuses et moins massiques, et dont le rendement est plus élevé, sont disponibles. Mais de telles machines ne sont généralement pas pilotables pour réguler en tension le système électrique.
Un but de la divulgation est d’améliorer l’efficacité d’un moteur d’aéronef hybridé électriquement.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect de la présente divulgation, un procédé de régulation de la tension d’un bus électrique d’un système électrique d’une turbomachine hybridée électriquement, le bus étant prévu pour transporter un courant alternatif, le procédé comprenant le contrôle d’un flux magnétique au sein d’une machine synchrone à aimants permanents du système électrique, la machine étant reliée au bus, le contrôle étant mis en œuvre en fonction d’une tension mesurée sur le bus et d’une vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine par pilotage d’un onduleur du système électrique, l’onduleur étant relié au bus.
Avantageusement, mais facultativement, le procédé exposé comprend l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou dans une quelconque combinaison :
- il comprend en outre le contrôle de la puissance électrique injectée par la machine sur le bus en fonction de la vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine ;
- le contrôle, par pilotage de l’onduleur, de la puissance comprend une limitation de la puissance injectée par la machine sur le bus si la vitesse est inférieure à un premier seuil de vitesse et/ou si la vitesse est supérieure à un deuxième seuil de vitesse, le deuxième seuil de vitesse étant supérieur au premier seuil de vitesse ;
- il comprend en outre, si la puissance injectée par la machine sur le bus est limitée, le prélèvement d’une puissance électrique sur un autre bus du système électrique et l’injection de la puissance prélevée sur le bus, l’autre bus étant prévu pour transporter un courant continu et étant relié à l’onduleur, le prélèvement de puissance sur l’autre bus et l’injection de la puissance prélevée sur le bus étant mis en œuvre par l’onduleur ;
- pour une vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine, si la tension mesurée est inférieure à une tension de référence, le contrôle comprend l’augmentation du flux magnétique au sein de la machine ;
- pour une vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine, si la tension mesurée est supérieure à une tension de référence, le contrôle comprend la diminution du flux magnétique au sein de la machine ;
- le contrôle est mis en œuvre par pilotage d’un onduleur relié au bus ; et
- il comprend en outre le filtrage du courant alternatif généré par l’onduleur avant qu’il n’atteigne une charge reliée au bus.
- il comprend en outre le contrôle de la puissance électrique injectée par la machine sur le bus en fonction de la vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine ;
- le contrôle, par pilotage de l’onduleur, de la puissance comprend une limitation de la puissance injectée par la machine sur le bus si la vitesse est inférieure à un premier seuil de vitesse et/ou si la vitesse est supérieure à un deuxième seuil de vitesse, le deuxième seuil de vitesse étant supérieur au premier seuil de vitesse ;
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- pour une vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine, si la tension mesurée est inférieure à une tension de référence, le contrôle comprend l’augmentation du flux magnétique au sein de la machine ;
- pour une vitesse de rotation du rotor de la machine par rapport au stator de la machine, si la tension mesurée est supérieure à une tension de référence, le contrôle comprend la diminution du flux magnétique au sein de la machine ;
- le contrôle est mis en œuvre par pilotage d’un onduleur relié au bus ; et
- il comprend en outre le filtrage du courant alternatif généré par l’onduleur avant qu’il n’atteigne une charge reliée au bus.
Selon un autre aspect, il est proposé un système électrique comprenant :
un bus électrique prévu pour transporter un courant alternatif ;
un autre bus électrique prévu pour transporter un courant continu ;
une machine synchrone à aimants permanents reliée au bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le bus ;
un onduleur relié à chacun des bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur chacun des bus ; et
un dispositif de contrôle configuré pour piloter l’onduleur de sorte à mettre en œuvre le procédé tel que précédemment décrit.
un bus électrique prévu pour transporter un courant alternatif ;
un autre bus électrique prévu pour transporter un courant continu ;
une machine synchrone à aimants permanents reliée au bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le bus ;
un onduleur relié à chacun des bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur chacun des bus ; et
un dispositif de contrôle configuré pour piloter l’onduleur de sorte à mettre en œuvre le procédé tel que précédemment décrit.
D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre un aéronef de façon schématique.
La est une vue en coupe schématique d’un ensemble propulsif.
La illustre schématiquement un système électrique.
La illustre schématiquement une partie du système électrique illustré sur la .
La illustre l’évolution de certaines grandeurs électriques au sein du système électrique en fonction de l’évolution d’une vitesse d’un corps rotatif d’un moteur auquel le système électrique est relié.
La illustre l’évolution du niveau de puissance prélevé par le système électrique sur chaque des corps rotatifs d’un moteur auquel le système électrique est relié.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
La illustre un aéronef100comprenant au moins un ensemble propulsif1, en l’espèce deux ensembles propulsifs1. L’aéronef100représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef100, tel qu’un hélicoptère. Les ensembles propulsifs1sont rapportés et fixés sur l’avion100, chacun sous une aile de l’avion100, comme visible sur la . Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un ensemble propulsif1peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage.
L’aéronef100comprend également une pluralité de charges (ou récepteurs) électriques400représentées sur la . Chaque charge électrique400est un dispositif alimenté par de l’énergie électrique et pouvant être configuré pour transformer l’énergie électrique qui l’alimente en une autre forme d’énergie, comme par exemple de la chaleur ou de l’énergie mécanique. Des exemples non limitatifs de charges électriques400de l’aéronef100sont : un moteur électrique, un système de chauffage et/ou de climatisation, un compresseur, etc. Ces charges électriques400permettent notamment d’assurer un certain nombre de fonctionnalités, en vol comme au sol, telles que la pressurisation et/ou l’illumination de la cabine de l’aéronef100, le fonctionnement du poste de pilotage, etc.
Pour alimenter ces charges électriques400en énergie électrique, l’aéronef100comprend une pluralité de réseaux électriques, dont au moins un réseau à courant continu44_DCet un réseau à courant alternatif43_AC. Chaque réseau électrique43_AC,44_DCcomprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Le réseau à courant continu44_DCn’autorise la circulation d’énergie électrique que sous forme d’un signal continu, tandis que le réseau à courant alternatif43_ACn’autorise la circulation d’énergie électrique que sous forme d’un signal alternatif.
L’énergie électrique consommée par les charges électriques400peut, au moins en partie, être produite par le moteur2de l’ensemble propulsif1, décrit plus en détails ci-après, et plus précisément par prélèvement mécanique sur des corps rotatifsBP,HPdu moteur2.
La illustre un ensemble propulsif1s’étendant selon un axe longitudinalX-X, et comprenant un moteur2, qui est une turbomachine, et une nacelle3entourant le moteur2.
L’ensemble propulsif1est destiné à être monté sur un aéronef100, par exemple de la manière illustrée sur la . A cet égard, l’ensemble propulsif1peut comprendre un mât (non représenté) destiné à relier l’ensemble propulsif1à une partie de l’aéronef100.
Le moteur2illustré sur la est un turboréacteur à double corps, double flux et entraînement direct de la soufflante20. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur2peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à entraînement de la soufflante via un réducteur, ou un turbopropulseur. De même, ce qui est décrit est applicable à tous types de turbomachine, c’est-à-dire de système permettant un transfert d’énergie entre une partie tournante et un fluide.
Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif1en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinalX-Xet une direction radiale est une direction orthogonale à l’axe longitudinalX-Xet coupant l’axe longitudinalX-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinalX-Xet un plan radial est un plan orthogonal à l’axe longitudinalX-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinalX-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est orthogonale à l’axe longitudinalX-Xmais ne passe pas par l’axe longitudinalX-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinalX-Xque la partie extérieure du même élément.
Comme visible sur la , le moteur2comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante20, une section de compression22comprenant un compresseur basse pression220et un compresseur haute pression222, une chambre de combustion24et une section de détente26comprenant une turbine haute pression262et une turbine basse pression260. Chacun du compresseur basse pression220, du compresseur haute pression222, de la turbine haute pression262et de la turbine basse pression260comprend une partie rotor et une partie stator, la partie rotor étant susceptible d’être entraînée en rotation par rapport à la partie stator autour de l’axe longitudinalX-X. La soufflante20, la partie rotor du compresseur basse pression220, et la partir rotor de la turbine basse pression260sont reliées entre elles par un arbre basse pression280s’étendant le long de l’axe longitudinalX-X, formant ainsi un corps basse pression (corpsBP). La partie rotor du compresseur haute pression222et la partie rotor de la turbine haute pression262sont reliées entre elles par un arbre haute pression282s’étendant également le long de l’axe longitudinalX-X, autour de l’arbre basse pression280, formant ainsi un corps haute pression (corpsHP). Comme visible sur la , la section de compression22, la chambre de combustion24et la section de détente26sont entourés par un carter moteur23, auxquels sont reliés les parties stator du compresseur basse pression220, du compresseur haute pression222, de la turbine haute pression262et de la turbine basse pression260, tandis que la soufflante20est entourée par un carter de soufflante25. Le carter moteur23et le carter de soufflante25sont reliés entre eux par des bras27profilés s’étendant radialement et formant des redresseurs (ou OGV pour« Outlet Guide Vanes »dans la terminologie anglo-saxonne), lesquels sont répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinalX-X. Au moins certains de ces bras27peuvent être prévus structuraux. L’axe longitudinalX-Xdéfinit l’axe de rotation pour la soufflante20, les parties rotor de la section de compression22et les parties rotor de la section de détente26, autrement dit pour le corpsBPet le corpsHP, lesquels sont chacun susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinalX-Xpar rapport au carter moteur23et au carter de soufflante25.
La nacelle3s’étend radialement à l’extérieur du moteur2, tout autour de l’axe longitudinalX-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante25et le carter moteur23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur23, une partie aval d’une veine secondaireB, la partie amont de la veine secondaireBétant définie par le carter de soufflante25et une partie amont du carter moteur23. La partie amont de la nacelle3définit en outre une entrée d’air29par laquelle la soufflante20aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif1. La nacelle3est solidaire du carter de soufflante25et rapportée et fixée à l’aéronef100au moyen du mât.
Le moteur2peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé AGB (pour« Accessory gear box »dans la terminologie anglo-saxonne), typiquement logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’engrenages permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de mouvement (ou RDS pour« Radial Drive Shaft »dans la terminologie anglo-saxonne) reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pressionHPet le corps basse pressionBP, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression282et l’arbre basse pression280. A cet égard, l’arbre de prise de mouvement peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pressionHPet le corps basse pressionBPpour être délivrée à l’un au moins des accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
Le moteur2peut, lui aussi, comprendre une pluralité de charges électriques400, telles qu’un démarreur, des géométries variables ou des systèmes de dégivrage, lesquelles doivent également être alimentées en énergie électrique. L’alimentation d’au moins certaines de ces charges électriques400peut être sous la forme d’un signal continu, typiquement une tension continue, et/ou alternatif, typiquement une tension alternative.
En fonctionnement, la soufflante20aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaireA, est, successivement, comprimée au sein de la section de compression22, enflammée au sein de la chambre de combustion24et détendue au sein de la section de détente26avant d’être éjectée hors du moteur2. La veine primaireAtraverse le carter moteur23de part en part. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaireBqui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur23, l’air aspiré par la soufflante20étant redressé par les redresseurs puis éjecté hors de l’ensemble propulsif1. De cette manière, l’ensemble propulsif1génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef100sur lequel l’ensemble propulsif1est rapporté et fixé.
La illustre un système électrique4distribué entre l’ensemble propulsif1et l’aéronef100pour l’alimentation en énergie électrique des charges électriques400du moteur2et/ou de l’aéronef100, typiquement au moyen du réseau à courant continu44_DCet du réseau à courant alternatif43_AC. Le système électrique4permet notamment de réaliser l’interface entre les corps rotatifsBP,HPdu moteur2et le réseau électrique de l’aéronef100. Le système électrique4est notamment configuré pour répondre aux besoins en puissance électrique des charges400de l’aéronef100et/ou du moteur2par prélèvement mécanique sur le moteur2, pour assister le démarrage et/ou le fonctionnement en vol du moteur2à l’aide de sources électriques401,402de l’aéronef100et/ou du moteur2, mais aussi pour participer au transfert de puissance entre les corps rotatifsBP,HPdu moteur2. En d’autres termes, le moteur2est hybridé électriquement. Il convient en outre de noter que, lorsque l’aéronef100est équipé de deux moteurs2, cet aéronef100peut comprendre un système électrique4par moteur2. Le cas échéant, chaque système électrique4peut être relié à un réseau à courant alternatif43_ACet/ou un réseau à courant continu44_DCqui est distinct, ou non, de l’autre système électrique4. Ceci permet avantageusement de bénéficier d’une redondance entre les systèmes électriques4de chacun des moteurs2.
Le système électrique4comprend un premier bus411_ACélectrique, ou premier bus411_ACd’alimentation électrique, relié au réseau à courant alternatif43_ACpour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus411_ACvers le réseau à courant alternatif43_AC. Le premier bus411_ACest donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal alternatif. Le système électrique4comprend en outre un deuxième bus412_DCélectrique, ou deuxième bus412_ACd’alimentation électrique, relié au réseau à courant continu44_DCpour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus412_DCvers le réseau à courant continu44_DC. Le deuxième bus412_DCest donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal continu. Chacun du premier bus411_ACet du deuxième bus412_DCcomprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Les charges électriques400de l’aéronef100et/ou du moteur2peuvent également être reliées à l’un au moins du premier bus411_ACet du deuxième bus412_DCpour en retirer l’énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement.
Le système électrique4comprend en outre plusieurs sources électriques401,402qui sont des éléments configurés pour fournir une puissance électrique. Les sources électriques401,402peuvent être un générateur de courant alternatif401,402et/ou une source de courant continu (non représentée). La source de courant continu peut être utilisée alternativement ou en complément du générateur de courant alternatif402relié au deuxième bus412_DC, notamment lorsque la puissance générée par l’un au moins des générateurs de courant alternatif401,402est trop faible pour répondre aux besoins des charges électriques400. La source de courant continu peut comprendre une batterie, un supercondensateur, une génératrice à courant continu et/ou une pile à combustible. Les générateurs de courant alternatif401,402et la source de courant continu peuvent appartenir au moteur2, c’est-à-dire être pilotés en même temps que le moteur2, voire être pilotés par le moteur2. Dans ce cas ce sont des sources électriques401,402du moteur2. Du reste, la source de courant continu n’est pas nécessairement localisée dans le moteur2et peut, par exemple, être logée dans le mât permettant de fixer le moteur2à l’aéronef100. Alternativement, la source de courant continu appartient à l’aéronef100, c’est-à-dire qu’elle est pilotée en même temps que l’aéronef100.
Un premier générateur électrique401est relié au premier bus411_ACpour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus411_AC. Le premier générateur électrique401est, par ailleurs, relié à un premier corps rotatif du moteur2, par exemple le corpsHP, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le corps rotatifHPet le premier générateur électrique401. De plus, un deuxième générateur électrique402est relié à un deuxième corps rotatif du moteur2, par exemple le corpsBP, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatifBPet le deuxième générateur électrique402. Chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut donc fonctionner comme moteur électrique, lorsqu’il prélève de la puissance électrique sur le premier bus411_ACet/ou le deuxième bus412_DCpour transmettre une puissance mécanique au corps rotatifHP,BPauquel il est relié. En outre, chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut fonctionner comme générateur électrique, lorsqu’il injecte une puissance électrique sur le premier bus411_ACet/ou sur le deuxième bus412_DCqu’il a transformé d’une puissance mécanique extraite sur le corps rotatifHP,BPauquel il est relié.
Chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut typiquement être une machine synchrone à rotor bobiné, comprenant typiquement trois étages, appelée VFG (pour «Variable Frequency Generator »dans la terminologie anglo-saxonne), entrainée par l’un au moins parmi l’arbre haute pression282et l’arbre basse pression280du moteur2, typiquement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. Une telle machine présente notamment l’avantage de pouvoir être pilotée pour réguler la tension du bus411_AC,412_DCauquel elle est reliée. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque d’autres types de machines sont envisageables, telles que des machines asynchrones (ou« Induction machine »dans la terminologie anglo-saxonne) ou à réluctance variable. Toutefois ces machines peuvent être améliorées, notamment en termes de masse, d’encombrement et de rendement. C’est la raison pour laquelle, de manière préférée, le premier générateur électrique401est une machine synchrone à aimants permanents, appelées PMSM (pour« Permanent-Magnet Synchronous Machine Drives »dans la terminologie anglo-saxonne), laquelle présente l’avantage d’un meilleur rendement et d’une masse plus réduite, ce qui améliore la durée de vie et l’efficacité du moteur2. La machine PMSM peut être à pôles lisses ou à pôles saillants, une machine à pôles saillants facilitant le contrôle du flux magnétique au sein de la machine, l’inductance de la machine sur l’axe d étant supérieure à l’inductance sur l’axe q, lesquels axes seront décrits plus en détails ci-après. Le deuxième générateur électrique402peut, quant à lui être de type VFG ou de type PMSM ou même une machine asynchrone. Une machine PMSM, comme toute machine électrique, comprend un rotor et un stator (non représentés), le rotor étant entraîné en rotation par rapport au stator, le rotor étant avantageusement entrainé par l’arbre haute pression282du moteur2, typiquement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
La illustre également que le système électrique4comprend un premier onduleur421, lequel est relié à la fois au premier bus411_AC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus411_AC, et au deuxième bus412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. Le premier onduleur421permet à une partie de la puissance électrique générée par le premier générateur électrique401d’être transférée du premier bus411_ACvers le deuxième bus412_DC. Le premier onduleur421permet également de transférer de la puissance électrique depuis le deuxième bus412_DCvers le premier bus411_ACpour fournir de la puissance électrique au premier générateur électrique401et/ou pour compléter la puissance électrique injectée par le premier générateur électrique401sur le premier bus411_ACsi les besoins des charges400électriques reliées au premier bus411_ACl’exigent. Le premier générateur électrique401peut ainsi transformer cette puissance électrique reçue du deuxième bus412_DCen puissance mécanique au profit du corps rotatifHPauquel il est relié. Ceci peut typiquement s’opérer lors du démarrage du moteur2ou lors d’une phase d’assistance du moteur2.
La illustre en outre que le système électrique4comprend un deuxième onduleur422, lequel est relié à la fois au deuxième générateur électrique402pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique402et le deuxième onduleur422, et au deuxième bus412_DCpour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. Le deuxième onduleur422permet ainsi d’injecter ou de prélever une puissance mécanique au niveau du corps rotatifBPauquel le deuxième générateur électrique402est relié.
Les onduleurs421,422peuvent être de tout type : onduleur 2 niveaux, onduleur multi-niveaux, onduleur à quatre bras, onduleur entrelacé, onduleur de type Y-BB, onduleur comprenant un transformateur de neutre, etc. Les onduleurs421,422sont en outre configurées pour transformer un signal, par exemple une tension, qui est alternatif en un signal qui est continu. De cette manière, les onduleurs421,422assurent également que la puissance électrique produite ou reçue par les générateurs électriques401,402, qui est sous forme d’un signal alternatif, puisse, le cas échéant, circuler sur le deuxième bus412_DC.
La illustre également la présence d’un filtre430, positionné entre le premier onduleur421et le premier bus411_AC. Le filtre430met en œuvre le filtrage du courant alternatif généré par le premier onduleur421avant qu’il n’atteigne une charge400reliée au premier bus411_AC. Ceci permet de respecter les contraintes de qualité du réseau à courant alternatif43_AC. A cet égard, le filtre430peut également être positionné entre le premier bus411_ACet la charge400. Alternativement, un premier filtre430peut être positionné entre le premier onduleur421et le premier bus411_AC, et un deuxième filtre430être positionné entre le premier bus411_ACet la charge400. Alternativement à l’utilisation d’un filtre, il est possible d’utiliser une machine PSM du type multi étoiles pour le premier générateur électrique401. Une telle machine nécessite cependant que les bobinages ne soient pas magnétiquement indépendants car il faut que le premier onduleur421soit toujours capable de contrôler le flux magnétique pour toutes les phases du premier générateur électrique401. Par ailleurs une telle machine peut être surdimensionnée. Une autre alternative à l’utilisation d’un filtre peut être l’utilisation de deux stators au sein du premier générateur électrique401, un interne au rotor et un second externe, un des deux stators étant utilisé pour le contrôle du flux magnétique au sein du premier générateur électrique401.
La illustre une partie du système électrique4de manière plus détaillée.
Comme visible sur la , chacun du premier onduleur421et du deuxième onduleur422comprend un dispositif de contrôle4210,4220, tandis que le système électrique4comprend un contrôleur (non représenté) configuré pour transmettre des informations aux dispositifs de contrôle4210,4220qui sont utiles au pilotage des onduleurs421,422. Le contrôleur peut par exemple être tout ou partie du système réalisant l’interface entre le cockpit de l’aéronef100et le moteur2(ou FADEC ou« Full Authority Digital Engine Control », dans la terminologie anglo-saxonne), typiquement être l’unité de commande du moteur2, (ou ECU pour« Electronic Control Unit »dans la terminologie anglo-saxonne), laquelle est intégrée au FADEC. Chacun des dispositifs de contrôle4210,4220est muni d’au moins un processeur (non représenté) configuré pour mettre en œuvre au moins un aspect d’au moins une des variantes du procédé de contrôle du système électrique4décrit plus en détails ci-après. Les processeurs sont adaptés pour lire un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur tel que le processeur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’au moins un aspect de l’au moins une des variantes du procédé de contrôle. Le support lisible par ordinateur et/ou les des dispositifs de contrôle4210,4220sont configurés pour charger, typiquement au sein d’une mémoire, un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur tel que le processeur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’au moins un aspect de l’au moins une des variantes du procédé de contrôle. A cet égard, les dispositifs de contrôle4210,4220peuvent, chacun, comprendre une mémoire (non représentée).
Les dispositifs de contrôle4210,4220sont, chacun, configurés pour recevoir un signalV_DC,V_ACreprésentatif d’une mesure d’une tension du (ou des) bus411_AC,412_DCauquel leur onduleur421,422est relié. Pour ce faire, chaque dispositif de contrôle4210,4220peut être relié au(x) bus411_AC,412_DCou à un capteur de tension relié au(x) bus411_AC,412_DC, et recevoir du bus411_AC,412_DC(ou de ce capteur) le signalV_DC,V_AC. Ce signalV_DC,V_ACpeut être reçu par l’intermédiaire d’une liaison physique ou sans fil.
Ce signalV_DC,V_ACreprésente notamment l’évolution des besoins en puissance de la part des charges400reliées au bus411_AC,412_DC. Typiquement, lorsqu’une charge400requiert soudainement de pouvoir prélever sur le bus411_AC,412_DCune puissance importante, du fait du temps de réponse du système électrique4pour fournir au bus411_AC,412_DCla puissance nécessaire pour compenser la puissance prélevée, la tension du bus411_AC,412_DCva brutalement chuter, et cette chute sera remontée au dispositif de contrôle4210,4220, par l’intermédiaire du signalV_DC,V_AC. De la même manière, lorsqu’une charge400se déleste brusquement d’une puissance importante sur le bus411_AC,412_DC, du fait du temps de réponse du système électrique4pour soutirer au bus411_AC,412_DCla puissance nécessaire en vue de compenser ce délestage, la tension du bus411_AC,412_DCva brutalement augmenter, et cette augmentation sera remontée au dispositif de contrôle4210,4220, par l’intermédiaire du signalV_DC,V_AC. De ce fait, le signalV_DC,V_ACest typiquement un signal temporel, c’est-à-dire fournissant (ou représentant) l’évolution de la tension du bus411_AC,412_DCen fonction du temps. De nombreuses charges400, notamment les charges400dites « actives », peuvent présenter ce type de comportement dynamique, lequel peut d’ailleurs varier au cours des différentes phases de vol.
En outre, les dispositifs de contrôle4210,4220sont, chacun, configurés pour recevoir un signalVrotreprésentatif d’une mesure d’une vitesse de rotation du rotor du générateur électrique401,402auquel leur onduleur421,422est relié, par rapport au stator de ce générateur électrique401,402. Tout comme pour la tension des bus411_AC,412_DC, cette réception peut être mise en œuvre à l’aide d’un capteur (non représenté) agencé au sein de chacun des générateurs électriques401,402, ou directement par liaison entre le dispositif de contrôle4210,4220et le générateur électrique401,402, le signal pouvant être transmis par l’intermédiaire d’une liaison physique ou sans fil. Alternativement, la vitesse de rotation du générateur électrique401,402peut être déterminée, typiquement au sein des dispositifs de contrôle4210,4220, à partir de la position du rotor du générateur électrique401,402par rapport au stator du générateur électrique401,402, de la tension du bus411_AC,412_DCauquel le générateur électrique401,402est relié et de l’intensité du courant circulant entre le générateur électrique401,402et le bus411_AC,412_DC.
Par ailleurs, le dispositif de contrôle4210du premier onduleur421est configuré pour recevoir un signalI_ACreprésentatif d’une mesure d’une intensité du courant alternatif circulant entre le premier générateur électrique401et le premier bus411_AC. Tout comme pour la tension des bus411_AC,412_DC, cette réception peut être mise en œuvre à l’aide d’un capteur (non représenté) agencé sur le circuit reliant le premier générateur électrique401et le premier bus411_AC, ou directement par liaison avec ce circuit, le signal pouvant être transmis par l’intermédiaire d’une liaison physique ou sans fil. Le dispositif de contrôle4220, bien que cela ne soit pas illustré sur la , peut, de la même manière, recevoir un signal représentatif d’une mesure d’une intensité du courant continu circulant entre le deuxième générateur électrique402et le deuxième bus412_DC.
En outre, le dispositif de contrôle4210du premier onduleur421est configuré pour transformer le signalI_ACreprésentatif d’une mesure d’une intensité du courant alternatif circulant entre le premier générateur électrique401et le premier bus411_AC, lequel est triphasé, en un signalIdexprimé sur l’axe d et un signalIqexprimé sur l’axe q, par décomposition par transformée directe-quadrature-zéro, comme décrit plus en détails ci-après.
En fonctionnement, il est nécessaire d’assurer différentes régulations du système électrique4.
La régulation en puissance du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCpermet d’assurer que la puissance électrique transmise au premier bus411_ACet/ou au deuxième bus412_DCpar le premier générateur électrique401et/ou le deuxième générateur électrique402est suffisante pour répondre à la demande des charges400électriques de l’aéronef100et/ou du moteur2sur le réseau à courant alternatif43_ACet/ou sur le réseau à courant continu44_DC.
La régulation en tension de chacun des bus411_AC,412_DCest critique. En effet, l’évolution temporelle de la tension électrique au sein d’un bus411_AC,412_DC, lors du fonctionnement du système électrique4, si elle peut ponctuellement varier autour d’une valeur nominale donnée, doit pour autant demeurer au sein de limites d’un gabarit, ce qui est la garantie que l’ensemble des éléments qui sont connectés aux bus411_AC,412_DCfonctionne correctement. Le gabarit définit, en fait, les limites supérieures et inférieures d’excursion de la tension, en fonction du temps, lors du fonctionnement du système électrique4. Le gabarit peut comprendre des limites définies pour des conditions de fonctionnement normales et/ou anormales, lesquelles limites entourent, de manière symétrique ou non, un niveau de tension électrique nominal du bus411_AC,412_DC. Dans un diagramme (non représenté) fournissant l’évolution de la tension électrique en fonction du temps, une limite d’un gabarit est typiquement représentée comme une ligne, brisée ou non. De préférence, même si la limite ne définit par une valeur de tension électrique constante dans un premier temps, notamment pendant le temps caractéristique de mise en fonctionnement (ou démarrage) du système électrique4ou encore pendant le temps d’établissement d’un régime permanent en cas de transitoire de puissance, il est commun que la limite définisse ensuite une valeur de tension électrique constante, et ce afin de garantir la stabilité de fonctionnement du bus411_AC,412_DCet, partant, du système électrique4. Un tel gabarit peut, par exemple, être défini dans une norme relative à la qualité du système électrique4et/ou du réseau à courant continu, mais aussi être défini par un cahier des charges d’un véhicule type aéronef auquel le système électrique4est raccordé, typiquement les exigences du fabricant de l’aéronef100et/ou du moteur2au sein duquel le système électrique4est intégré. C’est pourquoi, le dispositif de contrôle4210du premier onduleur421est configuré pour recevoir, typiquement du contrôleur général, une tension de référenceVref_ACassociée au gabarit du premier bus411_AC. Il en est de même avec dispositif de contrôle4220du dispositif de contrôle du deuxième onduleur4220, avec une tension de référenceVref_DCassociée au gabarit du deuxième bus412_DC.
D’autre part, la régulation en tension des bus411_AC,412_DCpermet de répondre aux demandes en puissance de la part des charges400reliées aux bus411_AC,412_DC. Typiquement, lorsque la quantité de puissance prélevée par au moins une charge400sur un bus411_AC,412_DCest supérieure à la quantité de puissance injectée sur le bus411_AC,412_DC, la tension du bus411_AC,412_DCdiminue significativement. Inversement, lorsque la quantité de puissance injectée sur le bus411_AC,412_DCest supérieure à la quantité de puissance prélevée sur le bus411_AC,412_DCpar au moins une charge400, la tension du bus411_AC,412_DCaugmente. Ainsi, réguler la tension du bus411_AC,412_DCpermet, outre d’assurer la sécurité du système électrique4, de répondre aux besoins en puissance des charges400. En d’autres termes, chacun des éléments reliés aux bus411_AC,412_DCest configuré pour adapter en permanence la puissance qu’il injecte ou prélève sur le bus411_AC,412_DC, selon la tension du bus411_AC,412_DC, de sorte à répondre exactement aux besoins en puissance des charges reliées au bus411_AC,412_DC.
La régulation en tension des bus411_AC,412_DCest mise en œuvre par le pilotage des onduleurs410,420, le pilotage étant mis en œuvre par les dispositifs de contrôle412,422pour maintenir la tension des bus411_AC,412_DCdans les gabarits permettant un fonctionnement stable du système électrique4.
Pour ce faire, chacun des onduleurs410,420reçoit du dispositif de contrôle412,422un signal de commandeCTRLqui lui est propre, et à partir de laquelle l’onduleur410,420régule en tension le bus411_AC,412_DCauquel il est relié, typiquement en contrôlant le générateur électrique401,402relié au bus411_AC,412_DC. La combinaison des régulations en tension de chaque onduleur410,420permet ainsi de suivre en permanence les besoins en puissance des charges400.
De manière générale, le contrôle d’une machine PMSM, telle que le premier générateur401électrique, peut être mis en œuvre par un onduleur auquel la machine PMSM est reliée. L’onduleur est alors piloté pour commander la machine PMSM dans un mode moteur, en couple ou en vitesse, ou dans un mode générateur, en tension. A cet égard, le contrôle peut s’appuyer sur une décomposition par transformée directe-quadrature-zéro (ou « dqo », qui est basée sur une transformée de Park) des grandeurs électriques (tension, puissance, intensité) auxquelles la machine PMSM est exposée, lesquelles grandeurs sont sous forme de signal alternatif triphasé. Cette décomposition est mise en œuvre grâce à un modèle diphasé et peut être réalisée par le dispositif de contrôle de l’onduleur. Dans le repère d’arrivée de cette décomposition, lequel est fixé au rotor de la machine, dans la mesure où la machine PMSM est synchrone, les courants sont sous forme d’un signal continu, ce qui simplifie la commande. En outre, la décomposition dqo présente l’avantage de conserver les valeurs de puissance. Un tel repère d’arrivée comprend deux axes : l’axe q, dans lequel les grandeurs électriques exprimées, et notamment le courant, représentent au premier ordre le couple électromagnétique de la machine PMSM, et l’axe d, dans lequel les grandeurs électriques exprimées, et notamment le courant, représentent le flux magnétique circulant au sein de la machine PMSM. Les grandeurs électriques exprimées sur l’axe q sont généralement utilisées pour la commande en mode moteur ou en mode générateur, les grandeurs électriques exprimées sur l’axe d n’étant utilisées que pour contrôler le flux magnétique, ce qui peut notamment s’avérer utile à haute vitesse de rotation de la machine PMSM et/ou à des tensions basses du bus auquel la machine PMSM est reliée. Dans ce cas, en effet, il convient de diminuer la quantité de flux magnétique circulant au sein de la machine PMSM, dans la mesure où la tension sur le bus auquel la machine PMSM est reliée est une grandeur proportionnelle au produit du flux magnétique circulant au sein de la machine PMSM et de la vitesse de rotation du rotor de la machine PMSM par rapport au stator de la machine PMSM. Les grandeurs électriques exprimées sur l’axe q et l’axe d sont, dans tous les cas, utilisées pour générer un signal de commande de l’onduleur relié à la machine PMSM. Toutefois, de telles stratégies de contrôle sont usuellement mise en œuvre pour une machine PMSM reliée à un bus à courant continu par le bais d’un onduleur.
Sur la , toutefois, le premier générateur401électrique et le premier onduleur421sont, chacun, reliés au premier bus411_AC, qui est à courant alternatif.
C’est pourquoi, le procédé de contrôle exposé vise à contrôler le flux magnétique au sein du premier générateur401électrique, typiquement à l’aide du courantIdexprimé sur l’axe d, pour réguler la tension du premier bus411_AC, la régulation en tension du deuxième bus412_DC, qui est à courant continu, étant mise en œuvre à l’aide du courantIqexprimé sur l’axe q.
Le procédé de contrôle exposé est avantageusement mis en œuvre par le pilotage du premier onduleur421, c’est-à-dire que c’est le dispositif de contrôle4210du premier onduleur421qui met en œuvre le procédé de contrôle, puisque le premier onduleur421est relié à la fois au premier générateur401électrique et au premier bus411_AC. Pour ce faire, un signal de commandeCTRLest avantageusement généré par le dispositif de contrôle4210suite aux étapes exposées ci-après, lequel signal de commandeCTRLest transmis au premier onduleur421.
Plus précisément, le procédé de contrôle comprend le contrôle d’un flux magnétique au sein du premier générateur401électrique, qui est une machine synchrone à aimants permanents, lequel est relié au premier bus411_AC, qui est prévu pour transporter un courant alternatif, ce contrôle étant mis en œuvre en fonction d’une tension mesurée sur le premier bus411_ACet d’une vitesse de rotation du rotor du premier générateur401électrique par rapport au stator du premier générateur401électrique. La tension mesurée sur le premier bus411_ACest typiquement déterminée par l’intermédiaire du signalV_ACreprésentatif d’une mesure d’une tension du premier bus411_AC, tandis que la vitesse de rotation est typiquement déterminée par l’intermédiaire du signalVrotreprésentatif d’une mesure d’une vitesse de rotation du rotor du premier générateur401électrique par rapport au premier générateur401électrique et/ou de la position du rotor du premier générateur électrique401par rapport au stator du premier générateur électrique401, de la tension du premier bus411_ACet de l’intensité du courant circulant entre le premier générateur électrique401et le premier bus411_AC.
Plus précisément, pour une vitesse de rotation donnée du premier générateur401électrique, si la tension mesurée est inférieure à une tension de référenceVref_AC(i.e., la tension du premier bus411_ACchute, par exemple lorsqu’une charge400requiert soudainement de pouvoir prélever sur le premier bus411_ACune puissance importante), laquelle tension de référenceVref_ACétant typiquement celle reçue du contrôleur général et associée au gabarit du premier bus411_AC, le contrôle comprend l’augmentation du flux magnétique (ou fluxage) au sein du premier générateur401électrique, par exemple par génération d’une consigneId_refentraînant une modification du courantIdexprimé sur l’axe d. De la même manière, si la tension mesurée est supérieure à la tension de référenceVref_AC(i.e., la tension du premier bus411_ACaugmente, par exemple lorsqu’une charge400se déleste brusquement d’une puissance importante sur le premier bus411_ACune puissance importante), le contrôle comprend la diminution du flux magnétique (ou défluxage) au sein du premier générateur401électrique, là encore en adaptant la consigneId_refen conséquence. Pour générer la consigneId_ref, le signalV_ACest comparé à la tension de référenceVref_AC. Pour modifier le courantId, la consigneId_refest comparée à la valeur réelle de courantIdexprimé sur l’axe d, laquelle valeur réelle est obtenue par transformée dqo du signalI_AC, comme déjà décrit, et, en cas de différence, le signal de commandeCTRLest adapté en conséquence.
De la même manière, comme visible sur la , une partie de la régulation en tension du deuxième bus412_DCpeut être mise en œuvre par sollicitation du premier générateur401électrique, la puissance électrique générée par le premier générateur401électrique pour mettre en œuvre cette régulation en tension étant extraite par le premier onduleur421du premier bus411_AC, pour être injectée par le premier onduleur421sur le deuxième bus412_DC. Cette régulation en tension du deuxième bus412_DCest notamment mise en œuvre lorsque la régulation en tension du premier bus411_ACne nécessite pas toute la puissance que le premier générateur401est capable d’injecter sur le premier bus411_AC. Ceci permet, dans certains cas, de maîtriser le partage de puissance entre le corpsHPet le corpsBP. Pour ce faire, le dispositif de contrôle4210met en œuvre une comparaison d’une tension mesurée sur le deuxième bus412_AC, typiquement déterminée par l’intermédiaire du signalV_DC,et de la tension de référenceVref_DC. Suivant le résultat de cette comparaison, une consigneIq_refest générée pour modifier le courantIqexprimé sur l’axe q à partir de la valeur réelle de courantIqexprimé sur l’axe d, laquelle valeur réelle est obtenue par transformée dqo du signalI_AC, comme déjà décrit, et, en cas de différence, le signal de commandeCTRLest adapté en conséquence.
La illustre le comportement du système électrique4électrique, selon une plage de fonctionnement en vitesse de rotation du premier générateur401, résultant de la mise en œuvre du procédé de contrôle pour maintenir la tension sur le premier bus411_ACégale à la tension de référenceVref_AC. Il convient de noter que les courbes illustrées sur la sont tracées pour un courant machine maximal, ce qui permet de définir la puissance maximale susceptible d’être délivré aux charges électriques400par le premier générateur401électrique. Pour un courant machine plus faible, la forme des courbes illustrées sur la pourrait légèrement varier, notamment en ce qui concerne les valeurs de vitesse minimaleVrot_min, de vitesse de référenceVrot_refet de seuils de vitesseVrot_1,Vrot_2, mais la logique de fluxage et/ou de défluxage demeurerait la même.
Sur la , est illustré l’évolution du courantIdexprimé sur l’axe d qui permet de réguler la tension du premier bus411_ACafin de maintenir la tension sur le premier bus411_ACégale à la tension de référenceVref_AC, suivant la vitesse de rotation du premier générateur401électrique. L’évolution du courantIdexprimé sur l’axe d résulte de l’action du premier onduleur421pilotée par le signal de commandeCTRLgénéré par le dispositif de contrôle4210du premier onduleur421à partir du signalVrotet du signalV_AC.
Sur la est également illustrée l’évolution du courantIqexprimé sur l’axe q pour la régulation en puissance du premier bus411_AC. Pour chaque valeur du courantIdexprimé sur l’axe d, le dispositif de contrôle4210ajuste le courantIqexprimé sur l’axe q de sorte à obtenir la puissance maximale susceptible d’être délivrée aux charges400électriques, c’est-à-dire à garantir que le premier générateur électrique401reste dans ses limites de fonctionnement, notamment en termes de limites thermiques. Une relation quadratique relie en effet les valeurs du courantIdexprimé sur l’axe d et du courantIqexprimé sur l’axe q pour garantir que le premier générateur électrique401ne surchauffe pas.
La illustre qu’il existe trois plages de fonctionnement selon la vitesse de rotation du rotor du premier générateur401électrique par rapport au stator du premier générateur401électrique.
A des vitesses de rotation inférieures à une vitesse minimaleVrot_min, la régulation en tension du premier bus411_ACne peut être mise en œuvre par sollicitation du premier générateur401électrique, dans la mesure où, à des vitesses aussi faibles, le courantIdexprimé sur l’axe d pour le fluxage du premier générateur401électrique est nécessairement très important. Dans ce cas, le courantIdexprimé sur l’axe d est à sa valeur maximale, le courantIqexprimé sur l’axe q étant nul et la puissance délivrée par le premier générateur401électrique étant également nulle.
A des vitesses de rotation supérieures à la vitesse minimaleVrot_min, il est possible de réguler la tension du premier bus411_ACpar contrôle du flux magnétique au sein du premier générateur401électrique. Jusqu’à une vitesse de référenceVrot_ref, le courantIdexprimé sur l’axe d est positif, mais diminue en norme à mesure que la vitesse de rotation du premier générateur401électrique augmente. En effet, sur cette plage de vitesse, le procédé de contrôle met en œuvre une augmentation du flux magnétique au sein du premier générateur électrique401pour maintenir la tension sur le premier bus411_ACégale à la tension de référenceVref_AC, mais ce fluxage est de moins en moins important à mesure que la vitesse de rotation du premier générateur401électrique augmente.
Au-delà de cette vitesse de référenceVrot_ref, le courantIdexprimé sur l’axe d change de sens et devient négatif, mais augmente en norme à mesure que la vitesse de rotation du premier générateur401électrique augmente. En effet, le procédé de contrôle met en œuvre une diminution du flux magnétique au sein du premier générateur électrique401pour maintenir la tension sur le premier bus411_ACégale à la tension de référenceVref_AC, mais ce défluxage est de plus en plus important à mesure que la vitesse de rotation du premier générateur401électrique augmente.
Comme déjà décrit, à des vitesses de rotation faibles, la puissance disponible est limitée du fait d’un fort courantIdexprimé sur l’axe d, qui limite la valeur possible du courantIqexprimé sur l’axe q. On remarque en outre, sur la , que, à des vitesses de rotation très importantes, la norme du courantIdexprimé sur l’axe d redevient très importante, ce qui limite une fois de plus la valeur possible du courantIqexprimé sur l’axe q, et donc également limiter la puissance que peut fournir le premier générateur401électrique.
En définitive, la puissance susceptible d’être fournie par le premier générateur401électrique dépend de la vitesse de rotation du premier corps rotatifHPmais aussi de la conception électromagnétique de la machine PMSM.
Avantageusement, il est possible de limiter la puissance électrique injectée par le premier générateur401électrique sur le premier bus411_ACen fonction de la vitesse de rotation du rotor du premier générateur401électrique par rapport au stator du premier générateur401électrique. Ce contrôle passe par l’imposition d’un gabarit illustré en traits longs alternés avec des pointillés sur la courbe de puissance de la . Ceci permet de limiter la valeur prise par le courantIqexprimé sur l’axe q et, partant, de surchauffer le premier générateur401électrique. Ainsi, comme visible sur la , le contrôle de la puissance comprend une limitation de la puissance injectée par le premier générateur401sur le premier bus411_ACsi la vitesse est inférieure à un premier seuil de vitesseVrot_1et/ou si la vitesse est supérieure à un deuxième seuil de vitesseVrot_2, le deuxième seuil de vitesseVrot_2étant supérieur au premier seuil de vitesseVrot_1. La illustre que cette limitation peut être mise en œuvre en adaptant la consigneIq_refà partir du signalVrot.
La illustre que c’est le deuxième corps rotatifBPqui est prévu pour compenser la baisse de prélèvement mécanique sur le premier corps rotatifHPsi la vitesse est inférieure à un premier seuil de vitesseVrot_1et/ou si la vitesse est supérieure à un deuxième seuil de vitesseVrot_2. Plus précisément, c’est le premier onduleur421qui est prévu pour prélever sur le deuxième bus412_DCla puissance nécessaire pour répondre à la puissance maximale requise par les charges électriques sur le premier bus411_AC, et pour injecter cette puissance sur le premier bus411_AC. La nécessité que le deuxième corps rotatifBPaide le premier corps rotatifHPà fournir de la puissance aux charges reliées au premier bus411_ACà basse vitesse est compatible du fonctionnement d’un moteur2tel que celui illustré sur la , voire même souhaitable pour de tels moteurs lorsqu’ils présentent un fort taux de dilution. En effet les zones basse vitesse sont des zones de ralenti du moteur2pour lesquels les moteurs à fort taux de dilution ont une poussée supérieure au besoin. Le prélèvement de puissance sur le deuxième corps rotatifBPpermet de limiter cette poussée.
Grâce au procédé de contrôle exposé, il est possible de substituer une machine synchrone à aimants permanents à une machine synchrone à rotors bobinés pour l’alimentation du réseau à courant alternatif43_ACdans un moteur2d’aéronef hybridé électriquement, ce qui permet de réduire la masse et l’encombrement du système électrique4, tout en en augmentant le rendement, améliorant ainsi l’efficacité du moteur2.
Claims (8)
- Procédé de régulation de la tension (V_AC) d’un bus (411_AC) électrique d’un système électrique (4) d’une turbomachine (2) hybridée électriquement, le bus (411_AC) étant prévu pour transporter un courant alternatif, le procédé (E) comprenant le contrôle d’un flux magnétique au sein d’une machine (401) synchrone à aimants permanents du système électrique, la machine (101) étant reliée au bus (411_AC), le contrôle étant mis en œuvre en fonction d’une tension (V_AC) mesurée sur le bus (411_AC) et d’une vitesse (Vrot) de rotation du rotor de la machine (401) par rapport au stator de la machine (401) par pilotage d’un onduleur (421) du système électrique, l’onduleur (421) étant relié au bus (411_AC).
- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le contrôle, par pilotage de l’onduleur (421), de la puissance électrique injectée par la machine (401) sur le bus (411_AC) en fonction de la vitesse (Vrot) de rotation du rotor de la machine (401) par rapport au stator de la machine (401).
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel le contrôle de la puissance comprend une limitation de la puissance injectée par la machine (401) sur le bus (411_AC) si la vitesse (Vrot) est inférieure à un premier seuil de vitesse (Vrot_1) et/ou si la vitesse (Vrot) est supérieure à un deuxième seuil de vitesse (Vrot_2), le deuxième seuil de vitesse (Vrot_2) étant supérieur au premier seuil de vitesse (Vrot_1).
- Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre, si la puissance injectée par la machine (401) sur le bus (411_AC) est limitée, le prélèvement d’une puissance électrique sur un autre bus (412_DC) du système électrique et l’injection de la puissance prélevée sur le bus (411_C), l’autre bus (412_DC) étant prévu pour transporter un courant continu et étant relié à l’onduleur (421), le prélèvement de puissance sur l’autre bus (412_DC) et l’injection de la puissance prélevée sur le bus (411_AC) étant mis en œuvre par l’onduleur (421).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, pour une vitesse (Vrot) de rotation du rotor de la machine (401) par rapport au stator de la machine (401), si la tension (V_AC) mesurée est inférieure à une tension de référence (Vref_AC), le contrôle comprend l’augmentation du flux magnétique au sein de la machine (401).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, pour une vitesse (Vrot) de rotation du rotor de la machine (401) par rapport au stator de la machine (401), si la tension (V_AC) mesurée est supérieure à une tension de référence (Vref_AC), le contrôle comprend la diminution du flux magnétique au sein de la machine (401).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre le filtrage du courant alternatif généré par l’onduleur (421) avant qu’il n’atteigne une charge reliée au bus (411_AC).
- Système électrique (4) comprenant :
un bus (411_AC) électrique prévu pour transporter un courant alternatif ;
un autre bus (412_DC) électrique prévu pour transporter un courant continu ;
une machine (401) synchrone à aimants permanents reliée au bus (411_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le bus (411_AC) ;
un onduleur (421) relié à chacun des bus (411_AC, 412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur chacun des bus (411_AC, 412_DC) ; et
un dispositif de contrôle (4210) configuré pour piloter l’onduleur (421) de sorte à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
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2022
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-
2023
- 2023-08-08 WO PCT/FR2023/051253 patent/WO2024033592A1/fr unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220017064A1 (en) * | 2020-07-17 | 2022-01-20 | Rolls-Royce Corporation | Hybrid propulsion system power management |
| FR3116674A1 (fr) * | 2020-11-23 | 2022-05-27 | Safran Electrical & Power | Système de stockage hybride pour réseau électrique d’urgence d’aéronef |
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| Publication number | Publication date |
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