WO2020188178A1 - Systeme de commande d'un reseau electrique d'avion - Google Patents

Systeme de commande d'un reseau electrique d'avion Download PDF

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WO2020188178A1
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electrical distribution
cards
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Nicolas Carre
Philippe Delbosc
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Safran Electrical and Power SAS
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    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency

Definitions

  • the present invention relates to the field of aircraft electrification and more particularly to an aircraft electrical network control system.
  • FIG. 4 schematically illustrates a current electrical architecture of a commercial aircraft with two propulsion units.
  • this power architecture comprises five starters / generators: two per propulsion unit (SG1, SG2, SG3, SG4) and one for an auxiliary power unit APU (SGAPU), one generator for an emergency wind turbine (RATG), two sockets for external power groups (ex1, ex2), four electric compressors of the air conditioning system (ECS1, ECS2, ECS3, ECS4), four electrical distribution boxes (LDB1, RDB2, LDB3, RDB4), one emergency box (EDB) and two power electronics boxes (LPEB, RPEB).
  • the letter L is associated with the left side of the plane and the letter R with the right side.
  • Each power electronics box (LPEB or RPEB) is linked to two electrical distribution boxes (LDB1 and LDB3 or RDB2 and RDB4) associated with a determined propulsion unit, one of these boxes also being also associated with the auxiliary power unit.
  • the power electronics boxes are each equipped with at least three inverters 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R (a higher number may be necessary if the number of electric motors is greater or if one wishes to improve the availability of the system) which selectively delivers (depending on the position of a 16L, 16R switch matrix) to from a direct voltage coming from a direct bus bar 18L, 18R an alternating voltage to the starters / generators SG1, SG2, SG3, SG4 of the propulsion units and SGAPU of the auxiliary power unit or of other electric motors controlled such as by example of the electric compressors ECS1, ECS2, ECS3, ECS4, as a function of speed and position information delivered by sensors internal to these different controlled units.
  • inverters 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R (a higher number may be necessary if the number of electric motors is greater or if one wishes to improve the availability of the system) which selectively delivers (depending on the position of a 16L,
  • the inverters can drive any electric motor, whether they are the starters / generators of the propulsion units or the auxiliary power unit or the electric compressors or even other electric motors (not shown) of other systems.
  • the aircraft electric taxing, hydraulic system, tank inerting system, etc.).
  • the continuous bus bars 18L and 18R of the two boxes are interconnected through contactors (not shown) allowing them to be interconnected or isolated and are supplied by a DC / DC booster converter connected to batteries 20, 22 and three rectifiers LATRU, RATRU and CATRU (the latter acting in the event of failure of one of the first two), whose inputs are connected to the electrical distribution boxes, more precisely to alternative bus bars 24, 26, 28, 30 of these four boxes which are interconnected, each of these bus bars being furthermore connected to a starter / generator of a given propulsion unit or of the auxiliary power unit, then used in generator mode.
  • contactors are provided between each bus bar such that when each is supplied by its main source, the contactors are not closed and each bar is then isolated. The contactor is closed to connect the bars when one of them is not powered and another electrical source associated with another bar supplies it.
  • One of the two electrical distribution boxes on the left side LDB1 may include (as illustrated but an external connection is also possible) an LTRU transformer / rectifier which delivers from the AC bus bar 24 a DC voltage for a DC bus bar 24L.
  • one of the two electrical distribution boxes on the right side RDB2 can include (as illustrated but an external connection is also possible) a transformer / rectifier RTRU which delivers from the AC bus bar 30 a DC voltage for a DC bus bar 30R.
  • the two continuous bus bars can be interconnected by contactors (not shown) in the event of a transformer / rectifier failure.
  • the other two alternative bus bars 26, 28 of the last two electrical distribution boxes LDB3 and RDB4 supply an AC bus bar 32 of the emergency box EDB which, through a transformer / rectifier TRU, delivers a DC voltage for a 32S DC bus bar connected to the continuous bus bar of one of the electrical distribution boxes.
  • the alternative bus bar 32 of the emergency unit is also powered by the generator of the emergency wind turbine RAT and by a DC / AC converter from the direct bus bar 32S connected to a backup battery 34.
  • This standard electrical architecture comprises a generally identical control system for the left and right sides which are independent and segregated from each other, each thus carrying out its measurements independently of the other.
  • the EDB emergency unit on the other hand, generally has an independent control system which is not shown.
  • Each LPEB, RPEB power electronics cabinet includes a 40L, 40R supervisor which performs the configuration of the three inverters 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R and switch matrix contactors 6L, 16R.
  • a 40L, 40R supervisor which performs the configuration of the three inverters 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R and switch matrix contactors 6L, 16R.
  • three cards 42L, 44L, 46L; 42R, 44R, 46R are provided in the power electronics box to calculate the command to be applied to each of the inverters, i.e. for the control of each power unit associated with and integrated into each inverter 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R (represented by a dotted block in each of these inverters) and by executing the close command as well as the measures necessary to this order.
  • Each box also includes 48L, 50L, 51 L cards; 48R, 50R starter / generator control used for regulating
  • two redundant cards 52L, 54L; 52R, 54R calculate the commands and protections acting on the contactors and a 56L, 58L, 56R, 58R voting module placed in each of the electrical distribution boxes and segregated from these calculation cards, allows you to choose between the orders from the two redundant cards.
  • the present invention aims to provide a new control system for an aircraft electrical network applied to a "more electric" aircraft, that is to say integrating new electrical functions that a conventional aircraft does not have and having reduced weight and enhanced security due to a smaller number of components and increased speed of data exchange.
  • An object of the invention is also to improve the availability of the aircraft's electrical network by allowing multiple reconfigurations without, however, complicating the control system.
  • a control system for an aircraft electrical network comprising at least a first propulsion unit having at least one left starter / generator and a second propulsion unit having at least one right starter / generator as well as other electric motors, system characterized in that it comprises first and second power electronics boxes each comprising at least two so-called generic control electronic cards for controlling the electrical network, each of these at least two generic control electronic cards being connected by a fast communication link to separate first and second data switches, the first and second data switches of the first power electronics cabinet being respectively connected to the first and second data switches of the second power electronics cabinet by a first rapid communication bus.
  • the control system also comprises four electrical distribution boxes, two electrical distribution boxes being associated with a given propulsion unit and each electrical distribution box comprising at least one so-called local electronic interface card for on the one hand l acquisition of data relating to the state of the electrical distribution boxes and on the other hand the control of contactors dedicated to each of these electrical distribution boxes and intended to ensure the configuration of the electrical network.
  • the first and second power electronics boxes can each include a local interface electronic card connected to the first and second data switches of the power electronics box by a communication link fast and each electrical distribution box a single local interface electronic card, the two local interface electronic cards of the two electrical distribution boxes associated with a given propulsion unit being respectively connected to the first and second data switches of the power electronics box associated with this propulsion unit given by fast communication links.
  • one of the three generic control electronic cards of each power electronics box also acts as a local interface electronic card and each electrical distribution box can also include first and second electronic control cards. local interface, each local interface electronic card in the same electrical distribution box being connected to a different data switch in the same power electronics box.
  • the first local interface electronic cards of the two electrical distribution boxes associated with a given propulsion unit are each connected to a different data switch of the same power electronics box and the first electronic cards interface of each electrical distribution box are connected to each other and to the data switches by a second fast communication bus and the second local interface electronic cards of each electrical distribution box are connected to each other and to the switches data by a third fast communication bus.
  • the first, second and third rapid communication buses are data buses of Etherfly® type of 100 Mbits / s to 1 Gbits / s.
  • the control system further comprises at least three control units for applying control commands to at least three control inverters of the starters / generators and of the other electric motors, these at least three control units each being connected to the data switches by a fast communication link, a power unit per starter / generator and other electric motor driven to regulate the voltage, each power unit being connected to the data switches by a fast communication link, and control units digitization and communication corresponding to each of the starters / generators and other controlled electric motors, to reassemble the position of the rotor of each starter / generator and other electric motor in order to enable them to be controlled, each of these units being connected to the data switches by a fast communication link.
  • At least one of the generic electronic control boards of the first and second power electronics boxes has a failure mode different from the other generic control electronic boards of the same power electronics box.
  • each of the local interface electronic cards comprises a voting circuit with three output states ensuring, as a function of commands coming from the generic electronic control cards, the control of contactors connected to this electronic interface card. local.
  • the invention also relates to the electrical network comprising the system as mentioned above and the aircraft provided with such an electrical network.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first example of an architecture of a control system of an aircraft electrical network according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second example of the architecture of a control system for an aircraft electrical network according to the invention
  • Figure 3 is a sequencing diagram showing an example of applications executed on the electronic boards of the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of an aircraft electrical network and its control system according to the prior art.
  • Figure 1 illustrates, by a first example, the principles of the control system of the present invention applied to the known architecture described above with reference to Figure 4, that is to say with four distribution boxes electric LDB1, LDB3, RDB4 and RDB2 and two power electronics boxes LPEB, RPEB.
  • This control system which makes it possible to control the electrical network and control the various electric motors of the aircraft comprises several electronic cards, control cards and power units.
  • Six 60L, 62L, 64L electronic boards; 60R, 62R, 64R are said to be generic LCMM1, LCMM2, LCMM3; RCMM1, RCMM2, RCMM3 in that they are interchangeable (in the event of failure of a card, the functions carried by them can be activated or loaded into another card unlike the prior art where the cards each associated with a function data cannot be reconfigured).
  • Six other electronic cards 66, 68, 70, 72, 74, 76 are called local CIB and are associated with each of the boxes LDB1, LDB3, RDB2, RDB4 and boxes LPEB, RPEB.
  • At least three power units 78L, 80L, 82L; 78R, 80R, 82R are further provided to apply the control commands to each inverter 10L, 12L, 14L; 10R, 12R, 14R ensuring the piloting of the starters / generators and other electric motors of the aircraft.
  • a number of control cards 48L, 50L, 51 L; 48R, 50R corresponding to the number of starters / generators of the propulsion units and of the auxiliary power unit and possibly of the other piloted motors whose output voltage is to be regulated (in generator mode), is also provided.
  • the corresponding digitization and communication units sSG1, sSG2, sSG3, sSG4, sSGAPU, sECS1, sECS2, sECS3, sECS4 are also present to reassemble the position of the rotor of these starters / generators and other controlled motors, in order to allow their piloting.
  • such units are formed by position sensors of the resolver or Hall effect type.
  • Generic electronic cards house most of the control functions of the electrical network and control of the electric motors. They have no direct link with the interfaces to be controlled and monitored, which makes it possible to be independent of the number and type of interfaces (logic, analog, digital). This ensures the generic character of the card and allows it to carry different functions and in particular to easily reconfigure the functions of each card in the event of loss of one of them.
  • the local interface electronic boards are in charge of locally collecting data relating to each unit (contactor states, voltages, currents, temperatures, etc.) and making them available to the other components of the system. They also apply the control orders received from the generic electronic control boards in order to configure the electrical network and, when these orders are multiple, they provide arbitration between the different orders according to a pre-established priority.
  • control cards and the power units which are already present in the control system of the prior art, as well as the position measurement units, however, in the context of the invention have different interactions with the other cards, as will be explained below.
  • the exchanges and transfer of messages between these various electronic cards and units are in fact effected through four data switches 90-1, 91 -1, 90-2, 91 -2 to which these cards, power units and digitization and communication units are linked, the data switches being linked together by a fast communication bus 92 of the Etherfly® type preferably at 1 Gbits / s or any other communication bus of the same priorities and performance on which all the data is exchanged unless operational security constraints require dedicated wires for reasons of independence or dissimilarity for example.
  • the motor control functions starters / generators of the propulsion units and of the auxiliary power unit and other controlled motors
  • the parallelization of the inverters for the control of the same motor and the generation, distribution and protection functions.
  • each of the LPEB power electronics boxes comprises two data switches 90-1, 90-2 (respectively 91 -1, 91 -2) connected one to each input / output electronic boards 60L, 62L, 64L (respectively 60R, 62R, 64R), power units 78L, 80L, 82L (respectively 78R, 80R, 82R) and control boards 48L, 50L, 51 L (respectively 48R, 50R ), and the other at each other input / output, the data switches arranged at one input / output 90-2, 91-2 being connected to each other and the data switches arranged at the other input / output 90-1 , 91 -1 being also linked together.
  • All the aforementioned links are preferably effected through the fast communication bus 92 (the links with the power units and the control cards can however be done at a lower rate).
  • the electrical distribution boxes are connected to the data switches by slower communication links, typically Etherfly® type buses preferably at 100Mbits / s. More precisely, the LDB1 and LDB3 electrical distribution boxes are both connected by links 93 to the first data switch 90-1 of the LPEB power electronics cabinet and by links 94 to the second data switch 90-2 of the cabinet. LPEB power electronics. Likewise, the RDB2 and RDB4 electrical distribution boxes are both connected by links 95 to the third data switch 91 -1 of the RPEB power electronics cabinet and by links 96 to the fourth data switch 91 -2 of the cabinet. of RPEB power electronics.
  • the various digitization and communication units are connected to these two data switches by rapid communication links 99.
  • FIG. 2 illustrates a second example of an architecture in accordance with the invention in which, however, the configuration of the local interface cards is different (other cards or units identical to the previous architecture will not be described again). Indeed, in this configuration each electrical distribution box LDB1, LDB3; RDB2, RDB4 no longer has a single local interface electronic card but the first 100A, 102A, 104A, 106A and second 100B, 102B, 104B, 106B local interface electronic cards, each local interface electronic card of the same electrical distribution box being connected to a different data switch from the same LPEB, RPEB power electronics cabinet.
  • the first local interface electronic cards of each electrical distribution box are interconnected and with the data switches to which they are connected by a fast communication bus 108 and, likewise, the second local interface electronic cards of each electrical distribution box are interconnected and with the data switches to which they are also connected by a fast communication bus 110.
  • These two independent fast communication buses are typically Etherfly® type data buses from 100Mbits / s to 1 Gbits / s or similar.
  • the bus 108 is for example dedicated to the control of the contactors and the bus 110 to the protection and the acquisition of data (taking measurements in particular) relating to the state of the electrical distribution boxes.
  • the first electronic local interface cards 100A, 102A (respectively 104A, 106A) of the two electrical distribution boxes LDB1, LDB3 (respectively RDB4, RDB2) associated with a given propulsion unit are each connected to a switch different data 90-1, 90-2 (respectively 91 -1, 91 -2) of the same LPEB power electronics box (respectively RPEB).
  • LPEB power electronics box
  • each power electronics box will include two generic cards dedicated exclusively to controlling electric motors (SG1, SG2, SG3, SG4, SGAPU and ECS1, ECS2, ECS3, ECS4) and this control card. supervision ensuring both the configuration of the generic cards of the box concerned and the control of the actuation of the contactors of this box.
  • the object of this control system is to perform various functions by means of associated application software executed cyclically with a period T (typically between 50 microseconds for the fast functions and 2 milliseconds for slow functions), namely functions called “Motor control on the left and right side”, functions called “Distribution control on the left and right side PRIMARY and REDUNDANT", a function called “LPEB supervisor”, a function called “Supervisor RPEB ”, segregated functions called“ Left and right side distribution protection ”and segregated functions called“ PRIMARY and REDUNDANT left and right side system monitoring ”.
  • T typically between 50 microseconds for the fast functions and 2 milliseconds for slow functions
  • the "Left and right side engine control” functions calculate the duty cycle to be applied to each of the bridge arms of the inverters. This duty cycle is recalculated and output at the switching frequency, each of the 60L, 62L, 64L (LCMM1, 2 and 3) boards for the left side and 60R, 62R, 64R (RCMM1, 2 and 3) boards for the left side. right, having the capacity to control the three inverters on their respective side alone or in parallel.
  • the functions "Left and right side distribution control PRIMARY and REDUNDANT" ensure the control of the various contactors (not shown for the convenience of the drawings) such as the contactors for connection between different generation channels, the authorization to close the contactors. line of generators, control of ground power group contactors. These two functions perform the same calculations on the basis of the same information (the PRIMARY and REDUNDANT channels have the same view of the state of the network) and transmit the control orders to the local interface electronic cards 66 - 76 for application. The resolution between the two commands is carried out in the electronic local interface card by a voting circuit as will be detailed below.
  • the "LPEB Supervisor" function ensures the configuration of generic electronic cards 60L, 62L, 64L and the three corresponding inverters 10L, 12L, 14L to allocate the calculation and electronic resources of power to load control needs (engine and DHW starting) and the configuration of the 16L switching matrix contactor network to direct the inverters to the associated starters / generators SG1, SG3, the APU and the ECS1 and ECS3 compressors .
  • the "RPEB Supervisor” function ensures the configuration of the generic 60R, 62R, 64R electronic cards and of the three corresponding inverters 10R, 12R, 14R to allocate the calculation and power electronics resources to the load control needs ( motor and DHW start) and the configuration of the 16R switch matrix contactor network to route the inverters to the associated starters / generators SG2 and SG4 and the ECS2 and ECS4 compressors.
  • the segregated functions "Left and right side distribution protection” centralize all the spring protections of the distribution system for the left side and the right side respectively and in particular the anti-parallelization between generators (VFSG and external group), anti-parallelization between loads of the power electronics box LPEB left side, respectively right side RPEB, protection of leakage currents on the power cables between distribution boxes LDB1 and LDB3, LDB3 and RDB4, and between LDB1 and RDB2 and the protection of the two external groups ex1 and ex2.
  • the LCMM1 / LCMM2 / RCMM1 cards are dissimilar from the LCMM3 / RCMM2 / RCMM3 cards in the sense that their electronic technologies and designs and codes are sufficiently different so as not to present common failure modes.
  • the "Catastrophic" classification of the parallelization of two variable frequency generators (VFSG) requires that the anti-parallelization protection and control be carried by different and dissimilar cards.
  • a voting circuit with three output states provides the interface with each contactor (not shown) controlled by the card, according to the selection table below, with the control orders (up to two inputs CTRL1 and CTRL2) and protection (one PROT input) coming from generic electronic boards 60L - 64R and according to the following logic: X: any state; 0: state 0; 1: state 1; No data: non availability of valid information, for the inputs and 0: contactor to be controlled during opening; 1: contactor to be controlled in closing; No change : the contactor command remains in the previous valid state, for the output of the poller (output).
  • CTRL1 or CTRL2 a better tolerance to erroneous results on CTRL1 or CTRL2 is obtained when both are received by the local interface electronic card (the two functions must be consistent for the modification to be applied by the voter), better tolerance to the loss of CTRL1 or CTRL2 because the remaining function keeps control of the contactor, better limitation of the impact of an erroneous result on PROT, because the protection functions have a scope limited to one left or right side of the system, better tolerance to loss of PROT, as CTRL1 and CTRL2 keep control over the contactor.
  • Certain network protection functions acting to correct an error in the control functions (for example anti-parallelization), the embodiment of the voter must guarantee the absence of a common point between CTRL1 / CTRL2 d 'on the one hand and P ROT on the other. This can be done for example by making the CTRL1 / 2 and PROT functions carry different logic components on the same local card.
  • FIG. 3 shows in the form of a time diagram a sequential representation of the applications executed, for example by software, on an appropriate processor of the various electronic cards CIB and CMM (of course an execution on programmable logic components, for example FPGA type, is possible).
  • the local interface electronic cards send to the six generic electronic cards (CMM) the acquisitions made in cycle N-1.
  • the CIBs then calculate the contactor control order by voting (202) on the control and protection instructions received in cycle N-1.
  • the left and right side distribution control functions PRIMARY and REDUNDANT (204) and supervisor LPEB and RPEB (206) are executed successively based on the acquisitions transmitted by the local CIB cards (cycle N-1 ) and transmit the result to these same local CIB cards (208, 210) and to the left and right side distribution protection functions (212, 214).
  • the left and right side distribution protection functions (216) are executed and transmit their results to the local CIB cards (218) which will be applied to the N + 1 cycle.
  • the reaction to an event on the electrical network will take place at the earliest 2 cycles after this event.
  • left and right side distribution protection functions have the possibility of intercepting the result of the calculations of the left and right side distribution control functions before being taken into account by the local CIB cards.
  • the transfer of data between devices is maximized by the presence of the rapid communication bus with the aim of reducing the number of wires (saving in mass and cost of the wiring), to allow easy reconfiguration. and to reduce the quantity of certain equipment in the network by pooling them for several functions, in particular in power electronics boxes and electrical distribution boxes.

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Abstract

Système de commande d'un réseau électrique d'aéronef comprenant au moins un premier ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur gauche (SG1, SG3) et un second ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur droit (SG2, SG4)ainsi que d'autres moteurs électriques (ECS1, EC2, ECS3, ECS4), système comprenant : - des premier et second coffrets d'électronique de puissance (LPEB, RPEB) comportant chacun au moins deux cartes électroniques de commande dites génériques (60L, 62L, 64L; 60R, 62R, 64R) pour la commande du réseau électrique, chacune de ces au moins deux cartes électroniques de commande génériques étant reliées par des liaisons de communication rapide à des premier et second commutateurs de données (90-1, 90-2; 91-1, 91-2) distincts, les premier et second commutateurs de données (90-1, 90-2 ) du premier coffret d'électronique de puissance (LPEB) étant respectivement reliés aux premier et second commutateurs de données (91-1, 91-2) du second coffret d'électronique de puissance (RPEB) par un premier bus de communication rapide (92).

Description

Description
Titre de l'invention : Système de commande d'un réseau électrique d'avion
Domaine Technique
[0001 ] La présente invention concerne de domaine de l’électrification des aéronefs et plus particulièrement un système de commande du réseau électrique d’aéronef.
Technique antérieure
[0002] L’électrification croissante des avions commerciaux (conditionnement d’air, trains d’atterrissage, inverseur de poussée, dégivrage,...) impose des contraintes chaque fois plus fortes sur le système électrique (augmentation de la puissance, augmentation de la disponibilité, modes opérationnels nombreux).
[0003] Ainsi, les avionneurs développent des architectures décentralisées permettant d’optimiser la masse des câbles de puissance en localisant les boîtiers de distribution au plus proche des charges.
[0004] Mais ces architectures ont un impact négatif sur le système de contrôle de la distribution électrique car elles mènent à une augmentation du nombre de cartes électroniques et du câblage associé à ces cartes, comme le montre la figure 4 qui illustre de façon schématique une architecture électrique actuelle d’un avion commercial à deux ensembles propulsifs.
[0005] Dans l’exemple illustré qui ne saurait être limitatif, cette architecture de puissance comporte cinq démarreurs/générateurs: deux par ensemble propulsif (SG1 , SG2, SG3, SG4) et un pour un groupe auxiliaire de puissance APU (SGAPU), un générateur pour une éolienne de secours (RATG), deux prises pour des groupes externes de puissance (ex1 , ex2), quatre compresseurs électriques du système de conditionnement d’air (ECS1 , ECS2, ECS3, ECS4), quatre boîtiers de distribution électrique (LDB1 , RDB2, LDB3, RDB4), un boîtier de secours (EDB) et deux coffrets d’électronique de puissance (LPEB, RPEB). La lettre L est associée au côté gauche de l’avion et la lettre R au côté droit. [0006] Chaque coffret d’électronique de puissance (LPEB ou RPEB) est en relation avec deux boîtiers de distribution électrique (LDB1 et LDB3 ou RDB2 et RDB4) associés à un ensemble propulsif déterminé, un de ces boîtiers étant en outre associé également au groupe auxiliaire de puissance.
[0007] Les coffrets d’électronique de puissance sont chacun équipés d’au moins trois onduleurs 10L, 12L, 14L ; 10R, 12R, 14R (un nombre supérieur peut être nécessaire si le nombre de moteurs électriques est plus important ou si on souhaite améliorer la disponibilité du système) qui délivre sélectivement (selon la position d’une matrice d’aiguillage 16L, 16R) à partir d’une tension continue provenant d’une barre bus continue 18L, 18R une tension alternative aux démarreurs/générateurs SG1 , SG2, SG3, SG4 des ensembles propulsifs et SGAPU du groupe auxiliaire de puissance ou d’autres moteurs électriques pilotés tels que par exemple des compresseurs électriques ECS1 , ECS2, ECS3, ECS4, en fonction d’information de vitesse et de position délivrées par des capteurs internes à ces différents organes pilotés. Les onduleurs peuvent piloter n’importe quel moteur électrique, qu’il s’agisse des démarreurs/générateurs des ensembles propulsifs ou du groupe auxiliaire de puissance ou des compresseurs électriques ou encore d’autres moteurs électriques (non représentés) d’autres systèmes de l’aéronef (taxiage électrique, système hydraulique, système d’inertage des réservoirs, etc...).
[0008] Les barres bus continue 18L et 18R des deux coffrets sont reliées entre elles au travers de contacteurs (non représentés) permettant de les interconnecter ou de les isoler et sont alimentées par un convertisseur DC/DC survolteur relié à des batteries 20, 22 et à trois redresseurs LATRU, RATRU et CATRU (ce dernier agissant en cas de défaillance d’un des deux premiers), dont les entrées sont reliées aux boîtiers de distribution électrique, plus précisément à des barres bus alternative 24, 26, 28, 30 de ces quatre boîtiers qui sont reliées entre elles, chacune de ces barres bus étant en outre reliée à un démarreur/générateur d’un ensemble propulsif donné ou du groupe auxiliaire de puissance, utilisés alors en mode générateur. Bien entendu, des contacteurs (non représentés) sont prévus entre chaque barre bus de telle sorte que lorsque chacune est alimentée par sa source principale, les contacteurs ne sont pas fermés et chaque barre est alors isolée. Le contacteur est fermé pour relier les barres quand l’une d’entre elle n’est pas alimentée et qu’une autre source électrique associée à une autre barre l’alimente.
[0009] L’un des deux boitiers de distribution électrique du côté gauche LDB1 peut comporter (comme illustré mais une liaison externe est aussi possible) un transformateur/redresseur LTRU qui délivre depuis la barre bus alternative 24 une tension continue pour une barre bus continue 24L. De même, l’un des deux boitiers de distribution électrique du côté droit RDB2 peut comporter (comme illustré mais une liaison externe est aussi possible) un transformateur/redresseur RTRU qui délivre depuis la barre bus alternative 30 une tension continue pour une barre bus continue 30R. Les deux barres bus continues peuvent être reliées entre elles par des contacteurs (non représentés) en cas de défaillance d’un transformateur/redresseur. Les deux autres barres bus alternatives 26, 28 des deux derniers boitiers de distribution électrique LDB3 et RDB4 alimentent une barre bus alternative 32 du boîtier de secours EDB qui au travers d’un transformateur/redresseur TRU délivre une tension continue pour une barre bus continue 32S reliée à la barre bus continue de l’un des boitiers de distribution électrique. La barre bus alternative 32 du boîtier de secours est aussi alimentée par le générateur de l’éolienne de secours RAT et par un convertisseur DC/AC depuis la barre bus continue 32S reliée à une batterie de secours 34.
[0010] Cette architecture électrique standard comporte un système de commande généralement identique pour les côtés gauche et droit qui sont indépendants et ségrégués l’un de l’autre, chacun réalisant donc ses mesures indépendamment de l’autre. Le boîtier de secours EDB bénéficie par contre en général d’un système de commande indépendant qui n’est pas illustré.
[0011 ] Chaque coffret d’électronique de puissance LPEB, RPEB intègre un superviseur 40L, 40R qui réalise la configuration des trois onduleurs 10L, 12L, 14L ; 10R, 12R, 14R et des contacteurs de la matrice d’aiguillagel 6L, 16R. Pour chaque côté, gauche ou droit, trois cartes 42L, 44L, 46L ; 42R, 44R, 46R sont prévues dans le coffret d’électronique de puissance pour calculer la commande à appliquer sur chacun des onduleurs, c’est à dire pour le contrôle de chaque unité de puissance associée à et intégrée dans chaque onduleur 10L, 12L, 14L ; 10R, 12R, 14R (matérialisée par un bloc en pointillés dans chacun de ces onduleurs) et en exécutant la commande rapprochée ainsi que les mesures nécessaires à cette commande. Chaque coffret intègre en outre des cartes 48L, 50L, 51 L ; 48R, 50R de contrôle des démarreurs/générateurs servant à la régulation de la tension de sortie du générateur en mode générateur et au contrôle spécifique de l’excitation en mode démarreur.
[0012] Dans les deux boîtiers de distribution électrique LDB1 , RDB2, deux cartes redondantes 52L, 54L ; 52R, 54R effectuent le calcul des commandes et des protections agissant sur les contacteurs et un module de vote 56L, 58L, 56R, 58R disposé dans chacun des boîtiers de distribution électrique et ségrégué de ces cartes de calculs, permet de faire le choix entre les ordres provenant des deux cartes redondantes.
[0013] Or, la parallélisation des générateurs alternatifs est un événement catastrophique en matière de sécurité si aucun dispositif de synchronisation n’est prévu. En conséquence, une protection anti-parallélisation de sources est généralement nécessaire pour atteindre les objectifs de sûreté de fonctionnement. Pour ces mêmes raisons de sécurité, les entrées du système d’anti-parallélisation doivent être dissimilaires de ceux du contrôle. Ceci est encore plus vrai avec des générateurs à fréquence variable qui sont utilisés actuellement en aéronautique.
Exposé de l’invention
[0014] La présente invention vise à proposer un nouveau système de commande d’un réseau électrique d’aéronef appliqué à un avion « plus électrique », c’est à dire intégrant de nouvelles fonctions électriques dont ne dispose pas un avion conventionnel et présentant une masse réduite et une sécurité renforcée du fait d’un nombre moindre de composants et de l’augmentation de la rapidité des échanges de données. Un but de l’invention est également d’améliorer la disponibilité du réseau électrique de l’avion en permettant des reconfigurations multiples sans toutefois complexifier le système de commande.
[0015] A cet effet, il est prévu un système de commande d’un réseau électrique d’aéronef comprenant au moins un premier ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur gauche et un second ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur droit ainsi que d’autres moteurs électriques, système caractérisé en ce qu’il comprend des premier et second coffrets d’électronique de puissance comportant chacun au moins deux cartes électroniques de commande dites génériques pour la commande du réseau électrique, chacune de ces au moins deux cartes électroniques de commande génériques étant reliée par une liaison de communication rapide à des premier et second commutateurs de données distincts, les premier et second commutateurs de données du premier coffret d’électronique de puissance étant respectivement reliés aux premier et second commutateurs de données du second coffret d’électronique de puissance par un premier bus de communication rapide.
[0016] Ainsi, en recourant à un bus et des liaisons de communication rapide, on augmente la rapidité des échanges de données, on évite la communication par fils dédiés qui multipliait le câblage et les connecteurs et était pénalisant en termes de masse et de coût de câblage, et on permet de déporter les cartes électroniques de zones à environnement sévère vers des zones protégées. En outre, en recourant à des cartes électroniques de commande génériques au lieu de cartes dédiés à la commande des onduleurs, on facilite les reconfigurations et les mutualisations de fonctions.
[0017] Le système de commande comporte également quatre boîtiers de distribution électrique, deux boîtiers de distribution électrique étant associés à un ensemble propulsif donné et chaque boîtier de distribution électrique comportant au moins une carte électronique d’interface dite locale pour d’une part l’acquisition de données relatives à l’état des boîtiers de distribution électrique et d’autre part la commande de contacteurs dédiés à chacun de ces boîtiers de distribution électrique et destinés à assurer la configuration du réseau électrique.
[0018] Selon le mode de réalisation envisagé, les premier et second coffrets d’électronique de puissance peuvent comporter chacun une carte électronique d’interface locale reliés aux premier et second commutateurs de données du coffret d’électronique de puissance par une liaison de communication rapide et chaque boîtier de distribution électrique une seule carte électronique d’interface locale, les deux cartes électroniques d’interface locale des deux boîtiers de distribution électrique associés à un ensemble propulsif donné étant respectivement reliés aux premier et second commutateurs de données du coffret d’électronique de puissance associé à cet ensemble propulsif donné par des liaisons de communication rapide.
[0019] Avantageusement, l’une des trois cartes électroniques de commande génériques de chaque coffret d’électronique de puissance fait aussi fonction de carte électronique d’interface locale et chaque boîtier de distribution électrique peut aussi comporter des première et seconde cartes électroniques d’interface locale, chaque carte électronique d’interface locale d’un même boîtier de distribution électrique étant reliée à un commutateur de données différent d’un même coffret d’électronique de puissance.
[0020] De préférence, les premières cartes électroniques d’interface locale des deux boîtiers de distribution électrique associés à un ensemble propulsif donné sont reliées chacune à un commutateur de données différent d’un même coffret d’électronique de puissance et les premières cartes électroniques d’interface locale de chaque boîtier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données par un deuxième bus de communication rapide et les secondes cartes électroniques d’interface locale de chaque boîtier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données par un troisième bus de communication rapide.
[0021 ] Avantageusement, les premier, deuxième et troisième bus de communication rapide sont des bus de données de type Etherfly® de 100Mbits/s à 1 Gbits/s.
[0022] Le système de commande comprend en outre au moins trois unités de commande pour appliquer des ordres de commande à au moins trois onduleurs de pilotage des démarreurs/générateurs et des autres moteurs électriques, ces au moins trois unités de commande étant reliées chacune aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide, une unité de puissance par démarreur/générateur et autre moteur électrique piloté pour en réguler la tension, chaque unité de puissance étant reliée aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide, et des unités de numérisation et de communication correspondant à chacun des démarreurs/générateurs et autres moteurs électriques pilotés, pour remonter la position du rotor de chaque démarreur/générateur et autre moteur électrique afin de permettre leur pilotage, chacune de ces unités étant reliée aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide.
[0023] De préférence, au moins une des cartes électroniques de commande génériques des premiers et second coffrets d’électronique de puissance comporte un mode de défaillance différent des autres cartes électroniques de commande génériques du même coffret d’électronique de puissance.
[0024] Avantageusement, chacune des cartes électroniques d’interface locale comporte un circuit voteur à trois états de sortie assurant, en fonction d’ordres en provenance des cartes électroniques de commande génériques, la commande de contacteurs reliés à cette carte électronique d’interface locale.
[0025] L’invention concerne aussi le réseau électrique comportant le système tel que précité et l’aéronef muni d’un tel réseau électrique.
Brève description des dessins
[0026] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite ci-dessous, en référence aux figures suivantes dépourvues de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
[0027] [Fig. 1 ] La figure 1 est une représentation schématique d’un premier exemple d’une architecture d’un système de commande d’un réseau électrique d’aéronef conforme à l’invention,
[0028] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique d’un second exemple d’architecture d’un système de commande d’un réseau électrique d’aéronef conforme à l’invention,
[0029] [Fig. 3] La figure 3 est un diagramme de séquencement représentant un exemple d’applications exécutées sur les cartes électroniques de l’invention, et
[0030] [Fig. 4] La figure 4 est une représentation schématique d’un réseau électrique d’aéronef et de son système de commande selon l’art antérieur.
Description des modes de réalisation [0031 ] La figure 1 illustre, par un premier exemple, les principes du système de commande de la présente invention appliqués à l’architecture connue décrite précédemment en référence à la figure 4, c’est-à-dire avec quatre boitiers de distribution électrique LDB1 , LDB3, RDB4 et RDB2 et deux coffrets d’électroniques de puissance LPEB, RPEB.
[0032] Ce système de commande qui permet de réaliser le contrôle du réseau électrique et le pilotage des différents moteurs électriques de l’aéronef comporte plusieurs cartes électroniques, cartes de contrôle et unités de puissance. Six cartes électroniques 60L, 62L, 64L ; 60R, 62R, 64R sont dites génériques LCMM1 , LCMM2, LCMM3 ; RCMM1 , RCMM2, RCMM3 en ce qu’elles sont interchangeables (en cas défaillance d’une carte, les fonctions portées par elles peuvent être activées ou chargées dans une autre carte au contraire de l’art antérieur où les cartes associées chacune à une fonction donnée ne peuvent pas être reconfigurées). Six autres cartes électroniques 66, 68, 70, 72, 74, 76 sont dites locales CIB et sont associées à chacun des boitiers LDB1 , LDB3, RDB2, RDB4 et coffrets LPEB, RPEB. Au moins trois unités de puissance 78L, 80L, 82L ; 78R, 80R, 82R sont en outre prévues pour appliquer les ordres de commande à chaque onduleur 10L, 12L, 14L ; 10R, 12R, 14R assurant le pilotage des démarreurs/générateurs et autres moteurs électriques de l’aéronef. Enfin, un nombre de cartes de contrôle 48L, 50L, 51 L ; 48R, 50R correspondant aux nombre des démarreurs/générateurs des ensembles propulsifs et du groupe auxiliaire de puissance et éventuellement des autres moteurs pilotés dont la tension de sortie est à réguler (en mode générateur), est également prévus. Enfin, des unités de numérisation et de communication sSG1 , sSG2, sSG3, sSG4, sSGAPU, sECS1 , sECS2, sECS3, sECS4 correspondantes sont aussi présentes pour remonter la position du rotor de ces démarreurs/générateurs et autres moteurs pilotés, afin de permettre leur pilotage. Classiquement de telles unités sont formées de capteurs de position de type résolveur ou effet Hall.
[0033] Les cartes électroniques génériques hébergent la plupart des fonctions de commande du réseau électrique et de pilotage des moteurs électriques. Elles n’ont pas de lien direct avec les interfaces à commander et à surveiller, ce qui permet d’être indépendant du nombre et du type d’interfaces (logique, analogique, numérique). Cela permet de garantir le caractère générique de la carte et lui permet de porter des fonctions différentes et notamment de reconfigurer facilement les fonctions de chaque carte en cas de perte de l’une d’elles. Les cartes électroniques d’interface locale sont en charge de collecter localement des données relatives à chaque boitier (états de contacteurs, tensions, courants, températures, etc..) et de les mettre à disposition des autres composants du système. Elles appliquent aussi les ordres de commande reçus des cartes électroniques de commande génériques afin de configurer le réseau électrique et, lorsque ces ordres sont multiples, elles assurent un arbitrage entre les différents ordres selon une priorité préétablie.
[0034] Les cartes de contrôle et les unités de puissance qui sont déjà présentes dans le système de commande de l’art antérieur, de même que les unités de mesure de position, ont toutefois, dans le cadre de l’invention des interactions différentes avec les autres cartes, comme il sera explicité ci-après.
[0035] Les échanges et transfert de messages entre ces différentes cartes électroniques et unités s’effectuent en effet au travers de quatre commutateurs de données 90-1 , 91 -1 , 90-2, 91 -2 auxquels ces cartes, unités de puissance et unités de numérisation et de communication sont reliées, les commutateurs de données étant reliés entre eux par un bus de communication rapide 92 de type Etherfly® de préférence à 1 Gbits/s ou tout autre bus de communication de mêmes priorités et performances sur lequel toutes les données sont échangées sauf si des contraintes de sécurité de fonctionnement demandent des fils dédiés pour des raisons d’indépendance ou de dissimilarité par exemple. Ainsi, les fonctions de pilotage moteur (démarreurs/générateurs des ensembles propulsifs et du groupe auxiliaire de puissance et autres moteurs pilotés), y compris la parallélisation des onduleurs pour le pilotage d’un même moteur, et les fonctions de génération, distribution et protection du réseau électrique imposent des contraintes de performance sur le bus de communication rapide qui nécessitent de tenir des boucles de commande de l’ordre de quelques dizaines de microsecondes jusqu’à quelques millisecondes, les différentes cartes étant synchronisées entre elles avec une précision adaptée aux périodes de contrôle souhaitées au moyen d’une horloge locale et d’informations accessibles depuis le bus de communication rapide. On notera par exemple que certaines fonctions, comme la parallélisation des onduleurs, exigent des performances de synchronisation de l’ordre de 50 nanosecondes alors que d’autres ont des exigences moins sévères.
[0036] Plus particulièrement, chacun des coffrets d’électronique de puissance LPEB (respectivement RPEB) comporte deux commutateurs de données 90-1 , 90-2 (respectivement 91 -1 , 91 -2) reliés l’un à chaque entrée/sortie des cartes électroniques 60L, 62L, 64L (respectivement 60R, 62R, 64R), des unités de puissance 78L, 80L, 82L (respectivement 78R, 80R, 82R) et des cartes de contrôle 48L, 50L, 51 L (respectivement 48R, 50R), et l’autre à chaque autre entrée/sortie, les commutateurs de données disposés à une entrée/sortie 90-2, 91 -2 étant reliés entre eux et les commutateurs de données disposés à l’autre entrée/sortie 90-1 , 91 -1 étant reliés également entre eux. Toutes les liaisons précitées s’effectuent de préférence au travers du bus de communication rapide 92 (les liaisons avec les unités de puissance et les cartes de contrôle pouvant toutefois se faire à débit moindre). Les boîtiers de distribution électriques sont quant à eux reliés aux commutateurs de données par des liaisons de communication moins rapides, typiquement des bus de type Etherfly® de préférence à 100Mbits/s. Plus précisément, les boîtiers de distribution électrique LDB1 et LDB3 sont reliés tous deux par les liaisons 93 au premier commutateur de données 90-1 du coffret d’électronique de puissance LPEB et par les liaisons 94 au deuxième commutateur de données 90-2 du coffret d’électronique de puissance LPEB. De même, les boîtiers de distribution électrique RDB2 et RDB4 sont reliés tous deux par les liaisons 95 au troisième commutateur de données 91 -1 du coffret d’électronique de puissance RPEB et par les liaisons 96 au quatrième commutateur de données 91 -2 du coffret d’électronique de puissance RPEB.
[0037] De même, les différentes unités de numérisation et de communication sont reliées à ces deux commutateurs de données par des liaisons de communication rapide 99.
[0038] La figure 2 illustre un second exemple d’architecture conforme à l’invention dans laquelle toutefois la configuration des cartes d’interface locale est différente (les autres cartes ou unités identiques à la précédente architecture ne seront pas à nouveau décrites). En effet, dans cette configuration chaque boîtier de distribution électrique LDB1 , LDB3 ; RDB2, RDB4 comporte non plus une seule carte électronique d’interface locale mais des première 100A, 102A, 104A, 106A et seconde 100B, 102B, 104B, 106B cartes électroniques d’interface locale, chaque carte électronique d’interface locale d’un même boitier de distribution électrique étant reliée à un commutateur de données différent d’un même coffret d’électronique de puissance LPEB, RPEB. Les premières cartes électroniques d’interface locale de chaque boitier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données auxquels elles sont connectées par un bus de communication rapide 108 et, de même, les secondes cartes électroniques d’interface locale de chaque boitier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données auxquels elles sont connectées également par un bus de communication rapide 110. Ces deux bus de communication rapide indépendants (c’est à dire ségrégués l’un de l’autre) et qui permettent une gestion simple des redondances au niveau des contacteurs dédiés aux boîtiers de distribution électrique sont typiquement des bus de données de type Etherfly® de 100Mbits/s à 1 Gbits/s ou analogue. Le bus 108 est par exemple dédié au contrôle des contacteurs et le bus 1 10 à la protection et l’acquisition de données (prise de mesure notamment) relatives à l’état des boîtiers de distribution électrique.
[0039] Plus précisément, les premières cartes électroniques d’interface locale 100A, 102A (respectivement 104A, 106A) des deux boîtiers de distribution électrique LDB1 , LDB3 (respectivement RDB4, RDB2) associés à un ensemble propulsif donné sont reliées chacune à un commutateur de données différent 90-1 , 90-2 (respectivement 91 -1 , 91 -2) d’un même coffret d’électronique de puissance LPEB (respectivement RPEB). On notera que dans cette configuration, il peut être intéressant au niveau des coffrets d’électronique de puissance LPEB, RPEB d’intégrer la fonction d’interface locale présente initialement dans les cartes électroniques d’interface locale 74, 76 dans l’une des cartes électroniques de commande génériques 60L, 62L, 64L ; 60R, 62R, 64R assurant ainsi à la carte électronique de commande générique choisie une fonction plus générale de supervision. Ainsi, chaque coffret d’électronique de puissance comportera deux cartes génériques dédiées exclusivement au pilotage des moteurs électriques (SG1 , SG2, SG3, SG4,SGAPU et ECS1 , ECS2, ECS3, ECS4) et cette carte de supervision assurant à la fois la configuration des cartes génériques du coffret concerné et le contrôle de l’actionnement des contacteurs de ce coffret.
[0040] Dans l’une comme dans l’autre configuration illustrée précédemment, ce système de commande a pour objet de réaliser différentes fonctions au moyen de logiciels applicatifs associés exécutés cycliquement avec une période T (typiquement comprise entre 50 microsecondes pour les fonctions rapides et 2 millisecondes pour les fonctions lentes), à savoir des fonctions dites « Contrôle moteur côté gauche et droit», des fonctions dites « Contrôle distribution côté gauche et droit PRIMAIRE et REDONDANT », une fonction dite « Superviseur LPEB », une fonction dite « Superviseur RPEB », des fonctions ségréguées dites « Protection distribution côté gauche et droit » et des fonctions ségréguées dites « Surveillance système côté gauche et droit PRIMAIRE et REDONDANT».
[0041 ] Les fonctions « Contrôle moteur côté gauche et droit » assurent le calcul du rapport cyclique à appliquer sur chacun des bras de pont des onduleurs. Ce rapport cyclique est recalculé et émis à la fréquence de découpage, chacune des cartes 60L, 62L, 64L (LCMM1 , 2 et 3) pour le côté gauche et des cartes 60R, 62R, 64R (RCMM1 , 2 et 3) pour le côté droit, ayant la capacité à piloter les trois onduleurs de leur côté respectif seuls ou en parallèle.
[0042] Les fonctions « Contrôle distribution côté gauche et droit PRIMAIRE et REDONDANT » assurent le contrôle des différents contacteurs (non représentés pour la commodité des dessins) comme les contacteurs de liaison entre canaux de génération différents, l’autorisation de fermeture des contacteurs de ligne des générateurs, le contrôle des contacteurs des groupes d’alimentation sol. Ces deux fonctions effectuent les mêmes calculs sur la base des mêmes informations (les voies PRIMAIRE et REDONDANT ont une même vision de l’état du réseau) et transmettent les ordres de commandes aux cartes électroniques d’interface locale 66 - 76 pour application. La résolution entre les deux commandes est effectuée dans la carte électronique d’interface locale par un circuit voteur comme il sera détaillé plus loin.
[0043] La fonction « Superviseur LPEB » assure la configuration des cartes électroniques génériques 60L, 62L, 64L et des trois onduleurs correspondants 10L, 12L, 14L pour allouer les ressources de calculs et d’électronique de puissance aux besoins de pilotage de charges (démarrage moteur et ECS) et la configuration du réseau de contacteurs de la matrice d’aiguillage 16L pour aiguiller les onduleurs vers les démarreurs/générateurs associées SG1 , SG3, l’APU et les compresseurs ECS1 et ECS3.
[0044] La fonction « Superviseur RPEB » assure la configuration des cartes électroniques génériques 60R, 62R, 64R et des trois onduleurs correspondants 10R, 12R, 14R pour allouer les ressources de calculs et d’électronique de puissance aux besoins de pilotage de charges (démarrage moteur et ECS) et la configuration du réseau de contacteurs de la matrice d’aiguillage 16R pour aiguiller les onduleurs vers les démarreurs/générateurs associés SG2 et SG4 et les compresseurs ECS2 et ECS4.
[0045] Les fonctions ségréguées « Protection distribution côté gauche et droit » centralisent toutes les protections du ressort du système de distribution pour respectivement le côté gauche et le côté droit et en particulier l’anti-parallélisation entre générateurs (VFSG et groupe externes), l’anti-parallélisation entre charges du coffret d’électronique de puissance côté gauche LPEB, respectivement côté droit RPEB, la protection des courants de fuite sur les câbles de puissance entre les boitiers de distribution LDB1 et LDB3, LDB3 et RDB4, et entre LDB1 et RDB2 et la protection des deux groupes externes ex1 et ex2.
[0046] Les fonctions ségréguées « Surveillance système côté gauche et droit PRIMAIRE et REDONDANT » collectent, l’une pour le côté gauche l’autre pour le côté droit, les informations du système de distribution et les transmet pour l’affichage cockpit et effectue la surveillance et le diagnostic de panne du système de distribution. Le tableau de correspondances ci-après résume ces différentes fonctions pour chacune des cartes électroniques. Le côté gauche est noté dans le tableau « côté 1 » et le côté droit « côté 2 ».
[0047] [Table 1 ]
Figure imgf000016_0001
[0048] On notera que dans cette architecture, les cartes LCMM1/LCMM2/RCMM1 sont dissimilaires des cartes LCMM3/RCMM2/RCMM3 en ce sens que leurs technologies et conceptions électroniques et codes sont suffisamment différentes pour ne pas présenter des modes communs de défaillance. En effet, la classification « Catastrophique » de la parallélisation de deux générateurs à fréquence variable (VFSG) impose que la protection d’anti-parallélisation et le contrôle soient portés par des cartes différentes et dissimilaires.
[0049] Au niveau des cartes électroniques d’interface locale 66 - 76, un circuit voteur à trois états de sortie assure l’interface avec chaque contacteur (non représenté) contrôlé par la carte, selon le tableau de choix ci-après, avec les ordres de contrôle (jusqu’à deux entrées CTRL1 et CTRL2) et de protection (une entrée PROT) provenant des cartes électroniques génériques 60L - 64R et suivant la logique suivante : X : état quelconque ; 0 : état 0 ; 1 : état 1 ; No data : non disponibilité d’une information valide, pour les entrées et 0 : contacteur à commander en ouverture ; 1 : contacteur à commander en fermeture ; No change : la commande du contacteur reste dans l’état valide précédent, pour la sortie du voteur (output).
[0050] [Table 2]
Figure imgf000017_0001
[0051 ] Le tableau suivant illustre le lien entre les fonctions du système et les entrées des voteurs (N/A signifiant non applicable).
[0052] [Table 3]
Figure imgf000017_0002
[0053] Ainsi, avec la présente invention, on obtient une meilleure tolérance aux résultats erronés sur CTRL1 ou CTRL2 quand les deux sont reçus par la carte électronique d’interface locale (les deux fonctions doivent être cohérentes pour que la modification soit appliquée par le voteur), une meilleure tolérance à la perte de CTRL1 ou CTRL2 car la fonction restante garde le contrôle du contacteur, une meilleure limitation de l’impact d’un résultat erroné sur PROT, car les fonctions de protection ont un périmètre limité à un seul côté, gauche ou droit, du système, une meilleure tolérance à la perte de PROT, car CTRL1 et CTRL2 gardent le contrôle sur le contacteur. [0054] Certaines fonctions de protection du réseau venant agir en correction d’une erreur des fonctions de contrôle (par exemple l’anti-parallélisation), le mode de réalisation du voteur doit garantir l’absence de point commun entre CTRL1/CTRL2 d’une part et P ROT d’autre part. Ceci peut être par exemple réalisé en faisant porter les fonctions CTRL1/2 et PROT par des composants logiques différents sur la même carte locale.
[0055] La figure 3 montre sous forme d’un diagramme temporel une représentation séquentielle des applicatifs exécutés, par exemple par logiciel, sur un processeur approprié des différentes cartes électroniques CIB et CMM (bien entendu une exécution sur des composants logiques programmables, par exemple de type FPGA, est envisageable).
[0056] A tO en début du cycle N (référence 200), les cartes électroniques d’interface locale (CIB) envoient aux six cartes électroniques génériques (CMM) les acquisitions faites au cycle N-1. Les CIB calculent alors l’ordre de commande des contacteurs en réalisant un vote (202) sur les consignes de contrôle et de protection reçues au cycle N-1. Au cours du cycle N, les fonctions de contrôle distribution côté gauche et droit PRIMAIRE et REDONDANT (204) et superviseur LPEB et RPEB (206) s’exécutent successivement en se basant sur les acquisitions transmises par les cartes locales CIB (cycle N-1 ) et transmettent le résultat à ces mêmes cartes locales CIB (208, 210) et aux fonctions de protection distribution côté gauche et droit (212, 214). Puis, les fonctions de protection distribution côté gauche et droit (216) s’exécutent et transmettent leurs résultats aux cartes locales CIB (218) qui seront appliqués au cycle N+1. Ainsi, la réaction à un événement sur le réseau électrique interviendra au plus tôt 2 cycles après cet événement.
[0057] On notera que les fonctions de protection distribution côté gauche et droit ont la possibilité d’intercepter le résultat des calculs des fonctions de contrôle distribution côté gauche et droit avant la prise en compte par les cartes locales CIB.
[0058] On notera également que si les fonctions distribution et superviseur ont été dans l’exemple illustré exécutées successivement, une exécution en parallèle est bien entendu aussi possible, l’envoi des messages étant fait également à la fin de chaque tâche comme dans le mode séquentiel.
[0059] Ainsi, avec l’invention, le transfert de données entre équipements est maximisé par la présence du bus de communication rapide dans le but de réduire le nombre de fils (gain de masse et coût du câblage), de permettre des reconfiguration faciles et de réduire la quantité de certains équipements dans le réseau en les mutualisant pour plusieurs fonctions, en particulier dans les coffrets d’électroniques de puissance et les boitiers de distribution électrique.
[0060] Ainsi, on notera également que si les différentes cartes électroniques de commande génériques et les commutateurs de données ont été décrit comme des éléments des coffrets d’électronique de puissance LPEB et RPEB, cela ne signifie pas qu’ils soient nécessairement inclus dans ces coffrets et il doit être entendu que ceux-ci peuvent aussi être disposés physiquement dans des modules de contrôle indépendants de ces coffrets, ce qui présente alors l’avantage de positionner les cartes de calculs dans un environnement protégé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de commande d'un réseau électrique d'aéronef comprenant au moins un premier ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur gauche (SG1, SG3) et un second ensemble propulsif ayant au moins un démarreur/générateur droit (SG2, SG4) ainsi que d'autres moteurs électriques (ECS1, EC2, ECS3, ECS4), système caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second coffrets d'électronique de puissance (LPEB, RPEB) comportant chacun au moins deux cartes électroniques de commande dites génériques (60L, 62L, 64L ; 60R, 62R, 64 R) pour la commande du réseau électrique, chacune de ces au moins deux cartes électroniques de commande génériques étant reliées par des liaisons de communication rapide à des premier et second commutateurs de données (90-1, 90-2 ; 91-1, 91-2) distincts, les premier et second commutateurs de données (90-1, 90-2) du premier coffret d'électronique de puissance (LPEB) étant respectivement reliés aux premier et second commutateurs de données (91-1, 91-2) du second coffret d'électronique de puissance (RPEB) par un premier bus de communication rapide (92).
[Revendication 2] Système de commande selon la revendication 1 ou la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre quatre boîtiers de distribution électrique (LDB1, LDB3 ; RDB2, RDB4), deux boîtiers de distribution électrique étant associés à un ensemble propulsif donné et chaque boîtier de distribution électrique comportant au moins une carte électronique d'interface dite locale (66, 68 ; 70, 72 ; 100A, 100B ; 102A, 102B ; 104A, 104B ; 106A, 106B) pour d'une part l'acquisition de données relatives à l'état des boîtiers de distribution électrique et d'autre part la commande de contacteurs dédiés à chacun de ces boîtiers de distribution électrique et destinés à assurer la configuration du réseau électrique.
[Revendication 3] Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en outre les premier et second coffrets d'électronique de puissance comportent chacun une carte électronique d'interface locale (74 ; 76) reliés aux premier et second commutateurs de données du coffret d'électronique de puissance par une liaison de communication rapide (97, 98) et chaque boîtier de distribution électrique comporte une seule carte électronique d'interface locale (66, 68 ; 70, 72) et les deux cartes électroniques d'interface locale des deux boîtiers de distribution électrique associés à un ensemble propulsif donné sont respectivement reliés aux premier et second commutateurs de données du coffret d'électronique de puissance associé à cet ensemble propulsif donné par des liaisons de communication rapide (93, 94 ; 95, 96).
[Revendication 4] Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des trois cartes électroniques de commande génériques de chaque coffret d'électronique de puissance fait aussi fonction de carte électronique d'interface locale et chaque boîtier de distribution électrique comporte des première et seconde cartes électroniques d'interface locale (100A, 100B ; 102A, 102B ; 104A, 104B ; 106A, 106B), chaque carte électronique d'interface locale d'un même boîtier de distribution électrique étant reliée à un commutateur de données différent d'un même coffret d'électronique de puissance.
[Revendication 5] Système de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premières cartes électroniques d'interface locale des deux boîtiers de distribution électrique associés à un ensemble propulsif donné sont reliées chacune à un commutateur de données différent d'un même coffret d'électronique de puissance.
[Revendication 6] Système de commande selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que les premières cartes électroniques d'interface locale de chaque boîtier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données par un deuxième bus de communication rapide (108) et les secondes cartes électroniques d'interface locale de chaque boîtier de distribution électrique sont reliées entre elles et avec les commutateurs de données par un troisième bus de communication rapide (110).
[Revendication 7] Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième bus de communication rapide sont des bus de données de type Etherfly® de 100Mbits/s à 1Gbits/s.
[Revendication 8] Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins trois unités de commande (78L, 80L, 82L ; 78R, 80R, 82R) pour appliquer des ordres de commande à au moins trois onduleurs (10L, 12L, 14L ; 10R, 12R, 14R) de pilotage des démarreurs/générateurs et des autres moteurs électriques, ces au moins trois unités de commande étant reliées chacune aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide.
[Revendication 9] Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une carte de contrôle (48L, 50L, 51L ; 48R, 50R) par démarreur/générateur ou autre moteur électrique piloté pour en réguler la tension, chaque unité de puissance étant reliée aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide.
[Revendication 10] Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des unités de numérisation et de communication (sSGl, sSG2, sSG3, sSG4, sSGAPU, sECSl, sECS2, sECS3, sECS4) correspondant à chacun des démarreurs/générateurs et autres moteurs électriques pilotés, pour remonter la position du rotor de chaque démarreur/générateur et autre moteur électrique afin de permettre leur pilotage, chacune de ces unités étant reliées aux commutateurs de données par une liaison de communication rapide (99).
[Revendication 11] Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une des cartes électroniques de commande génériques des premiers et second coffrets d'électronique de puissance comporte un mode de défaillance différent des autres cartes électroniques de commande génériques du même coffret d'électronique de puissance.
[Revendication 12] Système de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que chacune des cartes électroniques d'interface locale comporte un circuit voteur à trois états de sortie assurant, en fonction d'ordres en provenance des cartes électroniques de commande génériques, la commande de contacteurs reliés à cette carte électronique d'interface locale.
[Revendication 13] Réseau électrique d'aéronef comportant un système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
[Revendication 14] Aéronef comportant un réseau électrique selon la revendication 13.
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