Brevet FR2551600A1 — publié le 19850308

'00 i L'invention concerne un régulateur de tension destiné à une génératrice polyphasée. Dans un circuit électrique typique d'un aéronef à plusieurs moteurs, auquel l'invention est particulière5 ment adaptée, chaque moteur entraîne une génératrice par une transmission à vitesse constante Chacune des génératrices entraînées par les moteurs alimente un groupe de circuits de charge et ces circuits de charge peuvent être interconnectés par un bus de distribution 10 électrique Un groupe moteur auxiliaire entraîne une génératrice auxiliaire pour suppléer les génératrices entraînées par les moteurs en cas de panne d'un moteur ou d'une génératrice Le groupe moteur auxiliaire est également utilisé pour fournir de l'énergie électrique 15 à l'aéronef au sol, lorsque les moteurs sont arrêtés et qu'une source d'énergie extérieure n'est pas aisément disponible. Un bloc de contrôle de génératrice, associé à chaque génératrice, surveille l'état électrique de 20 cette génératrice et l'état de la transmission mécanique associée à la génératrice Un bloc de contrôle de puissance du bus surveille la distribution d'énergie dans le circuit et l'état des génératrices, et commande des disjoncteurs d'interconnexion des charges et du bus, qui connectent 25 le bus de distribution électrique entre les génératrices, les charges et la génératrice auxiliaire Une ou deux charges sont alimentées par l'une des génératrices disponibles Cependant, deux génératrices ne sont pas connectées en parallèle Les blocs de commande ont dans le passé 30 coordonné des informations d'enclenchement à l'aide de circuits câblés multiples. Conformément à l'invention, les blocs de commande des génératrices et le bloc de commande d'énergie du bus utilisent des microprocesseurs à circuits intégrés, 35 ce qui présente plusieurs avantages comprenant une grande souplesse fonctionnelle et une meilleure fiabilité. Une caractéristique de l'invention est que le microprocesseur du bloc de commande de génératrice réagit à l'état du circuit de la génératrice et produit des signaux d'erreur et de commande destinés au régulateur de tension de la génératrice. Une autre caractéristique de l'invention est la présence d'un régulateur de tension dans lequel une moyenne des tensions des phases de la génératrice est corrigée par un signal d'erreur pour commander la source de courant de champ de la génératrice, ce régulateur 10 comportant des moyens destinés à détecter une tension de phase anormalement élevée et, dans ce cas, à invalider les moyens de sommation et à commander la source de courant de champ à partir du signal d'erreur. Une autre caractéristique de l'invention réside 15 dans la présence de moyens destinés à soustraire la tension de phase basse de la tension de phase élevée et à produire un signal de commande lorsque les différences dépassent un niveau choisi Le gain du circuit d'erreur de tension est réduit lors de l'apparition du signal 20 de commande. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié d'un 25 circuit utilisant le régulateur selon l'invention; la figure 2 est un schéma simplifié d'une partie du bloc de commande de génératrice; la figure 3 est un schéma simplifié, analogue à celui de la figure 1, montrant davantage de détails 30 la figure 4 est un schéma simplifié du régulateur de tension de la génératrice; et la figure 5 est un schéma simplifié illustrant les fonctions du microprocesseur en relation avec le régulateur de tension. Le dispositif de génération et de distribution d'énergie électrique selon l'invention est illustré et décrit sous la forme d'un dispositif destiné à un aéronef ou avion à deux moteurs et groupe moteur auxiliaire Il est évident que des caractéristiques de la commande peuvent être utilisées sur d'autres dispositifs de généra5 tion et de distribution d'énergie électrique pour aéronefs et sur des dispositifs de génération et de distribution d'énergie électrique d'autres types. La figure 1 illustre de façon simplifiée le dispositif en utilisant une ligne unique pour indiquer 10 des connexions pouvant être multiples entre éléments. Deux génératrices 15, 16, entraînées par des moteurs, sont représentées Les deux génératrices ont leurs sorties référencées à un retour commun ou une masse commune 17 et sont connectées par des circuits de sortie compre15 nant des disjoncteurs 18, 19, désignés GCBL et GCBR, à des charges 10 et 21, respectivement Un bus 22 de distribution électrique peut être connecté sélectivement aux circuits de sortie des génératrices et aux charges 20 et 21 par l'intermédiaire de disjoncteurs 23, 24 20 de bus, désignés BTBL et BTBR. Une génératrice auxiliaire 26 comporte également une sortie référencée à la masse 17 et est connectée par un circuit comprenant un disjoncteur auxiliaire 27 (APB) au bus 22 de distribution électrique D'autres 25 détails d'un groupe moteur auxiliaire, qui comprend la génératrice auxiliaire, sont donnés dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 18 739, déposée le 10 mars 1979 et à présent abandonnée au profit de la demande N 179 025, déposée le 18 août 1980. Une source d'énergie extérieure (non représentée mais indiquée en SEXT) peut être connectée au circuit électrique lorsque l'aéronef est au sol, par l'intermédiaire d'un contacteur 28 désigné EPC. Le circuit électrique de l'aéronef est générale35 ment un circuit triphasé travaillant à 400 Hz, avec un système de distribution à 4 fils Par conséquent, les connexions à fils simples et les contacteurs simples décrits ci-dessus représentent quatre conducteurs et des relais à trois pôles, le neutre restant fermé. Chacune des génératrices comporte un bloc de 5 commande 30, 31, 32 Le bloc de commande de génératrice est désigné en GCU, celui associé à la génératrice de gauche étant désigné GCUL, celui associé à la génératrice de droite étant désigné GCUR et celui associé à la génératrice auxiliaire étant désigné APGCU Ainsi 10 qu'il ressortira de la description détaillée, les blocs , 31 et 32 de commande des génératrices surveillent les conditions de fonctionnement des génératrices associées et commandent le fonctionnement de sources 34, 35 et 36 de courant de champ et de relais 37, 38 et 15 39, respectivement, de commande des génératrices Les sources de courant de champ sont désignées IFLD et les relais de commande de génératrices sont désignés GCR. La source de courant de champ et le relais de commande de génératrice peuvent faire partie physiquement du 20 bloc de commande. Les têtes de flèche aux extrémités des lignes interconnectant le bloc GCU aux éléments IFLD et GCR indiquent la transmission dans les deux sens des informations d'état et de commande La ligne à une seule tête 25 de flèche entre le circuit de la génératrice et les disjoncteurs de bus (par exemple 18, 27) et le bloc GCU (par exemple 30) indique que l'information d'état ou de condition du disjoncteur constitue une entrée pour le bloc GCU Une convention analogue est utilisée 30 sur les autres figures. Un bloc 42 de commande d'énergie de bus (BPCU) est connecté pour transmettre une information d'état du circuit, s'enclenche avec chaque bloc GCU et, ainsi qu'il apparaîtra plus en détail ci-après, commande 35 le fonctionnement des disjoncteurs afin de maintenir une distribution optimale de l'énergie disponible des sources vers les charges 20 et 21 Chacun des blocs de commande utilise un microprocesseur destiné à collecter et à organiser les informations concernant le fonctionnement des génératrices et les conditions du circuit et à établir et distribuer des signaux de commande appropriés. La figure 2 est un schéma simplifié montrant les entrées principales du circuit des génératrices et de distribution vers le bloc de commande de génératrice GCU Le microordinateur peut être un microproces10 seur du type 8085 de la firme Intel Corporation La tension de sortie de la génératrice, pour chacune des trois phases, est dérivée en un point de régulation (POR) qui peut être une borne du disjoncteur GCB du circuit de la génératrice Les tensions des phases 15 sont connectées par des circuits 56 de blocage de crête à un multiplexeur de signaux analogiques et à un convertisseur analogique/numérique 57 Les tensions des phases, ainsi que d'autres entrées décrites ci-après, sont sélectionnées séquentiellement par le multiplexeur 1 20 converties en une information numérique et transmisesau microprocesseur par l'intermédiaire du bus de données et des accès d'entrée-sortie 58. Les courants des phases sont détectés par des transformateurs de courant CTS (non représentés sur 25 la figure 3) et transmis par des circuits 60 de blocage de crête au bloc multiplexeur-convertisseur analogique/ numérique 57 Les courants de ligne du circuit de distribution sont également détectés par dés transformateurs de courant et transmis, avec les signaux de courant 30 des génératrices, à un comparateur différentiel 61 de courant qui applique un signal d'entrée approprié au microprocesseur dans le cas o un déséquilibre excessif de courant apparaît. Le signal de sortie de la génératrice PMG à 35 aimant permanent est détecté à l'aide de détecteurs 63 et 64 de fréquences insuffisante et excessive qui, si la fréquence est extérieure à des limites choisies, transmettent des signaux au microprocesseur En variante, le signal de sortie de la génératrice PMG peut être converti en un signal numérique et appliqué directement au microprocesseur Un bloc à capteur magnétique MPU 5 associé à la transmission 46 à vitesse constante, applique un signal à un circuit 65 de détecteur de vitesse insuffisante qui transmet également une information d'entrée au microprocesseur D'autres signaux d'état de la génératrice proviennent d'un commutateur GCS 10 de commande de la génératrice, qui est une commande utilisable dans le poste de pilotage et permettant la mise en action du relais de commande de la génératrice lorsque le moteur démarre, et de contacts auxiliaires du disjoncteur GCB de la génératrice et du disjoncteur 15 BTB du bus. La sortie de la génératrice PMG à aimant permanent est également utilisée pour les sources internes 67 d'alimentation en énergie du bloc GCU Les alimentations en énergie reçoivent elles-mêmes de l'énergie 20 du bus de batterie BUS BAT de l'aéronef lorsqu'aucune génératrice ne travaille. Les tensions des phases de la génératrice provenant du point de régulation sont appliquées à un régulateur 70 de tension dans lequel, comme décrit plus en 25 détail ci-dessous, une tension moyenne triphasée est calculée et transmise par l'intermédiaire du bloc à multiplexeur et convertisseur analogique/numérique 57 au microprocesseur Cette tension moyenne triphasée est indiquée en U 3 O Un signal d'erreur de tension 30 développé par le microprocesseur est transmis par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 71, au régulateur de tension Ce signal est indiqué en SERR Un courant de champ régulé destiné à l'excitatrice est transmis par le relais 72 de commande de 35 la génératrice à l'enroulement de champ de l'excitatrice 49 Un capteur 73 de basse tension (figure 3) et un détecteur 74 de court-circuit à redresseur tournant connectés au circuit de champ, fournissent des signaux d'entrée supplémentaires au microprocesseur. Les courants des phases en divers points du circuit sont détectés, par exemple par des transformateurs 5 de courant, et transmis aux blocs de commande des génératrices et au bloc de commande de l'énergie de bus. Ces signaux d'entrée d'état des génératrices et du circuit, arrivant aux blocs de commande, constituent une base pour les fonctions de commande et fournissent 10 une information redondante utilisée pour vérifier le fonctionnement du circuit. La figure 3 représente un peu plus en détail les signaux d'entrée et de sortie du bloc de commande de génératrice Dans la mesure du possible, les mêmes 15 références numériques sont utilisées sur la figure 3 et sur la figure 5 Les divers signaux analogiques représentant les états de la génératrice sont transmis au micro-ordinateur 55 par l'intermédiaire d'un multiplexeur analogique 57 a et d'un convertisseur analogique/ 20 numérique 57 b Ces signaux comprennent le point des tensions de phase de régulation détectées par les circuits 56 de blocage de crête et les courants de ligne et de génératrice provenant des transformateurs de courant respectifs et détectés par les circuits 60 de blocage 25 de crête qui reçoivent ces signaux par l'intermédiaire de résistances de charge en série, indiquées en RCS, dans le cas des courants de ligne, et de résistances de charge en parallèle, indiquées en RCP dans le cas des courants de génératrice Un signal de vitesse destiné 30 à la transmission 46 à vitesse constante et provenant du capteur magnétique est transmis par un convertisseur fréquence/tension 86 De même, le signal de vitesse provenant de la génératrice 48 à aimant permanent (PMG) est transmis par un convertisseur fréquence/tension 35 87 La température de l'huile utilisée dans la transmission à vitesse constante et pour le refroidissement de la génératrice est détectée à l'entrée et à la sortie du carter IDG Des signaux analogiques de température constituent des entrées supplémentaires pour le multiplexeur Sous la commande du microordinateur, le multiplexeur analogique 57 a analyse séquentiellement les 5 signaux d'entrée d'état de la génératrice et les signaux sont transmis par le convertisseur analogique/numérique 57 b à une entrée du micro-ordinateur Les signaux de vitesse MPU et PMG peuvent être convertis directement en une forme numérique et transmis au microordinateur 10 55 comme représenté en traits pointillés. Des entrées numériques, par exemple des commuta teurs, sont connectées par l'intermédiaire de tampons 92 d'entrée Ces entrées comprennent des contacts auxiliaires GCR AUX du relais GCR de commande de la généra15 trice, des contacts auxiliaires GCB AUX du disjoncteur GCB du circuit de la génératrice, et des contacts auxiliaires BTB AUX du disjoncteur du bus Le commutateur GCS de commande de la génératrice, qui constitue une commande placée dans le poste de pilotage, produit 20 des signaux d'entrée distincts selon qu'il est en position de fermeture (GCSF) ou d'ouverture (CGSO) Un commutateur de pression d'huile fournit un autre signal d'entrée HPRESS indiquant la disponibilité de l'huile pour le fonctionnement de la transmission à vitesse 25 constante et pour le refroidissement de la génératrice. En référence en particulier à la partie du bloc de commande indiquée globalement en 70 et constituée par le régulateur de tension, la tension moyenne des phases de la génératrice est développée dans un circuit 30 95 de détection de moyenne et est transmise par l'intermédiaire d'un filtre 96 au multiplexeur analogique. Le signal d'erreur indiqué en regard de la figure 3 est transmis par l'intermédiaire du convertisseur numérique/analogique 71 à une jonction 97 de sommation o 35 il est additionné à la tension moyenne des phases, et la somme est appliquée à un modulateur d'impulsions en largeur 98 qui attaque un amplificateur 99 de sortie fournissant le courant de champ à l'enroulement de champ de l'excitatrice L'énergie du circuit de champ est fournie par la génératrice à aimant permanent par l'intermédiaire du relais 72 de commande de génératrice. 5 Les sorties du convertisseur numérique/analogique 71 et de l'amplificateur 99 de sortie sont connectées à des entrées du multiplexeur analogique 57 a et sont comparées par le microprocesseur 55 aux quantités souhaitées, à titre de vérification du fonctionnement du 10 système Le circuit 74 à diode tournante en courtcircuit détecte une défaillance de diode et fournit un signal d'entrée au microprocesseur pour qu'il actionne le relais 72 de commande de génératrice. Les sorties du micro-ordinateur 55 sont connec15 tées par l'intermédiaire de tampons 100 de sortie. Les sorties principales comprennent des signaux commandant le fonctionnement du relais GCR de commande de génératrice et fermant ou ouvrant les disjoncteurs GCB et BTB (signaux GCBF et BTBF pour la fermeture, 20 et GCBO et BTBO pour l'ouverture) Une sortie vers un voyant de déconnexion (sortie DECO) donne, dans la cabine de pilotage, une indication visuelle de la présence d'une condition nécessitant la déconnexion de la génératrice A titre de contrôle supplémentaire 25 du fonctionnement du système, les signaux des tampons de sortie sont transmis par une connexion 101 à conducteurs multiples au multiplexeur 57 a de signaux analogiques d'entrée. Une interface 103 et une liaison 104 de données 30 en série, qui peuvent comprendre une paire de fils torsadés, établissent une communication entre le microordinateur 55 et le bloc de commande d'énergie de bus. Etant donné que les données sont transmises en série entre les blocs de commande, seule une ligne bifilaire 35 est nécessaire, quand même les données peuvent représenter de nombreuses conditions de circuit différentes ou des signaux de commande Dans le système à trois génératrices représenté, le bloc de commande d'énergie de bus peut avoir une période de 4 millisecondes Au cours de chaque période ou cycle, les informations sont échangées et vérifiées par communication par la liaison de données. Une horloge interne (non représentée) assure la synchronisation du microprocesseur, du multiplexeur, du démultiplexeur et des autres circuits d'horloge. Les signaux de synchronisation provenant du bloc de 10 commande d'énergie du bus et transmis par le bus 104 de données coordonnent les opérations des blocs de commande du système Les signaux d'horloge sont comptés de façon que des périodes de synchronisation précises, pouvant avoir une référence commune ou un temps de 15 départ commun, soient établies. Les figures 4 et 5 représentent plus en détail le traitement combiné des signaux analogiques et des signaux de micro-processeur dans le régulateur de tension. En référence d'abord à la figure 4, les trois phases 20 de tension O A, OB et O C sont connectées à un circuit de calcul de moyenne et le signal analogique de moyenne est transmis par un filtre passe-bas 110, un filtre 96 et le convertisseur analogique/numérique 57 b au microprocesseur La figure 5 illustre sous la 25 forme de blocs fonctionnels les trajets des signaux en relation avec le régulateur de tension, dans le microprocesseur Pour la régulation normale d'une génératrice, la tension moyenne des trois phases est comparée à une référence à une jonction 111 de sommation La 30 différence est intégrée en 112 de façon à donner une erreur de tension transmise par un circuit logique 113, le convertisseur numérique/analogique 71 et un commutateur analogique 114 à une entrée d'une jonction 97 de sommation La tension moyenne des phases est transmise du filtre 110 à une autre entrée de la jonction 97 de sommation par l'intermédiaire d'un commutateur analogique 115 La sortie de la jonction 97 de sonmation est connectée par un filtre 116 au modulateur 98 d'impulsions en largeur et à l'amplificateur de sortie 99 de la figure 3 pour qu'un courant régulé soit fourni au bobinage de champ de l'excitatrice. Le microprocesseur reçoit d'autres signaux d'entrée représentant le courant de phase le plus élevé , la tension de phase la plus élevée 121 et la tension de phase la plus basse 122 Ceci donne des modes de fonctionnement supplémentaires au régulateur de tension afin qu'il s'adapte à des conditions anormales Le courant de phase élevé et une fonction de la tension de phase la plus élevée, établie par un bloc fonctionnel 10 123, sont ajoutés l'un à l'autre à une jonction 124, établissant une limite du courant du bobinage de champ du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 044 296, et cette limite est transmise par la logique 113 au convertisseur numérique/analogique 71 15 et à la jonction 97 de sommation On peut se référer au brevet précité pour une description plus complète de la nature de la limite du courant de champ. Dans le cas d'un défaut portant sur une seule phase de la génératrice, le signal de moyenne de phase 20 provenant du filtre 110 renferme des harmoniques qui ne doivent pas être transmis à la commande de courant de champ de l'excitatrice Cette condition a également pour résultat la détection d'un courant de phase élevé par un comparateur 126, qui transmet un signal de commande 25 de mode destiné à ouvrir le commutateur analogique Ceci élimine du noeud 97 de sommation le signal de moyenne de tension Le système continue de fonctionner, l'erreur de tension provenant du noeud 125 de sommation commandant le courant de champ. Dans le cas o la tension d'une phase est basse, le régulateur tente d'établir un courant de champ excessif Cette condition est détectée par comparaison de la tension de phase la plus haute à une référence, à la jonction 127 de sommation, qui transmet alors 35 au circuit logique 113 un signal limitant le signal de commande du bobinage de champ de l'excitatrice. La tension de phase la plus élevée et la tension de phase la plus basse sont comparées à une jonction 129 de sommation Lorsque la différence est excessive, un comparateur 130 produit un signal de sortie qui ouvre le commutateur analogique 114, ce qui réduit 5 le gain du signal d'erreur de tension en mettant en circuit une résistance 131 Le circuit logique 113 réagit au signal de sortie du comparateur 130 en connectant la sortie de la jonction 127 de sommation au convertisseur numérique/analogique 71 et à la jonction 97 10 de sommation Ceci empêche le régulateur de tenter d'établir un courant de champ excessif. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au régulateur de tension décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Régulateur de tension destiné à un système de génération de courant électrique comportant une génératrice polyphasée présentant un circuit de champ 5 et une source de courant destinée à ce circuit de champ, le régulateur de tension étant caractérisé en ce qu'il comporte une source de signaux (U 30) représentant la tension moyenne de sortie des phases de la génératrice, des moyens ( 111) destinés à comparer ce signal de tension 10 à une référence, et à générer un signal représentant une erreur de tension, des moyens ( 97) destinés à additionner le signal de tension moyenne de sortie au signal d'erreur, des moyens ( 116, 98, 99) qui, en réponse à la somme desdits signaux, règlent le courant transmis 15 de la source de courant au champ de la génératrice, et des moyens ( 105) qui/en réponse à un défaut d'une phase de la génératrice, arrêtent le signal de tension moyenne de sortie provenant des moyens d'addition. 2 Régulateur de tension selon la revendication 20 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 129) destinés à détecter le niveau du courant de phase élevée et des moyens ( 114) qui, en réponse à un courant de phase excessif, arrêtent le signal de tension moyenne de sortie pour qu'il n'arrive pas aux moyens d'addition. 25 3 Régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens destinés à additionner les signaux de moyenne et d'erreur comprennent un additionneur comportant des entrées pour chacun de ces signaux et comprenant un commutateur ( 115) monté 30 entre la source du signal de tension moyenne de sortie et une entrée de l'additionneur, un microprocesseur( 55) ayant une entrée de courant de phase élevé, des moyens ( 113), qui, dans le microprocesseur, en réponse à un courant de phase élevé dépassant un niveau choisi, 35 produisent un signal de commande, et des moyens qui, en réponse à ce signal de commande, ouvrent le commutateur à la suite de l'apparition d'un courant de phase excessif. 4 Régulateur de tension destiné à un système générateur de courant électrique comportant une génératrice polyphasée présentant un circuit de champ et 5 une source de courant pour ce circuit de champ, le régulateur de tension étant caractérisé en ce qu'il comporte une source d'un signal (U 30) représentant la tension moyenne de sortie des phases de la génératrice, des moyens ( 111) destinés à comparer ce signal de tension 10 à une référence afin de générer le signal représentant une erreur de tension, un circuit ( 116, 98, 99) qui, en réponse au signal d'erreur, règle le courant fourni à l'enroulement de champ de la génératrice, et des moyens ( 130, 114) qui, en réponse à une différence 15 de tension de phase excessive, réduisent le gain du circuit du signal d'erreur de tension. Régulateur de tension selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur ( 55) présentant des entrées de tension de phases; des 20 moyens situés dans le microprocesseur et destinés à soustraire la tension de la phase basse de la tension de -la phase haute afin d'établir une différence de tension de phase, et des moyens situés dans le microprocesseur et qui, en réponse à une différence de tension 25 de phase supérieure à-un niveau choisi, réduisent le gain du circuit du signal d'erreur.