Brevet FR2888956A1 — publié le 20070126

La présente invention concerne un système d'atténuation de déphasages et d'harmoniques entre au moins une source d'énergie et au moins un moteur électrique sans balais dans des aéronefs. De tels systèmes sont connus et disponibles sur le marché sous de multiples formes. Il est connu, en particulier, de convertir un courant triphasé en un courant continu par l'intermédiaire de redresseurs, de montages en pont correspondants. A cet effet sont connus des convertisseurs doubles, par exemple des inversions de branchement, des circuits exempts de courant circulaire, etc. Précisément dans de nombreux domaines de la technique d'entraînement, les machines asynchrones habituelles traditionnelles sont remplacées par des moteurs sans balais à commutation électronique. Ces moteurs présentent de meilleures performances de sortie dans des espaces plus compacts et de meilleures propriétés de réglage. L'inconvénient est que de tels moteurs sans balais à commutation électronique ne peuvent pas fonctionner directement sur des réseaux à courant triphasé, étant donné qu'une connexion directe de ces moteurs synchrones n'est pas possible. Aussi, la présente invention a pour objet de créer un système du type cité au début qui élimine les inconvénients mentionnés, par lequel peuvent également fonctionner, de manière aisée et économique, des moteurs sans balais à commutation électronique sans haute teneur en harmoniques. En particulier dans la navigation aérienne pourront ainsi être fabriqués des mécanismes d'entraînement sûrs qui requièrent un espace d'incorporation plus réduit à un poids plus faible. Cet objet est résolu par le fait qu'entre au moins une source d'énergie et au moins un moteur sans balais à commutation électrique est connecté un circuit actif destiné à atténuer les harmoniques du courant ou des ondes de hautes fréquences du courant triphasé. Dans la présente invention est importante en particulier l'utilisation de moteurs sans balais à commutation électronique en remplacement de machines asynchrones. Dans la navigation aérienne, les avions devront être équipés de moteurs sans balais correspondants, sans que ne doivent être remplacés les générateurs actuels qui fonctionnent à courant triphasé. De ce fait peuvent être obtenues en particulier une réduction de poids et une réduction d'espace d'incorporation. De plus, de tels moteurs sans balais doivent pouvoir être connectés directement au réseau de l'avion, les harmoniques se produisant en conséquence dans le système devant être éliminés ou réduits. Les phases de moteurs pour la génération du champ tournant dans le stator du moteur sont reliées au moyen de disjoncteurs ou commutateurs commandés activement d'un circuit intermédiaire ou de la connexion de tension continue d'un montage en pont. Le choix approprié de la séquence de commande de ces commutateurs ou disjoncteurs génère dans le stator du moteur un champ magnétique, d'où il est formé, en rapport avec les aimants du rotor et la position du rotor par rapport au champ magnétique du stator, un couple de sortie. Si le moteur tourne par ce couple, c'està-dire si la position du rotor par rapport au stator change, la séquence de commande est adaptée. Le champ magnétique du stator est poursuivi lors du mouvement du rotor, le couple de sortie reste alors constant. La tension continue du circuit intermédiaire ou du montage en pont nécessaire à cet effet n'est présente qu'en cas de connexion directe de l'électronique ou de la commande à une source d'énergie à tension continue. Si l'électronique ou la commande est alimentée en énergie au moyen d'un réseau monophasé ou polyphasé, comme c'est le cas dans la présente invention, la tension alternative doit tout d'abord être redressée. A cet effet sont utilisés des circuits redresseurs en pont ou circuits en pont traditionnels B4 ou B6 qui alimentent un élément tampon, par exemple un condensateur dans le circuit intermédiaire à tension continue. L'étage final de commutation est raccordé à ce circuit intermédiaire à tension continue généré intérieurement. La caractéristique non-linéaire des diodes, en particulier des diodes de redressement d'entrée, génère les impulsions de courant en forme d'aiguille caractéristiques de ce circuit dans les phases u, v, w de la source d'énergie conformément au réseau triphasé. Par exemple, la courbe de courant peut être décomposée au moyen d'une analyse de Fourier en courbes de courant sinusoïdales de différents types en ce qui concerne la fréquence et la hauteur de tension. Il est distingué entre une onde fondamentale de même fréquence que la tension de réseau et des harmoniques à multiples de nombre entier de la fréquence de l'onde fondamentale. La multiplication de l'onde fondamentale, c'est-à- dire tension multipliée par courant, donne une puissance active absorbée par le réservoir d'énergie, c'est-à-dire par l'utilisateur ou par le moteur sans balais. La somme des multiplications des harmoniques de courant, c'est-à-dire tension fois courant, pour le courant devant être utilisés les harmoniques, donne la puissance réactive circulant en va-et- vient entre la source d'énergie, c'est-à-dire le générateur et l'utilisateur. En ce qui concerne l'effet des harmoniques de courant, la source d'énergie doit être dimensionnée en fonction de la somme de l'énergie active et de l'énergie réactive, même si l'utilisateur ou le moteur sans balais ne transforme que la puissance active en puissance de sortie utilisable. De ce fait, la source d'énergie doit donc être surdimensionnée en comparaison directe avec la puissance de sortie pure de l'utilisateur raccordé. Lorsque les lignes d'alimentation, c'est-à-dire les phases, ne sont pas protégées par des fusibles thermiques, mais sont construites sur base de commutateurs à semi-conducteur, il peut se produire, selon le procédé de mesure de courant, des déclenchements erronés. Les harmoniques de courant sont filtrés en fonctionnement substantiellement au point de transmission entre la source d'énergie et le réseau de tension continue. De ce fait, il s'est avéré avantageux dans la présente invention de munir, dans le circuit en pont, chaque diode d'un commutateur pouvant être commandé et qui peut être activé par une commande. Pour éliminer ou nettement réduire les harmoniques, l'évolution dans le temps du courant est, par l'intermédiaire de la commande ou du circuit de réglage, adaptée à l'évolution dans le temps des tensions. Les harmoniques peuvent ainsi être éliminées. Il est ainsi obtenu un système actif ou un circuit actif. L'objectif principal du système ou du circuit est la correction du soidisant "power factor", c'est-à-dire le rapport entre la puissance active et la puissance absorbée, pour optimiser la source d'énergie nécessaire. Le principe de fonctionnement de cette soi-disant PFC (Power Factor Correction) consiste à adapter ou compenser simultanément les harmoniques de courant par un façonnage actif du courant de conducteur absorbé en un courant de même phase que la tension du conducteur. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortent clairement de la description qui suit d'un exemple de réalisation préféré, en référence au dessin joint en annexe, dans lequel: La figure 1 illustre un circuit PFC (Power Factor Correction) simplifié représenté de manière schématisée, dans lequel une source d'énergie 1 est réalisée, par exemple, sous forme de générateur et génère une tension alternative triphasée pour l'alimentation d'un circuit intermédiaire à courant continu. De préférence, dans chaque phase u, v, w est présente une tension de conducteur de 115V ou une tension de travail de 200V à une fréquence de 400 Hz. Dans chacune des phases u, v, w respectives sont placées dans le raccordement à la source d'énergie 1 des bobines d'inductance L1, L2 et L3. Chaque phase u, v, w est amenée à un redresseur partiel qui est formé d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième branchement 2, 3, 4. Partant de chaque branchement 2, 3, 4, il est chaque fois disposé deux diodes 5, 6 à la manière d'un soi-disant circuit en pont B6 ou B4, et conduisent, par l'intermédiaire d'un conducteur 7, 8 à un utilisateur 9, réalisé sous forme de moteur sans balais à commutation électrique 10. Entre les conducteurs 7, 8 et entre le circuit en pont B6 ou B4 est placé un condensateur 11. Une particularité de la présente invention est le fait que chaque diode 5 ou chaque diode 6 dans les branchements respectifs 2, 3, 4 est pontée par un commutateur activable 12. Chaque diode 5, 6 des branchements 2, 3, 4 peut être pontée par l'intermédiaire du commutateur activable 12. Ces commutateurs 12 sont activés et réglés par l'intermédiaire d'une commande 13. La commande 13 est reliée, d'une part, aux conducteurs 7, 8 entre le circuit en pont B7 ou B4 et l'utilisateur 9, en particulier le moteur sans balais 10, d'une part, et, d'autre part, la commande 13 est reliée aux phases respectives u, v, w de la source d'énergie 1, avant une mesure de tension et chaque fois après une mesure de tension aux bobines d'inductance L1, L2 et L3, tel qu'indiqué à la figure 1. Il s'est avéré particulièrement important dans la présente invention non seulement de connecter les bobines d'inductance L1, L2 et L3 respectives avant le circuit en pont B4, mais que par l'intermédiaire des commutateurs 12 individuels puissent être pontées les diodes 5 et/ou 6 respectives des différents branchements 2, 3, 4. Les tensions correspondantes aux phases u, v, w peuvent être déterminées et mesurées dans la commande 13 avant les bobines d'inductance L1, L2, L3. Sur la base des tensions et déphasages mesurés, la commande 13 peut être commutée de sorte que la hauteur du courant puisse, d'une part, être réglée et, d'autre part, une évolution dans le temps du courant puisse être adaptée à l'évolution dans le temps de la tension, d'où les harmoniques puissent être éliminées à cet effet. Par exemple, si, dans les branchements 2, 3 et/ou 4, le commutateur inférieur 12 est court-circuité à la position de phase correspondante de la tension de la source, il s'accumule, dans les bobines d'inductance L1, L2, L3, une inductivité, en particulier un puissant champ magnétique, le commutateur inférieur 12 aux diodes 6 étant ensuite à nouveau ouvert, de sorte que le courant accumulé dans les bobines d'inductance L1, L2, L3 s'écoule alors, par l'intermédiaire des autres diodes 5, vers le condensateur 11 et que, selon les dispositions de synchronisation, le commutateur 12 soit ouvert et/ou fermé. De ce fait est possible une régulation, en particulier une régulation de la hauteur du courant. Par l'intermédiaire de la commande 13, les commutateurs 12 sont activés de sorte que l'évolution dans le temps du courant dans le système soit adaptée à l'évolution dans le temps de la tension. Les harmoniques parasites dans le réseau sont ainsi éliminés ou atténués par l'utilisateur. Par l'intermédiaire des commutateurs 12 des diodes 5 et/ou 6, par une activation appropriée, c'est-à-dire une ouverture et fermeture au moyen de la commande 13, le courant peut fonctionner, par exemple, de manière sinusoïdale, les courants sinusoïdaux pouvant être adaptés à une image de la tension présente, en vue de la réduction des harmoniques. REVENDICATIONS 1. Système d'atténuation de déphasages et d'harmoniques entre au moins une source d'énergie et au moins un moteur électrique sans balais dans des aéronefs, caractérisé par le fait qu'entre au moins une source d'énergie (1) et au moins un moteur sans balais à commutation électrique (10) est connecté un circuit actif destiné à atténuer les harmoniques du courant ou des ondes de hautes fréquences du courant triphasé. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les harmoniques du courant peuvent être réduits par un circuit PFC actif. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un rapport entre une puissance active (P) et une puissance absorbée (S) peut être corrigé. 4. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les harmoniques de courant ont lieu par un façonnage actif du courant absorbé en un courant de même phase que la tension. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que pour le circuit PFC (Power Factor Correction) actif est utilisé un circuit en pont B4 ou B6. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que pour les circuits PFC triphasés est utilisée une fréquence de réseau d'environ 400 Hz. 7. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que pour la réduction des harmoniques du courant sont associés le circuit PFC et/ou ses composants de commande ainsi que des composants de puissance du groupe moteur électrique, en particulier du moteur électrique sans balais (10). 8. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le courant de phase peut être transformé par commutation de branchements de courant inductif correspondants. 9. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les phases (u, v, w) d'au moins une source d'énergie (1) peuvent être raccordées, par l'intermédiaire de bobines d'inductance de puissance (L1, L2, L,3), à un circuit commandé de manière active B4 ou B6. 10. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, par activation des commutateurs (12) placés dans le circuit PFC, le courant de phase peut être transformé en connexion avec les bobines d'inductance (L1, L2, L3). 11. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que, par la transformation du courant, le moteur électrique (10), en particulier l'utilisateur (9) apparaît, par rapport à au moins une source d'énergie (1), comme un utilisateur ohmique et qu'un facteur de puissance peut ainsi être réglé. 12. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que, par le façonnage simultané du courant en un sinus, tous les harmoniques du courant peuvent être nettement réduits. 13. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'entre la source d'énergie (1) et un circuit en pont (B6 ou B4) est placée, dans chaque phase (u, v, w), une bobine d'inductance {L1, L2, L3). 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'à chaque phase (u, v, w) viennent se raccorder, à la suite des bobines d'inductance (L1, L2, L3), des branchements (2, 3, 4), à chaque branchement (2, 3, 4) étant disposées deux diodes (5, 6), les diodes 5 étant réliées à un conducteur (7) et les diodes (6) à un conducteur (8). 15. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'aux conducteurs (7, 8) se raccorde un utilisateur (9), en particulier un moteur à commutation électrique sans balais (10), entre les conducteurs (7, 8) étant placé au moins un condensateur (11). 16. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'aux phases respectives (u, v, w) vient se raccorder, avant et après les bobines d'inductance (L1, L2, L3), une commande (13) qui est également reliée aux conducteurs (7, 8). 17. Système selon au moins l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que chaque diode (5, 6) peut être activée et pontée au moyen d'un commutateur activable (12). 18. Système selon la revendication 16 ou 17, caractérisé par le fait que par l'intermédiaire de la commande (13) peuvent être activés les différents commutateurs (12) des diodes (5, 6) en conséquence par l'intermédiaire d'un logiciel, de circuits de réglage ou autres. 19. Système selon au moins l'une des revendications 16 à 18, caractérisé par le fait que par l'intermédiaire de la commande (13) peut être réglée, selon les dispositions de synchronisation des commutateurs (12) des diodes (5 et/ou 6), une hauteur du courant (I). 20. Système selon au moins l'une des revendications 16 à 19, caractérisé par le fait que, par l'intermédiaire de la commande (13), en particulier par l'intermédiaire d'un circuit de réglage, une évolution dans le temps du courant peut être réglée à une évolution dans le temps de la tension, pour réduire les harmoniques, en activant en conséquence les commutateurs (12) des diodes (5 et/ou 6).