Brevet FR2932161A3 — publié le 20091211

FR 2932161 A3 20091211 FR 0956189 A 20090910 Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un dispositif d'alimentation en énergie électrique pour un avion et vise plus particulièrement la régulation de la tension électrique alternative fournie par un générateur électrique principal entraîné par un moteur de l'avion. De façon classique, dans un avion, un générateur électrique principal situé en zone moteur produit une tension électrique alternative qui est acheminée par une ligne d'alimentation électrique principale à un réseau électrique de bord de l'avion situé en zone fuselage. Par "zone moteur", on entend ici une zone limitée à l'environnement proche du moteur incluant le moteur proprement dit et des équipements associés, la nacelle et le pylône supportant la nacelle. Le générateur principal comprend usuellement une génératrice synchrone et une excitatrice dont l'induit alimente le rotor de la génératrice synchrone par l'intermédiaire d'un pont de diodes tournant, l'ensemble étant monté sur un arbre couplé mécaniquement au moteur. Un générateur électrique auxiliaire tel qu'un générateur à aimants permanents au PMG (pour Permanent Magnet Generator ) peut être monté sur le même arbre. La régulation du générateur principal est habituellement effectuée par une unité de régulation générateur, ou GCU (pour Generator Control Unit ) située en zone fuselage. Celle-ci reçoit une information représentative de la valeur de la tension Vpor mesurée en un point de régulation, ou POR (pour Point Of Regulation ) situé sur la ligne d'alimentation électrique en zone fuselage et fournit à l'inducteur de l'excitatrice une tension d'excitation propre à assurer l'asservissement de la valeur Vpor à une valeur de référence Vref, la tension d'excitation étant transmise de la zone fuselage à la zone moteur par harnais électrique. L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la GCU et à la génération de la tension d'excitation est produite par le générateur auxiliaire et transmise de la zone moteur à la zone fuselage par harnais électrique. Un contacteur de ligne est en outre inséré sur la ligne d'alimentation électrique en zone fuselage, le POR étant normalement situé à proximité immédiate du contacteur, en amont (c'est-à-dire du côté générateur électrique principal). La GCU reçoit des informations, notamment sur l'intensité du courant sur la ligne principale, et assure une fonction de protection en commandant le cas échéant l'ouverture du contacteur de ligne. En zone moteur, on trouve aussi un calculateur de régulation moteur, désigné aussi par FADEC (pour Full Authority Digital Engine Control ), qui est alimenté par un générateur auxiliaire tel qu'un alternateur à aimants permanents ou PMA (pour Permanent Magret Alternator ) dont le rotor est couplé mécaniquement au moteur. Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de proposer une architecture simplifiée d'un dispositif d'alimentation en énergie électrique pour un avion et propose à cet effet un dispositif d'alimentation comportant : - un générateur électrique principal pour fournir une tension électrique alternative principale sur une ligne d'alimentation électrique en étant entraîné par un moteur de l'avion, la ligne d'alimentation s'étendant entre zone moteur et zone fuselage de l'avion, - au moins un générateur électrique auxiliaire pour fournir une tension électrique auxiliaire en étant entraîné par ledit moteur, - un calculateur numérique de régulation moteur, et - un régulateur recevant une information représentative de la valeur de la tension en un point de régulation sur la ligne d'alimentation électrique et commandant l'excitation du générateur électrique principal pour asservir la valeur de la tension au point de régulation à une valeur de tension de référence, dispositif dans lequel le régulateur comprend : - un circuit de régulation numérique intégré au calculateur de régulation moteur, recevant l'information représentative de la valeur de la tension au point de régulation et une information représentative de la valeur de la tension de référence et délivrant un signal représentatif d'un courant d'excitation de consigne du générateur électrique principal, et - un circuit de puissance élaborant une tension d'excitation à appliquer au générateur principal en fonction du courant d'excitation de consigne, - le circuit de puissance étant extérieur au calculateur de régulation moteur tout en étant situé en zone moteur. En disposant le régulateur du générateur électrique principal en zone moteur, on fait l'économie de harnais électriques entre zone moteur et zone fuselage et en intégrant le circuit de régulation numérique du régulateur dans le calculateur de régulation moteur, on peut profiter de ressources du calculateur. Le circuit de puissance du régulateur est disposé en zone moteur à l'extérieur du calculateur pour éviter une trop forte dissipation thermique dans le boîtier du calculateur. Le circuit de puissance est alimenté en énergie électrique par le générateur auxiliaire. Le calculateur de régulation moteur peut être alimenté en énergie électrique par le même générateur auxiliaire que celui alimentant le circuit de puissance ou par un générateur auxiliaire distinct. Un contacteur de ligne monté sur la ligne d'alimentation électrique peut être commandé par le régulateur par acheminement de signaux de commande sur un bus numérique reliant la zone moteur à la zone fuselage. Le point de régulation étant situé sur la ligne d'alimentation électrique en zone fuselage, l'information représentative de la valeur de la tension électrique au point de régulation peut alors être transmise sur un bus numérique reliant la zone moteur à la zone fuselage. La communication entre le régulateur et la zone fuselage par bus numérique peut utiliser des ressources de communication disponibles acheminant des informations entre moteur et dispositifs situés à bord de l'avion. Brève description des dessins Sur les dessins annexés : - la figure 1 montre de façon schématique un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention ; et - la figure 2 montre de façon plus détaillée le régulateur du générateur principal dans le dispositif de la figure 1. Description détaillée de modes de réalisation Sur la figure 1, les références 10 et 50 désignent respectivement une zone moteur et la zone fuselage d'un avion. Comme indiqué plus haut, la zone moteur est limitée au moteur proprement dit et à son environnement proche incluant les équipements associés au moteur, la nacelle et le pylône supportant la nacelle. Le moteur peut être un moteur à turbine à gaz. En zone moteur, la génération d'énergie électrique est principalement assurée par un générateur 12 comprenant une génératrice synchrone 14 et une excitatrice 16 dont l'induit alimente les enroulements du rotor de la génératrice 12 par un pont redresseur à diodes tournant 18. Un générateur auxiliaire 20 tel qu'un PMG fournit une tension auxiliaire Vaux utilisée pour alimenter l'inducteur de l'excitatrice 16. Les rotors de la génératrice 12 et de l'excitatrice 14 sont montés sur un arbre commun couplé mécaniquement à un arbre du moteur, le rotor du PMG 20 pouvant être monté sur le même arbre commun. Toujours en zone moteur, un deuxième générateur auxiliaire 30 tel qu'un PMA, également couplé à un arbre du moteur, fournit une tension d'alimentation à un calculateur de régulation moteur 32 désigné aussi couramment par ECU ( Engine Control Unit ) ou FADEC. La tension électrique alternative produite par la génératrice 12 est transmise en zone fuselage par une ligne d'alimentation électrique principale 40. La ligne 40 est reliée à un bus 52 d'un réseau électrique de bord de l'avion comprenant différents bus de distribution de tension alternative et de tension continue, de façon bien connue en soi. Un contacteur de ligne 54 est inséré sur la ligne 40 en zone fuselage. Le contacteur de ligne est commandé en fermeture lorsque la tension délivrée par la génératrice 12 après démarrage du moteur atteint un niveau satisfaisant et est commandé en ouverture en cas de détection de défaut, par exemple surintensité sur la ligne 40. De façon bien connue, à titre de redondance, le calculateur 32 est doublé en étant composé de deux ensembles identiques. Toujours à titre de redondance, les générateurs 12, 20 et 30 pourront être doublés. La tension fournie sur la ligne 40 est régulée par commande de l'excitation du générateur principal 12 afin d'asservir la valeur de la tension Vpor en un point de régulation POR 56 à une valeur de référence Vref. Le POR 56 est situé sur la ligne 40 en zone fuselage immédiatement en amont du contacteur de ligne 54 (c'est-à-dire du côté du générateur principal 12). Conformément à l'invention, la régulation de la tension est assurée par un régulateur (lignes 1 et 2) qui est situé en zone moteur et qui comprend un circuit de régulation numérique 60 intégré au calculateur 32 et un circuit de puissance 70 extérieur au calculateur 32. La valeur de tension Vpor est convertie sous forme numérique au moyen d'un convertisseur analogique/numérique (non représenté) connecté au POR 56 et est acheminée au circuit de régulation numérique 60 via un bus numérique 42 s'étendant entre la zone fuselage et la zone moteur. On pourra utiliser un bus existant sur lequel transitent des informations entre le moteur et différents dispositifs à bord de l'avion. Le circuit de régulation numérique 60 comprend un compara- teur 62 qui reçoit du bus 42 l'information représentative de Vpor et qui reçoit une information représentative de Vref par exemple stockée dans le calculateur 32. Le comparateur 62 délivre à un circuit de calcul 64 une information représentative de la différence entre Vpor et Vref. En fonction de cette différence, le circuit de calcul élabore une information représentative d'une valeur de consigne IeXref de l'intensité du courant d'excitation à appliquer l'inducteur de l'excitatrice 14. Cette valeur de consigne pourra être élaborée en tenant compte aussi du régime du moteur représenté par une information N représentant la vitesse de rotation instantanée d'un arbre du moteur, cette information étant de toute façon transmise au calculateur 32. Un tel mode de calcul de IeXref est connu en soi. Le circuit de puissance 70 comprend un comparateur 72 qui reçoit l'information représentative de IeXref et une information représentative de la valeur instantanée IeX du courant réel dans l'inducteur de l'excitatrice 14. Le comparateur 72 délivre à un générateur de tension continue 74 une information représentative de la différence entre Iex et IeXref• En fonction de cette différence, le générateur de tension élabore une tension continue Vex à appliquer à l'inducteur de la génératrice. Le circuit de puissance 70 est alimenté par la tension Vaux produite par le PMG 20, via un convertisseur analogique/numérique (non représenté) qui fournit une tension continue qui alimente les composants du circuit de puissance 70 et à partir de laquelle la tension Vex est élaborée. Le circuit de puissance comprend en outre une unité de contrôle numérique 76 assurant une fonction de protection. L'unité de contrôle 76 reçoit ainsi une information représentative de la valeur instantanée de l'intensité IL du courant circulant sur la ligne d'alimentation 40 et élabore une information de commande d'ouverture du contacteur de ligne 54 lorsque l'intensité IL dépasse un seuil prédéterminé. Cette information de commande est transmise sous forme numérique sur le bus 42, le contacteur de ligne 54 étant équipé d'un circuit de commande (non représenté) relié au bus 42. D'autres informations pourront être transmises à l'unité de contrôle 76, par exemple une information représentative de la température T° d'un ou plusieurs composants du générateur principal pour commander éventuellement l'ouverture du contacteur de ligne en cas de surchauffe. On notera que le circuit numérique comprenant le comparateur 72 et/ou l'unité de contrôle numérique 76 pourront être intégrés au calculateur 32, de la même manière que le circuit de régulation numérique 60. En outre, le circuit de puissance pourra être alimenté par le même générateur auxiliaire que celui (PMA 30) alimentant le calculateur 32, le PMG 20 pouvant alors être omis. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation en énergie électrique pour un avion, le dispositif d'alimentation comportant : - un générateur électrique principal (12) pour fournir une tension électrique alternative principale sur une ligne d'alimentation électrique (40) en étant entraîné par un moteur de l'avion, la ligne d'alimentation s'étendant entre zone moteur (10) et zone fuselage (50) de l'avion, - au moins un générateur électrique auxiliaire (20) pour fournir une tension électrique auxiliaire en étant entraîné par ledit moteur, - un calculateur numérique de régulation moteur (32), et - un régulateur recevant une information représentative de la valeur de la tension en un point de régulation (56) sur la ligne d'alimen- tation électrique et commandant l'excitation du générateur électrique principal pour asservir la valeur de la tension au point de régulation à une valeur de tension de référence, caractérisé en ce que le régulateur comprend : - un circuit de régulation numérique (60) intégré au calculateur de régulation moteur, recevant l'information représentative de la valeur (Vpor) de la tension au point de régulation et une information représentative de la valeur de la tension de référence (Vref) et délivrant un signal représentatif d'un courant d'excitation de consigne (Iexref) du générateur électrique principal, et - un circuit de puissance (70) élaborant une tension d'excitation (Vex) à appliquer au générateur principal en fonction du courant d'excitation de consigne, - le circuit de puissance (70) étant extérieur au calculateur de régulation moteur tout en étant situé en zone moteur (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de puissance (70) est alimenté en énergie électrique par le générateur électrique auxiliaire (20). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de puissance (70) et le calculateur de régulation moteur (32) sont alimentés en énergie électrique par un même générateur électrique auxiliaire (30). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant un contacteur de ligne (54) disposé sur la ligne d'alimentation électrique en zone fuselage, caractérisé en ce que le contacteur de ligne est commandé par le régulateur (70) par acheminement de signaux de commande sur un bus numérique (42) reliant la zone moteur à la zone fuselage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le point de régulation (56) est situé sur la ligne d'alimentation électrique en zone fuselage, caractérisé en ce que l'information (Vpor) représentative de la tension électrique au point de régulation est transmise sur un bus numérique (42) reliant la zone moteur à la zone fuselage.