Brevet FR2940863A1 — publié le 20100709

ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN AERONEF La présente invention concerne de manière générale des alimentations électriques et, plus particulièrement, des alimentations électriques d'aéronefs qui fournissent du courant continu. Les systèmes électriques d'aéronefs comprennent généralement des composants, des dispositifs, des équipements, etc. électriques qui exigent certaines caractéristiques de qualité de courant. Par exemple, certains composants électriques peuvent ne pas fonctionner correctement s'il y a des perturbations électriques dans l'alimentation de courant continu. Des perturbations électriques peuvent englober un grand éventail de phénomènes, parmi lesquels des interruptions de courant, des transitoires de haute tension, des transitoires de basse tension, des tensions d'ondulations, et bien d'autres. Les caractéristiques de qualité de courant rencontrées au cours de tests peuvent varier considérablement de celles rencontrées pendant le fonctionnement réel d'un aéronef. Au cours de tests, le courant continu peut être fourni par une alimentation de courant programmable dans un environnement hautement régulé et stable. Pendant le fonctionnement réel d'un aéronef, l'alimentation de courant continu est généralement dérivée d'un générateur de courant alternatif couplé à un moteur qui fonctionne à des régimes variables, duquel le courant alternatif est transformé, redressé, filtré, etc. La nature variable de cette opération, ainsi que d'autres facteurs, peuvent engendrer un courant continu présentant des caractéristiques de qualité de courant moins qu'idéales. Selon un aspect de l'invention, il est proposé une alimentation électrique d'aéronef qui comprend une sortie de courant continu et un atténuateur à modulation de tension couplé à au moins une borne de la sortie de courant continu et ayant au moins un inducteur et au moins une diode connectée en parallèle. Dans certains modes de réalisation, l'alimentation électrique d'aéronef peut être du type comprenant un transformateur ayant un bobinage secondaire connecté à un circuit redresseur qui est connecté par le biais de l'atténuateur à modulation de tension à la sortie de courant continu. Le transformateur peut être un transformateur triphasé. Dans certains modes de réalisation, un circuit redresseur est prévu. Dans certains modes de réalisation, le transformateur comprend en outre un deuxième bobinage secondaire et un deuxième circuit redresseur, ledit deuxième bobinage secondaire étant connecté au deuxième circuit redresseur qui est connecté par le biais de l'atténuateur à modulation de tension à ladite sortie de courant continu. Selon une particularité, le transformateur comprend un bobinage primaire connecté dans une configuration en étoile et lesdits bobinages secondaires sont connectés dans une configuration en triangle-étoile. Dans certains modes de réalisation, l'atténuateur à modulation de tension peut comprendre la diode connectée en parallèle à 'inducteur dans un sens de flux de courant vers l'arrière et peut comprendre une ou plusieurs diodes supplémentaires connectées en parallèle à l'inducteur dans un sens de flux de courant vers l'avant. L'atténuateur à modulation de tension fournit une qualité améliorée de tension de sortie de courant continu, comme en réduisant les transitoires et l'ondulation de tension sur le courant continu fourni. Des modes de réalisation exemplaires de l'invention vont être décrits ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels des désignations similaires renvoient à des éléments similaires, et sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'une alimentation électrique d'aéronef exemplaire qui peut fournir des caractéristiques améliorées de qualité de courant ; la figure 2A est un tracé de formes d'ondes d'intensité et de tension pour une alimentation électrique d'aéronef de l'art antérieur ; et la figure 2B est un tracé de formes d'ondes d'intensité et de tension pour une alimentation électrique d'aéronef exemplaire, comme celle représentée sur la figure 1 qui comprend un atténuateur à modulation de tension. L'alimentation électrique d'aéronef décrite dans les présentes peut fournir du courant continu avec des caractéristiques améliorées de qualité de courant, et peut effectuer cela sans compromettre la fiabilité du système. Bien que l'alimentation électrique d'aéronef soit décrite ci-après dans le contexte d'un système de courant alternatif/courant continu qui utilise une unité de redresseur de transformateur (TRU) pour fournir du courant continu, il faut bien se rendre compte que d'autres modes de réalisation peuvent également être utilisés. Par exemple, l'alimentation électrique d'aéronef peut fournir n'importe quelle combinaison de : courant alternatif de fréquence variable, courant alternatif de fréquence constante, et/ou courant continu, et elle n'est pas limitée à fournir uniquement du courant continu. Selon le mode de réalisation exemplaire représenté sur la figure 1, l'alimentation électrique d'aéronef 10 reçoit du courant alternatif d'un générateur d'aéronef à l'embase 12 et fournit du courant continu à une sortie de courant continu 14. Le courant alternatif peut être fourni en tant que forme d'onde triphasée de 115 V (eff.) à une fréquence constante de 400 Hz, mais d'autres entrées de courant peuvent être utilisées à la place. A des fins illustratives, l'alimentation électrique d'aéronef 10 est divisée en une partie de haute tension 16 qui comprend un filtre d'entrée 20 et des bobinages primaires d'un transformateur 22, et une partie de basse tension 18 qui comprend des bobinages secondaires du transformateur 22, des réseaux redresseurs 24, 26 et un filtre de sortie 28. Selon un mode de réalisation, le filtre de sortie 28 comprend un certain agencement d'inducteurs, de condensateurs et de diodes qui améliorent passivement les caractéristiques de qualité de courant de l'alimentation électrique d'aéronef 10. Le filtre d'entrée 20 reçoit du courant alternatif du générateur d'aéronef à l'embase 12 et il peut comprendre un certain nombre d'inducteurs et/ou d'autres composants électriques qui filtrent ou conditionnent autrement le signal de tension de courant alternatif entrant. Dans un exemple, un générateur d'entraînement intégré (IDG) peut être utilisé pour convertir la sortie mécanique à régime variable d'un moteur d'aéronef en sortie mécanique à régime constant, de sorte que le générateur d'aéronef à l'embase 12 puisse produire un courant électrique de fréquence constante (CF). Le courant électrique CF, qui peut être un signal triphasé dans lequel chaque phase est séparée de 120°, peut ensuite être fourni au filtre d'entrée 20 pour le filtrage, etc. D'autres générateurs, alimentations de courant alternatif et filtres d'entrée d'aéronef peuvent également être utilisés. Le transformateur 22 abaisse la tension du courant alternatif fourni par le générateur d'aéronef 12 à un niveau qui est plus approprié pour les composants électriques de l'aéronef. Dans un exemple, le transformateur 22 abaisse un signal de 115 V (eff.) à une tension d'environ 28 V (eff.) ; néanmoins, d'autres niveaux de tension peuvent être utilisés. Dans le mode de réalisation représenté ici, le transformateur 22 comprend des bobinages primaires 40 qui sont agencés dans une configuration en étoile et des bobinages secondaires 42, 44 agencés dans une configuration en triangle-étoile respectivement. Comme cela a été susmentionné, les bobinages primaires 40 peuvent faire partie d'une partie de haute tension 16 et les bobinages secondaires 42, 44 peuvent faire partie d'une partie de basse tension 18. Bien entendu, il ne s'agit que d'un agencement de transformateur exemplaire et d'autres agencements et topologies de bobinages connus dans l'art peuvent également être utilisés. Un autre agencement de transformateur possible comprend un primaire en triangle et un secondaire en triangle-étoile, comme cela est connu de l'homme du métier. Des réseaux redresseurs 24, 26 sont connectés respectivement à des bobinages secondaires 42, 44 et ils redressent le courant alternatif abaissé de sorte que le courant continu puisse être fourni à la sortie de courant continu 14. Dans le mode de réalisation représenté ici, les réseaux redresseurs 24, 26 sont fournis sous la forme d'une rangée de diodes électriques 50-72 qui assurent un redressement d'onde complète de la tension secondaire abaissée. Les réseaux redresseurs 24, 26 sont connectés à travers un transformateur interphase 80 qui couple magnétiquement les bobinages secondaires en triangle et en étoile 42, 44 ensemble. Le transformateur interphase 80 peut comprendre une paire de prises de tension supérieure connectées à un relais de détection de panne qui fournit des informations de statut de convertisseur à un ou plusieurs composants d'aéronef, comme un système FADEC. Les réseaux redresseurs 24, 26 sont généralement connectés à la sortie de courant continu 14 par le biais du filtre de sortie 28. Le filtre de sortie 28 est connecté sur le côté de sortie des réseaux redresseurs 24, 26 et il peut être utilisé pour améliorer passivement les caractéristiques de qualité de courant du courant fourni sur le bus électrique de courant continu. Le filtre de sortie peut être agencé de différentes manières, y compris la manière exemplaire représentée ici. Selon ce mode de réalisation particulier, le filtre de sortie 28 comprend un atténuateur à modulation de tension 78 ayant un condensateur 82, un inducteur 84, une diode inverse 86 et plusieurs diodes directes 88-92, qui peuvent ensemble réduire les transitoires de tension sur les bornes de sortie de courant continu. Bien que la figure 1 représente l'atténuateur à modulation de tension 78 connecté de manière générale à la borne négative de la sortie du courant continu 14, il est également possible que l'atténuateur à modulation de tension soit connecté à la borne positive de la sortie de courant continu, qu'il soit connecté aux bornes positive et négative de la sortie de courant continu ou qu'il soit connecté à un autre composant de l'alimentation électrique d'aéronef 10. De préférence, l'atténuateur à modulation de tension est connecté sur le côté de sortie des réseaux redresseurs 24, 26 et sur le côté d'entrée de l'alimentation de courant continu 14 ; néanmoins, cela n'est pas nécessaire. Il est en outre possible d'utiliser l'atténuateur à modulation de tension 78 en conjonction avec des caractéristiques contrôlées activement d'une alimentation électrique d'aéronef, comme le système de commande de transformateur en boucle fermée divulgué dans la demande de brevet US Na 12/607 090 déposée le 28 octobre 2009. Un condensateur 82 est connecté entre les bornes positive et négative de la sortie de courant continu 14 et il peut avoir n'importe quelle capacité appropriée, comme 3 mF. L'inducteur 84 est connecté en série avec la borne négative de la sortie de courant continu 14 et il présente des propriétés inductives et résistives appropriées ; dans un exemple, l'inducteur 84 a une inductance entre 40 et 60 gH et a une résistance d'environ 2 mf2. Bien entendu, il est également possible d'utiliser des inducteurs ayant d'autres inductances et résistances. Selon ses modes de réalisation, un atténuateur à modulation de tension 78 comprend une diode inverse unique 86 qui est connectée en parallèle avec l'inducteur 84 dans le sens de flux de courant vers l'arrière, et trois diodes directes 88-92 qui sont connectés en parallèle avec l'inducteur 84 dans le sens de flux de courant vers l'avant. Les diodes 88-92 doivent également avoir une intensité nominale suffisamment élevée pour résister à l'environnement de fonctionnement anticipé et, dans un exemple, il s'agit de diodes en silicium ou Shottky ayant chacune une intensité nominale de 80 A. D'autres agencements de condensateur/inducteurs/diodes peuvent également être utilisés, y compris ceux avec plus ou moins de composants. Par exemple, l'atténuateur à modulation de tension 78 peut comprendre une diode unique dans le sens vers l'avant, la diode unique étant conçue pour gérer une grande quantité de courant. Il est également possible d'utiliser différents types de diodes pour le sens vers l'avant et pour le sens vers l'arrière, les types de diodes ayant différentes chutes de tension directe. La sélection de ces types de diodes et des chutes de tension peut être effectuée spécifiquement pour améliorer les caractéristiques de qualité de courant comme la tension d'ondulation. Il est en outre possible que le filtre de sortie 28 et/ou l'atténuateur à modulation de tension 78 comprennent une résistance de purge connectée en parallèle au condensateur 82 (par exemple, une résistance de 40 S2, et de 25 W) qui limite la sortie de courant continu dans des conditions à faible charge ou sans charge. Dans le mode de réalisation de la figure 1, un moteur de ventilateur 90 peut être utilisé pour refroidir les composants de circuit, une embase 98 peut être fournie (par exemple, une MS3102R-20-17P) et une sortie de courant continu 14 peut comprendre ou être connectée à un bornier, par exemple. Il faut bien se rendre compte que l'alimentation électrique d'aéronef représentée sur la figure 1 ne constitue qu'un mode de réalisation exemplaire, et que l'atténuateur à modulation de tension 78 peut être utilisé avec d'autres alimentations électriques d'aéronef appropriées sans être limité à ce mode de réalisation particulier. Pendant le fonctionnement, l'alimentation électrique d'aéronef 10 fournit à l'aéronef un courant continu qui présente des caractéristiques améliorées de qualité de courant, y compris des réductions des transitoires de tension. Selon le mode de réalisation particulier représenté ici, l'atténuateur à modulation de tension 78 utilise un agencement passif, en l'occurrence une combinaison de condensateur/inducteurs/diodes, pour réduire ou atténuer des transitoires ou des crêtes de tension dans la sortie de courant continu. L'homme du métier peut se rendre compte que différentes sources peuvent être responsables de transitoires de tension dans le courant continu, y compris des sources sur le côté d'entrée du système (par exemple, le générateur d'aéronef, les lignes de transmission, les convertisseurs de courant, etc.), ainsi que des sources sur le côté de sortie (par exemple, des changements significatifs de charge dus aux demandes de différents équipements électriques). L'atténuateur à modulation de tension 78 donné en exemple est bien adapté pour traiter les transitoires de tension, de bas en haut et de haut en bas, qui sont provoqués par des poussées d'intensité tirées de la sortie de courant continu 14. Par exemple, le fonctionnement de certains matériels militaires peut engendrer des poussées d'intensité significatives ou des charges d'impulsion significatives dans la sortie de courant continu qui peuvent affecter d'autres composants sur l'aéronef. L'atténuateur à modulation de tension 78 peut améliorer les caractéristiques de qualité de courant de l'alimentation électrique d'aéronef 10 en réduisant ou en atténuant les transitoires de tension résultants et il peut y parvenir sans réduire la fiabilité à travers des modes de pannes supplémentaires. Les figures 2A-B représentent des tracés 100, 200 qui illustrent les performances de deux alimentations de courant continu d'aéronef distinctes. Sur la figure 2A, le tracé 100 comprend une forme d'onde d'intensité 102 et une forme d'onde d'intensité 104 pour une alimentation électrique d'aéronef de l'art antérieur ; sur la figure 2B, le tracé 200 comprend une forme d'onde d'intensité 202 et une forme d'onde de tension 204 pour l'alimentation électrique d'aéronef 10 qui a un atténuateur à modulation de tension 78. Des alimentations électriques d'aéronef de l'art antérieur peuvent comprendre des réseaux de filtres passifs conventionnels et un inducteur unique connecté en série avec la borne négative de la sortie de tension de courant continu, comme cela est connu de l'homme du métier. Bien que ces types de circuits puissent être appropriés pour réduire la tension d'ondulation, ils peuvent être plus susceptibles de subir des transitoires de haute tension et de basse tension provoqués par des charges dynamiques sur la sortie de courant continu. En référence à la figure 2A, la forme d'onde d'intensité 102 fluctue d'environ 50 A à environ 190 A, soit une oscillation d'environ 140 A. Lorsque l'intensité augmente rapidement, comme à un front montant 110, une baisse de tension correspondante 112 survient sur la forme d'onde de tension 104. Plus le changement d'intensité est grand (c'est-à-dire plus di/dt est grand) et plus la baisse de tension résultante à travers l'inducteur connecté en série dans la sortie de courant continu 14 est grande. Un phénomène similaire mais opposé survient lorsque le courant diminue à un front descendant 120, ce qui provoque une crête de tension correspondante 120 dans la forme d'onde de tension 104. L'homme du métier peut se rendre compte que de tels transitoires ou fluctuations de tension extrêmes peuvent nuire aux équipements et aux matériels connectés à l'alimentation de courant continu. En comparant le tracé 100 et le tracé 200, on peut se rendre compte que l'atténuateur à modulation de tension 78 réduit ou atténue considérablement les fluctuations de la forme d'onde de tension 204. Par exemple, un front montant 210 dans la forme d'onde d'intensité 202 est similaire au front montant 110 dans la forme d'onde d'intensité 102 ; néanmoins, il n'engendre une baisse de tension 212 que d'environ 2 V par comparaison avec la baisse de tension 112 qui est d'environ 10 V. Similairement, le front descendant 220 provoque une crête de tension 220 beaucoup plus petite que celle provoquée par le front descendant 120. Sans souhaiter se limiter à une théorie particulière, cette réduction des transitoires de tension peut s'expliquer par la combinaison et l'agencement des composants de l'atténuateur à modulation de tension 78. Lorsqu'un dispositif demande soudain plus de courant à l'alimentation de courant continu, l'intensité à travers l'inducteur 84 augmente et la tension diminue à travers l'inducteur. La baisse de tension à travers l'inducteur fournit la tension d'activation nécessaire pour les diodes 88-92 (généralement de l'ordre de 0,2 V à 0,7 V en fonction du type particulier de diodes). Une fois que les diodes 88-92, qui sont connectées en parallèle avec l'inducteur 84, sont polarisées avec une tension d'activation appropriée, elles peuvent fonctionner dans la condition polarisée directe et laisser passer le courant. A ce stade, une quantité significative du total du courant s'écoulant à travers la borne négative de la sortie de courant continu 14 peut être déviée de l'inducteur 84 vers les diodes 88-92. Au fur et à mesure que le changement d'intensité (c'est-à-dire dildt) diminue et revient à un état plus constant, comme pendant le plateau 224 de la forme d'onde 202, la baisse de tension à travers l'inducteur 84 est réduite au-dessous de la tension d'activation et le flux de courant retourne des diodes 88-92 à l'inducteur. En plus des améliorations de réduction des transitoires de tension, l'atténuateur à modulation de tension 78 peut également fournir une onde carrée plus nette et plus idéale pour l'intensité. En effet, la forme d'onde d'intensité 102 du système d'alimentation électrique d'aéronef de l'art antérieur a des points de transition 130 dans les fronts montant et descendant 110, 120. Ces points de transition peuvent engendrer une onde carrée d'intensité qui n'est pas idéale et augmenter les temps de montée et de descente du signal. La forme d'onde d'intensité 202 de l'alimentation électrique d'aéronef 10, qui n'est pas forcément une onde carrée parfaite, ne présente pas les mêmes points de transition. L'utilisation de l'atténuateur à modulation de tension 78 peut également s'accompagner d'autres avantages comme une amélioration de la tension d'ondulation et de la régulation de tension. Il faut bien se rendre compte que les caractéristiques de qualité de courant susmentionnées ne sont que certaines des caractéristiques ou qualités pertinentes que peuvent présenter les systèmes électriques d'aéronef. De nombreuses autres caractéristiques et de nombreux autres paramètres de fonctionnement peuvent également être utilisés pour mesurer ou jauger la sortie de courant alternatif ou de courant continu d'un système électrique d'aéronef. Selon un mode de réalisation exemplaire, l'atténuateur à modulation de tension 78 est connecté à une borne négative de la sortie de courant continu 14 lorsqu'il est utilisé avec une alimentation électrique d'aéronef de haute intensité ; par exemple, une alimentation de courant continu de 240 A. L'atténuateur à modulation de tension 78 est connecté à la borne positive de la sortie de courant continu 14 lorsqu'il est utilisé avec une alimentation électrique d'aéronef de faible intensité, comme une version de 50 A. Bien entendu, il ne s'agit que de quelques possibilités et d'autres agencements sont certainement possibles. Il faut bien comprendre que ce qui précède est une description d'un ou plusieurs modes de réalisation exemplaires préférés de l'invention. L'invention n'est pas limitée à un ou plusieurs modes de réalisation particuliers divulgués dans les présentes. Divers autres modes de réalisation et divers changements et modifications du ou des modes de réalisation divulgués vont devenir apparents à l'homme du métier. Tous ces autres modes de réalisation, changements et modifications sont destinés à entrer à l'intérieur du périmètre de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications annexées. Comme cela est utilisé dans le présent mémoire et dans les revendications annexées, les termes � par exemple �, � comme � et � tel que � et les verbes � comprendre �, � avoir �, � inclure � et leurs autres formes verbales, en conjonction avec une liste d'un ou plusieurs composants ou autres éléments, doivent chacun être interprétés comme étant ouverts, ce qui signifie que la liste ne doit pas être considérée comme excluant d'autres composants ou éléments supplémentaires. D'autres termes doivent être interprétés en utilisant leur signification la plus large de manière raisonnable, à moins d'être utilisés dans un contexte nécessitant une interprétation différente. REVENDICATIONS1. Alimentation électrique d'aéronef (10), comprenant : une sortie de courant continu (14) ; et un atténuateur à modulation de tension (78) couplé à au moins une borne de la sortie de courant continu et ayant au moins un inducteur (84) et au moins une diode 5 connectée en parallèle. 2. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 1, comprenant en outre un transformateur (22) et un circuit redresseur (24), dans laquelle ledit transformateur comprend un bobinage secondaire (42) connecté au dit circuit redresseur (24), et 10 dans laquelle ledit circuit redresseur est connecté par le biais dudit atténuateur à modulation de tension (78) à ladite sortie de courant continu. 3. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 2, dans laquelle ledit transformateur (22) comprend en outre un deuxième bobinage secondaire (44) et un 15 deuxième circuit redresseur (26), ledit deuxième bobinage secondaire étant connecté au dit deuxième circuit redresseur, et dans laquelle ledit deuxième circuit redresseur est connecté par le biais dudit atténuateur à modulation de tension (78) à ladite sortie de courant continu. 20 4. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 3, dans laquelle ledit transformateur (22) est un transformateur triphasé. 5. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 4, dans laquelle ledit transformateur (22) comprend un bobinage primaire (40) connecté dans une 25 configuration en étoile et lesdits bobinages secondaires (42, 44) sont connectés dans une configuration en triangle-étoile. 6. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite diode comprend une première diode (86) connectée en parallèle audit inducteur 30 (84) dans un sens inverse de flux de courant et dans laquelle ledit atténuateur àmodulation de tension (78) comprend une deuxième diode (88, 90, 92) connectée en parallèle audit inducteur (84) dans un sens direct de flux de courant. 7. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 6, dans laquelle ledit 5 atténuateur à modulation de tension (78) comprend une pluralité de diodes (88, 90, 92) connectées en parallèle audit inducteur (84) dans le sens direct de flux de courant. 8. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 7, comprenant en outre un condensateur (82) connecté en parallèle à ladite sortie de courant continu (14). 9. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 6, dans laquelle ledit atténuateur à modulation de tension (78) est connecté en série avec une borne négative de ladite sortie de courant continu (14). 15 10. Alimentation électrique d'aéronef selon la revendication 1, dans laquelle ledit atténuateur à modulation de tension comprend uniquement des composants passifs. 10