Brevet FR2971610A1 — publié le 20120817

L'invention concerne un dispositif de simulation d'un alternateur, un procédé de commande d'un tel dispositif ainsi qu'un système de simulation comprenant un tel dispositif. Les systèmes de simulation, utilisés par exemple dans le domaine aéronautique, visent à tester un équipement réel d'une installation dans un environnement distinct de l'environnement normal de fonctionnement de l'équipement, mais dont le comportement vu de l'équipement se rapproche autant que possible de celui de l'environnement normal. Ainsi, il est nécessaire de prévoir, lorsque l'on souhaite effectuer une simulation, l'alimentation électrique qui permettra la mise sous tension, et donc le fonctionnement, des équipements à tester. Il est naturellement possible de générer cette alimentation électrique par des systèmes identiques ou semblables à ceux utilisés dans l'installation (par exemple l'aéronef) à simuler. Il est toutefois souhaitable, notamment pour réduire les coûts de la simulation et en particulier lorsque l'alimentation de plusieurs équipements à tester doit être réalisée, de prévoir des systèmes d'alimentation qui soient eux aussi distincts des systèmes réels mais en simulent le fonctionnement. Dans ce contexte, l'invention propose un dispositif de simulation d'un alternateur apte à être connecté à un circuit de commande d'alternateur et à fournir une tension sur un réseau électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de réception d'un courant d'excitation généré par le circuit de commande ; et un interrupteur apte à appliquer la tension au réseau et commandé sur la base du courant d'excitation. Un tel dispositif est ainsi apte à simuler le fonctionnement d'un alternateur en particulier en ce qui concerne son interaction avec le circuit de commande. On peut prévoir en pratique d'utiliser un capteur de courant apte à mesurer le courant d'excitation et un module de commande apte à commander l'interrupteur en fonction du courant mesuré. Le module de commande peut alors par exemple être conçu pour commander la fermeture de l'interrupteur lorsque le courant d'excitation dépasse un seuil prédéterminé. Le dispositif peut comprendre en outre un circuit inductif auquel est appliqué le courant d'excitation, ce qui participe à la simulation du fonctionnement de l'alternateur, en particulier son comportement inductif. On peut prévoir également des moyens de délivrance d'une tension variable destinée à une entrée du circuit de commande permettant la détermination du courant d'excitation. On peut ainsi simuler les signaux générés en retour vers le circuit de commande. En termes de procédé, l'invention propose un procédé de commande d'un dispositif de simulation d'un alternateur apte à être connecté à un circuit de commande d'alternateur et à fournir une tension sur un réseau électrique, caractérisé par les étapes suivantes : - réception d'un courant d'excitation généré par le circuit de commande ; - commande d'un interrupteur apte à appliquer la tension au réseau sur la base du courant d'excitation. La fermeture de l'interrupteur est par exemple commandée lorsque le courant d'excitation dépasse un seuil prédéterminé. L'invention propose enfin un système de simulation comprenant un dispositif de simulation comme évoqué ci-dessus et le circuit de commande, dans lequel le circuit de commande comprend un module de détermination du courant d'excitation en fonction d'une valeur représentative d'une tension reçue en entrée du circuit de commande. Le dispositif de simulation peut en pratique être agencé pour alimenter un premier équipement. On peut alors prévoir que le dispositif de simulation est connecté au premier équipement à travers une armoire de commutation et qu'un alternateur est connecté à un second équipement à travers l'armoire de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente les éléments principaux d'un exemple de dispositif de simulation d'un alternateur conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 représente un système de simulation comprenant un dispositif du type de celui illustré à la figure 1 ; - la figure 3 représente en détail un dispositif de simulation de la figure 2 ; - la figure 4 représente les étapes d'ouverture du contacteur virtuel de la figure 3 ; - la figure 5 représente les étapes de fermeture du contacteur virtuel de la figure 3. La figure 1 représente un dispositif de simulation d'un alternateur 10 destiné à fournir une alimentation à un coeur électrique 30 d'un équipement réel à tester 40. Cet équipement réel 40 comprend également un circuit de commande 20 à piloter le fonctionnement de l'alternateur qui alimente cet équipement réel 40 destiné lors du fonctionnement normal de celui-ci. Le dispositif de simulation 10 comprend un générateur de tension variable 11 connecté à une entrée PMG du circuit de commande 20 destinée à recevoir en fonctionnement réel la tension générée par un générateur à aimant permanent (fixé sur le rotor de l'alternateur) et qui est donc proportionnelle à la fréquence de rotation de l'alternateur. Le générateur de tension variable 11 est programmé pour générer une rampe de tension ayant une amplitude croissante (par exemple entre 20 V et 120 V) et une fréquence simultanément croissante (par exemple entre 200 Hz et 1200 Hz), typiquement déclenchée par la réception d'un niveau haut sur une entrée (non représenté) du générateur 11, et une rampe descendante (par exemple entre 120 V et 20 V), typiquement à réception d'un niveau bas sur cette même entrée. Le dispositif de simulation 10 comprend également un circuit inductif RL 12 connecté à une sortie IeXC du circuit de commande 20 destinée à délivrer en fonctionnement réel un courant d'excitation à un enroulement d'excitation situé au stator de l'excitatrice de l'alternateur et ainsi à réguler la tension en sortie de l'alternateur. Le circuit RL 12 permet ainsi de simuler le comportement inductif de l'alternateur. On utilise par exemple dans le circuit RL 12 une résistance de valeur 10 Q. et une valeur d'inductance de 20 mH. Le dispositif de simulation 10 comprend en outre un capteur de courant 13 situé entre le circuit RL 12 et la connexion à la sortie IeXC du circuit de commande 20. Le capteur de courant 13 mesure ainsi le courant d'excitation IeXC injecté par le circuit de commande 20 dans le circuit RL 12 et délivre la mesure effectuée à un module de commande 14. Un module d'alimentation 16 (représenté comme intégré au dispositif de simulation 10, mais éventuellement externe à ce dispositif) génère une tension (du même type que celle générée en fonctionnement réel par l'alternateur, par exemple une tension triphasée de 235 VAC et 400 Hz) entre une borne neutre N et au moins une borne de phase P du coeur électrique 30. Un interrupteur commandé 15 est interposé entre le module d'alimentation 16 et le coeur électrique 30 (par exemple entre l'entrée de phase P du coeur électrique 30 et la sortie correspondante du module d'alimentation 16) de manière à sélectivement alimenter ou non le coeur électrique 30 par la tension générée par le module d'alimentation 16. L'interrupteur commandé 15 est ouvert ou fermé en fonction d'une commande générée par le module de commande 14, sur la base notamment du courant d'excitation mesuré par le capteur 13 comme expliqué plus en détail dans la suite. Notamment, l'interrupteur commandé 15 (également dénommé "contacteur virtuel» est ici fermé par la commande du module de commande 14 lorsque le courant d'excitation mesuré par le capteur 13 dépasse un seuil prédéterminé (par exemple 2 A RMS) et s'ouvre par exemple à réception par le module de commande 14 d'une information dédiée (non représenté) en provenance du circuit de commande 20. La figure 2 représente un système de simulation dans lequel on utilise un dispositif du type de celui qui vient d'être décrit en référence à la figure 1. Sur cette figure, chaque trait plein représente un ensemble de connexions (principalement des câbles) d'alimentation (qui porte donc des tensions d'alimentation des différents dispositifs à tester) et chaque trait pointillé représente un ensemble de connexions (principalement des câbles) destinées à porter des signaux échangés entre les équipements. Le système de simulation comprend un premier alternateur ALT A et un second alternateur ALT B qui constituent donc chacun un équipement réel de génération d'une tension à fréquence variable. Le premier alternateur ALT A est connecté (tant par des connexions de puissance ou d'alimentation, que par des connexions transportant des signaux) à une première entrée El d'une armoire de commutation SW dont le rôle est décrit ci-après. De même, le second alternateur ALT B est connecté (tant par des connexions l'alimentation que par des connexions relatives au transport de signaux) à une seconde entrée E2 de l'armoire de commutation SW. Un générateur GEN (jouant le rôle du module d'alimentation 16 de la figure 1) délivre une ou plusieurs tensions d'une part à une première armoire de simulation SIM A et d'autre part à une seconde armoire de simulation SIM B. Chacune des première et seconde armoires de simulation SIM A, SIM B est un dispositif de simulation tel que le dispositif de simulation 10 représenté en figure 1. L'architecture de chacune de ces armoires de simulation est par ailleurs décrite plus en détail dans la suite. La première armoire de simulation SIM A est connectée à une troisième entrée E3 de l'armoire de commutation SW. De même, la seconde armoire de simulation SIM B est connectée à la quatrième entrée E4 de l'armoire de commutation SW. L'armoire de commutation SW comprend un ensemble de commutateurs qui permettent (sur la base d'une commande manuelle) de connecter les câbles arrivant sur l'une des entrées E; à des câbles correspondant en sortie sur l'une des sorties Si parmi quatre sorties SI, S2, S3, S4. Les câbles d'alimentation des sorties SI et S2 sont reliés au coeur électrique (désigné ici EPDC) d'un premier équipement (désigné ici IB). On remarque que l'on fournit deux alimentations distinctes au coeur électrique selon le principe de la redondance utilisé dans certaines installations, notamment les aéronefs. Les câbles porteurs de signaux de la sortie SI sont quant à eux reliés à un premier circuit de commande GCU B du premier équipement IB tandis que les câbles porteurs de signaux de la seconde sortie S2 sont reliés à un second circuit de commande GCU A du premier équipement IB. On permet ici également la redondance des équipements. De la même manière, les câbles d'alimentation des sorties S3 et S4 sont reliés au coeur électrique EPDC d'un second équipement EFIB. Les câbles porteurs de signaux de la sortie S3 sont reliés au premier circuit de commande GCUB du second équipement EFIB et les câbles porteurs de signaux de la sortie S4 sont reliés à un second circuit de commande GCUA du second équipement EFIB. On remarque que les quatre circuits de commande GCU A IB, GCU B IB, GCU A EFIB, GCU B EFIB sont des circuits du type du circuit de commande référencé 20 en figure 1. On comprend que l'armoire de commutation SW permet d'associer l'une des alimentations parmi les deux alimentations réelles ALT A, ALT B et les deux alimentation simulées SIM A, SIM B en tant qu'alimentation nécessaire soit fonctionnement du premier équipement, soit au fonctionnement du second équipement (chaque équipement nécessitant deux alimentations distinctes pour la redondance). L'utilisation des deux armoires de simulation SIM A, SIM B permet ainsi de tester l'ensemble du système (à savoir le premier et le second équipements) en n'ayant recours qu'à deux alimentations réelles (ici les alternateurs ALT A et ALT B). La figure 3 représente un exemple de dispositif de simulation d'un alternateur conforme aux enseignements de l'invention. Les dispositifs de simulation SIM A, SIM B de la figure 2 sont par exemple réalisés conformément à cette figure 3. Le dispositif de simulation 110 représenté en figure 3 reçoit tout d'abord un signal d'un générateur de tension variable SIMUL PMG (non intégré dans le dispositif de simulation dans cet exemple et qui correspond au générateur 11 de la figure 1) et transmet directement le signal reçu de ce générateur SIMUL PMG sur une sortie PMG. Les signaux de tension générés par le générateur SIMUL PMG (en particulier les rampes de tension comme déjà mentionné à propos du générateur 11 en figure 1) sont déclenchés sur la base d'un signal SIM START généré par un module de commande COM. Le dispositif de simulation 110 comprend un détecteur de fréquence F qui mesure la fréquence du signal PMG simulé par le générateur SIMUL PMG. Un relais REL, connecté à une sortie indicative d'un niveau bas de pression d'huile, est piloté (c'est-à-dire ouvert ou fermé) en fonction de la fréquence mesurée par le détecteur de fréquence F, ce qui permet de simuler un signal PRESS indicatif d'une basse pression d'huile (destiné au circuit de commande GCU) lorsque la fréquence de la tension PMG est inférieure à un seuil et un signal PRESS indicatif d'une pression normale de fonctionnement lorsque la fréquence mesurée est supérieure à ce seuil. Le dispositif de simulation 110 comprend en outre un module de simulation d'une résistance variable RvAR (réalisé par exemple à base de relais et d'une pluralité de résistances) ce qui permet de générer une différence de potentiel déterminée entre deux mesures de niveau d'huile effectuées par application successive d'un courant constant à deux instants séparés à travers une entrée LEVEL du dispositif de simulation 110 reliée au module de génération d'une résistance variable RvAR- Le dispositif de simulation 110 comprend également une résistance fixe (ici de valeur 100 n) reliée à l'entrée TPT du dispositif de simulation 110 destinée à recevoir un courant du circuit de commande GCU. En fonctionnement normal, la température de fonctionnement du dispositif est indiquée par la résistance (vue du circuit de commande GCU) effectivement reliée à cette entrée TPT. Le dispositif de simulation 110 de la figure 3 comprend également les 10 éléments déjà décrits en référence à la figure 1. Notamment, le courant appliqué par le circuit de commande GCU à l'entrée Iexc attaque un circuit LR (équivalent à la référence 12 de la figure 1) et est mesuré par un détecteur de courant SENS (équivalent à la référence 13 de la figure 1) sur la base duquel une logique de commande LOGIC ouvre ou 15 ferme un interrupteur commandé (ou "contacteur virtuel» CV interposé entre une génératrice de tension d'alimentation GEN (ici en triphasé) et les sorties d'alimentation du dispositif de simulation 110. On remarque que, comme expliqué dans la suite, le fonctionnement de la logique de commande LOGIC est déclenché par un signal TRIP émis par 20 le module de commande COM déjà mentionné. Le dispositif de simulation 110 comprend également un transformateur de courant CT apte à mesurer les courants sur les trois phases qui viennent d'être mentionnées et à émettre les informations de mesure correspondantes sur une sortie GEN CT destinée au circuit de commande 25 GCU. La figure 4 représente les étapes conduisant à l'ouverture de l'interrupteur commandé ou contacteur virtuel. Ce procédé débute à l'étape E40 à laquelle le contacteur virtuel est supposé fermé et un signal POWER READY (transmis du circuit de commande 30 GCU au dispositif de simulation 110 est actif. Le dispositif de simulation 110 délivre donc une alimentation au coeur électrique sélectionné. A détection d'un front descendant sur le signal POWER READY (c'est-à-dire lorsque ce signal devient inactif), le module de commande COM émet une demande d'ouverture du contacteur virtuel CV à destination de la logique de commande LOGIC via le signal TRIP (par exemple pendant une durée de 5 secondes) à l'étape E44. La logique de commande LOGIC envoie alors à l'interrupteur commandé ou contacteur virtuel CV un signal commandant l'ouverture de celui-ci (étape E46). Lorsqu'il s'agit d'un interrupteur commandé avec auto-maintien, la commande est une commande d'ouverture de l'auto-maintien de l'interrupteur. La figure 5 représente les étapes conduisant à la fermeture du contacteur virtuel. On considère donc une étape E50 au cours de laquelle le dispositif de simulation 110 et le circuit de commande associé ne contiennent aucun signal de défaut (notamment grâce à la génération des signaux simulés par le dispositif de simulation 110 comme déjà indiqué). La source de puissance ou génératrice d'alimentation GEN est également prête à fonctionner. Le module de commande COM émet alors un ordre de démarrage par le signal SIM START à l'étape E52. Comme déjà indiqué, ce signal lance la phase de simulation de la tension PMG par le générateur SIMUL PMG à l'étape E54. Dans les premiers instants après le lancement, la tension simulée par le générateur SIMUL PMG a une fréquence inférieure au seuil déjà mentionné de sorte que le dispositif de simulation 110 génère un signal PRESS représentatif d'une pression inférieure au seuil de pression basse. La fréquence de la tension PMG simulée continue alors d'augmenter (du fait de la rampe indiquée plus haut) et atteint un seuil à l'étape E58 à partir duquel le relais REL du dispositif de simulation 110 se ferme et génère ainsi en sortie un signal de pression PRESS représentatif d'une pression d'huile normale (étape E60). Par ailleurs, le circuit de commande GCU surveille également la fréquence de la tension PMG simulée par le générateur SIMUL PMG et génère à un moment donné (tel que défini pour le fonctionnement normal) un courant d'excitation IeXC appliqué à l'entrée correspondante du dispositif de simulation 110 (étape E62). Le courant d'excitation IeXC est détecté par le capteur de courant SENS ce qui entraîne, à travers la logique de commande LOGIC, la fermeture du contacteur virtuel à l'étape E64, typiquement lorsque le courant d'excitation IeXC mesuré dépasse la valeur de seuil déjà mentionnée. La fermeture du contacteur virtuel permet de délivrer la puissance du générateur d'alimentation GEN au coeur électrique auquel le dispositif de 10 simulation 110 est connecté. Enfin, dans le cas d'un contacteur virtuel à auto-maintien (comme déjà mentionné), l'auto-maintien est alors enclenché afin de maintenir le contacteur virtuel fermé quel que soit le courant d'excitation (étape E66). On note que le circuit de commande GCU génère alors un signal 15 POWER READY (mentionné en référence à la figure 4) actif dès lors que le coeur électrique de l'équipement concerné reçoit la tension du dispositif de simulation 110. Les modes de réalisation qui précèdent ne sont que des exemples envisageables de mise en oeuvre de l'invention, qui ne s'y limite pas. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif de simulation d'un alternateur apte à être connecté à un circuit de commande (20) d'alternateur et à fournir une tension sur un réseau 5 électrique (30), caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit de réception d'un courant d'excitation (IeXC) généré par le circuit de commande (20) ; - un interrupteur (15) apte à appliquer la tension au réseau (30) et commandé sur la base du courant d'excitation (IeXC). 10 2. Dispositif de simulation selon la revendication 1, caractérisé par un capteur de courant (13) apte à mesurer le courant d'excitation (IeXC) et par un module de commande (14) apte à commander l'interrupteur (15) en fonction du courant mesuré. 3. Dispositif de simulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de commande est conçu pour commander la fermeture de l'interrupteur lorsque le courant d'excitation dépasse un seuil prédéterminé. 20 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit inductif (12) auquel est appliqué le courant d'excitation. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par des moyens (11) de délivrance d'une tension variable destinée à une entrée du 25 circuit de commande (20) permettant la détermination du courant d'excitation. 6. Procédé de commande d'un dispositif de simulation d'un alternateur apte à être connecté à un circuit de commande (20) d'alternateur et à fournir une tension sur un réseau électrique (30), caractérisé par les étapes 30 suivantes : 15- réception d'un courant d'excitation (Iexc) généré par le circuit de commande (20) ; - commande d'un interrupteur (15) apte à appliquer la tension au réseau (30) sur la base du courant d'excitation (lexc). 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fermeture de l'interrupteur est commandée lorsque le courant d'excitation dépasse un seuil prédéterminé. 10 8. Système de simulation comprenant un dispositif de simulation selon l'une des revendications 1 à 5 et le circuit de commande, dans lequel le circuit de commande comprend un module de détermination du courant d'excitation en fonction d'une valeur représentative d'une tension reçue en entrée du circuit de commande. 15 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de simulation est agencé pour alimenter un premier équipement (IB). 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le 20 dispositif de simulation est connecté au premier équipement (IB) à travers une armoire de commutation (SW) et en ce qu'un alternateur (ALT A ; ALT B) est connecté à un second équipement (EFIB) à travers l'armoire de commutation (SW). 25