Brevet FR2984620A1 — publié le 20130621

ARCHITECTURE ELECTRIQUE AVEC OPTIMISATION DE PUISSANCE CONTEXTE La présente invention concerne une architecture électrique qui optimise la commande de la fourniture de puissance d'une génératrice à un bus électrique. Les avions sont généralement pourvus de moteurs à turbine à. gaz. Les moteurs à turbine à gaz propulsent l'avion, mais sont également pourvus de génératrices qui génèrent de l'électricité alors que le moteur à turbine à gaz est piloté. L'électricité est délivrée à. des bus sur l'avion à partir des génératrices. Les composants électriques sur l'avion consomment l'énergie provenant de ces bus. La fourniture de puissance de la génératrice au bus doit être capable de faire face à des conditions de surcharge, en plus des demandes de charge d'état permanent normale. Actuellement, la génératrice est connectée au bus par un dispositif de 15 commutation de puissance classique qui agit en tant que disjoncteur. Ces dispositifs de commutation de puissance classiques sont généralement mécaniques et nécessitent une période de temps relativement longue pour s'ouvrir. La génératrice doit être dimensionnée pour faire face non seulement à des demandes de charge d'état permanent, mais elle doit également être capable de faire 20 face à des conditions d'effacement de défaut. Lorsqu'il y a un défaut, la génératrice doit fournir une puissance suffisante pour que les autres composants dans l'architecture globale reçoivent encore de la puissance, même en présence du défaut. A ce titre, la génératrice est grande, ce qui n'est pas souhaitable. De plus, les autres composants associés, tels que les commutateurs, les fils, etc., sont également plus 25 grands pour gérer des conditions d'alimentation à effacement de défaut potentiel plus grandes. Les dispositifs de commutation dits à semi-conducteurs sont connus, mais n'ont généralement pas été utilisés pour connecter une génératrice au bus. Au lieu de cela, ils n'ont été utilisés qu'à l'emplacement de diverses petites charges. Cette architecture 30 électrique agissait généralement de manière similaire aux disjoncteurs mécaniques de l'art antérieur en ce qu'ils attendent jusqu'à ce qu'une limite élevée soit croisée pour s'ouvrir. Cela peut nécessiter des secondes, et nécessiter ainsi que la génératrice et les composants associés soient grands, ce qui n'est pas souhaitable comme mentionné. RESUME Une architecture électrique comprend au moins une génératrice. Un dispositif de commutation rapide connecte la génératrice à un bus. Une pluralité de charges 5 consomment l'énergie électrique provenant du bus. De façon avantageuse, le dispositif de commutation principal rapide peut être un dispositif de commutation à semi-conducteurs principal (« main solid state switching device » en anglais) ou un dispositif de commutation à semi-conducteurs. De façon avantageuse, la circulation de courant entière provenant de la 10 génératrice peut passer à travers le dispositif de commutation à semi-conducteurs et jusqu'au bus principal. De façon avantageuse, au moins une partie des charges peuvent être connectées au bus principal par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge. 15 De façon avantageuse, le bus principal peut également communiquer une puissance à un bus non essentiel, le bus non essentiel pilotant une pluralité de charges. De façon avantageuse, il peut exister au moins deux desdites génératrices, chacune desdites au moins deux génératrices communiquant avec un bus principal séparé par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation à semi-conducteurs séparé. 20 - De façon avantageuse, des dispositifs de commutation d'interconnexion peuvent connecter les bus principaux de sorte qu'ils puissent être connectés ou déconnectés. De façon avantageuse, le dispositif de commutation à semi-conducteurs principal s'ouvre et se ferme au passage par zéro de la forme d'onde alternative. De façon avantageuse, l'architecture électrique peut être destinée à une 25 utilisation sur un avion. De façon avantageuse, une commande peut recevoir un signal en relation avec les conditions au niveau du dispositif de commutation à semi-conducteurs principal, et ladite commande compare ledit signal à des conditions attendues, et envoie un signal de commande pour ouvrir ledit dispositif de commutation à semi-conducteurs principal si 30 ledit signal diffère desdites conditions attendues d'une quantité prédéterminée. De façon avantageuse, la commande peut également recevoir des signaux d'une pluralité d'autres dispositifs de commutation à semi-conducteurs associés à l'architecture, et peut comparer lesdits signaux à des conditions attendues à l'emplacement de chacun de ladite pluralité de dispositifs de commutation à semi- 35 conducteurs, et peut ouvrir l'un quelconque de ladite pluralité de dispositifs de commutation à semi-conducteurs qui est associé à un défaut potentiel sur la base de ladite comparaison. Il est prévu une utilisation de l'architecture électrique décrite ci-dessus sur un avion. Il est proposé une architecture électrique pour une utilisation sur un avion comprenant au moins deux génératrices, chacune desdites génératrices communiquant avec un bus principal séparé, et lesdites génératrices étant connectées aux bus principaux respectifs par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semiconducteurs principaux, de sorte que la circulation de courant entière provenant de chacune des génératrices passe à travers le dispositif de commutation principal respectif et jusqu'au bus principal. Une commande permet la réception de signaux en relation avec la condition au niveau des dispositifs de commutation à semi-conducteurs principaux respectifs, et ladite commande peut comparer ledit signal à des conditions attendues au niveau desdits dispositifs de commutation principaux respectifs, et ladite commande peut comparer ledit signal à des conditions attendues, et ladite commande peut ouvrir l'un quelconque desdits dispositifs de commutation principaux qui subit potentiellement une condition de défaut sur la base de la comparaison dudit signal aux dites conditions attendues. De façon avantageuse, au moins une partie d'une pluralité de charges peuvent être connectées aux bus principaux par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge, et ladite commande peut également recevoir un signal desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge et comparer ledit signal provenant desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge à des conditions attendues, et ouvrir l'un quelconque desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge qui semble subir un défaut sur la base de ladite comparaison. De façon avantageuse, les bus principaux peuvent également communiquer une puissance à des bus non essentiels, lesdits bus non essentiels commandant une pluralité de charges. De façon avantageuse, des dispositifs de commutation d'interconnexion connectent lesdits bus principaux de sorte qu'ils puissent être connectés ou déconnectés, et ladite commande reçoit également un signal desdits dispositifs de commutation d'interconnexion et compare ledit signal provenant desdits dispositifs de commutation d'interconnexion à des conditions attendues, et ouvre l'un quelconque desdits dispositifs de commutation d'interconnexion qui semble subir un défaut sur la base de ladite comparaison. Il est également proposé une architecture électrique pour une utilisation sur un avion comprenant au moins deux génératrices, chacune desdites génératrices communiquant par l'intermédiaire d'un bus principal séparé, lesdites génératrices étant connectées aux dits bus principaux respectifs par l'intermédiaire de dispositifs de commutation principaux, de sorte que la circulation de courant entière provenant de chacune des génératrices passe à travers les dispositifs de commutation principaux respectifs et jusqu'au bus principal. Au moins une partie d'une pluralité de charges sont connectées aux bus principaux par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semiconducteurs de charge, lesdits bus principaux communiquant également une puissance à des bus non essentiels, lesdits bus non essentiels commandant une pluralité de charges. Des dispositifs de commutation d'interconnexion connectent lesdits bus principaux les uns aux autres de sorte qu'ils puissent être connectés ou déconnectés. Une commande reçoit un signal en relation avec la puissance au niveau du dispositif de commutation à semi-conducteurs principal, et ladite commande compare ledit signal à des conditions attendues, et envoie un signal de commande pour ouvrir ledit dispositif de commutation à semi-conducteurs principal si ledit signal diffère desdites conditions attendues d'une quantité prédéterminée. La commande reçoit également des signaux desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge et d'interconnexion, et compare lesdits signaux à des signaux attendus à l'emplacement de chacun desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge et d'interconnexion, et ouvre l'un quelconque desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge et d'interconnexion qui est associé à un défaut potentiel. Ces caractéristiques et d'autres de la présente demande seront mieux comprises à partir de la spécification et des dessins qui suivent, dont ce qui suit est une brève description. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue schématique d'une architecture électrique. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 montre une architecture électrique d'avion 20 comprenant des génératrices 22 qui peuvent être associées à des moteurs à turbine à gaz, comme cela est connu. Les génératrices 22 délivrent une puissance à des bus principaux 24. Des dispositifs de commutation d'interconnexion 26 peuvent soit connecter, soit déconnecter les bus 24. Les bus 24 sont montrés connectés à des charges 28, et par l'intermédiaire de commutateurs 30. Les commutateurs peuvent agir en tant que disjoncteurs, et 35 déconnecter la charge du bus 24 dans certaines conditions, comme cela est connu. Un autre disjoncteur ou commutateur 30 connecte le bus principal 24 à un bus non essentiel 32. Le bus non essentiel 32 peut alimenter divers systèmes qui ne sont pas essentiels au fonctionnement continu de l'avion. Un autre commutateur 30 connecte le bus non essentiel 32 à une charge 34. En pratique, il y aurait généralement de nombreuses charges connectées aux deux bus 24 et 32. Comme montré, un commutateur 40 connecte la génératrice 22 au bus 24. Cette 5 fonction est réalisée de manière classique par un commutateur mécanique. Cependant, dans la présente invention, les commutateurs 40 sont des dispositifs de commutation rapide. Un tel dispositif de commutation rapide peut être un dispositif de commutation à semi-conducteurs. Un deuxième tel dispositif de commutation rapide pourrait être un hybride incorporant à la fois des caractéristiques semi-conductrices et 10 mécaniques. Ces dispositifs de commutation peuvent s'ouvrir et se fermer lors d'un passage par zéro de la forme d'onde alternative. Cela réduit le courant de défaut à zéro. Pour cette raison, les commutateurs 40 ne sont influencés que par la puissance à l'état permanent et par un courant d'appel de démarrage de charge, et non par le courant de défaut alternatif. 15 De plus, ces commutateurs peuvent effectuer une transition vers des états ouvert ou fermé en une période de temps extrêmement courte. En tant qu'exemple, il est possible que ces commutateurs effectuent une transition en moins d'une milliseconde. Les commutateurs 30, et les dispositifs de commutation d'interconnexion 26 peuvent également être des dispositifs de commutation à semi-conducteurs. 20 Dans la nouvelle architecture, une commande 100 pour le système global peut recevoir des signaux des commutateurs 26, 30 et 40. Tous les emplacements distincts ont des profils attendus distincts que les commutateurs peuvent subir. Cela peut concerner un courant, une variation de courant, une tension, ou un nombre quelconque d'autres caractéristiques électriques. C'est-à-dire que chacun des emplacements, en 25 fonction des charges qu'il alimente, ou des bus qu'il alimente, aurait un profil de signal attendu. La commande 100 est pourvue du profil attendu, et également d'une série de conditions qui existeraient vraisemblablement à cet emplacement pour ce commutateur dans l'éventualité d'un défaut imminent. La commande 100 peut ainsi être utilisée pour comparer des signaux reçus avec des profils attendus et ouvrir immédiatement le 30 commutateur particulier associé au défaut si les deux signaux diffèrent de plus d'une quantité prédéterminée. Une fois que cela s'est produit, les génératrices ne doivent pas délivrer une puissance trop élevée, et des génératrices 22 beaucoup plus petites peuvent être incorporées dans l'architecture. De manière similaire, les commutateurs, les fils, etc. 35 peuvent être beaucoup plus petits étant donné qu'aucun d'eux ne devra gérer les surintensités telles que celles rencontrées actuellement dans l'art antérieur. Les caractéristiques ci-dessus permettent le dimensionnement de la génératrice et de ses composants de distribution associés en fonction du courant à l'état permanent et d'appel de charge, au lieu d'une condition d'effacement de défaut. En tant qu'exemple, il est anticipé qu'une génératrice avec l'architecture de l'invention pourrait avoir une taille égale à 15 à 25 % de celle d'une génératrice utilisée dans des architectures électriques comparables de Part antérieur. En outre, le câblage, les dispositifs d'interconnexion, et les autres systèmes de protection de charge peuvent également tous être réalisés en de plus petites tailles de manière correspondante. Bien qu'un mode de réalisation de la présente invention ait été présenté, un 10 homme du métier reconnaîtrait que certaines modifications tomberaient dans l'étendue de la présente invention. Pour cette raison, les revendications suivantes devraient être étudiées pour déterminer l'étendue et le contenu vrais de la présente invention. REVENDICATIONS1. Architecture électrique (20) comprenant : au moins une génératrice (22) ; un dispositif de commutation principal rapide (40) connectant ladite génératrice à un bus principal (24) ; et une pluralité de charges (28, 34) consommant une énergie électrique provenant dudit bus principal. 2. Architecture électrique (20) selon la revendication 1, dans laquelle ledit 10 dispositif de commutation principal rapide (40) est un dispositif de commutation à semiconducteurs principal. 3. Architecture électrique (20) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la circulation de courant entière provenant de la génératrice (22) passe à travers le dispositif de commutation (40) et jusqu'au bus principal (24). 15 4. Architecture électrique (20) selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle au moins une partie des charges (28, 34) sont connectées au bus principal (24) par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge (30). 5. Architecture électrique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ledit bus principal (24) communique également une puissance à un bus 20 non essentiel (32), ledit bus non essentiel pilotant une pluralité de charges (34). 6. Architecture électrique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle il existe au moins deux desdites génératrices (22), chacune desdites au moins deux génératrices communiquant avec un bus principal (24) séparé par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation (40) séparé. 25 7. Architecture électrique (20) selon la revendication 6, dans laquelle des dispositifs de commutation d'interconnexion (26) connectent lesdits bus principaux (24) de sorte qu'ils puissent être connectés ou déconnectés. 8. Architecture électrique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle ledit dispositif de commutation principal (40) s'ouvre et se ferme lors d'un 30 passage par zéro de la forme d'onde alternative. 9. Architecture électrique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à. 8, dans laquelle une commande (100) reçoit un signal en relation avec les conditions au niveau du dispositif de commutation principal (40), et ladite commande compare ledit signal à des conditions attendues, et envoie un signal de commande pour ouvrir ledit 35 dispositif de commutation principal si ledit signal diffère desdites conditions attendues d'une quantité prédéterminée. 10. Architecture électrique (20) selon la revendication 9, dans laquelle ladite commande (100) reçoit également des signaux d'une pluralité d'autres dispositifs de commutation à semi-conducteurs (30) associés à l'architecture, et compare lesdits signaux à des conditions attendues à l'emplacement de chacun de ladite pluralité de dispositifs de commutation à semi-conducteurs, et ouvre l'un quelconque de ladite pluralité de dispositifs de commutation à semi-conducteurs qui. est associé à un défaut potentiel sur la base de ladite comparaison. 11. Architecture électrique (20) pour une utilisation dans un avion comprenant : au moins deux génératrices (22), chacune desdites génératrices communiquant 10 avec un bus principal (24) séparé ; et lesdites génératrices étant connectées aux bus principaux respectifs par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semi-conducteurs principaux (40), de sorte que la circulation de courant entière provenant de chacune des génératrices passe à travers le dispositif de commutation principal respectif et jusqu'au bus principal ; et 15 une commande (100) recevant des signaux en relation avec la condition au niveau des dispositifs de commutation à semi-conducteurs principaux respectifs, et ladite commande comparant ledit signal à des conditions attendues au niveau desdits dispositifs de commutation principaux respectifs, et ladite commande comparant ledit signal à des conditions attendues, et ladite commande ouvrant l'un quelconque desdits 20 dispositifs de commutation principaux qui subit potentiellement une condition de défaut sur la base de la comparaison dudit signal aux dites conditions attendues. 12. Architecture électrique (20) selon la revendication 11, dans laquelle au moins une partie d'une pluralité de charges (28, 34) sont connectées aux bus principaux (24) par l'intermédiaire de dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge 25 (30), et ladite commande (100) reçoit également un signal desdits dispositifs de commutation à. semi-conducteurs de charge et compare ledit signal provenant desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge à des conditions attendues, et ouvre l'un quelconque desdits dispositifs de commutation à semi-conducteurs de charge qui semble subir un défaut sur la base de ladite comparaison. 30 13. Architecture électrique (20) selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle des dispositifs de commutation d'interconnexion (26) connectent lesdits bus principaux (24) de sorte qu'ils puissent être connectés ou déconnectés, et ladite commande (100) reçoit également un signal desdits dispositifs de commutation d'interconnexion et compare ledit signal provenant desdits dispositifs de commutation d'interconnexion à 35 des conditions attendues, et ouvre l'un quelconque desdits dispositifs de commutation d'interconnexion qui semble subir un défaut sur la base de ladite comparaison.