Brevet FR3035557A1 — publié le 20161028

SYSTEME ET PROCEDE DE DISSIPATION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE REGENEREE PAR DES ACTIONNEURS DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un système et un procédé destinés à dissiper l'énergie électrique régénérée par des actionneurs électriques d'un aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Comme décrit dans le préambule de la demande FR2967847, les actionneurs électriques d'un aéronef peuvent fonctionner selon deux modes : - Un mode moteur dans lequel une alimentation électrique de l'aéronef leur fournit de l'énergie. Cette alimentation électrique doit généralement être continue. Pour ce faire, les aéronefs comportent généralement une alimentation électrique alternative et un redresseur qui permet de convertir le courant de tension alternative fourni par l'alimentation électrique de l'avion en courant de tension continue; Ce redresseur peut également être situé dans l'actionneur lui-même ; - Un mode générateur dans lequel les actionneurs électriques produisent de l'énergie. Cette énergie est généralement appelée « énergie électrique régénérée ». De l'énergie électrique régénérée est par exemple produite lors des manoeuvres en vol de l'avion pendant lesquels les actionneurs de commandes de vol peuvent renvoyer de l'énergie. Toutefois, sur les réseaux électriques des aéronefs actuels, cette énergie électrique régénérée ne peut pas être renvoyée vers l'alimentation électrique de l'avion. Par conséquent, dans l'art antérieur, comme représenté schématiquement sur la figure 1, chaque actionneur 1 est relié à l'alimentation électrique 2 de l'avion par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique 3 comportant : - un redresseur 4 permettant de convertir le courant de tension alternative fourni par l'alimentation électrique de l'avion en courant de tension continue ; 3035557 2 - un système de dissipation 5 de l'énergie régénérée ; - une capacité 6. Un système de dissipation 5 de l'énergie régénérée de l'art antérieur est représenté 5 plus précisément sur la figure 2. Il comporte : - une résistance 8 permettant de dissiper par effet joule l'énergie électrique régénérée produite par l'actionneur électrique 1 ; - un interrupteur commandable 7 relié en série avec la résistance 8; - une diode en roue libre 9 qui permet d'éviter les surtensions aux bornes de la 10 résistance 8 lorsque l'on ouvre l'interrupteur 7. Un tel système de dissipation d'énergie est contrôlé grâce à son interrupteur 7. Celui-ci peut être commandé par un signal à modulation de largeur d'impulsion dont le rapport cyclique est régulé de façon à contrôler la quantité d'énergie dissipée dans la 15 résistance. En effet, lorsque la quantité d'énergie électrique régénérée produite par l'actionneur électrique augmente, on augmente le rapport cyclique du signal de commande appliqué à l'interrupteur. Au contraire, lorsque la quantité d'énergie électrique régénérée produite par l'actionneur électrique diminue, on diminue le rapport cyclique du signal de commande appliqué à l'interrupteur. D'autres méthodes 20 de contrôle, tel que le contrôle de la tension par seuils (comparateur à hystérésis) peuvent être utilisées. Un tel système de dissipation d'énergie est efficace. Toutefois, le fait d'avoir autant de systèmes de dissipation d'énergie que d'actionneurs électriques augmente la 25 masse et le cout du système implanté dans l'aéronef. Il serait donc avantageux de raccorder tous les actionneurs électriques à un même système de dissipation. Toutefois, en cas de panne du système de dissipation, l'énergie électrique régénérée produite par un des actionneurs électriques ne serait 30 plus dissipée, de sorte qu'elle pourrait détériorer voir détruire les autres actionneurs et/ou l'alimentation électrique de l'avion, détérioration liée à l'augmentation de la tension continue aux bornes des capacités de découplage. 3035557 3 Or, on constate que les systèmes de dissipation d'énergie de l'art antérieur n'ont pas la disponibilité pour dissiper l'énergie électrique régénérée de plusieurs actionneurs électriques. 5 EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un système de dissipation de l'énergie régénérée par au moins un actionneur d'un aéronef qui soit plus disponible que ceux de l'art antérieur. 10 Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un système de dissipation de l'énergie électrique régénérée produite par un actionneur électrique (1) d'un aéronef, le système de dissipation comportant : - une résistance; 15 - deux bras de commutation, chaque bras de commutation étant relié en série avec la résistance, les deux bras de commutation étant reliés entre eux en parallèle, chaque bras de commutation comportant deux interrupteurs reliés entre eux en série, chaque interrupteur comportant deux bornes et une grille de commande, chaque interrupteur étant apte à être commandé en contrôlant 20 le potentiel appliqué sur sa grille de commande; - des moyens de mesure aptes à mesurer la tension aux bornes de chaque interrupteur. Le système de dissipation d'énergie est particulièrement avantageux car on a 25 constaté que dans les systèmes de dissipation d'énergie de l'art antérieur, le composant qui tombait le plus souvent en panne était l'interrupteur. Le système de dissipation d'énergie selon l'invention permet de remédier aux inconvénients de l'état de la technique en mesurant la tension aux bornes de chaque interrupteur, ce qui permet de savoir à tout instant si chaque interrupteur est fonctionnel ou non. En effet, 30 lorsqu'un interrupteur fonctionne correctement et qu'il est fermé, la tension à ses bornes doit être inférieure à une tension seuil. De la même façon, lorsqu'un interrupteur fonctionne correctement et qu'il est ouvert, la tension à ses bornes doit être supérieure à la tension seuil. En mesurant la tension aux bornes de chaque 3035557 4 interrupteur et en la comparant avec une tension seuil, on peut donc savoir à tout instant si ledit interrupteur est fonctionnel ou non. Si on détecte qu'un interrupteur ne fonctionne plus, on peut alors ouvrir l'autre interrupteur appartenant au même bras que l'interrupteur défaillant et fonctionner uniquement avec l'autre bras. Le système 5 de dissipation d'énergie selon l'invention présente donc une disponibilité plus importante que ceux de l'art antérieur. Le système de dissipation d'énergie selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises 10 indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, le système de dissipation comporte en outre un circuit d'équilibrage monté en parallèle de chaque interrupteur, chaque circuit d'équilibrage comportant une résistance, dite « résistance d'équilibrage », et une capacité, dite 15 « capacité d'équilibrage ». Les circuits d'équilibrage monté en parallèle de chaque interrupteur permettent de maitriser le potentiel au niveau du point milieu situé entre les deux interrupteurs d'un même bras, notamment lorsque les interrupteurs sont ouverts. En effet, en l'absence de ces circuits d'équilibrage, lors de la commutation de chaque interrupteur d'une position fermée à une position ouverte, le potentiel 20 entre les deux interrupteurs d'un même bras ne serait pas maitrisé de sorte que la tension mesurée aux bornes de chaque interrupteur ne serait pas fiable. Les circuits d'équilibrage permettent de répartir la tension entre les deux interrupteurs d'un même bras de façon à ce que la tension mesurée aux bornes de chaque interrupteur soit plus fiable. En outre, ces circuits d'équilibrage permettent de se passer de la 25 diode en roue libre qui est montée en parallèle de la résistance de dissipation des systèmes de dissipation de l'art antérieur puisqu'ils permettent, comme cette diode, d'éviter les surtensions aux bornes des interrupteurs lors de l'ouverture des interrupteurs. 30 La valeur de la résistance d'équilibrage et de la capacité d'équilibrage sont de préférence choisies de façon à ce que: - la constante de temps RC du circuit d'équilibrage soit suffisante pour compenser les dispersions des temps de commutations des interrupteurs et 3035557 5 ainsi garantir une détection fiable de l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur ; - la constante de temps RC du circuit d'équilibrage soit compatible avec les temps de commutations des interrupteurs, qui peuvent être paramétrés à l'aide des résistances de grille du driver ; 5 - la capacité d'équilibrage soit suffisamment forte pour récupérer tout ou partie de l'énergie stockée dans l'inductance formée par la résistance de dissipation et son câblage ; - la capacité d'équilibrage soit suffisamment faible pour ne pas stockée trop d'énergie qui sera dissipée au moment de la fermeture de l'interrupteur ; 10 - la valeur de la résistance d'équilibrage soit suffisamment faible pour ne pas créer de surtension au blocage de l'interrupteur liée au courant circulant dans la résistance de dissipation ; - la puissance de la résistance d'équilibrage soit compatible avec l'énergie stockée dans la capacité d'équilibrage. 15 Avantageusement, le système de dissipation comporte en outre un circuit de compensation monté en parallèle de chaque interrupteur, chaque circuit de compensation comportant une résistance, dite « résistance de compensation ». Cette résistance de compensation permet de compenser les courants de fuite de 20 l'interrupteur quand il est ouvert, ce qui permet également d'équilibrer la répartition de la tension entre les deux interrupteurs d'un même bras lorsqu'ils sont ouverts. La valeur de la résistance de compensation est de préférence strictement inférieure à l'impédance de l'interrupteur aux bornes duquel elle est reliée lorsque que 25 l'interrupteur est ouvert. Plus précisément, la valeur de la résistance de compensation est de préférence sensiblement égale à la valeur divisée par dix de l'impédance de l'interrupteur aux bornes duquel elle est reliée lorsque que l'interrupteur est ouvert. 30 Selon différents modes de réalisation, chaque interrupteur peut être : - un transistor bipolaire à grille isolée, également appelé IGBT pour « Insulated Gate Bipolar Transistor »; 3035557 6 - un transistor à effet de champ à grille isolée, également appelé MOSFET pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ; - un thyristor commuté à grille intégrée, également appelé IGCT pour "Integrated Gate-Commutated Thyristor » ; 5 - un thyristor à extinction par la gâchette, également appelé GTO pour « Gate Turn-Off Thyristor » ; - un transistor bipolaire ; - un transistor SiC JFET normally off. 10 Un deuxième aspect de l'invention concerne un convertisseur électrique pour alimenter au moins un actionneur électrique d'un aéronef à partir d'une alimentation électrique alternative, le convertisseur comportant : - un redresseur ; - un système de dissipation selon le premier aspect de l'invention, le système 15 de dissipation étant monté en parallèle du redresseur ; - une capacité montée en parallèle du système de dissipation. Ce convertisseur est avantageux car il permet d'alimenter simultanément plusieurs actionneurs électriques. 20 Un troisième aspect de l'invention concerne un procédé de dissipation d'énergie régénérée dans un système selon le premier aspect de l'invention, dans lequel les deux interrupteurs d'un même bras sont commandés de façon à être ouverts simultanément et fermés simultanément, les interrupteurs étant en outre commandés 25 de façon à fermer alternativement les deux bras. En effet, le fait de faire fonctionner alternativement les deux bras permet de tester en permanence tous les interrupteurs. En outre, cela permet de solliciter de manière équilibrée tous les interrupteurs. Avantageusement, chaque interrupteur est commandé par un signal de modulation à 30 largeur d'impulsion, dit « signal normal », les signaux normaux commandant les deux bras étant déphasés l'un par rapport à l'autre de façon à ce qu'un bras soit fermé tandis que l'autre bras est ouvert. On peut ainsi réguler la quantité d'énergie régénérée dissipée dans la résistance de dissipation en répartissant la commande 3035557 7 sur les deux bras. Avantageusement, à chaque fois qu'un interrupteur est fermé, le procédé comporte les étapes suivantes : 5 - mesure de la tension aux bornes dudit interrupteur ; - comparaison de la tension mesurée avec une tension seuil. Ces étapes permettent de tester qu'un interrupteur est fonctionnel à chaque fois qu'il passe en position fermée. 10 Dans ce cas, si la tension mesurée aux bornes d'un interrupteur, dit « interrupteur défaillant », est supérieure à la tension seuil, le procédé comporte de préférence les étapes suivantes : - maintien dans une position ouverte de l'interrupteur appartenant au même bras que l'interrupteur défaillant; 15 - commande des interrupteurs appartenant à l'autre bras par un signal de modulation à largeur d'impulsion, dit « signal en cas de panne », présentant une fréquence deux fois supérieure à la fréquence du signal normal. Ainsi, si on détecte qu'un interrupteur est défaillant, on condamne le bras auquel 20 il appartient et on n'utilise plus que l'autre bras Avantageusement, à chaque fois qu'un interrupteur est ouvert, le procédé comporte les étapes suivantes : 25 - mesure de la tension aux bornes dudit interrupteur ; - comparaison de la tension mesurée avec une tension seuil. Ces étapes permettent de tester qu'un interrupteur est fonctionnel à chaque fois qu'il passe en position ouverte. 30 Dans ce cas, si la tension mesurée aux bornes d'un interrupteur, dit « interrupteur défaillant », est inférieure à la tension seuil, le procédé comporte de préférence les étapes suivantes : - maintien dans une position ouverte de l'interrupteur appartenant au même 3035557 8 bras que l'interrupteur défaillant; - commande des interrupteurs appartenant à l'autre bras par un signal de modulation à largeur d'impulsion, dit « signal en cas de panne », présentant une fréquence deux fois supérieure à la fréquence du signal normal. 5 C'est particulièrement avantageux lorsqu'un interrupteur est en court circuit puisqu'on peut alors ouvrir le bras auquel il appartient à l'aide de l'autre interrupteur du même bras et continuer à fonctionner normalement grâce à l'autre bras. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une représentation schématique d'un actionneur électrique de l'art antérieur raccordé à une alimentation électrique d'un aéronef ; - La figure 2, une représentation schématique d'un système de dissipation 15 d'énergie de l'art antérieur ; - La figure 3, une représentation schématique d'un système de dissipation d'énergie selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 4, une représentation schématique de signaux de commande du système de la figure 3 ; 20 - La figure 5, une représentation schématique des moyens de commande du système de dissipation d'énergie de la figure 3 ; - La figure 6, une représentation schématique d'un convertisseur électrique selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 7, une représentation schématique d'un convertisseur électrique 25 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. 30 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 3 représente un système de dissipation d'énergie 10 selon un mode de réalisation de l'invention. 303 5 5 5 7 9 Ce système de dissipation d'énergie comporte une résistance R, dite « résistance de dissipation ». La résistance de dissipation R est apte à dissiper de l'énergie par effet Joule. Le système de dissipation d'énergie comporte également deux bras, dits 5 REVENDICATIONS1. Système de dissipation (10) de l'énergie électrique régénérée produite par un actionneur électrique (1) d'un aéronef, le système de dissipation (10) comportant : - une résistance (R) ; - deux bras de commutation (12, 13), chaque bras de commutation (12, 13) étant relié en série avec la résistance (R), les deux bras de commutation (12, 13) étant reliés entre eux en parallèle, chaque bras de commutation (12, 13) comportant deux interrupteurs (01, 02, 03, 04) reliés entre eux en série, chaque interrupteur (01, 02, 03, 04) comportant deux bornes (Bu, B12, B21, B22, B31, B32, B41, B42) et une grille de commande (G1, G2, G3, G4) , chaque interrupteur (01, 02, 03, 04) étant apte à être commandé en contrôlant le potentiel appliqué sur sa grille de commande (G1, G2, G3, G4); - des moyens de mesure (MM1, MM2, MM3, MM4) aptes à mesurer la tension aux bornes (Bu, B12, B21, B22, B31, B32, B41, B42) de chaque interrupteur (01, 02, 03, 04). 2. Système de dissipation (10) selon la revendication précédente, comportant en outre un circuit d'équilibrage (BE1, BE2, BE3, BE4) monté en parallèle de chaque interrupteur (01, 02, 03, 04), chaque circuit d'équilibrage (BE1, BE2, BE3, BE4) comportant une résistance (RE1, RE2, RE3, RE4), dite « résistance d'équilibrage, et une capacité (CE1, CE2, CE3, CE4), dite « capacité d'équilibrage ». 3. Système de dissipation (10) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un circuit de compensation (BC1, BC2, BC3, BC4) monté en parallèle de chaque interrupteur (01, 02, 3035557 17 03, 04), chaque circuit de compensation (BC1, BC2, BC3, BC4) comportant une résistance (RC1, RC2, RC3, RC4), dite « résistance de compensation ». 5 4. Système de dissipation (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (01, 02, 03, 04) est un transistor bipolaire à grille isolée. 5. Convertisseur électrique pour alimenter au moins un actionneur 10 électrique d'un aéronef à partir d'une alimentation électrique alternative, le convertisseur comportant : - un redresseur (4) ; - un système de dissipation (10) selon l'une des revendications précédentes, le système de dissipation (10) étant monté en 15 parallèle du redresseur (4); - une capacité (6) montée en parallèle du système de dissipation (10). 6. Procédé de dissipation d'énergie dans un système selon l'une des 20 revendications 1 à 4, dans lequel les deux interrupteurs (01/02, 03/04) d'un même bras sont commandés de façon à être ouverts simultanément et fermés simultanément, les interrupteurs étant en outre commandés de façon à fermer alternativement les deux bras. 25 7. Procédé de dissipation d'énergie selon la revendication précédente, dans lequel, chaque interrupteur (01, 02, 03, 04) est commandé par un signal de modulation à largeur d'impulsion, dit « signal normal », les signaux normaux commandant les deux bras étant déphasés l'un par rapport à l'autre de façon à ce qu'un bras soit fermé tandis que l'autre 30 bras est ouvert. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, à chaque fois qu'un interrupteur (01, 02, 03, 04) est fermé, le procédé comporte les 3035557 18 étapes suivantes : - mesure de la tension aux bornes (Bu, B12, B21, B22, B31, B32, B41, B42) dudit interrupteur (01, 02, 03, 04); - comparaison de la tension mesurée avec une tension seuil. 5 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, si la tension mesurée aux bornes (Bu, B12, B21, B22, B31, B32, B41, B42) d'un interrupteur (01, 02, 03, 04), dit « interrupteur défaillant », est supérieure à la tension seuil, le procédé comporte les étapes suivantes: 10 - maintien dans une position ouverte de l'interrupteur appartenant au même bras que l'interrupteur défaillant; - commande des interrupteurs appartenant à l'autre bras par un signal de modulation à largeur d'impulsion, dit « signal en cas de panne », présentant une fréquence deux fois supérieure à la 15 fréquence du signal normal. 20