Brevet FR3047852A1 — publié le 20170818

Convertisseur de tension pour aéronef L'invention concerne, de manière générale, les générateurs d'énergie électrique pour aéronef et concerne plus particulièrement un convertisseur de tension embarqué à bord d'un aéronef. Plus particulièrement, l'invention concerne un groupe transformateur-redresseur embarqué à bord d'un aéronef. Le réseau électrique des aéronefs, et notamment des avions commerciaux, est destiné à l'alimentation de charges de différentes natures. Des groupes transformateurs-redresseurs, généralement désignés par le terme de TRU (pour « Transformer Rectifier Unit ») sont requis pour délivrer une tension d'alimentation continue, par exemple de l'ordre de 28 volts à partir d'une tension triphasée disponible sur le réseau. Par ailleurs, il existe plusieurs solutions pour le démarrage des moteurs d'aéronefs. Il est à cet égard connu d'utiliser en direct une source à courant continu (DC) alimentant un moteur à courant continu, une ou plusieurs sources DC pouvant être raccordée en série. Un onduleur peut être raccordé à la sortie de la source DC lorsqu'il s'agit d'alimenter un moteur à courant alternatif (AC). Dans ce dernier cas, la source DC peut être associée à un élévateur de tension. Il est également connu d'utiliser une source à courant alternatif associée à un convertisseur AC/DC et à un onduleur pour l'alimentation d'un moteur à courant alternatif ou d'utiliser une source à courant alternatif associée à un convertisseur AC/DC pour l'alimentation d'un moteur à courant continu. Il est enfin connu d'assurer le démarrage d'un moteur par air comprimé. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de proposer un groupe transformateur-redresseur capable, d'une part, d'alimenter les diverses charges électriques embarquées à bord d'un aéronef et, 3047852 2 d'autre part, de délivrer une tension d'alimentation suffisante pour le démarrage des moteurs de l'aéronef. L'invention a donc pour objet un convertisseur de tension pour aéronef, comprenant un transformateur d'entrée destiné à être alimenté 5 par une source de tension embarquée à bord de l'aéronef et un étage redresseur raccordé entre la sortie du convertisseur et la sortie du transformateur. Ce convertisseur comporte en outre des moyens de configuration du convertisseur pour configurer le niveau de tension de 10 sortie du convertisseur parmi un ensemble de niveaux de tension prédéterminés. Dans un mode de réalisation, les moyens de configuration sont adaptés pour sélectivement configurer le rapport de transformation du transformateur parmi un ensemble de rapports de transformations 15 prédéterminés. Dans un mode de mise en oeuvre, le transformateur comporte un bobinage primaire destiné à être raccordé à la source de tension embarquée et un bobinage secondaire couplé magnétiquement au bobinage primaire, le bobinage primaire comprenant des enroulements 20 de phase connectés en étoile et comprenant un point milieu entre un point commun de raccordement des enroulements et les extrémités des enroulements. Ainsi, les moyens de configuration sont avantageusement adaptés pour sélectivement alimenter les extrémités des enroulements 25 ou les points milieu à partir de ladite source. Dans un autre mode de mise en oeuvre, le transformateur comporte au moins un bobinage primaire destiné à être raccordé à la source de tension embarquée et au moins un bobinage secondaire couplé magnétiquement au bobinage primaire, les moyens de 30 configuration étant adaptés pour sélectivement connecter les enroulements de phase du bobinage primaire en étoile ou en triangle. Les moyens de configuration sont alors avantageusement adaptés pour sélectivement raccorder entre elles l'une des extrémités des enroulements de phase de manière à connecter l'enroulement 3047852 3 primaire en étoile ou pour raccorder deux à deux les extrémités des enroulements de phase de manière à connecter l'enroulement primaire en triangle. Selon un autre mode de réalisation du convertisseur selon 5 l' invention, l'étage redresseur comporte des ponts redresseurs raccordés en parallèle. Les deux ponts redresseurs peuvent également être raccordés en série. Le convertisseur peut en outre comporter un transformateur 10 d'interphase en sortie de l'étage redresseur. Il peut par ailleurs comporter un filtre de sortie et un filtre EMI de filtrage d'interférences d'entrée. Le convertisseur comporte en outre, de préférence, un ventilateur de refroidissement du convertisseur raccordé à la sortie du 15 convertisseur ou sur la tension d'entrée du convertisseur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : 20 -la figure 1 illustre l'architecture générale d'un groupe convertisseur selon l'état de la technique ; -la figure 2 illustre un premier exemple de réalisation d'un convertisseur de tension selon l'invention ; -les figures 3 et 4 illustrent un autre mode de réalisation d'un 25 convertisseur selon l'invention, dans lequel les enroulements de phase du bobinage primaire sont connectés en étoile et en triangle, respectivement ; et -la figure 5 illustre un mode de réalisation d'un convertisseur selon l'invention dans lequel les ponts redresseurs de l'étage 30 redresseur sont raccordés en série. On se référera tout d'abord à la figure 1, qui illustre l'architecture générale d'un groupe transformateur-redresseur TRU selon l'état de la technique. 3047852 4 Comme on le voit, un TRU conventionnel comporte essentiellement un transformateur d'entrée 1 comprenant un bobinage primaire la alimenté à partir de bornes de raccordement A, B et C sur lesquelles est appliquée la tension du réseau de bord de l'aéronef et un 5 bobinage secondaire lb couplé magnétiquement au bobinage primaire ; un étage redresseur 2 raccordé à la sortie du transformateur 1 ; un transformateur d'interphase 3 ; et des filtres de sortie 4 et d'entrée 5. Le groupe TRU est destiné à convertir la tension triphasée prélevée sur le réseau pour délivrer, en sortie, une tension continue ici 10 égale à 28 volts. Un ventilateur 6 peut être raccordé à la sortie du groupe TRU pour assurer le refroidissement des composants de puissance du convertisseur. Comme indiqué précédemment, ce type de groupe TRU n'est 15 généralement destiné qu'à délivrer une unique tension de sortie. En tout état de cause, il n'est pas adapté pour fournir un niveau de tension de sortie suffisant pour permettre le démarrage d'un moteur d'aéronef. On a représenté sur la figure 2 un exemple de réalisation d'un groupe transformateur-redresseur capable de sélectivement délivrer 20 une tension suffisamment élevée pour le démarrage et une tension pour le réseau de bord de l'aéronef. Sur la figure 2, on reconnaît le transformateur 7 comprenant un bobinage primaire 7a destiné à être raccordé à une source d'alimentation, en l'espèce la tension du réseau de l'aéronef, et le 25 bobinage secondaire 7b couplé magnétiquement au bobinage primaire, l'étage redresseur 8 raccordé à la sortie du bobinage secondaire 7b, le transformateur d'interphase 9 raccordé en sortie de l'étage redresseur 8, le filtre de sortie 10 et le filtre d'entrée 11. Comme on le voit, le bobinage primaire 7a comporte trois 30 enroulements de phase El, E2 et E3 connectés en étoile. Ainsi, les enroulements sont chacun raccordés, par leurs extrémités mutuellement opposées, en un point commun P et à des bornes de raccordement A2, B2 et C2 sur lesquelles est appliquée la tension triphasée du réseau de bord. 3047852 5 Par ailleurs, les enroulements de phase du bobinage primaire comprennent un point milieu Ml, M2 et M3 dont la position permet de régler le nombre de spires du bobinage primaire Np par rapport au nombre de spires Nsl et Ns2 du bobinage secondaire. Les points milieu 5 Ml, M2 et M3 sont raccordés à des bornes de raccordement Al, B1 et Cl destinées à être alimentées à partir de la tension triphasée du réseau de bord. Le groupe TRU comporte par ailleurs un étage 12 de configuration du convertisseur destiné à régler la tension de sortie 10 pour que le groupe TRU délivre soit une tension au réseau d'alimentation de l'aéronef soit une tension suffisamment élevée pour le démarrage des moteurs. Dans un mode de réalisation, l'étage de configuration constitue un moyen de configuration du transformateur 7. Il assure 15 sélectivement le raccordement des bornes de connexion A, B et C avec les bornes Al, B1 et Cl raccordées aux points milieu Ml, M2 et M3, d'une part et avec les bornes A2, B2 et C2 raccordées aux extrémités des enroulements El, E2 et E3, d'autre part, par l'intermédiaire du filtre d'entrée 11, pour régler le nombre de spires d'entrée du 20 transformateur par rapport au nombre de spires de sortie. L'étage de configuration 12 est par exemple réalisé à partir de commutateurs sélectivement actionnables pour raccorder les bornes A, B, C aux bornes Al, B1 et Cl, d'une part ou A2, B2 et C2, d'autre part. 25 En ce qui concerne le bobinage secondaire 7b, celui-ci peut comporter un unique bobinage ou, comme représenté, deux bobinages secondaires 13 et 14 afin d'améliorer la qualité de la tension continue délivrée en sortie. Les enroulements de l'un des bobinages secondaires 13 sont raccordés en étoile tandis que les enroulements de l'autre 30 bobinage 14 sont ici raccordés en triangle. Dans l'exemple de réalisation représenté, le secondaire du transformateur comporte deux bobinages 13 et 14. L'étage redresseur 8 comporte dès lors deux ponts redresseurs 15 et 16 comprenant chacun un pont redresseur à six diodes D, de type classique. 3047852 6 Dans le mode de réalisation de la figure 2, les ponts redresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle. Ils délivrent, en sortie, une tension continue dont le niveau dépend de la configuration du transformateur 7. 5 La tension continue délivrée par l'étage redresseur 8 est fournie au transformateur d'interphase 9, qui est utilisé lorsque les ponts redresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle pour limiter les circulations de courant entre les deux ponts. En aval, le filtre de sortie 10, qui comporte essentiellement un condensateur C raccordé en sortie 10 du transformateur 9, permet de limiter les ondulations de la tension de sortie. En amont, le filtre EMI assure le filtrage d'interférences. Comme on le voit, on peut avantageusement raccorder à la sortie du groupe TRU ou à l'entrée du convertisseur un ventilateur 17, par l'intermédiaire d'un commutateur 18 pour assurer le 15 refroidissement du groupe TRU. Selon le raccordement des bornes d'alimentation triphasée A, B, C aux bornes de raccordement Al, B1 et Cl, d'une part et A2, B2 et C2, d'autre part, la tension du réseau est fournie soit aux extrémités des enroulements, soit aux points milieu Ml, M2 et M3. On modifie de 20 la sorte le nombre de spires d'entrée Np par rapport au nombre de spires des bobinages Nsl et Ns2 et l'on modifie de la sorte le rapport de transformation. La première configuration du transformateur, selon laquelle la tension du réseau est délivrée aux bornes de raccordement A2, B2 et 25 C2 correspond à la fourniture d'une tension pour le réseau de l'aéronef. Cette tension est par exemple de l'ordre de 28 volts. Lorsque la tension triphasée est fournie aux points milieu, le rapport de transformation est modifié. Cette configuration correspond à la fourniture d'une tension pour le démarrage des moteurs de 30 l'aéronef. On pourra à cet égard positionner les points milieu Ml, M2 et M3 de manière à délivrer une tension continue comprise entre 28V volts et 100 volts. 3047852 7 Dans le mode de réalisation de la figure 2, les moyens de configuration du transformateur sont adaptés pour modifier le rapport de transformation. Selon un autre mode de réalisation, illustré sur les figures 3 et 5 4, sur lesquelles des éléments identiques à ceux décrits précédemment en référence à la figure 2 sont désignés par les mêmes références numériques, les moyens de configuration du transformateur sont adaptés pour modifier le type de couplage magnétique du bobinage primaire 7a et du bobinage secondaire 7b. 10 Dans la configuration illustrée à la figure 3, les enroulements de phase du bobinage primaire sont reliés en étoile, tandis que dans la configuration visible sur la figure 4, les enroulements de phase du bobinage primaire sont raccordés en triangle, alors que les raccordements des enroulements du bobinage secondaire ne sont pas 15 modifiés. Comme on le conçoit, le passage d'une configuration en triangle à une configuration en étoile permet de diminuer le rapport de transformation de Vi et donc de multiplier la tension de sortie de Nh. L'étage de configuration 12 comporte ainsi des circuits de 20 commutation capables de raccorder entre elles les bornes de raccordement A2, B2 et Cl de manière à raccorder entre elles l'une des extrémités des enroulements de phase du bobinage primaire et raccorder de la sorte les enroulements en étoile et de raccorder entre elles les bornes A2, B1, les bornes B2, Cl et les bornes Al, C2 de 25 manière à raccorder deux à deux les extrémités des enroulements de phase du bobinage primaire et raccorder de la sorte les enroulements en triangle (figure 4). Par ailleurs, dans le mode de réalisation de la figure 2, les ponts redresseurs 15 et 16 sont raccordés en parallèle. 30 Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 5, il est également possible de modifier le couplage des ponts redresseurs 15 et 16 de manière à les coupler en série en raccordant les cathodes des diodes de l'un des ponts aux anodes des diodes de l'autre pont. 3047852 8 On notera que le mode de réalisation illustré à la figure 5, sur lequel les moyens de configuration du transformateur n'ont pas été repris, est compatible avec l'un des modes de réalisation décrits précédemment en référence aux figures 2 à 4. 5 Toutefois, ce mode de réalisation pourrait également être envisagé de manière indépendante, le couplage en série des ponts redresseurs permettant de doubler la tension par rapport à un montage en parallèle. REVENDICATIONS1. Convertisseur de tension pour aéronef, comprenant un transformateur d'entrée (7) destiné à être alimenté par une source de tension embarquée à bord de l'aéronef et un étage redresseur (8) raccordé entre la sortie du convertisseur et la sortie du transformateur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12) de configuration du convertisseur pour configurer le niveau de tension de sortie du convertisseur parmi un ensemble de niveaux de tension prédéterminés. 2. Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel les moyens (12) de configuration constituent des moyens de configuration du rapport de transformation du transformateur pour sélectivement régler le rapport de transformation du transformateur parmi un ensemble de rapports de transformation prédéterminé. 3. Convertisseur selon la revendication 2, dans lequel le transformateur comporte au moins un bobinage primaire (7a) destiné à être raccordé à la source de tension embarquée et au moins un bobinage secondaire (7b) couplé magnétiquement au bobinage primaire, le bobinage primaire comprenant des enroulements de phase connectés en étoile et comprenant un point milieu entre un point commun de raccordement des enroulements et les extrémités des enroulements. 4. Convertisseur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de configuration (12) sont adaptés pour sélectivement alimenter les extrémités des enroulements ou les points milieu à partir de ladite source. 5. Convertisseur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le transformateur (7) comporte un bobinage primaire destiné à être raccordé à la source de tension embarquée et un bobinage secondaire couplé magnétiquement au bobinage primaire, les moyens de configuration étant adaptés pour sélectivement connecter les enroulements de phase du bobinage primaire en étoile ou en triangle. 6. Convertisseur selon la revendication 5, dans lequel les moyens de configuration sont adaptés pour sélectivement raccorder 3047852 10 entre elles l'une des extrémités des enroulements de phase de manière à connecter les enroulements en étoile ou pour raccorder deux à deux les extrémités des enroulements de phase de manière à connecter les enroulements en triangle. 5 7. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étage redresseur comporte des ponts redresseurs (15, 16) raccordés en parallèle. 8. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étage redresseur comporte deux ponts redresseurs (15, 10 16) raccordés en série. 9. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un transformateur d'interphase (9) en sortie de l'étage redresseur. 10. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 8, comprenant en outre un filtre de sortie (10). 11. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un filtre EMI (11) de filtrage d'interférences d'entrée. 12. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre un ventilateur (17) de refroidissement du 20 convertisseur raccordé à la sortie du convertisseur ou sur la tension d'entrée du convertisseur.