Brevet FR3055418A1 — publié le 20180302

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un procédé de test intégré du 5 fonctionnement du système électrique de commande de l'inversion de poussée d'un turboréacteur d'un aéronef. Dans un aéronef, l'architecture des inverseurs de poussée électriques repose généralement sur un convertisseur électrique d'entraînement à vitesse variable, ou contrôleur de puissance, couplé à un 10 moteur électrique entraînant un système d'actionnement de l'inversion de poussée. Le convertisseur électrique transforme la puissance électrique fournie par l'avion pour bâtir un couple mécanique en sortie d'arbre moteur et ainsi alimenter en puissance mécanique toute la chaîne 15 cinématique responsable de l'inversion de poussée. Le fonctionnement de ce convertisseur électrique ne peut pas être testé en vol. Plus précisément, il n'est pas possible actuellement de tester le fonctionnement d'un tel convertisseur électrique préalablement à l'utilisation de l'inversion de poussée. La raison principale et logique est 20 qu'une activation en vol des inverseurs de poussée est proscrite car elle génèrerait une contre poussée et une perte de vitesse à un instant non recommandé. Ainsi, actuellement, une éventuelle indisponibilité du convertisseur électrique du système d'actionnement ne peut être détectée 25 en vol qu'au moment où la fonction inverseur est requise. Le pilote ne se rend donc compte du disfonctionnement qu'au moment de l'activation de l'inversion de poussée en phase d'atterrissage. Objet et résumé de l'invention 30 L'invention vise à fournir un procédé de test intégré permettant de commander, au cours du vol d'un aéronef, la réalisation d'un test du fonctionnement du convertisseur électrique commandant le moteur électrique actionnant une inversion de poussée d'un turboréacteur, et ainsi de diminuer les dormances appliquées à ces systèmes au titre de la sûreté 35 de fonctionnement. 3055418 2 Un objet de l'invention propose un procédé de test intégré du fonctionnement d'un convertisseur électrique de puissance commandant un moteur électrique triphasé configuré pour actionner une inversion de poussée d'un turboréacteur d'un aéronef, le convertisseur électrique de 5 puissance commandant le moteur électrique à partir d'une commande à orientation de champs générant des courants définis à partir d'une composante directe de courant et d'une composante quadratique de courant, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) une réception d'une commande d'initiation du test intégré, 10 b) une commande du convertisseur électrique de puissance à partir d'une consigne de courant définie à partir d'une composante directe non nulle et d'une composante quadratique nulle, c) une mesure des courants délivrés sur chacune des trois phases 15 en sortie du convertisseur électrique de puissance, d) une détermination des composantes directe et quadratique du courant triphasé mesuré à l'étape précédente, e) une comparaison des composantes directe et quadratique du courant mesuré avec les composantes directe et quadratique de 20 la consigne de courant, et f) l'émission d'une notification à l'équipage de l'aéronef du disfonctionnement ou de fonctionnement de l'inversion de poussée en fonction du résultat de ladite comparaison. Ce procédé peut être mis en oeuvre sans modifier les boucles 25 existantes de régulation du convertisseur électrique de puissance commandant le moteur électrique triphasé, seules les consignes en entrée de ces boucles étant modifiées. Le procédé permet en outre d'informer l'équipage qu'un inverseur de poussée est indisponible avant que la phase d'atterrissage ne 30 soit amorcée. Dans une machine électrique, notamment une machine synchrone triphasée à aimants permanents, les courants dans les trois phases du stator sont sinusoïdaux et déphasés chacun de 21r/3 rad. Ces courants créent un champ magnétique tournant dans la machine 35 électrique. Le rotor est composé d'aimants permanents, par exemple entre 1 et 5 paires de pôles. Comme une boussole, le rotor s'aligne 3055418 3 naturellement sur le champ magnétique tournant créé par le stator. Ce sont les amplitudes des courants du stator et la puissance des aimants du rotor qui crée le couple nécessaire à la rotation de la machine. Pour commander ces courants, il faut donc appliquer à chaque phase du stator des tensions sinusoïdales déphasées de 27c/3 rad chacune également. Généralement, il est plus simple d'appliquer une régulation sur des constantes que sur des signaux sinusoïdaux. La transformée de Park, qui est une transformée des systèmes triphasées, est généralement utilisée pour projeter un système triphasé sur un espace bidimensionnel, dit de Park, afin de traiter la régulation des courants dans un système monophasé équivalent. Il est ainsi possible de transposer les trois courants et les trois tensions sinusoïdales du stator relatives aux trois phases d'un système triphasé dans un espace où les trois signaux sinusoïdaux de courant ou de tension s'expriment sous la forme de deux signaux constants de courant ou de tension, l'un sur l'axe direct Xd et l'autre sur l'axe en quadrature Xq. Pour cela, le repère de Park s'appuie sur un repère lié au champ tournant, soit dans le cas de la machine synchrone à un repère lié au rotor. En travaillant avec des courants et des tensions exprimées dans 20 un plan lié à une transformée de systèmes triphasés tel que l'espace de Park, il est ainsi possible d'agir sur des courants ou des tensions constantes plutôt que des signaux sinusoïdaux pour réguler la machine triphasée à commander. La transformée de Park permet ainsi de commander une 25 machine électrique tournante triphasée à partir d'un système à deux composantes, directe et quadratique. Une commande à orientation de champs d'un convertisseur électrique s'appuie sur une telle commande à deux composantes. La commande par orientation de champs a l'avantage de résumer le contrôle 30 d'une machine électrique triphasée, et notamment une machine synchrone à aimants permanents à la régulation de deux grandeurs de courant, une composante directe et une composante quadratique, dans le repère tournant électrique de la machine. La composante quadratique du courant, notée Iq, est 35 proportionnelle au couple développé par le moteur. Il s'agit donc de la grandeur d'ajustement utilisée pour réguler le couple, voire la vitesse et la 3055418 4 position du système mécanique, lorsque l'inversion de poussée est actionnée. La composante directe du courant, notée Id, est généralement maintenue à une valeur nulle. Le procédé de test est intégré en ce qu'il peut être initié par le 5 système avion pendant le vol ou sur requête de l'équipage pendant le vol ou au cours de l'approche. Ce test intégré permet d'alimenter le convertisseur électrique en énergie électrique et d'activer un mode particulier du convertisseur consistant, en régulation de courant, à utiliser la composante directe du 10 courant en consigne non nulle et la composante quadratique du courant en consigne nulle afin de produire des courants de circulation dans l'étage d'ondulation du convertisseur et des courants de circulation dans le moteur électrique, sans que le moteur ne développe aucun couple mécanique. 15 De la sorte, les éléments de rétention ne sont pas sollicités mécaniquement et aucun déploiement en vol n'est initié. Il n'y a donc aucun matage des verrous, aucune sollicitation des systèmes de freinage. D'autre part, la mesure des courants conformes à la consigne permet de confirmer non seulement la disponibilité de l'alimentation avion, mais aussi la disponibilité de l'intégralité du système de conversion électrique et de ses composants, ainsi que le fonctionnement de la connexion convertisseur/moteur (harnais), et l'état nominal des bobinages moteurs. Selon un premier aspect du procédé de test intégré, une notification d'alerte est émise à l'étape f) si les composantes mesurées diffèrent des composantes de la consigne de courant avec une variance supérieure à un seuil prédéterminé variable en fonction des spécificités de l'application. Selon un deuxième aspect du procédé de test intégré, aucune 30 notification n'est émise si les composantes mesurées correspondent aux composantes de la consigne de courant avec une variance inférieure à un seuil prédéterminé variable en fonction des spécificités de l'application. Dans une variante, une notification de réussite du test et de bon fonctionnement de l'inversion de poussée est émise si les 35 composantes mesurées correspondent aux composantes de la consigne de 3055418 5 courant avec une variance inférieure à un seuil prédéterminé variable en fonction des spécificités de l'application. Selon un troisième aspect du procédé, le procédé peut comprendre une réalisation des étapes b) à e) pour chaque turboréacteur 5 de l'aéronef, les étapes b) à e) étant réalisées simultanément pour tous les turboréacteurs ou successivement pour chaque turboréacteur. Le test intégré peut ainsi être réalisé sur tous les inverseurs de poussée de l'avion de manière concomitante ou séquentielle. En cas d'échec de ce test intégré, le pilote est informé de la perte de la fonction 10 inverseur du (des) moteur(s) en question. Un autre objet de l'invention propose un système de commande d'une phase de test d'un convertisseur électrique de puissance destiné à être intégré à un convertisseur électrique de puissance destiné à commander un moteur électrique triphasé configuré pour actionner une 15 inversion de poussée d'un turboréacteur d'un aéronef, le convertisseur électrique de puissance étant destiné à être alimenté par un réseau d'alimentation électrique de l'aéronef et à être commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de courant définie à partir d'une composante directe de courant et d'une composante 20 quadratique de courant. Selon une caractéristique générale de l'invention, le système comprend des moyens de réception d'une consigne d'initiation du test intégré, des moyens de commande du convertisseur électrique de puissance à partir d'une consigne de courant définie à partir d'une 25 composante directe non nulle et d'une composante quadratique nulle, des moyens de mesure des courants délivrés sur chacune des trois phases en sortie du convertisseur électrique de puissance, des moyens de détermination des composantes directe et quadratique du courant triphasé mesuré à l'étape précédente, des moyens de comparaison des composantes directe et quadratique du courant mesuré aux composantes directe et quadratique de la consigne de courant, et des moyens d'émission d'une notification à l'équipage de l'aéronef du disfonctionnement ou du fonctionnement de l'inversion de poussée configurés pour émettre une notification en fonction du résultat de ladite comparaison. 3055418 6 Les moyens du système peuvent être des modules électroniques ou des moyens implémentés par logiciel. Encore un autre objet de l'invention propose un convertisseur électrique de puissance destiné à être alimenté par un réseau 5 d'alimentation électrique d'un aéronef et à être couplé à un moteur électrique triphasé configuré pour actionner une inversion de poussée d'un turboréacteur de l'aéronef, le convertisseur étant configuré pour être commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de courant définie à partir d'une composante directe de courant 10 et d'une composante quadratique de courant. Selon une caractéristique générale de l'objet, le convertisseur électrique de puissance comprend un système de commande d'une phase de test du fonctionnement dudit convertisseur électrique de puissance tel que défini ci-dessus. 15 Un autre objet de l'invention propose un turboréacteur comprenant un convertisseur électrique de puissance tel que défini ci-dessus électriquement couplé à un moteur électrique synchrone à aimants permanents configuré pour actionner une inversion de poussée d'une turboréacteur d'un aéronef. 20 Un autre objet de l'invention propose un aéronef comprenant au moins un turboréacteur tel que défini ci-dessus. Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à 25 titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'inversion de poussée d'un turboréacteur d'un aéronef, - la figure 2 présente un schéma synoptique d'un procédé de 30 test intégré du fonctionnement d'un convertisseur électrique de puissance du système d'inversion de poussée de la figure 1. Description détaillée de modes de réalisation 35 Sur la figure 1 est représenté schématiquement un système d'inversion de poussée d'un turboréacteur d'un aéronef. 305 5 4 1 8 7 Le système d'inversion de poussée comprend un convertisseur électrique de puissance 1 alimenté par un réseau d'alimentation électrique 2 embarqué à bord de l'aéronef. Le convertisseur électrique de puissance 1 est électriquement raccordé en sortie à un moteur électrique 3 qui est 5 mécaniquement couplé en sortie à un dispositif 4 d'actionnement mécanique de l'inversion de poussée. Dans ce mode de réalisation, le moteur électrique 3 est un moteur synchrone à aimants permanents. Le convertisseur électrique de puissance 1 comprend un bloc de 10 puissance 5 comportant des interrupteurs commandés permettant de moduler le courant délivré en entrée au bloc de puissance 5 par le réseau d'alimentation électrique 2 et de délivrer un courant triphasé au moteur électrique 3. Le bloc de puissance 5 est configuré pour être commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de 15 courant définie à partir d'une composante directe de courant Id et d'une composante quadratique de courant Iq. Le convertisseur électrique de puissance 1 comprend en outre des moyens de commande 6 du bloc de puissance 5 pour l'inversion de poussée. Les moyens de commande 6 comprennent un module 7 20 d'élaboration des boucles de régulation de vitesse et de position, dont le rôle est d'assurer un profil de déploiement et d'escamotage de l'inverseur compatible des charges et des cinématiques souhaitées, le module 7 étant couplé en sortie à un module 8 de commande des boucles de régulation des composante directe et quadratique Id_cons et Iq_cons des consignes 25 de courant, le module 8 étant couplé en sortie à un module 9 de génération des impulsions de commande raccordé au bloc de puissance 5 et configuré pour commander les interrupteurs commandés du bloc de puissance 5. Le convertisseur électrique de puissance 1 comprend en outre 30 un système de commande 10 d'une phase de test du convertisseur électrique de puissance 1. Le système de commande 10 comprend des moyens de réception 11 d'une consigne d'initiation du test intégré qui peut être généré par l'activation d'un bouton d'actionnement de test par un membre 35 de l'équipage de l'aéronef, et des moyens de commande du convertisseur électrique de puissance en mode test. 305 5 4 1 8 8 Dans ce mode de réalisation, les moyens de commande du convertisseur électrique de puissance en mode test comprennent le module 8 de commande des boucles de régulation des composante directe et quadratique Id_cons et Iq_cons des consignes de courant et le module 9 de 5 génération des impulsions de commande. A la réception d'un signal émis par les moyens de réception 11, le module 8 élabore une consigne de courant à partir d'une composante directe Id_cons non nulle et d'une composante quadratique Ici_ cons nulle, et le module 9 délivre les commandes au bloc de puissance 5. 10 Le système de commande 10 comprend en outre des moyens 12 de mesure des courants délivrés sur chacune des trois phases en sortie du convertisseur électrique de puissance 1, et plus précisément montés en sortie du bloc de puissance 5. Le système de commande 10 comprend en outre des moyens 13 de détermination des composantes directe et 15 quadratique du courant triphasé mesuré par les moyens de mesure 12, et des moyens 14 de comparaison des composantes directe et quadratique du courant mesuré aux composantes directe et quadratique de la consigne de courant. Le système de commande 10 comprend enfin des moyens 15 20 d'émission d'une notification à l'équipage de l'aéronef du disfonctionnement de l'inversion de poussée. Les moyens d'émission 15 sont configurés pour émettre une notification en fonction du résultat de ladite comparaison, la notification étant affichée sur un afficheur 16 visible par les membres de l'équipage de l'aéronef. 25 La phase de test est mise en oeuvre selon le procédé dont le schéma synoptique est illustré sur la figure 2. Le procédé comprend tout d'abord une première étape 100 de réception d'une commande d'initiation du test intégré. La commande est générée ici par l'activation d'un bouton d'actionnement de test par un 30 membre de l'équipage de l'aéronef. Dans une variante, la commande peut être initiée de manière automatique Dans une étape suivante 110, on élabore une consigne de courant définie à partir d'une composante directe non nulle et d'une composante quadratique nulle, puis, dans une étape suivante 120, on 35 commande le bloc de puissance 5 du convertisseur électrique de 305 5 4 1 8 9 puissance 1 à partir de la consigne de courant élaborée à l'étape précédente 11.0. On mesure ensuite dans une étape suivante 130 les courants délivrés sur chacune des trois phases en sortie du convertisseur électrique 5 de puissance 5. Dans une étape suivante 140, on détermine les composantes directe et quadratique du courant triphasé mesuré à l'étape précédente 130, puis on compare, dans une étape 150, les composantes directe et quadratique du courant mesuré aux composantes directe et quadratique 10 de la consigne de courant. Si les composantes mesurées diffèrent des composantes de la consigne de courant avec une variance supérieure à un seuil de décision prédéterminé, par exemple 10%, une notification d'alerte de disfonctionnement de l'inversion de poussée est émise dans une étape 15 160 vers un afficheur 16 disposé dans l'aéronef. En revanche, si les composantes mesurées correspondent aux composantes de la consigne de courant avec une variance inférieure au seuil de décision prédéterminé, dans une étape 170, une notification relative au bon fonctionnement de l'inversion de poussée est émise vers 20 l'afficheur 16. Dans une variante, le bon fonctionnement pourrait être indiquée par l'absence d'émission de notification, seule une notification de disfonctionnement étant émise si les composantes mesurées diffèrent des composantes de la consigne de courant avec une variance supérieure à un 25 seuil de décision prédéterminé. Les étapes 110 à 170 peuvent être réalisées simultanément ou successivement pour chaque turboréacteur de l'aéronef. L'invention fournit ainsi un procédé de test intégré permettant de commander, au cours du vol d'un aéronef, la réalisation d'un test du 30 fonctionnement du convertisseur électrique commandant le moteur électrique actionnant l'inversion de poussée d'un turboréacteur, et ainsi de diminuer les dormances appliquées à ces systèmes au titre de la sûreté de fonctionnement. REVENDICATIONS1. Procédé de test intégré du fonctionnement d'un convertisseur électrique de puissance (1) commandant un moteur 5 électrique triphasé (3) configuré pour actionner une inversion de poussée (4) d'un turboréacteur d'un aéronef, le convertisseur électrique de puissance (1) étant alimenté par un réseau d'alimentation électrique (2) de l'aéronef et commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de courant définie à partir d'une 10 composante directe de courant et d'une composante quadratique de courant, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) une réception (100) d'une commande d'initiation du test intégré, b) une commande (120) du convertisseur électrique de 15 puissance (1) à partir d'une consigne de courant définie à partir d'une composante directe (Id_cons) non nulle et d'une composante quadratique (IcLoods) nulle, c) une mesure (130) des courants délivrés sur chacune des trois phases en sortie du convertisseur électrique de 20 puissance (1), d) une détermination (140) des composantes directe et quadratique (Id, Iq) du courant triphasé mesuré à l'étape précédente, e) une comparaison (150) des composantes directe et 25 quadratique (Id, Iq) du courant mesuré avec les composantes directe et quadratique (Id_cons, Iq_cons) de la consigne de courant, et f) une émission (160) d'une notification à l'équipage de l'aéronef du disfonctionnement ou de fonctionnement de 30 l'inversion de poussée en fonction du résultat de ladite comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une notification d'alerte est émise à l'étape f) (160) si les composantes 35 mesurées (Id, Iq) diffèrent des composantes (Id_cons, Iq_cons) de la consigne 3 0 5 5 4 1 8 11 de courant avec une variance supérieure à un seuil de décision prédéterminé . 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel 5 aucune notification (170) n'est émise si les composantes mesurées (Id, Iq) correspondent aux composantes (Id_cons, Iq_cons) de la consigne de courant avec une variance inférieure à un seuil de décision prédéterminé . 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel 10 une notification de réussite du test et de bon fonctionnement de l'inversion de poussée est émise si les composantes mesurées (Id, Iq) correspondent aux composantes d(Idsons, Iq_cons) de la consigne de courant avec une variance inférieure à un seuil de décision prédéterminé . 15 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une réalisation des étapes b) à f) pour chaque turboréacteur de l'aéronef, les étapes b) à f) étant réalisées simultanément pour tous les turboréacteurs ou successivement pour chaque turboréacteur. 20 6. Système de commande (10) d'une phase de test d'un convertisseur électrique de puissance (1), le système de commande (10) étant destiné à être intégré au convertisseur électrique de puissance (1) testé, ledit convertisseur (1) étant destiné à commander un moteur électrique triphasé (3) configuré pour actionner une inversion de poussée 25 (4) d'un turboréacteur d'un aéronef, le convertisseur électrique de puissance (1) étant destiné à être alimenté par un réseau d'alimentation électrique (2) de l'aéronef et à être commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de courant définie à partir d'une composante directe de courant et d'une composante quadratique de 30 courant, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11) de réception d'une consigne d'initiation du test intégré, des moyens (8 et 9) de commande du convertisseur électrique de puissance (1) à partir d'une consigne de courant définie à partir d'une composante directe (Id_cons) non 35 nulle et d'une composante quadratique (Iq_ cons) nulle, des moyens (12) de cons, mesure des courants délivrés sur chacune des trois phases en sortie du 305 5 4 1 8 12 convertisseur électrique de puissance (1), des moyens (13) de détermination des composantes directe et quadratique du courant triphasé mesuré à l'étape précédente, des moyens (14) de comparaison des composantes directe et quadratique du courant mesuré aux composantes directe et quadratique de la consigne de courant, et des moyens (15) d'émission d'une notification à l'équipage de l'aéronef du disfonctionnement ou du fonctionnement de l'inversion de poussée configurés pour émettre une notification en fonction du résultat de ladite comparaison. 7. Convertisseur électrique de puissance (1) destiné à être alimenté par un réseau d'alimentation électrique (2) d'un aéronef et à être couplé à un moteur électrique triphasé (3) configuré pour actionner une inversion de poussée (4) d'un turboréacteur de l'aéronef, ledit convertisseur (1) étant configuré pour être commandé à partir d'une commande à orientation de champs utilisant une consigne de courant définie à partir d'une composante directe de courant et d'une composante quadratique de courant, caractérisé en ce que le convertisseur électrique de puissance 20 (1) comprend un système de commande (10) d'une phase de test du fonctionnement dudit convertisseur électrique de puissance (1) selon la revendication 6. 8. Turboréacteur comprenant un convertisseur électrique de 25 puissance (1) selon la revendication précédente électriquement couplé à un moteur électrique synchrone à aimants permanents (3) configuré pour actionner une inversion de poussée (4) d'un turboréacteur d'un aéronef. 9. Aéronef comprenant au moins un turboréacteur selon la 30 revendication précédente.