Brevet FR3066024A1 — publié le 20181109

Dispositif de mesure du courant de fuite reprogrammable La prÃ©sente invention se rapporte Ã un dispositif de mesure de courant de fuite reprogrammable et concerne plus particuliÃ¨rement un dispositif de dÃ©tection de courant de dÃ©faut Ã la masse : GFI (Â« Ground Fault Interrupter Â», en anglais) permettant de rÃ©aliser une mesure de courant diffÃ©rentiel reprogrammable. Lors d'un dÃ©faut Ã©lectrique dans un circuit Ã©lectrique, la mesure d'un courant de fuite entre deux ou plusieurs composants du circuit permet de dÃ©tecter l'existence d'un dÃ©faut. Le courant de fuite est gÃ©nÃ©rÃ© par un composant branchÃ© en court-circuit, un mauvais branchement d'un Ã©lÃ©ment quelconque ou lors de la dÃ©gradation d'un composant. Le courant de fuite dÃ©grade les Ã©lÃ©ments qu'il traverse et prÃ©sente un danger pour les personnes. Lors de la dÃ©tection d'un courant de fuite, un organe de coupure est commandÃ©. Il coupe le circuit afin d'isoler l'Ã©quipement dÃ©faillant. L'actionnement de l'organe de coupure prÃ©serve les Ã©lÃ©ments du circuit et protÃ¨ge les personnes. La dÃ©tection d'un courant de fuite est gÃ©nÃ©ralement rÃ©alisÃ©e Ã l'aide d'un transformateur dont plusieurs enroulements couplent les diffÃ©rentes phases alimentant le circuit Ã©lectrique de distribution de puissance et un enroulement de mesure permet de mesurer le courant differentiel. Des transformateurs diffÃ©rentiels sont utilisÃ©s pour dÃ©tecter un courant de fuite dans un circuit Ã©lectrique d'un aÃ©ronef. Ils sont implantÃ©s dans les coeurs Ã©lectriques sur les barres de distribution de courant des rÃ©seaux primaires d'alimentation Ã©lectrique ou sur les cartes Ã©lectroniques des rÃ©seaux secondaires. Les cartes Ã©lectroniques du rÃ©seau secondaire sont gÃ©nÃ©ralement des contrÃ´leurs d'alimentation 3066024 2 Ã semi-conducteurs Ã plusieurs voies SSPC (Â« Solid State Power Controller Â», en anglais). Chaque voie de la carte SSPC contrÃ´le l'alimentation Ã©lectrique d'une charge Ã©lectrique de l'aÃ©ronef. La figure 1 illustre un circuit Ã©lectrique GFI comprenant une 5 carte Ã©lectronique SSPC multivoies protÃ©gÃ©e par un dispositif de dÃ©tection de courant de fuite dans un aÃ©ronef selon l'Ã©tat de la technique. Le circuit comporte une gÃ©nÃ©ratrice triphasÃ©e G entraÃ®nÃ©e par une turbine de l'aÃ©ronef alimentant un contrÃ´leur d'alimentation SSPC 10 par l'intermÃ©diaire de barres de distribution de courant. Le contrÃ´leur SSPC comporte n voies SSPC1, SSPC2,... SSPCn, un processeur CPU et un transformateur de mesure T. Chaque phase des barres de distribution de courant comporte un enroulement du transformateur T reliÃ© entre la gÃ©nÃ©ratrice et les voies SSPC1, SSPC2,..., SSPCn du 15 contrÃ´leur SSPC, et l'enroulement de mesure du transformateur T est reliÃ© au processeur CPU. Le contrÃ´leur SSPC alimente n charges Ã©lectriques de l'aÃ©ronef. Les n voies du contrÃ´leur SSPC sont reliÃ©es chacune Ã une charge avionique CH1, CH2..., CHn. Les voies SSPC1,..., SSPCn sont 20 pilotÃ©s par le processeur CPU. Le champ magnÃ©tique gÃ©nÃ©rÃ© dans le transformateur T est proportionnel Ã la somme des courants le traversant. Le circuit est alimentÃ© par un systÃ¨me triphasÃ© Ã©quilibrÃ©. Par consÃ©quent, lorsque le circuit n'est pas dÃ©faillant, le champ magnÃ©tique rÃ©sultant dans le 25 transformateur T est nul. Le courant I induit Ã l'enroulement de mesure du transformateur T est nul. Si le circuit est dÃ©faillant, par exemple si un contact est Ã©tabli entre une phase raccordant la charge CHn et la masse du circuit par l'intermÃ©diaire d'une structure mÃ©tallique, un courant de fuite apparaÃ®t 30 entre la phase et la masse. Le champ magnÃ©tique rÃ©sultant dans le transformateur T est non nul. Par consÃ©quent, sous l'effet de la variation du champ magnÃ©tique, le courant I est non nul. Le processeur CPU dÃ©tecte la variation du courant et indique le disfonctionnement au systÃ¨me de gestion central de l'aÃ©ronef et/ou ordonne l'ouverture des 3066024 3 diffÃ©rentes voies SSPC1, SSPC2,..., SSPCn du contrÃ´leur SSPC pour isoler le circuit dÃ©faillant et protÃ©ger le reste du circuit d'alimentation Ã©lectrique ainsi que les personnes. Cependant, le transformateur de mesure T est de grande taille, 5 et fonctionne Ã basse frÃ©quence (360-800Hz). Il doit en outre laisser passer des courants de 5 Ã 25 ampÃ¨res. Par consÃ©quent, un seul transformateur de mesure T est utilisÃ© pour plusieurs voies du contrÃ´leur pour rÃ©duire l'encombrement du dispositif. L'utilisation d'un seul transformateur a pour inconvÃ©nient de 10 ne pas permettre l'identification de la voie en dÃ©faut. Le processeur CPU peut soit transmettre l'information concernant la prÃ©sence d'un dÃ©faut ou dÃ©connecter l'ensemble des barres de distribution de courant. Par consÃ©quent, plus aucune charge avionique raccordÃ©e au contrÃ´leur SSPC n'est alimentÃ©e. 15 De plus, certaines charges avioniques sont connectÃ©es directement entre une phase et la masse mÃ©canique, le neutre de la gÃ©nÃ©ratrice Ã©tant reliÃ© Ã la masse mÃ©canique. En cas de dÃ©faillance d'une une telle configuration, le courant de fuite est Ã©gal au courant fonctionnel et rend impossible l'utilisation du dispositif de dÃ©tection 20 de dÃ©faut de masse GFI (Â« Ground Fault Interrupter Â», en anglais) sur toutes les voies du contrÃ´leur SSPC. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvÃ©nients liÃ©s Ã la mÃ©thode de dÃ©tection des courants de fuite d'un circuit Ã©lectrique d'un aÃ©ronef. 25 Au vu de ce qui prÃ©cÃ¨de, l'invention propose un dispositif de mesure de courant de fuite reprogrammable pour aÃ©ronef, comprenant au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs destinÃ© Ã commander l'alimentation d'une charge avionique et comprenant plusieurs sorties, le dispositif comprenant des moyens de mesure du 30 courant des sorties du contrÃ´leur d'alimentation. Selon une caractÃ©ristique du dispositif selon l'invention, chaque sortie dudit au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi conducteur est reliÃ©e Ã un moyen de mesure. 3066024 4 Selon une autre caractÃ©ristique, les moyens de mesure comprennent des transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant. Avantageusement, le dispositif comprend en outre des moyens 5 de contrÃ´le du au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi- conducteurs, des premiers moyens de raccordement reliant les moyens de mesure aux moyens de contrÃ´le et des seconds moyens de raccordement reliant les moyens de contrÃ´le audit au moins un contrÃ´leur d'alimentation. 10 De prÃ©fÃ©rence, les premiers moyens de raccordement comprennent un ou plusieurs multiplexeurs. L'invention a Ã©galement pour objet un procÃ©dÃ© de mesure du courant de fuite pour la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure du courant de fuite reprogrammable pour aÃ©ronef comprenant au moins un 15 contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs pour l'alimentation Ã©lectrique d'au moins une charge avionique et comprenant plusieurs sorties, des moyens de mesure du courant des sorties du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs, des moyens de contrÃ´le du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs. 20 Selon une caractÃ©ristique du procÃ©dÃ© selon l'invention, dÃ¨s qu'un courant de fuite est dÃ©tectÃ© par les moyens de contrÃ´le sur une sortie du au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs, les moyens de contrÃ´le coupent l'alimentation Ã©lectrique des sorties dudit au moins un contrÃ´leur d'alimentation. 25 Avantageusement, les moyens de mesure sont des transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant fonctionnant Ã flux magnÃ©tique nul. Selon une autre caractÃ©ristique du procÃ©dÃ©, la au moins une charge avionique est connectÃ©e entre phases ou entre phase et masse. 30 Avantageusement, la configuration des moyens de mesure est configurable. D'autres buts, caractÃ©ristiques et avantages de l'invention apparaÃ®tront Ã la lecture de la description suivante, donnÃ©e uniquement 3066024 5 Ã titre d'exemple non limitatif, et faite en rÃ©fÃ©rence aux dessous annexÃ©s sur lesquels : - La figure 1, dont il a dÃ©jÃ Ã©tÃ© fait mention, est une vue schÃ©matique d'un dispositif de dÃ©tection et de mesure du courant de 5 fuite dans un circuit Ã©lectrique d'un aÃ©ronef selon l'Ã©tat de la technique ; - La figure 2 est une vue schÃ©matique d'un premier mode de rÃ©alisation d'un dispositif de dÃ©tection et de mesure du courant de fuite dans un circuit Ã©lectrique d'un aÃ©ronef, conforme Ã l'invention ; 10 et - La figure 3 est une vue schÃ©matique d'un second mode de rÃ©alisation d'un dispositif de dÃ©tection et de mesure du courant de fuite dans un circuit Ã©lectrique d'un aÃ©ronef, conforme Ã l'invention. On se rÃ©fÃ¨re Ã la figure 2 qui illustre un premier mode de 15 rÃ©alisation d'un dispositif de mesure du courant de fuite conforme Ã l'invention. Ce dispositif dÃ©tecte et mesure le courant de fuite lors d'une dÃ©faillance, et identifie la ligne d'alimentation de la charge Ã©lectrique dÃ©faillante. Le dispositif de mesure du courant comporte un contrÃ´leur 20 d'alimentation SSPC' multivoies. Dans ce qui suit, Ã titre d'exemple non limitatif et par souci de clartÃ©, le contrÃ´leur d'alimentation SSPC' comporte deux voies. Le circuit Ã©lectrique comporte une gÃ©nÃ©ratrice G' entraÃ®nÃ©e par une turbine de l'aÃ©ronef. Les sorties de la gÃ©nÃ©ratrice sont raccordÃ©es 25 au contrÃ´leur d'alimentation Ã©lectrique SSPC' Ã deux voies. Les sorties du contrÃ´leur SSPC' alimentent les charges CH'i CH'2 de 1 ' aÃ©ronef. Le contrÃ´leur SSPC' comporte deux lignes d'alimentation Ã©lectrique ALIMi et ALIM2 alimentant les charges CH'i et CH'2 30 associÃ©es et un processeur CPU' comme moyens de contrÃ´le. On peut Ã©galement citer comme autre exemple de moyens de contrÃ´le un systÃ¨me de portes logiques utilisant un amplificateur opÃ©rationnel associÃ© Ã un comparateur. 3066024 6 Les voies ALIMi et ALIM2 sont de constitution identique. Par la suite, l'architecture de la voie d'alimentation ALIM2 est dÃ©taillÃ©e. Les entrÃ©es de la voie d'alimentation ALIM2 sont reliÃ©es Ã la gÃ©nÃ©ratrice G' et Ã la masse de l'aÃ©ronef GND'. Les sorties de la voie 5 ALIM2 sont reliÃ©es Ã la charge CH'2. La voie ALIM2 comporte un contrÃ´leur d'alimentation Ã semiconducteurs SSPC'2, un multiplexeur MUX2 et trois transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant de constitution identique T'21, T'22, r23 comprenant chacun un circuit primaire comprenant un 10 enroulement primaire et un circuit secondaire comprenant un enroulement secondaire. Les entrÃ©es du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs SSPC'2 sont reliÃ©es Ã la gÃ©nÃ©ratrice G' et Ã la masse GND' de la gÃ©nÃ©ratrice G'. Les sorties du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi- 15 conducteurs SSPC'2 sont reliÃ©es Ã la charge CH'2. Chaque premiÃ¨re connexion de l'enroulement primaire d'un transformateur haute frÃ©quence de mesure du courant T'21, T'22, r23 est reliÃ©e Ã une sortie diffÃ©rente du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs SSPC'2 et la seconde connexion de l' enroulement primaire de chaque 20 transformateur est reliÃ©e Ã la phase de la charge CH'2 correspondante Ã la sortie du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs SSPC'2 Les connexions de l'enroulement secondaire des transformateurs T'21, T'22, r23 sont reliÃ©es aux entrÃ©es d'un multiplexeur MUX2. La sortie du multiplexeur MUX2 est reliÃ©e Ã une 25 unitÃ© de traitement CPU'. Par exemple, l'unitÃ© de traitement est rÃ©alisÃ©e Ã partir d'un processeur, mais il peut s'agir de tout dispositif apte Ã contrÃ´ler un contrÃ´leur SSPC. Il peut notamment s'agir d'un microcontrÃ´leur. Selon un autre mode de rÃ©alisation illustrÃ© Ã la figure 3, le 30 contrÃ´leur SSPC' comporte un multiplexeur MUX remplaÃ§ant les multiplexeurs MUX1 et MUX2. Les connexions de l'enroulement secondaire de tous les transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant T'11, r12, r13 , r21, T'22 et r23 du contrÃ´leur SSPC' sont 3066024 7 reliÃ©es aux entrÃ©es du multiplexeur MUX. La sortie du multiplexeur MUX est reliÃ©e Ã une unitÃ© de traitement CPU'. L'utilisation d'un transformateur par phase et d'un ou de plusieurs multiplexeurs permettent de reprogrammer la mesure du 5 courant diffÃ©rentiel en fonction des phases Ã mesurer. Le CPU' sÃ©lectionne et inhibe la mesure des voies connectÃ©es au dispositif de dÃ©tection de dÃ©faut de masse GFI (Â« Ground Fault Interrupter Â», en anglais) par l'intermÃ©diaire du multiplexeur MUX ou des multiplexeurs MUX1 et MUXz. 10 La sÃ©lection des voies peut se faire par l'intermÃ©diaire de tout autre systÃ¨me de sÃ©lection connu. Le processeur CPU' est reliÃ© aux contrÃ´leurs d'alimentation Ã semi-conducteurs SSPC'i et SSPC'2. En fonctionnement, le processeur CPU' sÃ©lectionne les voies Ã 15 surveiller par l'intermÃ©diaire du multiplexeur MUX ou des multiplexeurs MUX1 et MUX2- Le processeur CPU' peut Ã tout moment modifier la configuration des multiplexeurs pour sÃ©lectionner d'autres voies Ã surveiller, notamment en fonction des charges raccordÃ©es ou balayÃ© alternativement les voies ALIMi et ALIM2 pour dÃ©tecter un 20 dÃ©faut sur l'une des voies. Les transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant fonctionnent Ã champs magnÃ©tique nul. Un courant est injectÃ© dans le circuit secondaire des transformateurs pour rÃ©guler une tension de sortie nulle et conserver une induction proche de 0 tesla. De la valeur 25 des courants injectÃ©s dans les circuits secondaires des transformateurs, on en dÃ©duit la valeur des courants circulant dans les phases de la voie sÃ©lectionnÃ©e. Avantageusement, l'architecture dÃ©crite permet la reconfiguration du dispositif de dÃ©tection de dÃ©faut de masse GFI sur 30 toutes les voies. L'utilisation de transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant fonctionnant en champs magnÃ©tique nul rÃ©duit le volume du circuit magnÃ©tique. Par consÃ©quent, l'encombrement des transformateurs est rÃ©duit. L'espace occupÃ© par le circuit imprimÃ© ou 3066024 8 PCB (Â« printed circuit board Â» en anglais) supportant le dispositif reste donc limitÃ©. Lorsqu'un dÃ©faut est dÃ©tectÃ© sur une phase, par exemple sur la voie ALIM2, le processeur CPU' commande l'ouverture de la voie 5 ALIM2 en pilotant le contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs SSPC'2. Par consÃ©quent, seule la voie en dÃ©faut est ouverte. Lorsqu'une ou plusieurs voies sont raccordÃ©es Ã des charges connectÃ©es entre phases et masse, l'architecture prÃ©sentÃ©e permet de 10 conserver la fonction de dÃ©tection de dÃ©faut de masse GFI sur les autres voies. Avantageusement, le dispositif de mesure du courant de fuite mesure le courant de fuite avec une prÃ©cision suffisante pour assurer la protection des personnes et des Ã©quipements. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure du courant de fuite reprogrammable pour aÃ©ronef comprenant au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs (S SPC 1, SSPC'2) destinÃ© Ã commander l'alimentation d'une charge avionique (CH'i, CH'2) et comprenant plusieurs sorties, le dispositif comprenant des moyens de mesure (T'l 1, T'12, T'13, r21, T'22, T'23) du courant des sorties du contrÃ´leur d'alimentation, caractÃ©risÃ© en ce que chaque sortie dudit au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi conducteur est reliÃ©e Ã un moyen de mesure. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel les moyens de mesure comprennent des transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant (T'l 1, T'12, T'13, r21, T'22, T'23). 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre des moyens de contrÃ´le (CPU') du au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs (SSPC'i, SSPC'2), des premiers moyens de raccordement (MUX1, MUX2, MUX) reliant les moyens de mesure aux moyens de contrÃ´le et des seconds moyens de raccordement reliant les moyens de contrÃ´le audit au moins un contrÃ´leur d'alimentation. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, dans lequel les premiers moyens de raccordement comprennent un ou plusieurs multiplexeurs (MUX1, MUX2, MUX). 5. ProcÃ©dÃ© de mesure du courant de fuite pour la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure du courant reprogrammable pour aÃ©ronef comprenant au moins un contrÃ´leur d'alimentation Ã semiconducteurs (SSPC'i, SSPC'2) pour l'alimentation Ã©lectrique d'au moins une charge avionique (CH'i, CH'2) et comprenant plusieurs sorties, des moyens de mesure (T' ii, r 12, r13, r21, T'22, r23) du courant des sorties du contrÃ´leur d'alimentation Ã semi-conducteurs et des moyens de contrÃ´le (CPU') du contrÃ´leur d'alimentation Ã semiconducteurs (SSPC'i, SSPC'2), caractÃ©risÃ© en ce que dÃ¨s qu'un courant de fuite est dÃ©tectÃ© par les moyens de mesure sur une sortie du au 3066024 10 moins un contrÃ´leur d'alimentation, les moyens de contrÃ´le coupent l'alimentation Ã©lectrique des sorties dudit au moins un contrÃ´leur d' alimentation. 6. ProcÃ©dÃ© selon la revendication 5, dans lequel les moyens de 5 mesure sont des transformateurs haute frÃ©quence de mesure du courant (T'l 1, T'12, T'13, r 21, T'22, T'23) fonctionnant Ã flux magnÃ©tique nul. 7. ProcÃ©dÃ© selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la au moins une charge avionique (CH'i, CH'2) est connectÃ©e entre au moins une phase et une masse. 10 8. ProcÃ©dÃ© selon l'une quelconque des revendications 5 Ã 7, dans lequel la configuration des moyens de mesure est configurable.