Brevet FR3125507A1 — publié le 20230127

Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant un réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif (HVDC moteur) relié à un réseau électrique de bord haute tension non propulsif (HVDC avion) via un convertisseur de tension DC/DC, dans laquelle, pour permettre une isolation galvanique et un transfert de puissance réversible entre les deux réseaux électriques haute tension, le convertisseur de tension DC/DC comprend un convertisseur de tension DC/AC (10) relié d’une part au réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif et d’autre part à un primaire (120) d’un transformateur électrique (12) ayant un secondaire à point milieu (122) et un écran (126) entre primaire et secondaire, et un convertisseur de tension AC/DC (14) relié d’une part au secondaire du transformateur électrique et d’autre part au réseau électrique de bord haute tension non propulsif, le point milieu (124) du secondaire et l’écran (126) étant reliés à un point froid de référence (128). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride La présente invention se rapporte au domaine des architectures électriques d’aéronef à propulsion électrique ou hybride et elle concerne plus particulièrement l’isolation et le transfert de puissance électrique entre les deux réseaux d’alimentation électrique propulsif et non propulsif de l’aéronef. Dans un réseau électrique conventionnel tel qu’il existe sur les aéronefs traditionnels utilisant des énergies fossiles, lorsqu’il y a plusieurs niveaux de tension embarqués sur un aéronef, la passerelle entre ces réseaux à niveaux de tension différents est réalisée par des convertisseurs de puissance passifs, à diodes essentiellement, ou actifs (DC/DC, AC/DC). La propagation de défauts pouvant se produire d’un réseau à un autre, les systèmes ainsi que les équipements sont conçus pour résister et être tolérants aux transitoires induits par ces défauts. Les points froids de référence électrique communs à ces réseaux sont souvent connectés à la structure métallique de l’aéronef ou à un réseau de neutre commun pour des aéronefs à structure carbone. Les convertisseurs eux-mêmes peuvent être non isolés pour réduire leurs masses. Par contre, dans des aéronefs à propulsion tout électrique ou hybride-électrique, un réseau d’alimentation électrique est ajouté comme énergie de propulsion à ce réseau électrique conventionnel. Or, avec un réseau haute-tension supplémentaire (typiquement de 800 à 1500Vdc) dont la fonction principale est d’assurer la propulsion de l’aéronef, il est absolument nécessaire, pour des raisons de sécurité, de ne pas avoir de propagation de défauts quel qu’il soit venant du réseau de bord traditionnel (230Vac, 115Vac, 28Vdc) qui pourrait perturber les performances de vol. A l’inverse, la haute tension utilisée dans le réseau électrique de propulsion ne doit pas se propager sur le réseau de bord traditionnel de plus basse tension car les équipements ne sont pas conçus pour résister et être tolérants à ce niveau de tension aussi élevé. Parmi ces équipements, il y a en effet des équipements critiques, comme les calculateurs de commandes de vol, de radio et de navigation dont la perte peut être catastrophique. Il existe donc aujourd’hui un besoin pour les aéronefs électriques ou hybrides d’une architecture électrique permettant d’exploiter ces deux modes d’alimentation électrique avec en outre des transferts de puissance réversibles entre les deux réseaux. La présente invention a donc pour but principal de répondre à ce besoin en proposant une architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant un réseau d’alimentation électrique supplémentaire de forte puissance associé à un réseau de bord traditionnel dont le point de référence électrique permet une isolation galvanique et un transfert de puissance entre les deux réseaux. Ce but est atteint par une architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant un réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif (HVDC moteur) relié à un réseau électrique de bord haute tension non propulsif (HVDC aéronef) via un convertisseur de tension DC/DC, caractérisé en ce que pour permettre une isolation galvanique et un transfert de puissance réversible entre les deux réseaux électriques haute tension, le convertisseur de tension DC/DC comprend un convertisseur de tension DC/AC relié d’une part au réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif et d’autre part à un primaire d’un transformateur électrique ayant un secondaire à point milieu et un écran entre primaire et secondaire, et un convertisseur de tension AC/DC relié d’une part au secondaire du transformateur électrique et d’autre part au réseau électrique de bord haute tension non propulsif, le point milieu du secondaire et l’écran étant reliés à un point froid de référence. Par sa liaison à la masse électrique, l’écran empêche la propagation de défauts et d’interférences au travers du transformateur électrique dont le primaire est flottant et le point milieu du secondaire relié à la même masse électrique. Il permet une parfaite séparation des deux réseaux électriques propulsif et non-propulsif ainsi créés. Avantageusement, l’écran est disposé entre des enroulements primaire et secondaires du transformateur et est réalisé par un feuillard conducteur métallique. De préférence, le convertisseur de tension DC/AC est onduleur multiniveaux à capacités flottantes et le convertisseur de tension AC/DC est un redresseur multiniveaux à diodes de blocage. Avantageusement, le point froid de référence est une partie structurelle métallique de l’aéronef ou un neutre commun d’un aéronef à structure carbone. De préférence, le réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif est un réseau continu de tension comprise entre -400Vdc +400Vdc et -750Vdc +750Vdc et le réseau électrique de bord haute tension non propulsif est un réseau continu de tension -270Vdc +270Vdc. L’invention concerne également tout aéronef à propulsion électrique ou hybride muni d’une telle architecture électrique. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : la illustre une architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant un réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif associé à un réseau électrique de bord haute tension non propulsif selon l’invention, la montre un premier exemple de référencement de masse électrique du réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif, la montre un deuxième exemple de référencement de masse électrique du réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif, la montre un troisième exemple de référencement de masse électrique du réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant un réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif (HVDC moteur) relié à un réseau électrique de bord haute tension non propulsif (HVDC avion) via un convertisseur de tension DC/DC, caractérisé en ce que pour permettre une isolation galvanique et un transfert de puissance réversible entre les deux réseaux électriques haute tension, le convertisseur de tension DC/DC comprend : - un convertisseur de tension DC/AC (10) relié d’une part au réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif et d’autre part à un primaire (120) d’un transformateur électrique (12) ayant un secondaire à point milieu (122) et un écran (126) entre primaire et secondaire, et - un convertisseur de tension AC/DC (14) relié d’une part au secondaire du transformateur électrique et d’autre part au réseau électrique de bord haute tension non propulsif, le point milieu (124) du secondaire et l’écran (126) étant reliés à un point froid de référence (128). Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon la revendication 1, dans lequel l’écran (126) est disposé entre des enroulements primaire et secondaires du transformateur et est réalisé par un feuillard conducteur métallique. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le convertisseur de tension DC/AC est onduleur multiniveaux à capacités flottantes. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le convertisseur de tension AC/DC est un redresseur multiniveaux à diodes de blocage. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon la revendication 1, dans lequel le point froid de référence est une partie structurelle métallique de l’aéronef. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon la revendication 1, dans lequel le point froid de référence est un neutre commun d’un aéronef à structure carbone. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau d’alimentation électrique haute tension propulsif est un réseau continu de tension comprise entre -400Vdc +400Vdc et -750Vdc +750Vdc. Architecture électrique d’aéronef à propulsion électrique ou hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le réseau électrique de bord haute tension non propulsif est un réseau continu de tension -270Vdc +270Vdc. Aéronef à propulsion électrique ou hybride comportant une architecture électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes.