Brevet FR3127980A1 — publié le 20230414

Le présent document concerne un système (200) de génération et de distribution de courant électrique pour une turbomachine, comprenant au moins des premiers générateurs (211,221) et des seconds générateurs (212,222)d, et au moins un premier boitier de distribution (210) électrique et un second boitier de distribution (220) électrique, dans lequel le premier boitier de distribution (210) est alimenté électriquement par les premiers générateurs (211,221) et le second boitier de distribution électrique (220) est alimenté par les seconds générateurs (212,222). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 2] Système de distribution d’énergie électrique générée par une turbomachine Domaine technique de l’invention Le présent document concerne un système pour distribuer de l’énergie électrique produite par une turbomachine, par exemple pour alimenter un système propulsif de la turbomachine. Etat de la technique antérieure De plus en plus de turbomachines telle que la turbomachine 100 de la , fonctionnent avec des systèmes de propulsion hybride. La turbomachine 100 est du type turboréacteur à double flux et double corps pour aéronef et comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz F, une soufflante 110, un compresseur basse pression 111, un compresseur haute pression 112, une chambre de combustion 113, une turbine haute pression 114, une turbine basse pression 115 et une tuyère primaire d'échappement 116. Le compresseur basse pression 111 et la turbine basse pression 115 sont reliés par un arbre basse pression 121 et forment ensemble un corps basse pression. Le compresseur haute pression 112 et la turbine haute pression 114 sont reliés par un arbre haute pression 122 et forment ensemble, avec la chambre de combustion, un corps haute pression générant des gaz chauds. La soufflante 110, qui est entraînée par l'arbre BP 121, comprime l'air ingéré. Cet air se divise en aval de la soufflante 110 entre un flux d'air secondaire qui est dirigé directement vers une tuyère secondaire (non représentée) par laquelle il est éjecté pour participer à la poussée fournie par la turbomachine 100, et un flux dit primaire qui pénètre dans le corps générateur de gaz, puis qui est éjecté dans la tuyère primaire 116. La turbomachine 100, comprend aussi un ensemble moteur M entrainé par la turbomachine 100 et apte à injecter un couple électrique pour entrainer l’arbre haute pression 122, pour augmenter le régime de la turbomachine pour des phases particulières de vol ou pour alimenter un réseau R d’un aéronef comprenant la turbomachine 100. Généralement, l’ensemble moteur M comprend des générateurs connectés au réseau électrique R, de façon indépendante les uns des autres. Chaque générateur étant indépendant, en cas de perte de l’un des générateurs, les charges du réseau R sont redistribuées sur les générateurs disponibles pour continuer à alimenter les charges. Ceci nécessite bien souvent un délestage dans le réseau pour respecter la puissance acceptable des générateurs et peut entrainer des mouvements saccadés au niveau des arbres d’entrainement des générateurs. Ces mouvements saccadés risquent de perturber la stabilité du régime de la turbomachine, et d’induire des fatigues mécaniques sur les arbres et les boites de transmissions reliant les arbres entre eux. Il existe un besoin d’amélioration de ces turbomachines. A cet effet, le présent document propose un système de génération et de distribution de courant électrique pour une turbomachine, comprenant au moins des premiers générateurs et des seconds générateurs, les premiers générateurs comprenant un premier générateur primaire et un premier générateur secondaire, le premier générateur primaire comprenant un arbre d’entrainement destiné à entrainer, ou être entrainé par, un arbre haute pression de la turbomachine, et le premier générateur secondaire comprenant un arbre d’entrainement destiné pour entrainer, ou être entrainé par, un arbre basse pression de la turbomachine, et les seconds générateurs comprenant un second générateur primaire et un second générateur secondaire, le second générateur primaire comprenant un arbre d’entrainement destiné à entrainer, ou être entrainé par, l’arbre haute pression de la turbomachine, et le second générateur secondaire comprenant un arbre d’entrainement configuré pour entrainer, ou être entrainé par, l’arbre basse pression de la turbomachine, le système comprenant en outre au moins un premier boitier de distribution électrique et un second boitier de distribution électrique, dans lequel le premier boitier de distribution est alimenté électriquement par les premiers générateurs et le second boitier de distribution électrique est alimenté par les seconds générateurs. Le système permet d’assurer la redondance des générateurs et la tolérance aux pannes d’un des générateurs de façon plus fiable. Le premier boitier de distribution et/ou le second boitier de distribution peut comprendre des équipements électriques à alimenter, ou peut comprendre un circuit électrique destiné à alimenter des équipements de puissance importante, notamment les équipements liés à un système propulsif de la turbomachine, qui peut être préférentiellement de type continu et d'un niveau de tension d’environ 540 V à 800V typique voire plus selon les applications. L’arbre d’entrainement de chacun du premier générateur primaire et du second générateur primaire peut être couplé mécaniquement avec l’arbre haute pression de la turbomachine, en liaison directe ou par le biais d'une boite de réduction, c'est-à-dire d'un système d'engrenages. L’arbre d’entrainement de chacun du premier générateur secondaire et du second générateur secondaire peut être couplé mécaniquement avec l’arbre basse pression de la turbomachine, en liaison directe ou par le biais d'une boite de réduction, c'est-à-dire d'un système d'engrenages. Le premier générateur primaire peut délivrer un premier courant électrique sous une première tension et le premier générateur secondaire peut délivrer un second courant électrique sous une seconde tension. Le système peut comprendre un régulateur des premiers générateurs configuré pour modifier ladite première tension, délivrée par le premier générateur primaire, et/ou ladite seconde tension, délivrée par le premier générateur secondaire, pour que ledit premier courant électrique soit égal audit second courant électrique. Le second générateur primaire peut délivrer un premier courant électrique sous une première tension et le second générateur secondaire peut délivrer un second courant électrique sous une seconde tension. Le système peut comprendre un régulateur des seconds générateurs configuré pour modifier ladite première tension, délivrée par le second générateur primaire, et/ou ladite seconde tension, délivrée par le second générateur secondaire, pour que ledit premier courant électrique soit égal audit second courant électrique à ±10%. Ainsi, les courants délivrés par les premiers générateurs, respectivement par les seconds générateurs, peuvent être identiques quel que soit le niveau de charge électrique consommée par les équipements connectés aux boîtiers de distribution. Ceci engendre un prélèvement de puissance équilibré sur l’arbre haute pression et sur l’arbre basse pression et qui s’ajustera aussi en permanence. Ce niveau de sollicitation équilibré des générateurs augmente en outre leur fiabilité. En effet, la température de fonctionnement est plus faible comparé aux installations de l’art antérieur en raison de cette répartition équilibrée, et les couples mécaniques au niveau des générateurs et des arbres de la turbomachine sont également mieux équilibrés. Le premier courant électrique et/ou le second courant électrique peut être un courant électrique continu. Le système peut comprendre des moyens de mesure du premier courant électrique, en particulier du premier courant électrique délivré par le premier générateur primaire et/ou du premier courant électrique délivré le second générateur primaire. Le système peut comprendre des moyens de mesure du second courant électrique, en particulier du second courant électrique délivré par le premier générateur secondaire et/ou du second courant électrique délivré le second générateur secondaire. De tels moyens de mesure du courant électrique peuvent être reliés au régulateur de la première tension et/ou de la seconde tension des premiers générateurs, et/ou au régulateur de la première tension et/ou de la seconde tension des seconds générateurs. Chacun des premiers générateurs et des seconds générateurs peut comprendre une unité de contrôle de la tension délivrée par ledit générateur. Chaque unité de contrôle peut être configurée pour ajuster une puissance transmise à un circuit d’excitation dudit générateur afin de maintenir ladite tension constante. Ledit circuit d’excitation peut comprendre un inducteur et l’unité de contrôle peut délivrer un courant d’excitation audit inducteur en fonction de ladite puissance consommée par les charges. Chacun desdits au moins un premier boitier de distribution électrique et un second boitier de distribution électrique peut être apte à alimenter un circuit électrique d’un aéronef comprenant le système de génération et de distribution de courant électrique. Le premier boitier de distribution électrique peut être apte à alimenter un premier circuit électrique, par exemple utilisant un courant électrique alternatif. Le second boitier de distribution électrique peut être apte à alimenter un second circuit, par exemple utilisant un courant électrique alternatif. Le système peut comprendre un ou plusieurs convertisseurs DC/AC reliant le premier boitier de distribution et/ou le second boitier de distribution à un réseau à courant électrique alternatif. Chacun desdits au moins un premier boitier de distribution électrique et un second boitier de distribution électrique peut être apte à assister électriquement l’arbre basse pression et/ou l’arbre haute pression, en lui fournissant un couple électrique, en particulier dans certaines phases de vol. Bien entendu, le système peut comprendre des troisièmes générateurs configurés de façon similaire aux premiers générateurs et aux seconds générateurs, i.e. comprenant un troisième générateur primaire relié à l’arbre haute pression et un troisième générateur secondaire relié à l’arbre basse pression. Selon ce mode de réalisation, le troisième générateur primaire peut alimenter le premier boitier de distribution et le troisième générateur secondaire peut alimenter le second boitier de distribution. Les troisièmes générateurs peuvent comprendre des régulateurs des tensions délivrées par les troisièmes générateur primaire et secondaire, pour que ces derniers fournissent des courants électriques identique à ceux délivrés par les premiers générateurs et par les seconds générateurs. Selon un autre aspect, le présent document concerne une turbomachine comprenant un système, tel que précité, dans laquelle un arbre haute pression de ladite turbomachine est relié à l’arbre d’entrainement du premier générateur primaire et à l’arbre d’entrainement du second générateur primaire et dans laquelle un arbre basse pression de ladite turbomachine est relié à l’arbre d’entrainement du premier générateur secondaire et à l’arbre d’entrainement du second générateur secondaire. Le premier boitier de distribution et/ou le second boitier de distribution peut être relié à un réseau d’assistance électrique de l’arbre haute pression et/ou de l’arbre basse pression. Selon un autre aspect, le présent document concerne un procédé d’alimentation d’au moins un premier boitier de distribution électrique et un second boitier de distribution électrique d’une turbomachine, comprenant les étapes comprenant : - générer un premier courant électrique primaire sous une première tension primaire, par un premier générateur primaire entrainé par un arbre haute pression de ladite turbomachine, - générer un premier courant électrique secondaire sous une première tension secondaire, par un premier générateur secondaire entrainé par un arbre basse pression de ladite turbomachine, - alimenter le premier boitier de distribution électrique par le premier courant électrique primaire et le premier courant électrique secondaire, - générer un second courant électrique primaire sous une seconde tension primaire, par un second générateur primaire entrainé par ledit arbre haute pression de ladite turbomachine, - générer un second courant électrique secondaire sous une seconde tension secondaire, par un second générateur secondaire entrainé par ledit arbre basse pression de ladite turbomachine, - alimenter le second boitier de distribution électrique par le second courant électrique primaire et le second courant électrique secondaire, dans lequel le procédé comprend les étapes consistant à : - réguler la première tension primaire et/ou la première tension secondaire pour que le premier courant électrique primaire soit égal au premier courant électrique secondaire, et - réguler la seconde tension primaire et/ou la seconde tension secondaire pour que le second courant électrique primaire soit égal au second courant électrique secondaire à ±10%. Le procédé peut comprendre l’alimentation d’un premier circuit électrique d’un aéronef comprenant la turbomachine par le premier boitier de distribution électrique, et/ou l’alimentation d’un second circuit électrique de l’aéronef par le second boitier de distribution électrique. Brève description des figures la , déjà décrite, représente une turbomachine utilisant un système de propulsion hybride, la représente un système électrique de distribution de l’énergie électrique produite par la turbomachine, la représente un schéma d’un générateur pouvant équiper le système électrique de la . Système (200) de génération et de distribution de courant électrique pour une turbomachine (100), comprenant au moins des premiers générateurs et des seconds générateurs, les premiers générateurs comprenant un premier générateur primaire (211) et un premier générateur secondaire (221), le premier générateur primaire (211) comprenant un arbre d’entrainement destiné à entrainer, ou être entrainé par, un arbre haute pression (122) de la turbomachine, et le premier générateur secondaire (221) comprenant un arbre d’entrainement destiné pour entrainer, ou être entrainé par, un arbre basse pression (121) de la turbomachine, et les seconds générateurs comprenant un second générateur primaire (212) et un second générateur secondaire (222), le second générateur primaire (212) comprenant un arbre d’entrainement destiné à entrainer, ou être entrainé par, l’arbre haute pression (122) de la turbomachine, et le second générateur secondaire (222) comprenant un arbre d’entrainement configuré pour entrainer, ou être entrainé par, l’arbre basse pression (121) de la turbomachine, le système (200) comprenant en outre au moins un premier boitier de distribution (210) électrique et un second boitier de distribution (220) électrique, dans lequel le premier boitier de distribution (210) est alimenté électriquement par les premiers générateurs (211,221) et le second boitier de distribution électrique (220) est alimenté par les seconds générateurs (212,222). Système (200) selon la revendication précédente, dans lequel le premier générateur primaire (211) délivre un premier courant électrique primaire (I11) sous une première tension primaire et le premier générateur secondaire (221) délivre un premier courant électrique secondaire (I21) sous une première tension secondaire, ledit système (200) comprenant un régulateur des premiers générateurs configuré pour modifier ladite première tension primaire, délivrée par le premier générateur primaire (211), et/ou ladite première tension secondaire, délivrée par le premier générateur secondaire (221), pour que ledit premier courant électrique primaire (I11) soit égal audit premier courant électrique secondaire (I21). Système (200) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le second générateur primaire (212) délivre un second courant électrique primaire (I12) sous une seconde tension primaire et le second générateur secondaire (222) délivre un second courant électrique secondaire (I22) sous une seconde tension secondaire, ledit système (200) comprenant un régulateur des seconds générateurs configuré pour modifier ladite seconde tension primaire, délivrée par le second générateur primaire (212), et/ou ladite seconde tension secondaire, délivrée par le second générateur secondaire (222), pour que ledit second courant électrique primaire (I12) soit égal audit second courant électrique secondaire (I22) à ± 10%. Système (200) selon l’une des revendications 2 ou 3, comprenant des moyens de mesure du premier courant électrique (I11,I12) et du second courant électrique (I21,I22). Système (200) selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel le premier courant électrique (I11,I12) et/ou le second courant électrique (I21,I22) est un courant électrique continu. Système (200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacun des premiers générateurs (211,221) et des seconds générateurs (212,222) comprend une unité de contrôle (304) de la tension délivrée par ledit générateur, ladite unité de contrôle (304) étant configurée pour ajuster une puissance transmise à un circuit d’excitation (302) dudit générateur afin de maintenir ladite tension constante. Système (200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits au moins un premier boitier de distribution électrique (210) et un second boitier de distribution électrique (220) est apte à alimenter un circuit électrique (214,224) d’un aéronef comprenant ledit système (200). Turbomachine (100) comprenant un système (200), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un arbre haute pression (122) de ladite turbomachine est relié à l’arbre d’entrainement du premier générateur primaire (211) et à l’arbre d’entrainement du second générateur primaire (221) et dans laquelle un arbre basse pression (121) de ladite turbomachine est relié à l’arbre d’entrainement du premier générateur secondaire (212) et à l’arbre d’entrainement du second générateur secondaire (222). Procédé d’alimentation d’au moins un premier boitier de distribution (210) électrique et un second boitier de distribution (220) électrique d’une turbomachine (100), comprenant les étapes comprenant : - générer un premier courant électrique primaire (I11) sous une première tension primaire, par un premier générateur primaire (211) entrainé par un arbre haute pression (122) de ladite turbomachine, - générer un premier courant électrique secondaire (I21) sous une première tension secondaire, par un premier générateur secondaire (221) entrainé par un arbre basse pression (121) de ladite turbomachine, - alimenter le premier boitier de distribution (210) électrique par le premier courant électrique primaire (I11) et le premier courant électrique secondaire (I21), - générer un second courant électrique primaire (I12) sous une seconde tension primaire, par un second générateur primaire (212) entrainé par ledit arbre haute pression (122) de ladite turbomachine, - générer un second courant électrique secondaire (I22) sous une seconde tension secondaire, par un second générateur secondaire (222) entrainé par ledit arbre basse pression (121) de ladite turbomachine, - alimenter le second boitier de distribution (220) électrique par le second courant électrique primaire (I21) et le second courant électrique secondaire (I22), dans lequel le procédé comprend les étapes consistant à : - réguler la première tension primaire et/ou la première tension secondaire pour que le premier courant électrique primaire (I11) soit égal au premier courant électrique secondaire (I21), et - réguler la seconde tension primaire et/ou la seconde tension secondaire pour que le second courant électrique primaire (I12) soit égal au second courant électrique secondaire (I22).