СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ РЕГЕНЕРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING REGENERATED ELECTRIC ENERGY OF AIRCRAFT

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Изобретение относится к способу и устройству, предназначенными для обработки регенерированной электрической энергии электрическими приводами летательного аппарата, которые действуют, в частности, во время операций руления.
Процесс руления состоит в перемещении самолета по земле при помощи электрических приводов, расположенных, например, на главном шасси, чтобы контролировать скорость самолета, вызывая замедление. Эти приводы позволяют также тормозить самолет на взлетно-посадочных полосах с негативным наклоном или в случае ветра строго в хвост. При этом приводы отдают электрическую энергию замедления или торможения в сеть, где эта энергия должна быть рассеяна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Когда знаки крутящего момента и скорости приводов идентичны (произведение между двумя параметрами имеет положительный знак), электрическое устройство подает энергию на приводы от электрического генератора: устройство работает в двигательном номинальном режиме. Электрический генератор приводится в действие от тепловой машины, как правило, вспомогательной силовой установки ВСУ (в английском сокращении APU, «auxiliary power unit»).
Когда знаки крутящего момента и скорости приводов противоположные (произведение между двумя параметрами имеет отрицательный знак), приводы называют «вспомогательными», и команда тормозит нагрузку, убирая энергию от приводов. Устройство и приводы работают в этом случае в режиме генератора «регенерированной» таким образом энергии.
В случае вспомогательных усилий, регенерированную энергию необходимо рассеять на уровне приводов, иначе быстрое повышение напряжения в электрической сети может привести к возникновению пробивного напряжения.
Обычные способы рассеяния энергии базируются на резисторах, что позволяет «сжечь» энергию. Традиционно эту энергию рассеивают, таким образом, за счет эффекта Джоуля в керамических резисторах посредством прерывателя или «chopper».
Эти способы решения трудны для оптимизации, так как необходимо хорошо знать энергию, которая должна быть рассеяна, чтобы преобразовать всю регенерированную энергию. Кроме того, в системе большой мощности этого типа для рассеяния энергии требуется значительный объем керамики и дополнительный мощный преобразователь исключительно для осуществления этой функции торможения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение имеет целью устранить недостатки, связанные с резисторами для рассеяния энергии. Для этого изобретение предлагает передавать энергию на электрический генератор устройства для преобразования этой энергии в механическую энергию.
Более конкретно, предметом предлагаемого изобретения является способ обработки регенерированной энергии реверсивными электрическими приводами летательного аппарата. В номинальном режиме приводимый тепловой машиной генератор подает мощность на приводы, работающие в двигательном режиме через многоканальный контур-преобразователь напряжения. На фазе торможения, по меньшей мере, одного привода регенерация электрической энергии осуществляется приводом/приводами, работающими в этом случае в режиме генератора электрической энергии через соответствующий канал/каналы контура. Регенерированная энергия передается на генератор в двигательном режиме за счет обратной передачи энергии, по меньшей мере, от одного канала привода/приводов. Преобразованная таким образом энергия передается в форме механической энергии на тепловую машину через генератор, управляемый в двигательном режиме.
Обратная передача энергии осуществляется по предназначенному для этого соединению, по меньшей мере, между одним каналом оставшегося(ихся) привода/приводов в двигательном режиме и электрическим генератором. В альтернативном варианте, она может передаваться непосредственно по контуру-преобразователю напряжения, представляющего полное реверсирование подачи энергии, по меньшей мере, по одному из многочисленных каналов.
Предпочтительным образом, контур-преобразователь может быть предназначен для функции руления самолета по земле или для функции запуска тепловой машины. Кроме того, произведенная генератором в двигательном режиме механическая энергия может подаваться на тепловую машину и/или на оборудование летательного аппарата (насос, генератор переменного тока и т.д.), выполненное с возможностью работы через средства механической адаптации передачи мощности (редукторы, контрприводы и т.д.).
Изобретение относится также к устройству, выполненному с возможностью осуществления такого способа. Это устройство включает в себя реверсивный электрический генератор, приводимый в действие тепловой машиной и выполненный с возможностью выдачи переменного напряжения, электрические приводы, выполненные с возможностью подачи механической мощности на летательный аппарат, и контур-преобразователь напряжения с множеством соединений, включающий в себя выпрямительные устройства переменного напряжения, выполненные с возможностью преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение. Преобразователи мощности установлены на упомянутых соединениях, они питаются постоянным напряжением, выдаваемым выпрямительными устройствами, и выполнены с возможностью управления столькими же электрическими приводами. Средства подключения, монтируемые как отводы, по меньшей мере, на одном соединении, по меньшей мере, одного преобразователя мощности, выполнены с возможностью управления генератором через шину для создания средств обратной передачи энергии от этого преобразователя/этих преобразователей передачи мощности, шину постоянного напряжения и другие преобразователи - не ответвления, - которые являются поставщиками энергии. Контур-преобразователь также содержит средства обратной передачи электрической энергии, применяемой для генератора, работающего в двигательном режиме.
Выпрямительные устройства могут состоять, по меньшей мере, из одного выпрямителя и одного преобразователя.
В альтернативном варианте, средства обратной передачи энергии могут состоять непосредственно из контура-преобразователя напряжения, по меньшей мере, от одного из нескольких каналов, при этом выпрямительные устройства и преобразователи являются реверсивными. Выпрямительные устройства могут состоять в таком случае из реверсивного преобразователя.
Электрическая энергия может подаваться при этом приводами в режиме генератора или от источника постоянного напряжения для питания тепловой машины в режиме запуска через электрический генератор.
Согласно отдельным способам осуществления:
- источник является источником низкого напряжения, подключенным к средствам отвода посредством дросселя дополнительного питания, при этом он может состоять из батареи или источника трехфазного напряжения, передаваемого посредством сетевой розетки и преобразованного выпрямителем в напряжение постоянного тока;
- выпрямительные устройства выбирают из числа, по меньшей мере, одного выпрямителя и одного реверсивного преобразователя, и они подключены к шине постоянного напряжения для питания приводов через преобразователи;
- преобразователи выбирают из числа инверторов и Н-образных мостов;
- средства подключения выбирают из числа контакторов, коммутаторов и электронных триггеров;
- тепловая машина является вспомогательной силовой установкой или эквивалентом, предназначенным для запуска основных двигателей летательного аппарата и замены этих двигателей в случае отказа.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут выявлены из нижеследующего неограничительного описания, касающегося отдельных вариантов осуществления изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых соответственно показаны:
фиг.1 - устройство, предназначенное для обработки регенерированной энергии согласно изобретению, включающее в себя шину, предназначенную для обратной передачи энергии;
фиг.2 - устройство по фиг.1 в случае использования в режиме запуска ВСУ от источника напряжения, состоящего из батареи; и
фиг.3 - альтернативное устройство, включающее в себя реверсивный преобразователь для обратной передачи энергии.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Показанное на фиг.1 устройство А1 для обработки регенерированной энергии, подаваемой четырьмя электрическими двигателями 10а-10d, используемыми как приводы в функции руления, содержит:
- электрический генератор 1, приводимый в действие от ВСУ 2 как дополнительного источника тепла, который выдает трехфазное переменное напряжение (обозначено ///);
- пассивный диодный выпрямитель 3, установленный на выходе генератора 1 на соединении L1 для преобразования этого трехфазного напряжения в постоянное напряжение DC, которое передается на вход шины 4;
- шину 4 напряжения DC (начальные буквы «direct current», т.е. постоянный ток в английской терминологии) для питания каждого из четырех двигателей 10а-10d в номинальном режиме через соответствующий инвертор 5а-5d, причем эти инверторы представляют собой реверсивные преобразователи мощности для управления по трехфазному напряжению соответствующего двигателя на электрическом соединении La-Ld;
M
R
- комплект двойных контакторов 6а-6d, расположенных в каждом из этих соединений La-Ld между инвертором и соответствующим двигателем, что позволяет обеспечить конфигурацию каждого соединения в зависимости от двух режимов функционирования двигателей 10а-10d: двигательный режим (стрелка F), соответствующий номинальному режиму для функции руления, и режим генератора (стрелка F), соответствующий режиму регенерированной энергии;
- шину 7, предназначенную для осуществления, в режиме генератора, электрических переключений на генератор 1 через контакторы 6а-6d.
R
В регенерированном режиме, по меньшей мере, один инвертор, два инвертора 5с и 5d в приведенном примере, используют для обеспечения торможения и возврата энергии (стрелка F) на шину напряжения DC 4 посредством соответствующих инверторов 5с и 5d.
Эта рекуперированная на уровне шины напряжения DC 4 энергия отдается затем на электрический генератор 1, используя оставшийся инвертор или инверторы, в приведенном примере два инвертора 5а и 5b, и предназначенную для этого шину 7. Затем эти оставшиеся инверторы отключают от соответствующих им двигателей 10а и 10b при помощи контакторов 6а и 6b в конфигурации регенерированного режима. Генератор 1 также отключают от выпрямителя 3 и подсоединяют к предназначенной для этого шине 7 через контактор 6е. Генератор 1 и оба оставшихся инвертора 5а и 5b соединяют, таким образом, вместе через предназначенную для этого шину 7.
Оставшиеся инверторы управляют затем электрическим генератором 1 в двигательном режиме и преобразуют электрическую энергию в механическую энергию на уровне ВСУ 2. Предпочтительно, энергию возвращают, таким образом, без добавления дополнительного преобразователя. Как правило, на ВСУ может подаваться мощность примерно 40 кВт.
Конфигурация устройства А1 с фиг.1 в регенерированном режиме может быть использована также в режиме запуска ВСУ 2, как показано на фиг.2.
Запуск ВСУ осуществляют с использованием генератора 1 в качестве стартера («starter» в английской терминологии), то есть в «двигательном» режиме, путем подачи ему энергии. В действительности, запуск генератора, такого как генератор 1, возможен подачей низкого постоянного напряжения.
С этой целью, выходы, по меньшей мере, одного инвертора, двух инверторов 5с и 5d в приведенном примере, подключают предпочтительно к соединениям Le и Ld - между инвертором и соответствующим контактором - посредством дросселей дополнительного питания 8с и 8d (известных также в английской терминологии как «selfs of boost») к источнику низкого постоянного напряжения, здесь к батарее 9.
B
S
Эти инверторы 5с и 5d обеспечивают при этом в режиме дополнительного питания повышение низкого постоянного напряжения батареи 9 до уровня постоянного рабочего напряжения шины DC 4 напряжения (стрелки F). Оставшиеся инверторы 5а и 5b обеспечивают при этом (стрелки F) работу генератора в режиме стартера на основе полученного таким образом напряжения через предназначенную для этого шину 7, аналогично работе в регенерированном режиме с фиг.1.
Оба инвертора 5с и 5d отключают, разумеется, от соответствующих двигателей 10с и 10d при помощи контакторов 6с и 6d и подключают при помощи этих же контакторов к батарее 9 низкого постоянного напряжения через дроссели дополнительного питания 8с и 8d. Батарея является батареей на 28 В, которой укомплектован самолет. В альтернативном варианте, напряжение может поступать из сетевой розетки площадки, связанной с электросетью 3×1 15 В с преобразованием в 28 В.
Альтернативное устройство А2 представлено здесь ссылкой на фиг.3. Это устройство А2 содержит реверсивный преобразователь 11 - здесь инвертор - вместо пассивного выпрямителя 3, что позволяет в этом случае отказаться от контакторов и шины 7.
D
Таким образом, реверсивный преобразователь 11 обеспечивает прохождение энергии от генератора 1 на электрические двигатели 10а-10d в номинальном режиме. Этот преобразователь 11 обеспечивает также возврат энергии и функционирование в двигательном режиме генератора 1 на фазе регенерации энергии (двойная стрелка F). Обеспечивается также запуск ВСУ 2 с использованием контакторов, дросселей дополнительного питания и источника постоянного напряжения с фиг.2.
Изобретение не ограничивается описанными и представленными примерами. Могут быть использованы, например, любой тип переключающего контактора (переключатель, селектор, триггер и т.д.) или активных компонентов мощности (IGBT, MOS, диод, тиристоры и пр.), преобразователя (инвертор, Н-образный мост и т.д.) и выпрямителя (диоды, тиристоры и т.д.), подключенного к фильтру. Кроме того, вместо описанных выше шин DC и шин может быть использована любая подходящая электрическая распределительная система.