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FR2966657A1 - Systeme de commande d'alimentation electrique - Google Patents

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Abstract

Système de commande d'alimentation électrique (10) conçu pour fournir de l'électricité à une charge (20) par l'intermédiaire d'un circuit (11). Le système de commande d'alimentation électrique (10) comprend un dispositif de commutation (30) disposé sur un trajet électrique (31) pour fournir du courant à une charge (20). Une unité de commande (50) est conçue pour ouvrir le dispositif de commutation (30) lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation (30) dépasse une valeur prédéterminée. Un trajet électrique (60) est aménagé parallèlement à la charge (20) pour permettre à un courant de charge de continuer à passer par le trajet électrique parallèle (60) et la charge (20) lorsque le dispositif de commutation (30) est ouvert, afin de dissiper l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit reliant à la charge (20) le trajet électrique parallèle (60). Le trajet électrique parallèle (60) permet que du courant continue à être fourni à la charge (20) même pendant un scénario de courant de défaut transitoire tel que la foudre lorsque le dispositif de commutation est ouvert. Par conséquent, pendant un scénario de courant de défaut transitoire, le dispositif de commutation (30) est ouvert pour empêcher le passage d'une surintensité dans celui-ci tandis que le courant de charge ne sera pas interrompu du fait de la dissipation de l'énergie inductive sur le trajet électrique parallèle (60) et la charge (20).

Description

B11-4819FR 1 Système de commande d'alimentation électrique La présente invention concerne un système d'alimentation électrique, en particulier un système de commande d'alimentation électrique protégé, par exemple, contre la foudre ou des courants de défaut. Un système de commande d'alimentation électrique comprend traditionnellement un dispositif de commutation tel qu'un commutateur électromécanique afin d'interrompre l'alimentation électrique d'une charge en cas de foudre ou de courant de défaut. Cependant, pour essayer d'obtenir des délais de réaction plus courts et de réduire l'encombrement et le coût des dispositifs de commutation, des dispositifs à fonctionnement plus rapide sont actuellement utilisés, par exemple des micro-commutateurs électromécaniques (MEMS) et des transistors tels que des TECMOS. Bien que ces dispositifs aient un fonctionnement plus rapide, leurs dimensions sont proportionnelles au courant de défaut qu'ils peuvent supporter. Comme ils ont généralement une masse thermique relativement faible, ils ne peuvent supporter qu'un courant de défaut limité. Dans des applications en aéronautique, notamment dans un aéronef, il importe qu'un courant de défaut ou la foudre n'interrompe pas la fourniture de courant à une charge donnée qui peut être vitale pour l'aéronef, comme par exemple les commandes et les instruments présents dans le poste de pilotage, le train d'atterrissage, les commandes de moteurs, les systèmes de climatisation, etc. Par ailleurs, la distribution de l'électricité dans l'industrie aéronautique s'oriente vers des architectures à tension de plus en plus haute, si bien que les considérations de courant de défaut et d'environnement telles que la foudre deviennent de plus en plus critiques. Traditionnellement, le système de distribution d'électricité est surdimensionné, par exemple le commutateur à transistor étant beaucoup plus grand pour pouvoir absorber des phénomènes tels que la foudre et les courants de défaut sans interrompre la charge pendant de tels phénomènes transitoires. Cependant, le surdimensionnement du système de distribution d'électricité et des commutateurs accroît le coût, l'encombrement et le poids, ce qui réduit le rayon d'action des aéronefs et accroît leur consommation de carburant. Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un système de commande d'alimentation électrique conçu pour alimenter électriquement une charge par l'intermédiaire d'un circuit, le système comprenant : un dispositif de commutation installé sur un trajet électrique pour fournir du courant à la charge ; une unité de commande conçue pour ouvrir le dispositif de commutation lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation dépasse un niveau prédéterminé ; et un trajet électrique parallèle à la charge pour permettre au courant de charge de continuer à passer par le trajet électrique parallèle à la charge lorsque le dispositif de commutation est ouvert afin de dissiper l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit reliant le trajet électrique parallèle à la charge. Durant un scénario de courant de défaut transitoire, par exemple la foudre lorsque le courant dans le dispositif de commutation dépasse une intensité prédéterminée, par exemple dix fois l'intensité prévue, une instruction sera émise par l'unité de commande pour ouvrir le dispositif de commutation. Pendant ce temps, le courant de charge continuera à passer sur le trajet électrique parallèle à la charge, en dissipant l'énergie inductive emmagasinée dans les câblages du circuit reliant le système de distribution et la charge. Par conséquent, le courant de charge ne sera pas interrompu, ce qui est très important en aéronautique, par exemple pour des systèmes dont le fonctionnement est indispensable dans un aéronef en vol. De préférence, le trajet électrique comprend une diode pour assurer que l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit continue à circuler dans le bon sens dans le circuit. De préférence, l'unité de commande est conçue pour refermer le commutateur après un laps de temps prédéterminé pendant lequel un événement transitoire tel que de la foudre a vraisemblablement pris fin ou un courant de défaut est susceptible d'avoir disparu, si bien qu'une charge peut continuer à être alimentée par un système de distribution d'électricité. Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé pour faire fonctionner une unité de commande d'alimentation électrique conçue pour fournir de l'électricité à une charge par l'intermédiaire d'un circuit, le procédé comprenant : l'ouverture d'un dispositif de commutation sur un trajet électrique pour fournir un courant à la charge, lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation dépasse une valeur prédéterminée afin que le courant de charge continue à passer par la charge et un trajet électrique parallèle à la charge pour dissiper l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit comprenant et reliant le trajet électrique parallèle à la charge. Le dispositif de commutation est de préférence fermé après un laps de temps prédéterminé de façon que la charge puisse à nouveau recevoir du courant d'une source et, si l'intensité ou la tension de source dépasse encore le niveau prédéterminé, le dispositif de commutation est réouvert, autrement il reste fermé jusqu'à ce qu'une intensité ou une tension dépassant la valeur prédéterminée soit à nouveau détectée.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une unité de commande d'alimentation électrique avec une charge illustrant un exemple de la présente invention ; - la figure 2 est un graphique illustrant la tension dans un dispositif de commutation et l'intensité sur un trajet électrique parallèle à la charge pendant l'ouverture et la fermeture du dispositif de commutation ; - la figure 3 représente un schéma de principe illustrant un procédé selon une forme de réalisation de la présente invention ; et - la figure 4 représente un exemple plus détaillé d'une unité de commande d'alimentation électrique illustrant la présente invention.
La figure 1 représente un système de commande d'alimentation électrique 10 conçu pour fournir de l'électricité à une charge 20. Le système de commande d'alimentation électrique comprend un circuit 11 comportant un dispositif de commutation 30 installé sur un trajet électrique 31 pour fournir du courant à la charge 20. Le trajet électrique 31 comprend une source d'électricité 40 connectée au dispositif de commutation 30 qui est lui-même connecté à la charge 20. Concrètement, le trajet électrique 31 peut généralement comporter des câbles électriques ou analogues d'une longueur pouvant être de quelques métres à quelques dizaines de métres, selon l'aéronef, et pouvant par nature assurer une certaine valeur d'inductance indiquée sur la figure 1 par des symboles numérotés 32. L'unité de commande 50 est conçue pour ouvrir le dispositif de commutation 30 lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation 30 dépasse une valeur prédéterminée. L'unité de commande 50 est de préférence connectée au trajet électrique 31 afin de détecter le courant passant dans celui-ci ou la tension dans le dispositif de commutation 30. L'unité de commande 50 peut comprendre un moyen de commande approprié tel qu'un microprocesseur pour ouvrir le dispositif de commutation 30 lorsque l'intensité ou la tension détectée dépasse la valeur prédéterminée. Le dispositif de commutation 30 peut être n'importe quel dispositif approprié tel qu'un transistor, par exemple un TECMOS, un MEMS ou un commutateur électromécanique.
Un trajet électrique 60 est présent parallèlement à la charge 20. Lorsque l'unité de commande 50 ouvre le dispositif de commutation 30, déconnectant la source 40 de la charge 20, un courant peut continuer à passer sur le trajet électrique parallèle 60 et par la charge 20, comme indiqué par la flèche 61, afin de dissiper l'énergie inductive 32 emmagasinée dans le circuit reliant à la charge 20 le trajet électrique parallèle 60. Normalement, le circuit sera constitué de câbles ou analogues. Le trajet électrique 60 peut comprendre une diode 62 afin d'assurer que le courant continue à passer par la charge 20 dans le même sens que lorsque le commutateur 30 était fermé. De préférence, l'unité de commande 50 est conçue pour refermer le dispositif de commutation 30 après un laps de temps prédéterminé. Ce laps de temps prédéterminé dépendra de la valeur de l'inductance dans le circuit reliant à la charge 20 le trajet électrique parallèle 60, ainsi que de la durée vraisemblable d'un événement transitoire tel que la foudre ou le temps nécessaire à la disparition automatique d'un courant de défaut. Ce laps de temps prédéterminé peut, par exemple, être de quelques microsecondes, quelques dizaines de microsecondes ou plus selon la valeur d'inductance dans le système, laquelle peut être parasite ou peut comporter l'effet de composants supplémentaires. L'inductance dans le circuit reliant à la charge 20 de trajet électrique parallèle 60 peut être appropriée pour laisser suffisamment de temps pour le maintien d'un courant, comme indiqué par la flèche 61, afin que le phénomène transitoire ait sensiblement disparu au moment où se referme le commutateur 30. Cependant, si nécessaire, des inductances supplémentaires peuvent être prévues entre la charge 20 et le trajet parallèle 60. Au terme de ce laps de temps prédéterminé, l'unité de commande 50 ferme le dispositif de commutation 30 de façon que de l'électricité puisse à nouveau être fournie par la source 40. Cela rafraîchira l'inductance dans les circuits reliant la charge 20 au trajet électrique parallèle 60. Cependant, si l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation 30 continue à dépasser la valeur prédéterminée, l'unité de commande 50 rouvre le dispositif de commutation de façon que l'énergie inductive 32 présente dans les circuits ou les câblages reliant le trajet électrique parallèle 60 et la charge 20 soit à nouveau dissipée. L'unité de commande peut continuer à fermer et ouvrir le dispositif de commutation 30 jusqu'à ce que le phénomène transitoire se soit terminé ou que le courant de défaut ait disparu. L'exemple illustré sur la figure 1 permet qu'un courant continue à être fourni à une charge 20 même en cas de phénomène transitoire tel que la foudre ou un courant de défaut. Cela revêt une importance particulière s'il est souhaitable de continuer à alimenter une charge même dans un tel cas de foudre ou de courant de défaut transitoire, par exemple dans des organes essentiels d'un aéronef tels que le poste de pilotage et les commandes de moteurs. On y parvient sans avoir besoin de composants de commutation trop sophistiqués comme dans la technique antérieure, ce qui réduit les coûts et le poids La figure 2 représente l'intensité Is dans le dispositif de commutation 30 et la tension Vs dans le dispositif de commutation 30 pendant la fermeture et l'ouverture du dispositif de commutation 30. Comme on peut le voir d'après la figure 2, lorsque le dispositif de commutation 30 est fermé, il y a une intensité Is dans celui-ci et aucune tension Vs dans celui-ci. Cependant, lorsqu'un courant de défaut est détecté avec une tension ou une intensité supérieure à une valeur prédéterminée, le dispositif de commutation 30 s'ouvre de façon qu'il n'y ait plus d'intensité Is dans le dispositif de commutation 30 et qu'une tension Vs soit alors fournie dans celui-ci. Un courant passe alors dans le trajet électrique parallèle 60. Au terme d'un laps de temps prédéterminé, pendant lequel le phénomène transitoire aura considérablement régressé, l'unité de commande 50 referme le dispositif de commutation, ce qui rétablit l'intensité Is dans le dispositif de commutation 30 et interrompt le passage de courant sur le trajet électrique parallèle 60. Si on constate que la tension ou l'intensité dans le dispositif de commutation 30 continue à dépasser la valeur prédéterminée, le commutateur 30 s'ouvre pendant une seconde durée. Si nécessaire, le dispositif de commutation 30 peut être ouvert et fermé de façon répétée jusqu'à la disparition de l'état anormal. Chaque fermeture du dispositif de commutation 30 rafraîchit l'inductance 32 dans le circuit, par exemple sous forme de câbles, reliant la charge 20 au trajet électrique parallèle 60.
La figure 3 est un organigramme illustrant un procédé pour faire fonctionner un système de commande d'alimentation électrique selon une forme de réalisation de la présente invention. Lors de l'étape 100, l'unité de commande 50 détecte s'il y a un état de surintensité ou de surtension. Si une surintensité ou une surtension est détectée, lors de l'étape 200 le dispositif de commutation 30 s'ouvre en interrompant le passage de courant depuis l'alternateur ou la source 40. Pendant que le dispositif de commutation 30 est ouvert, du courant continue à passer par la charge 20 du fait de l'inductance du circuit 31 et du trajet électrique parallèle 60. Lors de l'étape 300, l'unité de commande ferme le dispositif de commutation 30 au terme d'un laps de temps prédéterminé après lequel le phénomène transitoire est susceptible de s'être considérablement affaibli. Après la fermeture du dispositif de commutation 30, l'unité de commande 50 revient à l'étape 100 au cours de laquelle elle détermine s'il y a un état de surintensité ou de surtension dans le dispositif de commutation 30. Si le phénomène transitoire s'est suffisamment atténué pour que l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation 30 soit inférieure aux valeurs prédéterminées, le dispositif de commutation 30 reste fermé. Cependant, si l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation 30 reste supérieure à la valeur prédéterminée, la suite d'étapes 200, 300 illustrée sur la figure 3 est répétée. La figure 4 représente un exemple plus détaillé d'un système de commande d'alimentation électrique illustrant la présente invention. Comme on peut le voir d'après la figure 4, un grand nombre des composants sont équivalents à ceux représentés sur la figure 1 et sont désignés par les mêmes repères. Le système de commande d'alimentation électrique illustré sur la figure 4 représente une architecture possible pour un système de distribution de courant continu de ± 270 V. Dans cet exemple, les dispositifs de commutation 30 sont des TEC-MOS, mais on peut utiliser d'autres dispositifs de commutation tels que des MEMS ou des TBGI. Pendant un scénario de courant de défaut transitoire tel que la foudre, lorsque l'intensité dans les TEC-MOS 30 dépasse une valeur prédéterminée (par exemple, dix fois l'intensité de protection voulue), le blocage des TEC-MOS 30 est demandé par l'unité de commande 50. Durant ce temps, le courant de la charge continue à passer par les diodes de commutation 62 dissipant l'énergie inductive stockée dans les câbles et les éventuels éléments inductifs 32 connectant le système à la charge 20. Le déblocage des dispositifs de commutation 30 sera demandé par l'unité de commande 50 un bref instant plus tard, le phénomène transitoire s'étant alors considérablement atténué. Cela a pour effet net que le courant de la charge n'a pas été interrompu pendant le phénomène transitoire et que les TEC-MOS n'ont pas subi la totalité de l'énergie transitoire. La présente invention donne la possibilité d'une limitation d'intensité par voie numérique à des fins de distribution d'électricité, en supprimant la nécessité d'une trop grande sophistication des composants de commutation, ce qui permet des économies de coûts et de poids.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Système de commande d'alimentation électrique (10) conçu pour fournir de l'électricité à une charge (20) par l'intermédiaire d'un circuit (11), le système (10) comprenant : un dispositif de commutation (30) disposé sur un trajet électrique (31) pour fournir du courant à la charge (20) ; une unité de commande (50) conçue pour ouvrir le dispositif de commutation (30) lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation (30) dépasse une valeur prédéterminée ; et un trajet électrique (60) disposé parallèlement à la charge (20) pour permettre à un courant de charge de continuer à passer par le trajet électrique parallèle (60) et la charge (20) lorsque le dispositif de commutation (30) est ouvert, afin de dissiper l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit reliant à la charge (20) le trajet électrique parallèle (60).
  2. 2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le trajet électrique parallèle est conçu de façon que l'énergie inductive (32) emmagasinée dans le circuit continue à circuler dans le même sens que lorsque le dispositif de commutation (30) était fermé.
  3. 3. Système (10) selon la revendication 2, dans lequel le trajet électrique parallèle (60) comprend une diode (62) pour assurer que l'énergie inductive (32) emmagasinée dans le circuit continue à circuler dans le même sens que lorsque le dispositif de commutation (30) était fermé.
  4. 4. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (50) est conçue pour fermer le dispositif de commutation (30) au terme d'un laps de temps prédéterminé.
  5. 5. Système (10) selon la revendication 4, dans lequel l'unité de commande (50) est conçue pour rouvrir le dispositif de commutation (30) si l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation (30) continue à dépasser la valeur prédéterminée.
  6. 6. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un élément inductif pour accroître l'inductance entre le trajet électrique parallèle (60) et la charge (20).
  7. 7. Aéronef comprenant un système de commande d'alimentation électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  8. 8. Procédé pour faire fonctionner un système d'alimentation électrique (10) conçu pour fournir de l'électricité à une charge (20) par l'intermédiaire d'un circuit (11), le procédé comprenant : l'ouverture d'un dispositif de commutation (30) sur un trajet électrique (31) pour fournir un courant à la charge (20) lorsqu'une intensité ou une tension dans le dispositif de commutation (30) dépasse une valeur prédéterminée de façon que le courant de charge continue à passer par la charge (20) et un trajet électrique (60) parallèle à la charge (20) afin de dissiper l'énergie inductive emmagasinée dans le circuit comprenant et reliant à la charge (20) le trajet électrique parallèle (60).
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre la fermeture du dispositif de commutation (30) pendant un laps de temps prédéterminé après son ouverture.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre la réouverture du dispositif de commutation (30) si l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation (30) continue à dépasser la valeur prédéterminée.
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre l'ouverture et la fermeture répétées du dispositif de commutation (30) jusqu'à ce que l'intensité ou la tension dans le dispositif de commutation (30) ne dépasse plus la valeur prédéterminée.
  12. 12. Procédé pour faire fonctionner un système de commande d'alimentation électrique (10) d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 8 à 11.
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