ES2861584T3 - Sistema de distribución de energía para red de corriente continua - Google Patents

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Abstract

Una arquitectura eléctrica, preferiblemente adaptada para ser embarcada en una aeronave (11), que comprende: - un sistema de distribución de energía (10); y - una red de Corriente Continua, DC, tal como una antena de radar (6); en donde la red de DC comprende una pluralidad de cargas eléctricas (5), y en donde el sistema de distribución de energía (10) comprende: - una pluralidad de convertidores de AC/DC (3) configurada para suministrar energía eléctrica a la red de DC, y - al menos una fuente de alimentación de Corriente Alterna, AC, (1, 2) configurada para excitar la pluralidad de convertidores de AC/DC (3), caracterizada por que: - el sistema de distribución de energía comprende, además: - un número "n" de convertidores de AC/DC (3), que comprende cada uno un número "(n-1)" de primeras salidas (3.1) y al menos una salida (3.2) adicional, - la red de DC comprende, además: - un número "(n-1)·n" de cargas eléctricas (5), cada una de las "(n-1)" cargas eléctricas (5) que corresponde a un convertidor de AC/DC (3), en donde cada carga eléctrica (5) comprende dos entradas: o una primera entrada (5.1) configurada para ser conectada con una primera salida (3.1) correspondiente del convertidor de AC/DC (3) correspondiente, y o una segunda entrada (5.2) configurada para ser conectada con cualquiera de las salidas (3.2) adicionales de los convertidores de AC/DC (3), en donde el sistema de distribución de energía (10) está configurado para continuar suministrando energía eléctrica a la red de DC en caso de que un convertidor de AC/DC (3) no se excite y por lo tanto no suministre energía eléctrica a sus "(n-1)" cargas eléctricas (5) correspondientes, de manera que la segunda entrada (5.2) de tal carga eléctrica (5) se conecte a cualquier salida (3.2) adicional de otro convertidor de AC/DC (3) excitado, y se desconecte la primera entrada (5.1) de tal carga eléctrica (5).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de distribución de energía para red de corriente continua
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo de distribución de energía, en particular, al campo de reconfiguraciones a prueba de fallos usando arquitectura electrónica en caso de que se detecte un fallo en las fuentes de alimentación. Más específicamente, la invención es de especial aplicación en la industria aeronáutica para alimentar equipos eléctricos tales como motores eléctricos, antenas de radar o cualquier otra red de DC (Corriente Continua) embarcados dentro de las aeronaves.
Antecedentes de la invención
Un Sistema de Alerta y Control Aerotransportado (también conocido como AWACS) es un sistema de poste de antena de radar aerotransportado embarcado en una aeronave y configurado para detectar objetos en las inmediaciones. Tal sistema de antena de radar es un sistema eléctrico adicional, en forma de una red de DC, incorporado normalmente a una arquitectura de aeronave convencional que requiere además un aumento de generación de energía.
El aumento de generación de energía requerido debería ser suficiente como para suministrar energía eléctrica a tal sistema eléctrico adicional, una denominada red de DC, incorporado en la configuración convencional de la aeronave.
En este sentido, la potencia eléctrica que debería proporcionar la aeronave se duplica sustancialmente, hasta unos 400 kW adicionales. Además, la energía se debería suministrar, al menos, como Corriente Continua (DC) de 270 V mientras que la configuración convencional de la red eléctrica de la aeronave es de alrededor de 28 V (DC). Todo esto conduce a una adaptación importante de la arquitectura de aeronave.
En la arquitectura eléctrica de radar común, la antena de radar comprende una pluralidad de cargas eléctricas recopiladas en cuatro módulos de carga discretos, cada uno que se alimenta por una fuente de alimentación de AC autónoma. Estas fuente de alimentación de AC están conectadas de alguna forma a convertidores de AC/DC, es decir, dispositivos electrónicos para convertir la potencia eléctrica de Corriente Alterna (AC) a Corriente Continua (DC) que después alimenta las cargas eléctricas de la antena de radar.
Durante la operación, es decir, en un modo normal, el requisito eléctrico mínimo total de potencia suministrada a las cargas eléctricas es 350 kW. No obstante, con el fallo de cualquiera de las fuentes de alimentación de AC durante la operación, la arquitectura eléctrica de AWACS conmuta a un modo degradado, siendo reducido el requisito eléctrico mínimo total de potencia suministrada a todas las cargas eléctricas hasta 260 kW. Por lo tanto, un conjunto de cargas eléctricas aguas abajo de dichas fuentes de alimentación de AC fallidas se ve afectado no siendo alimentado. Sin embargo, incluso aquellas cargas eléctricas afectadas se deben alimentar de alguna forma para mantener funcionando aún los servicios de equipo de la antena de radar durante la misión.
Además, en este modo degradado, un convertidor de AC/DC no se excita y por lo tanto tampoco sus cargas eléctricas aguas abajo de la antena de radar. No obstante, las soluciones convencionales conocidas en la técnica anterior se basan en proporcionar una energía de AC adicional para suministrar a o alimentar las cargas eléctricas afectadas. Además, esta solución proporciona el sobredimensionamiento de los convertidores de AC/DC poniéndolos en paralelo para redistribuir la energía eléctrica a todas las cargas.
También, dicha provisión de energía de AC adicional puede ser tanto en términos de añadir una nueva fuente de alimentación de AC y/o sobredimensionar las actuales lo que requeriría proporcionar más de 166 kW de potencia mecánica con el fin de satisfacer las condiciones del modo degradado. Esta cantidad es mucho más alta que la requerida en el modo normal, aumentado de este modo el consumo de combustible y aumentando el peso y volumen de las fuentes de alimentación de AC.
El sobredimensionamiento antes mencionado de los convertidores de AC/DC plantea algunos problemas como, por ejemplo, aumentar el peso y volumen de los convertidores de AC/DC. Además, dado que la antena de radar requiere un nivel de energía sustancialmente alto, la solución de poner en paralelo los convertidores de AC/DC excitados para alimentar las cargas eléctricas afectadas es una solución compleja y arriesgada que puede producir desventajas inesperadas y colaterales debido al alto nivel de potencia manejado por los componentes.
El documento US20100156187A1 describe un sistema para suministrar energía a un sitio que tiene una carga. Este sistema comprende un número n de unidades de fuente de alimentación, siendo el valor de n mayor o igual que 3, y un número t<tmax de grupos de cargas, cada grupo de cargas que tiene un número i de entradas, en donde cada grupo de carga recibe energía desde i unidades de fuente de alimentación, de manera que cada grupo de cargas está conectado a una única combinación de i unidades de fuente de alimentación.
El documento US20080100136A1 describe un sistema y un método de suministro de energía, a bordo de una aeronave. El sistema de suministro de energía de una aeronave comprende varios generadores que alimentan con AC de 230 voltios varios núcleos eléctricos distintos, en donde las diversas cargas del avión están conectadas a cada uno de estos núcleos.
El documento EP0150853A2 describe un dispositivo para alimentar N módulos de usuario Un que comprenden N fuentes de alimentación Sn, la energía que se proporcionada simultáneamente al módulo de usuario Un por las fuentes de alimentación Sn y Sn-1, lo que hace posible, a través de la asistencia mutua entre las diversas fuentes de alimentación, resolver los problemas de sobrecarga de módulo de usuario o de fallo de fuente de alimentación. La aplicación en particular a la alimentación de equipos de conmutación telefónica.
El documento US20050177756A1 describe un sistema de distribución de energía que incluye una pluralidad de cargas y una pluralidad de fuentes de alimentación. El sistema de distribución de energía también incluye una disposición de interconexión que incluye una pluralidad de interconexiones que conecta cada carga a un número dado de diferentes de las fuentes de modo que cada carga se alimente completamente a pesar del fallo de cualquiera de las fuentes.
El documento EP0685917A1 describe cada elemento de carga conectado en paralelo a los alimentadores dedicados a él en todas las fuentes de alimentación (A1-An1). La redundancia permite la operación con una fuente no disponible.
El documento US20130293012A1 describe un sistema y métodos para convertir potencia, que se suministra desde una pluralidad de fuentes de suministro de alimentación, en base a módulos de conversión de potencia y unidades de conexión intermedias. Estas últimas pueden conectar selectivamente fuentes de suministro de alimentación y módulos de conversión de potencia, de modo que, cuando uno de los módulos de conversión de potencia tiene un problema, se use otro módulo de conversión de potencia en su lugar para garantizar el suministro de alimentación estable.
Compendio de la invención
La presente invención proporciona una solución para los problemas antes mencionados, mediante una arquitectura eléctrica que comprende un sistema de distribución de energía y una red de DC, tal como una antena de radar, según la reivindicación 1, un método para continuar suministrando energía eléctrica según la reivindicación 11 y una aeronave según la reivindicación 12.
En las reivindicaciones dependientes, se definen las realizaciones preferidas de la invención.
En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona una arquitectura eléctrica, que está embarcada preferiblemente en una aeronave (11), que comprende:
- un sistema de distribución de energía; y
- una red de Corriente Continua (DC), tal como una antena de radar;
en donde la red de DC comprende una pluralidad de cargas eléctricas y en donde el sistema de distribución de energía comprende:
■ una pluralidad de convertidores de AC/DC para suministrar energía eléctrica a la red de DC, y
■ al menos una fuente de alimentación de Corriente Alterna para excitar los convertidores de AC/DC, caracterizada por que:
- el sistema de distribución de energía comprende, además:
■ un número “n” de convertidores de AC/DC, que comprende cada uno un número “(n-1)” de primeras salidas y al menos una salida adicional,
- la red de DC comprende, además:
■ un número “(n-1)n” de cargas eléctricas, cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas que corresponde a un convertidor de AC/DC, en donde cada carga eléctrica comprende dos entradas:
o una primera entrada configurada para ser conectada con una primera salida correspondiente del convertidor de AC/DC correspondiente, y
o una segunda entrada configurada para ser conectada con cualquiera de las salidas adicionales de los convertidores de AC/DC,
en donde el sistema de distribución de energía está configurado para continuar suministrando energía eléctrica a la red de DC en caso de que un convertidor de AC/DC no se excite y por lo tanto que no suministre energía eléctrica a sus “(n-1)” cargas eléctricas correspondientes, de manera que la segunda entrada de tales cargas eléctricas se conecte a cualquier salida adicional de otro convertidor de AC/DC excitado y la primera entrada de tal carga eléctrica se desconecte.
A lo largo de todo este documento, una red de DC según la invención también puede ser un sistema anticontaminación, motores eléctricos, una medición del sistema eléctrico (ESM) o similar.
A lo largo de todo este documento, “n” se entenderá como un número entero, es decir, un número sin un componente fraccional.
Según la invención, se configura un número “(n-1)” de cargas eléctricas para ser alimentadas con energía eléctrica de DC por un único convertidor de AC/DC. En otras palabras, la disposición de la arquitectura electrónica no se pretende que conecte la primera entrada de cada “(n-1)” cargas eléctricas con una de las “(n-1)” salidas del convertidor de AC/DC correspondiente en el modo normal y, por lo tanto, la correspondencia de un número “(n-1)” de cargas eléctricas es a un convertidor de AC/DC.
Ventajosamente, este sistema de distribución de energía evita poner en paralelo los convertidores de AC/DC que es una solución compleja y arriesgada al nivel de potencia requerida por la red de DC. Por ejemplo, para una antena de radar el nivel de potencia requerido está normalmente dentro del intervalo de 260-350 kW.
Según la invención, el sistema de distribución de energía se configura para continuar suministrando energía eléctrica a la red de DC en caso de que un convertidor de AC/DC no se excite. Este escenario se conoce como modo degradado, que se produce con el fallo de cualquiera de las fuentes de alimentación de AC aguas arriba que alimentan dicho convertidor de AC/DC.
En este sentido, el sistema de distribución de energía según la invención proporciona redistribución de energía entre las cargas eléctricas en un modo degradado. Esta redistribución de energía se logra por un apoyo de energía de los convertidores de AC/DC excitados a las cargas correspondientes del convertidor de AC/DC no excitado. Por lo tanto, la energía adicional necesitada para compensar el convertidor de AC/DC no excitado se distribuye por los convertidores de AC/DC excitados manejando por lo tanto menos energía cada uno y evitando sobredimensionar sus fuentes de alimentación de AC aguas arriba.
En una realización preferida, la red de DC es una antena de radar. Más preferiblemente, la red de DC es un Sistema de Alerta y Control Aerotransportado, es decir, un sistema de poste de antena de radar aerotransportado instalado en una aeronave y configurado para detectar objetos en las inmediaciones.
En una realización preferida, los convertidores de AC/DC son Unidades de Rectificador de Transformador de Alta Tensión (las denominadas HV-TRU). Las Unidades de Rectificador de Transformador de Alta Tensión comprenden múltiples salidas, lo que permite proporcionar energía a las cargas eléctricas de un convertidor de AC/DC no excitado.
En una realización particular, la al menos una fuente de alimentación de AC son dos motores alternativos, preferiblemente dos motores de diesel, que excitan cada uno de dos generadores de 115 VAC o 230 VAC que se configuran para excitar además cada uno un convertidor de AC/DC.
En esta realización, las fuentes de alimentación de AC fallidas en el modo degradado pueden ser o bien cualquiera de los motores alternativos o bien cualquiera de los cuatro generadores que alimentan cada uno un convertidor de AC/DC.
Preferiblemente, los generadores de 115 VAC o 230 VAC están directamente conectados a la caja cambios de los motores alternativos y por lo tanto operan a una frecuencia variable proporcional a la velocidad del motor. Ventajosamente, 115 VAC o 230 VAC son dos niveles de tensión estándar usados normalmente en la arquitectura eléctrica de aeronaves.
En una realización particular, la al menos una fuente de alimentación de AC son cuatro motores alternativos, preferiblemente cuatro motores diesel, que excitan cada uno un generador de 115 VAC o 230 VAC que se configura para excitar además cada uno un convertidor de AC/DC.
En una realización preferida, el número “n” de convertidores de AC/DC es cuatro. Por lo tanto, el sistema comprende cuatro convertidores de AC/DC y tres cargas eléctricas conectadas a cada uno de los mismos.
En una realización preferida, el sistema de distribución de energía comprende un número “n” de convertidores de AC/DC, que comprenden cada uno tres salidas adicionales.
En una realización particular, cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas correspondientes a un convertidor de AC/DC está conectada en una matriz.
En una realización particular, cada matriz que conecta las “(n-1)” cargas eléctricas en paralelo se suministra:
■ con 87,5 kW si todos los convertidores de AC/DC (3) están excitados; o
■ con 65 kW si cualquiera de los convertidores de AC/DC (3) no está excitado.
Ventajosamente, esto permite cumplir el requisito eléctrico mínimo total de energía suministrada a las cargas eléctricas. Siendo preferiblemente 350 kW en modo normal y 260 kW en modo degradado.
En una realización particular, las “(n-1)n” cargas eléctricas se configuran para operar a al menos a una Corriente Continua (DC) de 270 V.
En una realización particular, el sistema de distribución de energía comprende además medios de conmutación para conmutar conexiones en caso de que un convertidor de AC/DC no se excite y un controlador electrónico configurado para activar/desactivar los medios de conmutación.
En una realización preferida, los medios de conmutación son contactores, automatismos, disyuntores, relés o similares. Más preferiblemente, los medios de conmutación son contactores.
En una realización particular, la red de DC, tal como una antena de radar, que comprende una pluralidad de cargas eléctricas se aloja en una cúpula impermeable en la parte superior de la aeronave.
En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un método para continuar suministrando energía eléctrica en una arquitectura eléctrica, que está preferiblemente embarcada en una aeronave (11), la arquitectura eléctrica que comprende:
- un sistema de distribución de energía; y
- una red de DC, tal como una antena de radar;
en donde la red de DC comprende una pluralidad de cargas eléctricas y
en donde el sistema de distribución de energía comprende:
■ una pluralidad de convertidores de AC/DC configurados para suministrar energía eléctrica a la red de DC, y
■ al menos una fuente de alimentación de AC configurada para excitar los convertidores de AC/DC, caracterizada por que:
- el sistema de distribución de energía comprende, además:
■ un número “n” de convertidores de AC/DC, que comprende cada uno un número “(n-1)” de primeras salidas y al menos una salida adicional,
- la red de DC comprende, además:
■ un número “(n-1)n” de cargas eléctricas, cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas que corresponde a un convertidor de AC/DC, en donde cada carga eléctrica comprende dos entradas:
o una primera entrada conectada con una primera salida correspondiente del convertidor de AC/DC correspondiente, y
o una segunda entrada configurada para ser conectada con cualquiera de las salidas adicionales de los convertidores de AC/DC,
en donde cuando uno de los convertidores de AC/DC no se excita, el método comprende los pasos de:
a. desconectar las primeras salidas del convertidor de AC/DC no excitado, estando por ello sus “(n-1)” cargas eléctricas correspondientes no excitadas; y
b. conectar la segunda entrada de cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas correspondientes a una salida adicional de otro convertidor de AC/DC excitado.
En un tercer aspecto inventivo, la invención proporciona una aeronave que comprende la arquitectura eléctrica según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo.
Todas las características descritas en esta especificación (incluyendo las reivindicaciones, la descripción y los dibujos) y/o todos los pasos del método descrito se pueden combinar en cualquier combinación, con la excepción de combinaciones de tales características y/o pasos mutuamente excluyentes.
Descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas de la invención se llegarán a ser entendidas claramente en vista de la descripción detallada de la invención que llega a ser evidente a partir de una realización preferida de la invención, dada solo como ejemplo y no estando limitada a la misma, con referencia a los dibujos.
Figuras 1a-1b Estas figuras muestran una red de DC común esquemática en un modo normal.
Figuras 2a-2c Estas figuras muestran una red de DC común esquemática en modos degradados.
Figura 3 Esta figura muestra un sistema de distribución de energía esquemático para una antena de radar según la invención en un modo normal.
Figuras 4a-4b Estas figuras muestran un sistema de distribución de energía esquemático para una antena de radar según la invención en un modo degradado.
Figura 4c Esta figura muestra un sistema de distribución de energía esquemático para una antena de radar según la invención que comprende todas las posibles variantes de conexiones.
Figura 5 Esta figura muestra un diagrama de flujo del método para continuar suministrando energía eléctrica en un sistema de distribución de energía en un modo degradado según la invención.
Figura 6 Esta figura muestra una vista esquemática de una aeronave que comprende un sistema de distribución de energía según la invención.
Descripción detallada de la invención
Arquitectura eléctrica de radar común (red de DC de radar)
En primer lugar, se ha de señalar que con propósitos ilustrativos, solamente se describirá en adelante una arquitectura eléctrica de radar o red de DC de radar. Sin embargo, la red de DC según la invención también puede ser un sistema anticontaminación, motores eléctricos, una medición de sistema eléctrico (ESM) o similar. Por lo tanto la misma arquitectura eléctrica o red de DC descrita en lo sucesivo también se aplicará a los sistemas mencionados, indiscriminadamente.
La figura 1a muestra una arquitectura eléctrica de radar común esquemática, red de DC de radar, en un modo normal. Como ya se ha mencionado, este modo tiene lugar durante la operación de la aeronave, donde todos los componentes están completamente operativos y el requisito eléctrico mínimo total de potencia suministrada es 350 kW.
La arquitectura eléctrica mostrada en esta figura comprende dos motores alternativos (1) para producir energía mecánica, que son preferiblemente Unidades de Potencia Auxiliares (APU) tales como motores de diesel. Entonces, los motores alternativos comprenden cajas de cambios para conectar directamente dos generadores (2) de 115 VAC o 230 VAC a cada uno de los mismos (1) y convierten la energía mecánica en energía eléctrica de Corriente Alterna (AC). Por lo tanto, tanto los motores alternativos (1) como los generadores (2) se entenderán como fuentes de alimentación de AC.
Además, cada generador (2) comprende una Unidad de Control de Generador (GCU) (2.1) para supervisar su canal de generación de AC aguas abajo asociado mediante un mecanismo para conmutar tanto eliminando como restaurando el camino de conducción en un contactor (2.2) o medios de conmutación del circuito.
A lo largo de todo este documento, un contactor se entenderá como un medio de conmutación o un componente eléctrico que puede “crear” o “cortar” un circuito eléctrico, interrumpiendo la corriente (o bien de AC o bien de DC) o desviándola de un conductor a otro. Términos similares pueden ser automatismos, disyuntores, relés o similares. Después de cada contactor (2.2) o medio de conmutación de los generadores (2), hay un bus de AC (2.3) que está conectado tanto con su bus de AC (2.3) emparejado proveniente del mismo motor alternativo (1) como con otro bus de AC (2.3) proveniente del otro motor alternativo (1). Esta conexión entre buses de AC (2.3) es a través de medios de conmutación para ponerlos en paralelo en el caso de un fallo aguas arriba.
Como se puede ver en la figura 1, cada bus de AC (2.3) está conectado a un convertidor de AC/DC (3); por lo tanto, cada bus de AC (2.3) funciona como punto de conexión entre un convertidor de AC/DC (3) y las fuentes de alimentación de AC para excitar el convertidor de AC/DC (3).
Entonces, estos convertidores de AC/DC (3) alimentan una antena de radar (6) que comprende además una pluralidad de cargas eléctricas (5) agrupada en cuatro matrices discretas (4) o buses de DC. Por lo tanto, cada matriz (4) está alimentada por un único convertidor de AC/DC (3) por un contactor de AC/DC (3.3). Además, las matrices (4) o buses de DC comprenden un medio de conmutación (4.1) que conecta las matrices (4) emparejadas, es decir, las provenientes del mismo motor alternativo (1).
La figura 1b muestra una realización particular de la arquitectura eléctrica de radar común esquemática en un modo normal. La arquitectura eléctrica mostrada en esta figura comprende un subsistema de planta de energía, preferiblemente formado por cuatro motores alternativos (1) para producir energía mecánica, que son preferiblemente Unidades de Potencia Auxiliares (APU) tales como motores diesel. Entonces el subsistema de planta de energía se conecta directamente a cuatro generadores (2) de 115 VAC o 230 VAC.
Preferiblemente, cada uno de los cuatro motores alternativos (1) del subsistema de planta de energía comprende cajas de cambios para conectar directamente un generador (2) a cada uno de los mismos. Por lo tanto, tanto los motores alternativos (1) como los generadores (2) se entenderán como fuentes de alimentación de AC.
Una vez se ha explicado la arquitectura eléctrica de radar común en el modo normal, las figuras 2a-2c muestran ejemplos de modos degradados en la arquitectura eléctrica, también conocida como red de DC, de la figura 1a. La figura 2a muestra la configuración de la arquitectura eléctrica si ha fallado un motor alternativo (1). En esta situación, los contactores (2.2) del generador (2) afectados por el motor alternativo (1) fallido se abren con el fin de eliminar el camino de conducción.
Para resolver la continuación del suministro de energía a todas las matrices (4) de la antena de radar (6), los buses de AC (2.3) afectados se conectan en paralelo con sus buses de AC (2.3) no emparejados, es decir, con los buses de AC (2.3) provenientes del motor alternativo (1) operativo.
La figura 2b muestra la configuración de la arquitectura eléctrica si ha fallado un generador (2). En esta situación, el contactor (2.2) del generador (2) fallido se abre con el fin de eliminar su camino de conducción.
Para resolver la continuación del suministro de energía, el bus de AC (2.3) afectado se conecta en paralelo con su bus de AC (2.3) emparejado.
La figura 2c muestra la configuración de la arquitectura eléctrica si ha fallado un convertidor de AC/DC (3). En esta situación, su contactor de convertidor de AC/DC (3.3) se abre con el fin de eliminar su camino de conducción hacia la matriz (4).
Para resolver la continuación del suministro de energía, la matriz (4) afectada se conecta en paralelo con su matriz (4) emparejada.
Con propósitos ilustrativos, solamente se ha mostrados en las figuras un número limitado de referencias. Sin embargo, se puede deducir fácilmente qué referencia corresponde a las características mostradas en las figuras. Sistema de distribución de energía (10) para una antena de radar (6)
La figura 3 muestra un sistema de distribución de energía (10) esquemático para una antena de radar según la invención en un modo normal. Como se puede ver, la figura 3 solamente muestra la arquitectura eléctrica desde los convertidores de AC/DC (3), mientras que la arquitectura anterior, en una realización particular, es la misma que la mostrada en la figura 1a. En otra realización particular, la arquitectura eléctrica de los convertidores de AC/DC (3) es la misma que la mostrada en la figura 1b.
Según la invención, el sistema de distribución de energía (10) para una antena de radar (6) comprende:
■ una pluralidad de convertidores de AC/DC (3) para suministrar energía eléctrica a las cargas eléctricas (5) de la antena de radar (6) recopiladas en matrices (4), y
■ al menos una fuente de alimentación de AC (1, 2) para excitar los convertidores de AC/DC (3) (no mostrada en esta figura).
También, como se puede ver en la figura 3, el sistema de distribución de energía (10) comprende:
■ un número “n” de convertidores de AC/DC (3) siendo en este ejemplo particular “4”, que comprende cada uno un número “(n-1)” de primeras salidas (3.1) y al menos una salida (3.2) adicional, y
■ un número “(n-1)n” de cargas eléctricas (5) siendo en este ejemplo particular “12”, cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas (5) que corresponde a un convertidor de AC/DC (3).
Además, cada carga eléctrica (5) o bus de DC conectado comprende dos entradas:
■ una primera entrada (5.1) conectada con una primera salida (3.1) correspondiente del convertidor de AC/DC (3) correspondiente; y
■ una segunda entrada (5.2) desconectada.
En este modo normal, cada matriz (4) se excita con 87,5 kW y, debido a que el sistema de distribución de energía comprende cuatro matrices (4), 87,5 kW ■ 4 matrices = 350 kW que es el requisito eléctrico mínimo total de potencia suministrada en el modo normal.
Preferiblemente, la conexión entre el convertidor de AC/DC (3) y sus cargas eléctricas (5) correspondientes es a través de un bus de DC que comprende la primera (5.1) y la segunda (5.2) entradas. Entonces, los convertidores de AC/DC (3) que se conectan directamente a sus cargas eléctricas (5) correspondientes o por buses de DC se entenderán como una configuración similar.
A diferencia de la arquitectura eléctrica de radar común, las cargas eléctricas (5) no se pretende que se conecten en paralelo como hace la técnica anterior mediante los medios de conmutación (4.1) entre las matrices emparejadas. Las figuras 4a y 4b muestran diferentes configuraciones de la arquitectura eléctrica en el caso de que haya fallado un convertidor de AC/DC (3), estando el sistema en un modo degradado.
En esta situación, para resolver la continuación del suministro de energía, las dos entradas de las cargas eléctricas (5) correspondientes o afectadas del convertidor de AC/DC (3) fallido se colocan de la siguiente manera:
■ la primera entrada (5.1) desconectada; y
■ una segunda entrada (5.2) conectada con cualquiera de las salidas (3.2) adicionales de los convertidores de AC/DC (3).
Como se puede ver, las cargas eléctricas (5) del convertidor de AC/DC (3) no fallido se alimentan o excitan manteniendo la configuración mostrada en la figura 3, es decir, modo normal. No obstante, dichos convertidores de AC/DC (3) no fallidos usan sus salidas (3.2) para apoyar, en términos de energía eléctrica, cada una, una carga eléctrica (5) particular del convertidor de AC/dC (3) fallido.
En otras palabras, el sistema de distribución de energía se configura para continuar suministrando energía eléctrica a la antena de radar en caso de que un convertidor de AC/DC (3) no se excite y por lo tanto no suministre energía eléctrica a sus cargas eléctricas (5) correspondientes, de manera que la segunda entrada (5.2) de tal carga eléctrica (5) se conecte a cualquier salida (3.2) adicional de otro convertidor de AC/DC (3), estando desconectada la primera entrada (5.1).
En este modo degradado, cada matriz (4) se excita con 65 kW debido a que los convertidores de AC/DC se siguen alimentando con 87,5 kW pero necesitan distribuir entre 4 cargas eléctricas (5) en lugar de solo sus 3 correspondientes. Por lo tanto, 87,5 kW/4 cargas eléctricas “ 21,6 kW y como cada matriz está formada por 3 cargas eléctricas (5), cada matriz (4) se excita con 65 kW. Entonces, 65 kW4 matrices = 260 kW que es el requisito eléctrico mínimo total de potencia suministrada en modo degradado.
La figura 4c muestra esquemáticamente todas las posibles variantes de conexiones de la salida (3.2) adicional de los convertidores de AC/DC (3) a las cargas eléctricas correspondientes de otro convertidor de AC/DC (3). Por lo tanto, cualquier convertidor de AC/DC (3) es capaz de apoyar, alimentar o excitar (entendidos como términos equivalentes) una carga eléctrica (5) correspondiente a otro convertidor de AC/DC (3).
Con propósitos ilustrativos, solamente se ha mostrado en las figuras un número limitado de referencias. Sin embargo, se puede deducir fácilmente qué referencia corresponde a las características mostradas en las figuras. Método para continuar suministrando energía eléctrica
La figura 5 muestra un diagrama de flujo del método para continuar suministrando energía eléctrica en un sistema de distribución de energía (10) según la invención. En resumen, el sistema de distribución de energía (10) tiene una arquitectura de base como la mostrada en la figura 3, y una vez que el sistema conmuta a un modo degradado, el método comprende los siguientes pasos:
i. detectar qué convertidor de AC/DC (3) no está excitado,
ii. desconectar las primeras salidas (3.1) de dicho convertidor de AC/DC (3) no excitado; y
iii. conectar la segunda entrada (5.2) de cada una de sus “(n-1)” cargas eléctricas (5) correspondientes a una salida (3.2) adicional de otro convertidor de AC/DC (3) excitado.
Aeronave que comprende un sistema de distribución de energía
La figura 6 muestra una vista esquemática de una aeronave que comprende un sistema de distribución de energía (10) para una red de DC, tal como una antena de radar (6), según la invención. Como se puede ver, la antena de radar (6) que comprende la pluralidad de cargas eléctricas (5) recopiladas en matrices (4) se aloja en una cúpula impermeable en la parte superior de la aeronave (11).

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una arquitectura eléctrica, preferiblemente adaptada para ser embarcada en una aeronave (11), que comprende: - un sistema de distribución de energía (10); y
- una red de Corriente Continua, DC, tal como una antena de radar (6);
en donde la red de DC comprende una pluralidad de cargas eléctricas (5), y
en donde el sistema de distribución de energía (10) comprende:
■ una pluralidad de convertidores de AC/DC (3) configurada para suministrar energía eléctrica a la red de DC, y
■ al menos una fuente de alimentación de Corriente Alterna, AC, (1, 2) configurada para excitar la pluralidad de convertidores de AC/DC (3),
caracterizada por que:
- el sistema de distribución de energía comprende, además:
■ un número “n” de convertidores de AC/DC (3), que comprende cada uno un número “(n-1)” de primeras salidas (3.1) y al menos una salida (3.2) adicional,
- la red de DC comprende, además:
■ un número “(n-1)n” de cargas eléctricas (5), cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas (5) que corresponde a un convertidor de AC/DC (3), en donde cada carga eléctrica (5) comprende dos entradas:
o una primera entrada (5.1) configurada para ser conectada con una primera salida (3.1) correspondiente del convertidor de AC/DC (3) correspondiente, y
o una segunda entrada (5.2) configurada para ser conectada con cualquiera de las salidas (3.2) adicionales de los convertidores de AC/DC (3),
en donde el sistema de distribución de energía (10) está configurado para continuar suministrando energía eléctrica a la red de DC en caso de que un convertidor de AC/DC (3) no se excite y por lo tanto no suministre energía eléctrica a sus “(n-1)” cargas eléctricas (5) correspondientes, de manera que la segunda entrada (5.2) de tal carga eléctrica (5) se conecte a cualquier salida (3.2) adicional de otro convertidor de AC/DC (3) excitado, y se desconecte la primera entrada (5.1) de tal carga eléctrica (5).
2. La arquitectura eléctrica según la reivindicación 1, en donde la al menos una fuente de alimentación de AC (1, 2) son dos motores alternativos (1) preferiblemente dos motores de diesel, que excita cada uno dos generadores (2) de 115 V o 230 VAC que están configurados para excitar además cada uno un convertidor de AC/DC (3).
3. La arquitectura eléctrica según la reivindicación 1, en donde la al menos una fuente de alimentación de AC (1, 2) son cuatro motores alternativos (1), preferiblemente cuatro motores de diesel, que excitan cada uno un generador de 115 VAC o 230 VAC (2) que está configurado para excitar además un convertidor de AC/DC (3).
4. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el número “n” de convertidores de AC/DC (3) es cuatro, el sistema que comprende cuatro convertidores de AC/DC (3).
5. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de distribución de energía comprende un número “n” de convertidores de AC/DC (3), cada uno que comprende tres salidas (3.2) adicionales.
6. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas (5) correspondientes a un convertidor de AC/DC (3) está conectada en una matriz (4).
7. La arquitectura eléctrica según la reivindicación anterior, en donde cada matriz (4) que conecta las “(n-1)” cargas eléctricas (5) se suministra:
■ con 87,5 kW si todos los convertidores de AC/DC (3) están excitados; o
■ con 65 kW si cualquiera de los convertidores de AC/DC (3) no está excitado.
8. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las “(n-1) x n” cargas eléctricas (5) se configuran para operar a al menos una Corriente Continua, DC, de 270 V.
9. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
■ medios de conmutación para conmutar conexiones en caso de que un convertidor de AC/DC (3) no se excite y
■ un controlador electrónico configurado para activar/desactivar los medios de conmutación.
10. La arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la red de DC, tal como la antena de radar (6), que comprende una pluralidad de cargas eléctricas (5) se aloja en una cúpula impermeable en la parte superior de la aeronave (11).
11. Un método para continuar suministrando energía eléctrica en una arquitectura eléctrica, estando preferiblemente embarcada en una aeronave (11), la arquitectura eléctrica que comprende:
- un sistema de distribución de energía (10); y
- una red de DC, tal como una antena de radar (6);
en donde la red de DC comprende una pluralidad de cargas eléctricas (5), y
en donde el sistema de distribución de energía (10) comprende:
■ una pluralidad de convertidores de AC/DC (3) configurada para suministrar energía eléctrica a la red de DC, y
■ al menos una fuente de alimentación de Corriente Alterna, AC, (1, 2) configurada para excitar la pluralidad de convertidores de AC/DC (3),
caracterizado por que:
- el sistema de distribución de energía comprende además:
■ un número “n” de convertidores de AC/DC (3), que comprenden cada uno un número “(n-1)” de primeras salidas (3.1) y al menos una salida (3.2) adicional,
- la red de DC comprende, además:
■ un número “(n-1)n” de cargas eléctricas (5), cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas que corresponde a un convertidor de AC/DC (3), en donde cada carga eléctrica (5) comprende dos entradas:
o una primera entrada (5.1) conectada con una primera salida (3.1) correspondiente del convertidor de AC/DC (3) correspondiente, y
o una segunda entrada (5.2) configurada para ser conectada con cualquiera de las salidas (3.2) adicionales de los convertidores de AC/dC (3),
en donde cuando uno de los convertidores de AC/DC (3) no se excita, el método comprende los pasos de: a. desconectar las primeras salidas (3.1) del convertidor de AC/DC (3) no excitado, estando por ello sus “(n-1)” cargas eléctricas (5) correspondientes no excitadas; y
b. conectar la segunda entrada (5.2) de cada una de las “(n-1)” cargas eléctricas (5) correspondientes a una salida (3.2) adicional de otro convertidor de AC/DC (3) excitado.
12. Una aeronave que comprende la arquitectura eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 10.
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