FR3158204A1

FR3158204A1 - Elimination de défaut dans les systèmes électriques avec signal injecté ou amplification de tension

Info

Publication number: FR3158204A1
Application number: FR2500088A
Authority: FR
Inventors: Tom A. Utecht; William S. Heglund; Michael C. Harke
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2024-01-05
Filing date: 2025-01-06
Publication date: 2025-07-11

Abstract

Un système d'alimentation électrique pour fournir de l'énergie à une charge connectée entre un premier et un second connecteurs. Le système comprend un générateur qui produit un courant alternatif et un redresseur qui reçoit le courant alternatif et le convertit en courant continu et fournit un courant continu entre le premier et le second connecteurs. Le système comprend également un filtre connecté au redresseur et entre les connecteurs, qui lisse la sortie de courant continu. Le filtre comprend un point central configuré pour être connecté à la masse. Le système comprend également une source de neutralisation de défaut connectée au premier connecteur qui fournit une tension de neutralisation au premier connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le premier connecteur. Figure 1

Description

Elimination de défaut dans les systèmes électriques avec signal injecté ou amplification de tension

L'objet divulgué ici concerne généralement l'élimination de défaut de masse et, plus particulièrement, l'élimination de défaut pour les systèmes électriques qui peuvent être utilisés dans des applications aéroportées.

Dans les systèmes typiques de production et de distribution d'énergie électrique, la protection du câblage, ainsi que des équipements connectés, est nécessaire en cas de défaut tel qu'un défaut de masse. Un aéronef est un exemple illustratif d'application de ces systèmes.

Pour les systèmes aéronautiques, l'énergie électrique est essentielle à la poursuite du vol lorsqu'il s'agit de commandes de vol électriques, et elle est également essentielle au vol pour les pompes hydrauliques à entraînement électrique. Les systèmes d'alimentation électrique des aéronefs peuvent utiliser diverses caractéristiques d'alimentation, notamment des systèmes à courant alternatif (AC) ou à courant continu (DC). D'autres variations typiques des types d'alimentation peuvent inclure les sources d'alimentation, les charges et la distribution des tensions nominales, y compris, mais sans s'y limiter, 28Vdc, 270Vdc, ou 540Vdc, 115Vac, et 230Vac.

Les types de systèmes AC peuvent également comprendre des systèmes à fréquence constante (CF) ou à fréquence variable (VF) avec une grande variation de courant de sortie et de puissance nominale. Des défauts graves de câblage ou des défauts internes dans ces systèmes et dans les panneaux ou le câblage de l'équipement de distribution d'énergie peuvent entraîner une perte d'énergie pour ces systèmes essentiels au vol. Les fonctions de protection et les assemblages au sein des systèmes de distribution d'énergie améliorent la sécurité des vols en empêchant ou en minimisant l'effet des défauts du système ou du câblage. La détection et l'isolation rapides, ainsi que la séparation des défauts des circuits de masse sont souhaitables en raison de l'échauffement localisé et des dommages que des courants forts ou des arcs électriques peuvent provoquer.

Résumé

Selon un mode de réalisation, un système d'alimentation électrique pour fournir du courant à une charge connectée entre un premier et un second connecteurs est fourni. Le système comprend : une source d’alimentation qui produit une sortie de puissance ; un convertisseur de puissance qui reçoit la sortie du générateur et la convertit en une sortie de courant continu et fournit la sortie de courant continu (DC) entre le premier et le second connecteurs ; un filtre connecté au redresseur et entre les connecteurs et qui lisse la sortie de courant continu (DC)°; et une source de neutralisation de défaut connectée au premier connecteur qui fournit une tension de neutralisation au premier connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le premier connecteur. La tension de neutralisation comprend une caractéristique identifiable

La caractéristique identifiable peut être une fréquence, une onde carrée, une sinusoïde, une impulsion ou tout autre motif distinctif et détectable.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source de neutralisation de défaut peut être une batterie.

En plus d'une ou de plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source de neutralisation de défaut est alimentée par le second connecteur.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source d’alimentation est une source de courant continu (DC) et le convertisseur de puissance est un convertisseur de courant continu à courant continu (DC-DC).

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source d’alimentation est un générateur de courant alternatif (AC) et le convertisseur de puissance est un redresseur qui reçoit le courant alternatif du générateur et le convertit en une sortie de courant continu (DC) et fournit la sortie de courant continu entre le premier et le second connecteurs.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, le redresseur est un redresseur actif à deux niveaux.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou comme alternative à l'une des réalisations précédentes, le système peut également inclure un contacteur/SSPC connecté au premier connecteur qui peut s'ouvrir et se fermer pour éliminer le défaut pendant que la source de neutralisation de défaut fournit la tension de neutralisation au premier contacteur/SSPC.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source de neutralisation de défaut est connectée entre le premier connecteur et une masse.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la masse est une masse structurelle d’aéronef.

L'invention porte également sur un système d'alimentation électrique pour alimenter une charge connectée entre le premier et le second connecteurs qui, en plus de l'un des modes de réalisation ci-dessus, comprend une seconde source de neutralisation de défaut connectée au second connecteur qui fournit une seconde tension de neutralisation au second connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le second connecteur. Dans ce mode de réalisation, au moins l’une de la première et la deuxième tension de neutralisation comprend une caractéristique identifiable telle que celles décrites ci-dessus.

Selon un mode de réalisation, un système d'alimentation électrique permettant de fournir du courant à une charge connectée entre un premier et un second connecteurs est fourni. Le système comprend : une source d’alimentation qui produit une sortie de puissance ; un convertisseur de puissance qui reçoit la sortie du générateur et la convertit en une sortie de courant continu et fournit la sortie de courant continu (DC) entre le premier et le second connecteurs ; un filtre connecté au redresseur et entre les connecteurs et qui lisse la sortie de courant continu ; et une source de neutralisation de défaut connectée au premier connecteur qui fournit une tension de neutralisation au premier connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le premier connecteur. La tension de neutralisation augmente avec le temps.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en tant qu'alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source d’alimentation est une source de courant continu (DC) et le convertisseur de puissance est un convertisseur de courant continu à courant continu (DC-DC).

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la source d’alimentation est un générateur de courant alternatif et le convertisseur de puissance est un redresseur qui reçoit le courant alternatif du générateur et le convertit en une sortie de courant continu et fournit la sortie de courant continu (DC) entre le premier et le second connecteurs.

En plus d'une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus, ou en alternative à l'un des modes de réalisation précédents, la masse est une masse structurelle d’aéronef

L'invention porte également sur un système d'alimentation électrique pour alimenter une charge connectée entre le premier et le deuxième connecteur qui, en plus de l'un des modes de réalisation ci-dessus, comprend une deuxième source de neutralisation de défaut connectée au deuxième connecteur qui fournit une deuxième tension de neutralisation au deuxième connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le deuxième connecteur. Dans ce mode de réalisation, au moins l’une de la première et la deuxième tension de neutralisation augmente avec le temps.

Les caractéristiques et éléments susmentionnés peuvent être combinés de diverses manières, sans exclusivité, sauf indication contraire expresse. Ces caractéristiques et éléments ainsi que leur fonctionnement deviendront plus évidents à la lumière de la description suivante et des dessins qui l'accompagnent. Il doit être entendu, cependant, que la description et les dessins suivants sont de nature illustrative et explicative et ne sont pas limitatifs.

Brève description des figures

Ce qui précède ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation ressortent de la description détaillée qui suit, prise en conjonction avec les dessins qui l'accompagnent et dans lesquels :

LaFIG. 1représente un système dans lequel le générateur a son neutre connecté à la masse du système ;

LesFIG. 2-2f montrent divers courants et tensions dans le système de laFIG. 1avant et après qu'un défaut de masse se produise dans le connecteur DC, positif, du système ;

LaFIG. 3illustre un système qui comprend un filtre dont le point médian de basse impédance est mis à la masse et qui comprend une source de neutralisation de défaut selon un mode de réalisation ;

LesFIG. 4-4f montrent divers courants et tensions dans le système de laFIG. 3avant et après qu'un défaut de masse se produise dans le connecteur DC, positif, du système si la source de neutralisation de défaut n'est pas présente ;

LesFIG. 5-5f montrent divers courants et tensions dans le système de laFIG. 3avant et après qu'un défaut de masse se produise dans le connecteur DC positif du système avec l'ajout de la source de neutralisation de défaut ;

LaFIG. 6représente un système qui comprend un filtre dont le point médian est mis à la masse et qui comprend des sources de neutralisation de défaut connectées à chaque connecteur DC du système selon un mode de réalisation ;

LesFIG. 7-7c montrent des systèmes de masse à haute impédance au point médian du redresseur qui comprennent un filtre incluant des sources de neutralisation de défaut connectées à chaque connecteur DC du système selon un mode de réalisation ; et

Les FIGS. 8a-8b montrent différentes façons d'alimenter les sources de neutralisation de défaut selon un mode de réalisation.

Description détaillée

Les modes de réalisation décrits ici concernent un système et une méthode qui permettent de fournir un courant utilisé pour neutraliser ou identifier un défaut de masse dans les systèmes électriques. Le système comprend une source de courant/tension qui fournit le courant lorsqu'un ou plusieurs connecteurs ou d'autres éléments d'une alimentation en courant continu présentent un défaut de masse. Les sources de courant/tension peuvent fournir une tension en rampe, être limitées en courant et/ou injecter un signal variable dans le temps pour éliminer les défauts de masse.

LaFIG. 1montre un exemple de système 100 de production d'énergie DC à générateur mis à la masse. Le système 100 comprend une source d’alimentation 102, illustrée comme un générateur mis à la masse dans laFIG. 1(généralement représenté comme des bobines de stator 104). Comme illustré, les bobines 104 sont connectées l'une à l'autre au niveau du neutre du générateur 106. Comme il est courant dans l'état de la technique, le neutre du générateur 106 est connecté à la masse. Il est toutefois entendu que le générateur 102 peut être remplacé par une autre source d’alimentation de configuration différente. Ainsi, les sources d'alimentation en courant continu 102 et 108 pourraient être une source de courant continu avec un convertisseur de courant continu à courant continu (DC/DC), un générateur multiphasé avec un redresseur approprié (par exemple, un générateur à 12 phases avec un redresseur actif parallèle à 12 impulsions), un générateur à 12 phases avec un redresseur actif à 12 impulsions.

La source d’alimentation illustrée 102 produit un courant alternatif triphasé et est connectée à un redresseur passif 108. Le redresseur 108 convertit le courant alternatif en courant continu. Le redresseur 108 est représenté comme un redresseur passif à ondes pleines. Un homme du métier compétent se rendra compte que d'autres types de redresseurs peuvent être utilisés dans ce mode de réalisation et dans d'autres modes de réalisation décrits dans le présent document. Par exemple, le redresseur pourrait être un redresseur actif à deux niveaux.

La sortie du redresseur 108 peut généralement être décrite comme une sortie à courant continu DC et est présentée à travers les connexions positive et négative 110, 112. Les connexions peuvent être des câbles, des rails ou d'autres moyens de transport d'énergie à haute tension. Dans laFIG. 1, la tension sur ces connexions est indiquée comme Vpos et Vneg, respectivement.

Dans certains cas, la sortie du redresseur 108 est connectée à un filtre de sortie 120 pour lisser la sortie du redresseur 108 afin de fournir une sortie lissée ou autrement plus stable à travers les connexions positive et négative 110, 112. Comme illustré, le filtre 120 est mis en œuvre par un condensateur de sortie (ou filtre) 122 qui est connecté entre les rails positif et négatif 110, 112, mais d'autres types de filtres sont possibles.

En fonctionnement normal, la sortie lissée peut être fournie à une charge 130. Cependant, dans certains cas tels qu'un défaut, l'un ou les deux rails, positif et négatif, 110, 112 peuvent être court-circuités à la masse. Cette possibilité est illustrée graphiquement par la connexion de défaut de masse 140. La connexion est illustrée comme une résistance, mais elle peut être considérée comme un court-circuit dans certains cas. Un tel défaut peut se produire lorsque, par exemple, le boîtier ou une autre partie de la production de la connexion 110 est endommagé(e) et que la partie de la connexion 110 qui porte le courant peut être directement reliée à la masse (par exemple, à la structure d'un aéronef). Comme illustré, le défaut se produit sur le rail positif, mais il pourrait également se produire sur le rail négatif, ou en combinaison avec celui-ci.

Les FIGs. 2a-2f montrent plusieurs graphiques de réponses typiques du système de laFIG. 1à un défaut de masse. En général, après avoir détecté le défaut, le courant d'une excitatrice ou d'un autre élément de contrôle du générateur est ajusté pour réduire le courant de défaut de masse. Bus voltage

Pour l'illustration, notez que le défaut est modélisé pour se produire au temps 0,015 dans lesFIG. 2-2f. Comme indiqué, les courants de phase du générateur (FIG. 2) et les courants continus (FIG. 2) peuvent être très importants jusqu'à ce que l'algorithme de contrôle ajuste le courant de l'excitatrice pour contrôler le courant de défaut de masse (FIG. 2). La tension en mode commun pour cette approche peut être relativement importante. Dans l'exemple de laFIG. 1, le défaut est supposé être dans le rail positif 110 de sorte que la tension sur celui-ci tombe à presque zéro (FIG. 2) tandis que la tension entre la masse et le rail négatif 110 (FIG. 2) et la tension du bus négatif (FIG. 2) s'effondre à environ la moitié de la tension nominale du bus pour les autres charges.

Après avoir déterminé que le défaut s'est produit, le système 100 peut effectuer une série de tests pour identifier l'emplacement du défaut. En particulier, un ou plusieurs contacteurs 150 peuvent être ouverts ou fermés pour identifier où le court-circuit s'est produit le long des rails. Cette identification (ou "neutralisation") nécessite que le courant soit fourni à travers les rails 110, 112 afin que l'effet de l'ouverture ou de la fermeture des contacteurs puisse être observé. Le contacteur 150 illustré est normalement fermé en fonctionnement normal. Comme indiqué ci-dessus, le fait que la masse vers le négatif (FIG. 2) peut encore supporter une tension de bus réduite (FIG. 2) entre les rails 110, 112, signifie qu’une source de courant est disponible pour effectuer ces tests.

Cette approche permet d'obtenir un système capable de répondre aux exigences en matière de transitoires de tension continue, d'ondulation de tension et de distorsion de tension. Cette approche permet également de fournir le courant continu nécessaire à l'élimination des défauts.

Dans certains cas, il peut être préférable de connecter une faible impédance à la masse du générateur/redresseur à un point médian du filtre de sortie. C'est le cas, par exemple, dans les situations de haute tension (par exemple, les systèmes de tension de ligne à ligne de 540 V).

Un exemple d'un tel système 300 est illustré à laFIG. 3. Le système 300 illustré à laFIG. 3comprend un grand nombre d’éléments similaires à ceux du système 100. Pour être complet, une description complète du circuit de laFIG. 3est fournie et les différences entre lui et le circuit de laFIG. 1sont notées. En particulier, le système de production d'électricité à courant continu 300 comprend un générateur 102 (généralement représenté par des bobines de stator 104). Contrairement à laFIG. 1, alors que les bobines 104 sont connectées l'une à l'autre au niveau du neutre 106 du générateur, le neutre 106 du générateur n'est pas directement connecté à la masse.

Le générateur 102 produit un courant alternatif triphasé et est connecté à un redresseur 108. Le redresseur 108 convertit le courant alternatif en courant continu. Le redresseur 108 est représenté comme un redresseur non contrôlé à onde pleine. Un homme du métier compétent se rendra compte que d'autres types de redresseurs pourraient être utilisés dans cette réalisation et dans d'autres réalisations divulguées ici.

La sortie du redresseur 108 peut généralement être décrite comme une sortie de courant continu et est présentée à travers les connexions positive et négative 110, 112. Les connexions peuvent être des câbles, des rails ou d'autres moyens de transport d'énergie à haute tension comme dans laFIG. 1et dans laFIG. 3, la tension sur ces connexions est indiquée comme Vpos et Vneg, respectivement.

Similaire à laFIG. 1, dans laFIG. 3la sortie du redresseur 108 est connectée à un filtre de sortie 302 pour lisser la sortie du redresseur 108 afin de fournir une sortie lissée ou autrement stable à travers les connexions positive et négative 110, 112. Comme illustré, le filtre 302 est mis en œuvre par deux condensateurs de sortie 304, 306 connectés en série qui sont connectés aux rails positif et négatif 110, 112. Le point central du filtre de sortie 302 (par exemple, là où les condensateurs 304, 306 sont connectés) est représenté par le nœud 310 et est connecté à la masse pour créer un filtre de sortie connecté au point central. Les condensateurs de sortie 304, 306 comprennent un premier condensateur de sortie 306 connecté entre le connecteur 110 et la masse (par exemple, entre Vpos et la masse) et un second condensateur de sortie 304 connecté entre le connecteur 112 et la masse (par exemple, entre Vneg et la masse). Dans un mode de réalisation, la masse se trouve à l'extérieur du générateur 104. Par exemple, la masse peut être la masse de la structure d'un aéronef.

Bien qu'un filtre de sortie à condensateur divisé soit illustré, il est entendu que d'autres types de filtres divisés ou de configurations de bus divisés sont possibles pour créer le point central/nœud 310.

En fonctionnement normal, la sortie lissée peut être fournie à une charge 130. La charge peut être n'importe quel élément qui a besoin de courant pour fonctionner. Par exemple, la charge peut être un actionneur d'aéronef dans un mode de réalisation. Toutefois, comme indiqué ci-dessus, dans certains cas, l'un ou les deux rails positif et négatif 110, 112 peuvent être court-circuités à la masse. Cette possibilité est illustrée graphiquement par la connexion de défaut de masse 140. La connexion est illustrée comme une résistance, mais elle peut être considérée comme un court-circuit dans certains cas. Un tel défaut peut se produire lorsque, par exemple, la connexion 110 a son boîtier ou une autre production endommagée et que la partie porteuse de la connexion 110 peut être directement connectée à la masse (par exemple, à la structure d'un aéronef). Comme illustré, le défaut se produit sur le rail positif, mais il pourrait également se produire sur le rail négatif, ou en combinaison avec celui-ci.

Le circuit comprend également une source de courant de défaut 350 qui est décrite plus en détail ci-dessous. Comme on le verra plus loin, la source de courant de défaut 350 fournit du courant lorsqu'un défaut de masse se produit pour permettre au système d'éliminer le défaut.

Si la source de courant de défaut 350 n'était pas présente, en cas de défaut de masse (par exemple, le défaut 140 est équivalent à une connexion à faible impédance), le système 300 de laFIG. 3devrait se comporter comme illustré dans lesFIG. 4-4f. Lorsque le défaut 140 est un "court-circuit" (dans ce cas, et 0,015 s), il couple effectivement le connecteur 110 à la masse. Il en résulte une augmentation rapide du courant à travers le défaut 140 (FIG. 4) et une augmentation du courant à travers les bobines (FIG. 4) et du courant continu à la sortie du redresseur (FIG. 4). La décharge du condensateur court-circuité 304 est la source du courant de défaut continu (FIG. 4). En général, le courant de défaut continu représenté ne contient pas suffisamment d'énergie pour déclencher un disjoncteur.

Comme le montrent lesFIG. 4et 4d, le courant à travers le défaut et la tension entre le connecteur 110 (Vpos) et la masse finissent par tomber à zéro après une brève pointe de courant à travers le défaut 140. Il est à noter que la chute de tension n'est pas instantanée et dépend du temps de décharge du premier condensateur de sortie 304. Une fois celui-ci déchargé, Vpos devient effectivement la masse du système. Il ne peut donc pas fournir de courant au contacteur 150 pour éliminer le défaut. Plus en détail, on suppose qu'après l'apparition du défaut, le système répondra aux exigences requises en matière de transitoire de tension continue, d'ondulation de tension et de distorsion de tension (voir lesFIG. 4-4d). Bien que cette approche puisse fournir une brève poussée de courant continu, elle n'est pas capable de fournir le courant soutenu nécessaire pour éliminer le défaut. Après la pointe de courant initiale, les courants DC et les courants de phase du générateur (FIG. 4, 4b) sont similaires aux valeurs précédant le défaut.

Comme indiqué ci-dessus, après le défaut, Vpos devient la masse et, par conséquent, toute la tension de sortie du générateur est transportée entre le connecteur 112 (Vneg) et la masse comme illustré à laFIG. 4et la tension du bus diminue brièvement pour les autres charges sur le bus lorsque le défaut à la masse se produit comme illustré à laFIG. 4. Il est particulièrement intéressant de noter qu'une fois le régime permanent atteint, il n'y a pas de tension sur Vpos qui puisse lui permettre de fournir le courant nécessaire pour éliminer le défaut.

Les modes de réalisation présentés ici comprennent la fourniture d'une ou plusieurs sources de courant qui peuvent fournir du courant après un défaut de masse. À cette fin, dans laFIG. 3, le système 300 comprend une source de neutralisation de défaut 350 connectée au premier connecteur 110. Un dispositif de blocage de courant 352 peut être prévu entre la première source de neutralisation de défaut 350 et le premier connecteur. Le dispositif de blocage de courant 352 est illustré comme une diode dans laFIG. 3, mais d'autres éléments peuvent être utilisés tant qu'ils permettent au courant de circuler du dispositif de blocage de courant 352 vers le connecteur subissant le défaut (ici, le connecteur 110).

La source de neutralisation de défaut 350 peut être située à d'autres endroits du système. Il pourrait même y avoir plusieurs sources de neutralisation de défaut (par rail) pour assurer la redondance.

La première source de neutralisation de défaut 350 peut être, par exemple, une source d'alimentation en courant continu telle qu'une batterie, une source d'alimentation en courant continu connectée à l'un des deux connecteurs 110, 112 ou une source d'alimentation en courant continu connectée à d'autres connecteurs, pour n'en citer que quelques-unes. Lorsque le défaut se produit, la tension fournie par la première source de neutralisation de défaut 350 sera plus élevée que la tension sur le premier connecteur. Ainsi, ce différentiel de tension permettra la conduction du courant à travers le dispositif de blocage de courant 352 et à travers le défaut 140, ce qui permettra d'éliminer le défaut. Toutefois, en l'absence de défaut, la tension sur le premier connecteur 110 sera plus élevée que la tension fournie par la première source de neutralisation de défaut 350. Ainsi, le dispositif de blocage de courant 352 ne permettra pas au courant de passer de la première source de neutralisation de défaut 350 au premier connecteur 110 et, par conséquent, isolera essentiellement la première source de neutralisation de défaut 350 du premier connecteur. Les différentes tensions/courants sont illustrés dans lesFIG. 5-5f pour le système où la première source de neutralisation de défaut 350 fournit un courant de neutralisation de défaut non nul après l'apparition du défaut pour éliminer le défaut, comme illustré à laFIG. 5. Pour des raisons de simplicité, la référence du courant de neutralisation de défaut dans laFIG. 5est de courte durée, comme illustré dans laFIG. 4. Toutefois, la période de la source de neutralisation de défaut peut être plus longue pour permettre aux dispositifs en aval (tcb, sspc) de se déclencher. Cette durée peut aller de quelques secondes à une ou plusieurs minutes.

Comme illustré, la première source de neutralisation de défaut 350 est connectée directement à l'anode de la diode utilisée comme dispositif de blocage du courant 352 et la cathode de la diode utilisée comme dispositif de blocage du courant 352 est directement en contact avec le connecteur positif 110. D'autres éléments peuvent être connectés entre ces éléments, à moins qu'une connexion directe ne soit spécifiquement requise.

La source de neutralisation de défaut 350 peut fournir une tension comprise entre 10 et 100 et entre 10 et 20 volts dans un mode de réalisation. Comme indiqué, la source de neutralisation de défaut 350 est connectée aux deux connecteurs 110, 112. Ces connexions 110a, 112a sont représentées en pointillés pour indiquer que l'une ou l'autre ou les deux sont optionnelles. Dans un mode de réalisation, la source de neutralisation de défaut 350 est utilisée pour éliminer un défaut sur un connecteur spécifique et reçoit donc de l'énergie de l'autre conducteur.

Comme le montre laFIG. 6, le système 600 peut inclure une source de neutralisation de défaut séparée pour chaque connecteur. Plus en détail, une première source de neutralisation de défaut 350 est connectée au premier connecteur 110 pour éliminer un premier défaut 140 sur celui-ci et une deuxième source de neutralisation de défaut 650 est connectée au deuxième connecteur 112 pour éliminer un deuxième défaut 640 sur celui-ci en utilisant, par exemple, le contacteur 652.

La description ci-dessus inclut les systèmes dans lesquels le filtre 302 est connecté à la masse entre les condensateurs 304, 306. Comme le montrent les systèmes 700a, 700b, 700c desFIG. 7-7c, le filtre 302 pourrait être connecté entre les rails positif et négatif 110, 112 et les sources de neutralisation de défaut 350, 650 chacune connectées entre un rail adjacent et la masse (par exemple, la source de défaut 305 est connectée entre le rail 110 et la masse et la source de neutralisation de défaut 650 est connectée entre le rail 112 et la masse). Chaque source de neutralisation de défaut 350, 650 peut avoir une diode 352, 654 connectée entre elle et le rail 110, 112 comme illustré. Il doit être compris que alors que différents types de sources d'alimentation 102, 702b, 102 sont illustrés dans lesFIG. 7-7c, les sources d’alimentation peuvent être interchangeables entre les différents modes présentés ici. Par exemple, la source d'alimentation 102 est un générateur à neutre flottant, la source d'alimentation 702b est un générateur multiphasé qui a un redresseur passif à douze impulsions 108b et la source d'alimentation 102 de laFIG. 7peut être connectée à un redresseur actif à deux niveaux 108c. Bien entendu, comme souhaité, les sources et les convertisseurs peuvent être mélangés et, ainsi, par exemple, le redresseur passif 108b pourrait être un redresseur actif à deux niveaux et vice versa selon le contexte.

Dans les cas où le filtre n'est pas mis à la masse au point médian avec une connexion à faible impédance et comme illustré dans lesFIG. 7-7c, chaque rail 110, 112 peut être connecté à la masse par une résistance à haute impédance 720, 722. Des tensions d'exemple de +/- 270 Vdc peuvent exister sur les rails 110, 112. Toutefois, d'autres tensions peuvent être utilisées. Dans tous les modes de réalisation présentés ici, un défaut peut être détecté par un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC) 750 qui coupe l'alimentation au cas où une puissance (courant / tension) trop élevée est fournie à la charge. Le SSPC 750 peut être inclus dans n'importe quel mode de réalisation.

Comme indiqué, les sources de neutralisation de défaut 350, 650 sont des sources dites d'amplification de la tension. Comme dans la discussion précédente, ces sources peuvent fournir un niveau de tension de base à utiliser lors de l'élimination d'un défaut (par exemple, 28 Vcc). Le défaut peut conduire le SPPC 750 à isoler les sources d'alimentation 102, 702b de la charge 130 et du défaut de masse respectif 140, 640.

Par exemple, les sources peuvent fournir un niveau de tension minimum de 28Vdc, qui est une norme de tension historique pour les aéronefs. En cas de défaut dans les systèmes d'alimentation électrique en courant continu décrits ici, les sources 350, 650 peuvent être configurées de manière à fournir une fonctionnalité intégrée supplémentaire d'augmentation de la tension pour les défauts de masse à haute impédance. Pour un courant d'effacement donné nécessaire pour effacer le défaut, les sources d'effacement peuvent augmenter légèrement la sortie de tension/courant de la source de défaut (par exemple, au-dessus du niveau de base). Ceci peut être réalisé, par exemple, en fournissant un convertisseur élévateur dans les sources d'effacement 350, 650.

Prenons le cas d'un défaut de masse du rail 110, 112. Dans ce cas, le niveau de base standard peut ne pas tirer suffisamment de courant dans des conditions de défaut de masse à haute impédance. La fonction d'amplification de la tension de neutralisation des défauts fournit une tension/courant de rampe au défaut de masse du système et au retour via le chemin de masse de la source de neutralisation de défaut (par exemple, depuis la source de neutralisation de défaut 350, à travers le défaut de masse 140, 640, à travers le chemin de retour source de neutralisation de défaut - masse).

Dans un mode de réalisation, le SSPC 750 peut être configuré pour détecter la tension d’élimination du défaut et gérer un entraînement d'une magnitude suffisante (potentiellement en combinaison avec ou/sans décalage de tension en mode commun/injection de signal). Cela peut se faire pendant que les contacteurs 150, 652 sont utilisés pour alimenter un défaut à la masse. Dans ce cas, après l'isolation du défaut, un niveau de tension en mode commun normal se rétablit, ce qui permet au système électrique de se rétablir et d'interrompre le fonctionnement de la fonction de neutralisation de défaut et d'élévation intégrée de la tension. L'impact de l'équipement d'utilisation pendant ce processus de neutralisation de défaut et de récupération est sans conséquence, étant donné la stabilité de la tension en mode différentiel.

Ainsi, les options d’amplification de la tension augmentent légèrement le niveau de puissance de neutralisation de défaut (tension et courant) afin d'améliorer la détection/correction des défauts de masse à haute impédance.

Comme indiqué ci-dessus, dans certains cas, les sources de neutralisation de défaut peuvent fournir une tension statique ou progressive. Dans les deux cas, les sources peuvent être limitées en courant. La limitation du courant peut permettre de réduire le niveau de gestion de la puissance de neutralisation de défaut pour une faible impédance ou un court-circuit à la masse afin de limiter les dommages à la structure, au panneau et à l'équipement, et de réduire le risque de sécurité électrique pour l'homme.

En outre, les sources de neutralisation de défaut peuvent être configurées pour fournir des signaux avec des caractéristiques définies/identifiables (fréquence, onde carrée, sinusoïde, impulsion ou autre modèle distinctif et détectable) au défaut de masse. Les sources de neutralisation de défaut 350, 650 avec la fonctionnalité intégrée d'amélioration de l'injection de signaux peuvent être configurées pour produire un signal détectable sur le réseau afin d'accroître la robustesse de l'élimination des défauts du système de protection coordonné à un niveau de tension et de courant réduit pendant les défauts rail-masse de +/- 270 Vdc (ou une tension équivalente mise à l'échelle).

En outre, un interrupteur de réinitialisation optionnel peut être fourni dans n'importe quel mode de réalisation antérieur. En cas de défaillance, dans certains cas, les sources de neutralisation de défaut 350, 650 peuvent comprendre un mécanisme de protection à verrouillage. La réinitialisation peut activer la fonctionnalité de rétablissement (par exemple, remettre en marche les sources 350, 650) en fonction du temps, par l'intermédiaire d'une interface de commutation accessible au pilote ou au personnel de maintenance (matériel ou style d'affichage virtuel). Un moyen logique automatisé de réinitialisation de la protection, basé sur des conditions déterministes du système (telles que des conditions détectées en mode sol ou en mode d'urgence), est une autre approche possible qui peut être appliquée.

Comme indiqué ci-dessus, les sources de neutralisation de défaut 350, 650 peuvent inclure une source d'alimentation en courant continu telle qu'une batterie. Dans d'autres modes de réalisation, les sources de neutralisation de défaut 350, 650 peuvent inclure un condensateur 810 chargé par la source d’alimentation (FIG. 8) ou peuvent inclure un redresseur 820 (FIG. 8) qui convertit le courant alternatif du générateur en tension continue (qui peut être stockée dans un condensateur/une batterie ou un autre dispositif de stockage de courant continu ou peut fournir du courant continu en temps réel). Comme le montre laFIG. 8, l'alimentation est triphasée et peut provenir de n'importe quel générateur présenté ici ou d'autres générateurs disponibles dans le système/l'aéronef (par exemple, un PMG sur un aéronef).

Dans les modes de réalisation précédents, plusieurs configurations de sources de neutralisation de défaut ont été décrites. N'importe laquelle de ces configurations pourrait être intégrée dans l'emballage d'un produit (par exemple, l'élément 750 de laFIG. 7). L'emballage peut être, par exemple, une unité fédérée, une carte de châssis SPDA, un district électrique, un générateur, une distribution primaire, une conversion d'énergie, un MLC, un module de stockage à haute énergie (HESM)/batterie/chargeur/pile à combustible, un GCU, ou comme partie d'un équipement de détection de courant.

La terminologie utilisée ici a pour seul but de décrire des modes de réalisation particuliers et n'est pas limitative. Dans le présent document, les formes singulières "a", "an" et "the" s'entendent également au pluriel, sauf si le contexte indique clairement le contraire. Il est entendu que les termes "comprend" et/ou "comprenant", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente spécification, précisent la présence de caractéristiques, de nombres entiers, d'étapes, d'opérations, d'éléments et/ou de composants donnés, mais n'excluent pas la présence ou l'ajout d'une ou de plusieurs autres caractéristiques, nombres entiers, étapes, opérations, éléments, composants et/ou groupes de ces caractéristiques, nombres entiers, étapes, opérations, éléments, composants et/ou groupes de ces éléments.

Bien que le présent document n'ait été décrit en détail qu'en relation avec un nombre limité de réalisations, il convient de comprendre que le présent document n'est pas limité à ces réalisations. Au contraire, la présente divulgation peut être modifiée pour incorporer un nombre quelconque de variations, d'altérations, de substitutions, de combinaisons, de sous-combinaisons ou d'arrangements équivalents qui n'ont pas été décrits précédemment, mais qui sont proportionnés à la portée de la présente divulgation. En outre, bien que divers modes de réalisation de la présente divulgation aient été décrits, il est entendu que certains aspects de la présente divulgation peuvent ne comprendre que quelques-uns des modes de réalisation décrits.

Les descriptions des différents modes de réalisation ont été présentées à des fins d'illustration, mais ne sont pas destinées à être exhaustives ou limitées aux modes de réalisation divulgués. De nombreuses modifications et variations apparaîtront à ceux qui ont des compétences ordinaires dans l'art sans s'écarter de la portée et de l'esprit des modes de réalisation décrits. La terminologie utilisée ici a été choisie pour expliquer au mieux les principes des réalisations, l'application pratique ou l'amélioration technique par rapport aux technologies disponibles sur le marché, ou pour permettre à d'autres personnes ayant des compétences ordinaires dans l'art de comprendre les réalisations divulguées ici.

Claims

Un système d'alimentation électrique pour fournir de l'énergie à une charge connectée entre un premier et un second connecteurs, le système comprenant :
une source d’alimentation qui produit une sortie de puissance ;
un convertisseur de puissance configuré pour recevoir la sortie de puissance et la convertir en une sortie de courant continu (CC) et fournir la sortie de courant continu entre le premier et le second connecteurs ;
un filtre connecté au redresseur et entre les connecteurs, configuré pour lisser la sortie de courant continu ; et
une source de neutralisation de défaut connectée au premier connecteur et configurée pour fournir une tension de neutralisation au premier connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le premier connecteur ;
dans laquelle la tension de neutralisation comprend une caractéristique identifiable.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la caractéristique identifiable est une fréquence, une onde carrée, une sinusoïde, une impulsion ou un autre motif distinctif et détectable.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la source de neutralisation de défaut est une batterie.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la source de neutralisation de défaut est alimentée par le second connecteur.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la source d’alimentation est une source de courant continu et le convertisseur de puissance est un convertisseur de courant continu à courant continu.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la source d’alimentation est un générateur de courant alternatif et le convertisseur de puissance est un redresseur configuré pour recevoir le courant alternatif du générateur et le convertir en une sortie de courant continu et fournir la sortie de courant continu entre le premier et le second connecteurs.
L'alimentation électrique de la revendication 6, dans laquelle le redresseur est un redresseur actif à deux étages.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, comprenant en outre
un contacteur connecté au premier connecteur configuré pour s'ouvrir et se fermer afin d'éliminer le défaut pendant que la source de neutralisation de défaut fournit la tension de neutralisation au premier contacteur.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 1, dans lequel la source de neutralisation de défaut est connectée entre le premier connecteur et une masse.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 9, dans lequel la masse est une masse structurelle d’aéronef.
Un système d'alimentation électrique selon la revendication 1, dans lequel la source de neutralisation de défaut est une première source de neutralisation de défaut configuré pour fournir une première tension de neutralisation, et dans lequel le système comprend en outre
une deuxième source de neutralisation de défaut connectée au deuxième connecteur et configurée pour fournir une deuxième tension de neutralisation au deuxième connecteur lorsqu'un défaut de masse se produit sur le deuxième connecteur ;
dans lequel au moins l'une des première et deuxième tensions de neutralisation comprend une caractéristique identifiable.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel la caractéristique identifiable est une fréquence, une onde carrée, une sinusoïde, une impulsion ou un autre motif distinctif et détectable.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel les première et deuxième sources de neutralisation de défaut sont des batteries.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel la première source de neutralisation de défaut est alimentée par le deuxième connecteur et la deuxième source de neutralisation de défaut est alimentée par le premier connecteur.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel la source d’alimentation est une source de courant continu et le convertisseur de puissance est un convertisseur de courant continu à courant continu.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel la source d’alimentation est un générateur de courant alternatif et le convertisseur de puissance est un redresseur configuré pour recevoir le courant alternatif du générateur et le convertir en une sortie de courant continu et fournir la sortie de courant continu entre le premier et le second connecteurs.
Le système 'alimentation électrique de la revendication 16, dans laquelle le redresseur est un redresseur actif à deux étages.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 11, dans lequel la première source de neutralisation de défaut est connectée entre le premier connecteur et une masse et la deuxième source de neutralisation de défaut est connectée entre le deuxième connecteur et la masse.
Le système d'alimentation électrique de la revendication 18, dans lequel la masse est une masse structurelle d’aéronef.