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Le système électrique avion 1

Laboratoire

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Journées EEA

1

18 - 19 mars 2004Électronique de Puissance

pour la qualité de l'énergie des réseaux de bord d'avion

P. Ladoux, F. Richardeau, L. Raulin

Laboratoire

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218 - 19 mars 2004Le système électrique avionLe système électrique avion

Ex : A330-300 - Power generating systemsCSM/G

BAT 1 & 2

BCL 1 & 2

STAT INV

Emergency

power centre

TR ESS

RAT

BAT APU

TR APU

APU GEN

Primary power centre

TR 1 & 2

IDG 1 & 2EXT PWR

Electrical System

Hydraulic System

2

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3

18 - 19 mars 2004

THS actuators

APU starter

Rudder actuators

Ex : A330-300 - Major power consumers (emergency configuration)

Electrical System

Hydraulic System

Windshield and

windows anti-ice systems

Electronics

(essentials loads)

Landing

lightFuel pump THS actuators

Braking

system

Elevator

actuatorsInboard aileron actuators

Outboard

aileron actuators Slats actuators Le système électrique avionLe système électrique avion

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4

18 - 19 mars 2004

ProblématiqueProblématiquede de maîtrisemaîtrisede de la la QualitéQualitéRéseauRéseau •TENDANCES : L'AVION d'aujourd'hui et de demainTENDANCES : L'AVION d'aujourd'hui et de demain

-Réseau & Consommateurs : de Réseau & Consommateurs : de plus forte puissanceplus forte puissance

•Puissance installée de la génération principale :Puissance installée de la génération principale :

»A340A340::300 kVA300 kVA

»A380A380::600 kVA600 kVA

»MEA MEA ((More Electrical AircraftMore Electrical Aircraft) :) :1 MVA1 MVA

-Généralisation de l'Généralisation de l'Electronique de PuissanceElectronique de Puissance

•Etages de redressement passif 115VAC / 270VDCEtages de redressement passif 115VAC / 270VDC

»66--PulsesPulses

»1212--PulsesPulses

•Convertisseurs statiques pilotésConvertisseurs statiques pilotés »Ensembles Onduleur/MoteurEnsembles Onduleur/Moteur »Convertisseurs Convertisseurs AC/DC & AC/DC & DC/DCDC/DC 3

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18 - 19 mars 2004

ProblématiqueProblématiquede de maîtrisemaîtrisede de la la QualitéQualitéRéseauRéseau •TENDANCES : L'AVION d'aujourd'hui et de demainTENDANCES : L'AVION d'aujourd'hui et de demain

-Réseau & Consommateurs : de Réseau & Consommateurs : de plus forte puissanceplus forte puissance

•Puissance installée de la génération principale :Puissance installée de la génération principale :

»A340A340::300 kVA300 kVA

»A380A380::600 kVA600 kVA

»MEA MEA ((More Electrical AircraftMore Electrical Aircraft) :) :1 MVA1 MVA

-Généralisation de l'Généralisation de l'Electronique de PuissanceElectronique de Puissance

•Etages de redressement passif 115VAC / 270VDCEtages de redressement passif 115VAC / 270VDC

»66--PulsesPulses

»1212--PulsesPulses

•Convertisseurs statiques pilotésConvertisseurs statiques pilotés »Ensembles Onduleur/MoteurEnsembles Onduleur/Moteur »Convertisseurs Convertisseurs AC/DC & AC/DC & DC/DCDC/DC

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•CHARGES non-linéaires

Distorsion sur la tension

délivrée au POR ProblProbléématiquematiquede de mamaîîtrisetrisede de la la QualitQualitééRRééseauseau 4

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•LA QUALITE RESEAU -Risques et impacts : •Augmentation des pertes: sur-dimensionnement du système •Diminution du MTBFdes équipements •Impact sur la performancedes équipements

Un besoin :

-Maîtriser le THDVau "Point Of Regulation" •En imposant des contraintes topologiques •En évaluant des solutions de filtrage actif EGIDE : contrôleur de FAN à absorption sinus

COMPENSATEUR PARALLELEProbl

Probléématiquematiquede de mamaîîtrisetrisede de la la QualitQualitééRRééseauseau

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FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

Aucune modification des étages d'entrée des récepteursAucune modification des étages d'entrée des récepteurs

non linéaires non linéaires fréquence de commutation élevée fréquence de commutation élevée Tension de bus continu élevée Tension de bus continu élevée f rmax = 800 Hz Rang 25 : f = 20 kHz ! 5

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E/2 v rv ond modulateur vond réf E/2 g1 g 2 g1g2 Raccordement d 'un onduleur de tension sur le réseau FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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LE/2 v r iondv ond modulateur vond réf E/2 g1 g 2 g 1g2 Raccordement d 'un onduleur de tension sur le réseau FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES 6

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LE/2 v r iondv ond modulateur i i réf- PI vond réf E/2 g1 g 2 g 1g2 Raccordement d 'un onduleur de tension sur le réseau FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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Vsynchro

I actif LE/2 v r iondv ond modulateur i i réf PI vond réf E/2 g1 g 2 g 1g2 Raccordement d 'un onduleur de tension sur le réseau X FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES 7

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Principe du filtrage actif parallèle

ich

InRéseau

ir Z FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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Réalisation d'un filtrage actif parallèle

Vsynchro

I actif LE/2 iondv ond modulateur i-+ PI vond réf vr E/2 g1 g 2 g 1g2 x réseau i ch FFT i hréf E PI E

2réf

E 2 x 2 FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES 8

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Exemple de dimensionnement :

30 m
20 H v r i ch

115 V - 800 Hz

thtItIti hhch I )16sin(23sin23cos2)( 4 1 1631

2252232,5192,5175135117,579593251Valeur

efficace (A)Rang tV.cos2 FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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Exemple de dimensionnement :

i ch (t)v r (t)

Simulation Psim

FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES 9

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Choix de la tension du bus continu

Détermination de la tension E :

Compensation des harmoniques jusqu'au rang 25 :Compensation des harmoniques jusqu'au rang 25 :

Tension délivrée par l'onduleur :

L dtdiLvv ondrond max ))((.2 aond mtvMaxE thtIti hhond I .)16sin(2.3sin2)( 4 1 163
thLtILtVtv hhr ndo I .)16cos(2...3cos2...cos2)( 4 1 163
i chi r v r v ond i ond FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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Formes d 'ondes

Simulation Psim

360 V
v ond (t)

E = 800 V !

( L = 55 H) FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES 10

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Bras d'onduleur multiniveaux à trois cellules imbriquées E/3 2E/3 f c = 75 kHz

Transistors MOS

ALfEI d

4,5.36

max

E/3 = 266 V

f dec = 225 kHz FILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUESFILTRAGE ACTIF DES HARMONIQUES

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