DOMAINE DE L'INVENTION

La présente demande concerne le domaine des turbomachines, en particulier des moteurs d’aéronef. Plus précisément, la présente demande concerne la gestion de l’alimentation de charges électriques d’un moteur et/ou d’un aéronef.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un aéronef peut comprendre au moins un moteur et chacun du moteur et de l’aéronef peut comprendre des charges électriques et/ou des sources d’alimentation électrique. Un système électrique peut relier les charges, les sources et le moteur entre eux pour permettre des échanges électriques entre ces différents éléments. Les charges peuvent être alimentées par prélèvement mécanique sur le moteur, et le moteur peut être assisté par prélèvement électrique sur les sources, que ce soit en démarrage ou en vol. Au cours du fonctionnement du moteur, les besoins en alimentation des charges peuvent évoluer, parfois brusquement. D’un autre côté, le prélèvement mécanique sur le moteur doit respecter un certain nombre de contraintes pour assurer une optimisation du fonctionnement de ce-dernier. Par exemple, au décollage, il est préférable de limiter le prélèvement sur le corps basse pression du moteur, lequel est extrêmement sollicité pour fournir la poussée et ne peut se permettre, à cet égard, de connaître des oscillations de poussée liées à un prélèvement mécanique variable de la part du système électrique.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un but de l’invention est de permettre à un moteur d’aéronef de répondre à une sollicitation variable de charges électriques.

Il est à cet effet proposé, selon un aspect de la présente divulgation, un système électrique pour turbomachine comprenant : un bus d’alimentation électrique prévu pour être relié à au moins une charge et configuré pour fournir une puissance électrique à la charge sous forme d’un signal continu ; un premier convertisseur prévu pour être relié à un premier générateur de courant alternatif d’une turbomachine, le premier convertisseur étant relié au bus et configuré pour réguler le bus en tension à partir d’une puissance électrique fournie par le premier générateur de courant alternatif ; un deuxième convertisseur prévu pour être relié à un deuxième générateur de courant alternatif de la turbomachine, le deuxième convertisseur étant relié au bus et configuré pour réguler le bus en tension à partir d’une puissance électrique fournie par le deuxième générateur de courant alternatif ; et un dispositif de contrôle relié au premier convertisseur et au deuxième convertisseur, le dispositif de contrôle étant configuré pour : recevoir un signal de contrôle représentatif d’une correction associée à une différence entre une mesure d’une tension du bus et une référence, la différence étant représentative d’une évolution d’une tension du bus ; réaliser un filtrage fréquentiel du signal de contrôle de sorte à en déterminer au moins une composante basse fréquence et au moins une composante haute fréquence ; piloter le premier convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en oeuvre à partir d’une première partie de la composante basse fréquence et d’une première partie de la composante haute fréquence ; et piloter le deuxième convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en oeuvre à partir d’une deuxième partie de la composante basse fréquence et d’une deuxième partie de la composante haute fréquence.

Avantageusement, mais facultativement, le système électrique peut comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou dans une quelconque combinaison :

- il comprend en outre un troisième convertisseur prévu pour être relié à une source de courant continu, le troisième convertisseur étant relié au bus et configuré pour réguler le bus en tension à partir d’une puissance électrique fournie par la source de courant continu, dans lequel le dispositif de contrôle est en outre relié au troisième convertisseur et configuré pour piloter le troisième convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en oeuvre à partir d’une troisième partie de la composante basse fréquence et d’une troisième partie de la composante haute fréquence ;

- il comprend en outre une source de courant continu reliée au troisième convertisseur pour fournir une puissance au troisième convertisseur ;

- chaque convertisseur comprend un organe de contrôle configuré pour piloter le convertisseur, le dispositif de contrôle comprenant en outre un organe central configuré pour : recevoir le signal de contrôle ; réaliser le filtrage fréquentiel du signal de contrôle ; et transmettre à chacun des organes de contrôle un signal de commande pour le pilotage des convertisseurs, le signal de commande ayant été généré à partir de la première partie et de la deuxième partie de la composante basse fréquence ainsi que de la première partie et de la deuxième partie de la composante haute fréquence ;

- chaque convertisseur comprend un organe de contrôle configuré pour : recevoir le signal de contrôle ; réaliser le filtrage fréquentiel du signal de contrôle ; et piloter le convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en oeuvre à partir d’une partie de la composante basse fréquence et d’une partie de la composante haute fréquence ;

- il comprend en outre :

* un premier générateur de courant alternatif relié au premier convertisseur pour fournir une puissance électrique au premier convertisseur, le premier générateur de courant alternatif étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif d’une turbomachine pour prélever une puissance mécanique sur le premier corps rotatif ; et

* un deuxième générateur de courant alternatif relié au deuxième convertisseur pour fournir une puissance électrique au deuxième convertisseur, le deuxième générateur de courant alternatif étant prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif d’une turbomachine pour prélever une puissance mécanique sur le deuxième corps rotatif ;

- le dispositif de contrôle est configuré pour piloter les convertisseurs en fonction d’une consigne de répartition de prélèvement entre les corps rotatifs ; et

- le dispositif de contrôle est configuré pour piloter chacun des convertisseurs en fonction d’un seuil de prélèvement maximal sur chacun des corps rotatifs et/ou sur la source de courant continu.

Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un ensemble pour turbomachine comprenant : un premier corps rotatif ; un deuxième corps rotatif ; et un système électrique tel que précédemment décrit, dans lequel le premier générateur de courant alternatif est relié au premier corps rotatif pour prélever une puissance sur le premier corps rotatif et le deuxième générateur de courant alternatif est relié au deuxième corps rotatif pour prélever une puissance sur le deuxième corps rotatif.

Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le dispositif de contrôle et comprenant : la réception d’un signal de contrôle représentatif d’une correction associée à une différence entre une mesure d’une tension du bus et une référence, la différence étant représentative d’une évolution d’une tension du bus ; le filtrage fréquentiel du signal de contrôle de sorte à en déterminer au moins une composante basse fréquence et une composante haute fréquence ; le pilotage du premier convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en œuvre à partir d’une première partie de la composante basse fréquence et d’une première partie de la composante haute fréquence ; et le pilotage du deuxième convertisseur en vue de compenser l’évolution de la tension du bus, le pilotage étant mis en œuvre à partir d’une deuxième partie de la composante basse fréquence et d’une deuxième partie de la composante haute fréquence.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 illustre de façon schématique un aéronef.

La figure 2 illustre de façon schématique un moteur.

La figure 3 illustre de façon schématique un système électrique selon un aspect de la présente divulgation.

La figure 4 est un organigramme illustrant des étapes d’un procédé de contrôle d’un système électrique selon la présente divulgation.

La figure 5 illustre le fonctionnement d’une partie d’un système électrique selon un aspect de la présente divulgation.

La figure 6 illustre le fonctionnement d’une autre partie d’un système électrique selon un autre aspect de la présente divulgation.

Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Aéronef

La figure 1 illustre un aéronef 100 comprenant au moins un ensemble propulsif 1 , en l’espèce deux ensembles propulsifs 1. L’aéronef 100 représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef 100, tel qu’un hélicoptère. Les ensembles propulsifs 1 sont rapportés et fixés sur l’avion 100, chacun sous une aile de l’avion 100, comme visible sur la figure 1. Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un ensemble propulsif 1 peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage.

L’aéronef 100 comprend également une pluralité de charges (ou récepteurs) électriques (non représentés). Chaque charge électrique est un dispositif alimenté par de l’énergie électrique et pouvant être configuré pour transformer l’énergie électrique qui l’alimente en une autre forme d’énergie, comme par exemple de la chaleur ou de l’énergie mécanique. Des exemples non limitatifs de charges électriques de l’aéronef 100 sont : un moteur électrique, un système de chauffage et/ou de climatisation, un compresseur, etc. Ces charges électriques permettent notamment d’assurer un certain nombre de fonctionnalités, en vol comme au sol, telles que la pressurisation et/ou l’illumination de la cabine de l’aéronef 100, le fonctionnement du poste de pilotage, etc.

Pour alimenter ces charges électriques en énergie électrique, l’aéronef 100 comprend une pluralité de réseaux électriques, dont au moins un réseau à courant continu. Chaque réseau électrique comprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Le réseau à courant continu n’autorise la circulation d’énergie électrique que sous forme d’un signal continu.

L’énergie électrique consommée par les charges électriques peut, au moins en partie, être produite par le moteur 2 de l’ensemble propulsif 1 , décrit plus en détails ci-après, et plus précisément par prélèvement mécanique sur des corps rotatifs BP, HP du moteur 2.

Ensemble propulsif

La figure 2 illustre un ensemble propulsif 1 présentant un axe longitudinal X-X, et comprenant un moteur 2, qui est une turbomachine, et une nacelle 3 entourant le moteur 2.

L’ensemble propulsif 1 est destiné à être monté sur un aéronef 100, par exemple de la manière illustrée sur la figure 1. À cet égard, l’ensemble propulsif 1 peut comprendre un mât (non représenté) destiné à relier l’ensemble propulsif 1 à une partie de l’aéronef 100.

Le moteur 2 illustré sur la figure 2 est un turboréacteur à double corps, double flux et entraînement direct de la soufflante 20. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur 2 peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à entraînement de la soufflante via un réducteur, ou un turbopropulseur. De même, ce qui est décrit est applicable à tous types de turbomachine, c’est-à-dire de système permettant un transfert d’énergie entre une partie tournante et un fluide.

Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif 1 en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X et une direction radiale est une direction orthogonale à l’axe longitudinal X-X et coupant l’axe longitudinal X-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinal X-X et un plan radial est un plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinal X-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est orthogonale à l’axe longitudinal X-X mais ne passe pas par l’axe longitudinal X-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie extérieure du même élément.

Comme visible sur la figure 2, le moteur 2 comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante 20, une section de compression 22 comprenant un compresseur basse pression 220 et un compresseur haute pression 222, une chambre de combustion 24 et une section de détente 26 comprenant une turbine haute pression 262 et une turbine basse pression 260. Chacun du compresseur basse pression 220, du compresseur haute pression 222, de la turbine haute pression 262 et de la turbine basse pression 260 comprend une partie rotor et une partie stator, la partie rotor étant susceptible d’être entraînée en rotation par rapport à la partie stator autour de l’axe longitudinal X-X. La soufflante 20, la partie rotor du compresseur basse pression 220, et la partir rotor de la turbine basse pression 260 sont reliées entre elles par un arbre basse pression 280 s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, formant ainsi un corps basse pression (corps BP) qui est un premier corps rotatif. La partie rotor du compresseur haute pression 222 et la partie rotor de la turbine haute pression 262 sont reliées entre elles par un arbre haute pression 282 s’étendant également le long de l’axe longitudinal X-X, autour de l’arbre basse pression 280, formant ainsi un corps haute pression (corps HP) qui est un deuxième corps rotatif. Comme visible sur la figure 2, la section de compression 22, la chambre de combustion 24 et la section de détente 26 sont entourés par un carter moteur 23, auxquels sont reliés les parties stator du compresseur basse pression 220, du compresseur haute pression 222, de la turbine haute pression 262 et de la turbine basse pression 260, tandis que la soufflante 20 est entourée par un carter de soufflante 25. Le carter moteur 23 et le carter de soufflante 25 sont reliés entre eux par des bras 27 profilés formant des redresseurs (ou OGV pour « Outlet Guide Vanes » dans la terminologie anglo-saxonne) répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinal X-X. Àu moins certains de ces bras 27 peuvent être prévus structuraux. L’axe longitudinal X-X définit l’axe de rotation pour la soufflante 20, les parties rotor de la section de compression 22 et les parties rotor de la section de détente 26, autrement dit pour le corps BP et le corps HP, lesquels sont chacun susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinal X-X par rapport au carter moteur 23 et au carter de soufflante 25.

La nacelle 3 s’étend radialement à l’extérieur du moteur 2, tout autour de l’axe longitudinal X-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante 25 et le carter moteur 23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur 23, une partie aval d’une veine secondaire B, la partie amont de la veine secondaire B étant définie par le carter de soufflante 25 et une partie amont du carter moteur 23. La partie amont de la nacelle 3 définit en outre une entrée d’air 29 par laquelle la soufflante 20 aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif 1. La nacelle 3 est solidaire du carter de soufflante 25 et rapportée et fixée à l’aéronef 100 au moyen du mât.

Le moteur 2 peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé ÀGB (pour « Accessory gear box » dans la terminologie anglo-saxonne), typiquement logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle 3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’engrenages permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de mouvement (ou RDS pour « Radial Drive Shaft » dans la terminologie anglo- saxonne) reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression 282 et l’arbre basse pression 280. À cet égard, l’arbre de prise de mouvement peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras 27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280 pour être délivrée à l’un au moins des accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.

Le moteur 2 peut, lui aussi, comprendre une pluralité de charges électriques (non représentées), telles qu’un démarreur, des géométries variables ou des systèmes de dégivrage, lesquelles doivent également être alimentées en énergie électrique. L’alimentation d’au moins certaines de ces charges électriques peut être sous la forme d’un signal continu, typiquement une tension continue.

En fonctionnement, la soufflante 20 aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaire A, est, successivement, comprimée au sein de la section de compression 22, enflammée au sein de la chambre de combustion 24 et détendue au sein de la section de détente 26 avant d’être éjectée hors du moteur 2. La veine primaire A traverse le carter moteur 23 de part en part. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaire B qui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur 23, l’air aspiré par la soufflante 20 étant redressé par les redresseurs puis éjecté hors de l’ensemble propulsif 1. De cette manière, l’ensemble propulsif 1 génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef 100 sur lequel l’ensemble propulsif 1 est rapporté et fixé.

La figure 3 illustre un système électrique 4 distribué entre l’ensemble propulsif 1 et l’aéronef 100 pour l’alimentation en énergie électrique des charges électriques 400 du moteur 2 et/ou de l’aéronef 100, typiquement au moyen du réseau à courant continu. Le système électrique 4 permet notamment de réaliser l’interface entre les corps rotatifs BP, HP du moteur 2 et le réseau électrique de l’aéronef 100. Le système électrique est notamment configuré pour répondre aux besoins en puissance électrique des charges 400 de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2 par prélèvement mécanique sur le moteur 2, et pour assister le démarrage et/ou le fonctionnement en vol du moteur 2 à l’aide de sources électriques de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2. En d’autres termes, le moteur 2 est hybridé électriquement.

Le système électrique 4 comprend un bus 40 électrique, ou bus 40 d’alimentation électrique, relié à au moins une charge 400 électrique de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2, de préférence un ensemble de plusieurs charges 400 de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2, le bus 40 étant configuré pour fournir une puissance électrique à la charge 400 sous forme d’un signal continu afin notamment de répondre à ses besoins en puissance. En d’autres termes, le bus 40 est configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal continu. Le bus 40 peut, par exemple, comprendre un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité.

Le système électrique 4 comprend en outre plusieurs convertisseurs 410, 420, 430 électriques, chacun relié à une source électrique 411 , 421 , 431 respective, c’est-à-dire à un élément configuré pour fournir une puissance électrique. Les sources électriques 411 , 421 , 431 peuvent être un générateur de courant alternatif 411 , 421 , et/ou une source de courant continu 431. Le générateur de courant alternatif 411 , 421 et la source de courant continu 431 peuvent appartenir au moteur 2, c’est-à-dire être pilotés en même temps que le moteur 2, voire être pilotés par le moteur 2. Dans ce cas ce sont des sources électriques 411 , 421 , 431 du moteur 2. Du reste, la source de courant continu 431 n’est pas nécessairement localisée dans le moteur 2 et peut, par exemple, être logée dans un pylône permettant de fixer le moteur 2 à l’aéronef 100. Alternativement, la source de courant continu 431 appartient à l’aéronef 100, c’est-à-dire qu’elle est pilotée en même temps que l’aéronef 100. Comme visible sur la figure 3, le système électrique 4 peut ainsi comprendre un premier convertisseur 410 relié à un premier générateur de courant alternatif 411 , un deuxième convertisseur 420 relié à un deuxième générateur de courant alternatif 421 et, optionnellement, un troisième convertisseur 430 relié à une source de courant continu 431. Le troisième convertisseur 430 et la source de courant continu 431 sont optionnels dans le sens où, dans certains modes de réalisation, ils sont absents ou, dans d’autres modes de réalisation, la source de courant continu 431 est indisponible. D’autre part, chacun des convertisseurs 410, 420, 430 est, comme visible sur la figure 3, relié au bus 40. De fait, au moins un, si ce n’est chacun, des convertisseurs 410, 420, 430 est configuré pour réguler le bus 40 en tension à partir, c’est-à-dire à l’aide, d’une puissance électrique fournie par la ou les source(s) électrique(s) 411 , 421 , 431 auxquels les convertisseurs 410, 420, 430 sont reliés. Le nombre et le type de convertisseurs 410, 420, 430 et de sources électriques 411 , 421 , 431 n’est, bien entendu, pas limitatif.

La régulation en tension du bus 40 est critique. En effet, l’évolution temporelle de la tension électrique au sein du bus 40, lors du fonctionnement du système électrique 4, si elle peut ponctuellement varier autour d’une valeur nominale donnée, doit pour autant demeurer au sein de limites d’un gabarit, ce qui est la garantie que l’ensemble des éléments qui sont connectés au bus 40 fonctionne correctement. Le gabarit définit, en fait, les limites supérieures et inférieures d’excursion de la tension, en fonction du temps, lors du fonctionnement du système électrique 4. Le gabarit peut comprendre des limites définies pour des conditions de fonctionnement normales et/ou anormales, lesquelles limites entourent, de manière symétrique ou non, un niveau de tension électrique nominal du bus 40. Dans un diagramme (non représenté) fournissant l’évolution de la tension électrique en fonction du temps, une limite d’un gabarit est typiquement représentée comme une ligne, brisée ou non. De préférence, même si la limite ne définit par une valeur de tension électrique constante dans un premier temps, notamment pendant le temps caractéristique de mise en fonctionnement (ou démarrage) du système électrique 4 ou encore pendant le temps d’établissement d’un régime permanent en cas de transitoire de puissance, il est commun que la limite définisse ensuite une valeur de tension électrique constante, et ce afin de garantir la stabilité de fonctionnement du bus 40 et, partant, du système électrique 4. Un tel gabarit peut, par exemple, être défini dans une norme relative à la qualité du système électrique 4 et/ou du réseau à courant continu, mais aussi être défini par un cahier des charges d’un véhicule type aéronef auquel le système électrique 4 est raccordé, typiquement les exigences du fabricant de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2 au sein duquel le système électrique 4 est intégré.

D’autre part, la régulation en tension du bus 40 permet de répondre aux demandes en puissance de la part des charges 400 reliées au bus 40. Typiquement, lorsque la quantité de puissance prélevée par au moins une charge 400 sur le bus 40 est supérieure à la quantité de puissance injectée sur le bus 40 par au moins un convertisseur 410, 420, 430, la tension du bus 40 diminue significativement. Inversement, lorsque la quantité de puissance injectée par au moins un convertisseur 410, 420, 430 sur le bus 40 est supérieure à la quantité de puissance prélevée sur le bus 40 par au moins une charge 400, la tension du bus 40 augmente. Ainsi, réguler la tension du bus 40 permet, outre d’assurer la sécurité du système électrique 4, de répondre aux besoins en puissance des charges 400. En d’autres termes, chacun des convertisseurs 410, 420, 430 est configuré pour adapter en permanence la puissance qu’il injecte ou prélève sur le bus 40, selon la tension du bus 40, de sorte à répondre exactement aux besoins en puissance des charges 400 reliées au bus 40.

Cette injection ou ce prélèvement de puissance sur le bus 40 par les convertisseurs 410, 420, 430 est notamment permise par leur liaison avec les sources électriques 411 , 421 , 431. De fait, au moins un, si ce n’est chacun, des générateurs 411 , 421 à courant alternatif est relié à un corps rotatif BP, HP, du moteur 2 pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le corps rotatif BP, HP et le générateur 411 , 421 de courant alternatif, de préférence pour prélever une puissance mécanique sur le corps rotatif BP, HP et la transformer en une puissance électrique, laquelle puissance électrique est ensuite délivrée au premier convertisseur 410 et/ou au deuxième convertisseur 420 pour être injectée sur le bus 40. Comme la puissance électrique fournie par les générateurs 411 , 421 à courant alternatif est sous la forme d’un signal alternatif, chacun du premier convertisseur 410 et du deuxième convertisseur 420 est configuré pour transformer, de manière réversible, ce signal alternatif en un signal continu adapté pour être injecté, puis circuler, sur le bus 40. De même, la source de courant continu 431 peut délivrer une puissance sous forme d’un signal continu au troisième convertisseur 430, lequel va tout de même le convertir, également de manière réversible, pour le mettre en forme selon les contraintes propres au bus 40, puis l’injecter sur le bus 40. Chacun, ou au moins l’un, des générateurs 411 , 421 de courant alternatif peut, par exemple, être une machine synchrone à rotor bobiné, comprenant typiquement trois étages, appelée VFG (pour « Variable Frequency Generator » dans la terminologie anglo-saxonne), entraînée par l’un au moins parmi l’arbre haute pression 282 et l’arbre basse pression 280 du moteur 2, typiquement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. D’autres types de machines électriques sont envisageables, telles que, de préférence, des machines synchrones à aimant permanent, appelées PMSM (pour « Permanent-Magnet Synchronous Machine Drives » dans la terminologie anglo-saxonne) qui présentent notamment l’avantage d’avoir une masse plus réduite, ou telles que des machines asynchrones (ou « Induction machine » dans la terminologie anglo-saxonne) ou à réluctance variable. De préférence, le premier générateur 411 de courant alternatif est relié au corps HP, tandis que le deuxième générateur 421 de courant alternatif est relié au corps BP, 280. La source de courant continu 431 peut, quant à elle, comprendre une batterie, un supercondensateur, une génératrice à courant continu et/ou une pile à combustible. La source de courant continu 431 permet notamment de soulager les corps rotatifs BP, HP, ou prendre leur relais, lorsque, par exemple, le niveau de prélèvement exigé pour répondre aux besoins en puissance des charges 400 est trop élevé, mais permet aussi d’absorber certaines dynamiques, telles des variations brusques, du comportement des charges 400.

La figure 3 illustre également que le système électrique 4 comprend un dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000, relié à au moins un, si ce n’est chacun, des convertisseurs 410, 420, 430.

Le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 illustré sur la figure 3 comprend un organe central 4000 et une pluralité d’organes de contrôle 412, 422, 432, chacun des organes de contrôle 412, 422, 432 étant relié (ou intégré) à un des convertisseurs 410, 420, 430. Alternativement, le dispositif de contrôle 412, 422, 432 peut ne comprendre que la pluralité des organes de contrôle 412, 422, 432, chacun des organes de contrôle 412, 422, 432 étant relié (ou intégré) à un des convertisseurs 410, 420, 430.

Le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 est en outre configuré pour recevoir un signal V représentatif d’une mesure d’une tension du bus 40. Pour ce faire, le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 peut être relié au bus 40 ou à un capteur de tension relié au bus 40, et recevoir du bus 40 (ou de ce capteur) le signal V. Ce signal V peut être reçu par l’intermédiaire d’une liaison physique ou sans fil. Ce signal V représente notamment l’évolution des besoins en puissance de la part des charges 400 reliées au bus 40. Typiquement, lorsqu’une charge 400 requiert soudainement de pouvoir prélever sur le bus 40 une puissance importante, du fait du temps de réponse du système électrique 4 pour fournir au bus 40 la puissance nécessaire pour compenser la puissance prélevée, la tension du bus 40 va brutalement chuter, et cette chute sera remontée au dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 par l’intermédiaire du signal V. De la même manière, lorsqu’une charge 400 se déleste brusquement d’une puissance importante sur le bus 40, du fait du temps de réponse du système électrique 4 pour soutirer au bus 40 la puissance nécessaire en vue de compenser ce délestage, la tension du bus 40 va brutalement augmenter, et cette augmentation sera remontée au dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 par l’intermédiaire du signal V. De ce fait, le signal V est typiquement un signal temporel, c’est- à-dire fournissant (ou représentant) l’évolution de la tension du bus 40 en fonction du temps. De nombreuses charges 400, notamment les charges 400 dites « actives », peuvent présenter ce type de comportement dynamique, lequel peut d’ailleurs varier au cours des différentes phases de vol.

Les évolutions de la tension du bus 40 sont compensées par l’action des convertisseurs 410, 420, 430, laquelle action suit donc l’évolution de la tension, aussi brusque et fluctuante soit-elle. C’est pourquoi, cette action est coordonnée par le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 pour maintenir la tension du bus 40 dans les gabarits permettant un fonctionnement stable du système électrique 4.

Pour ce faire, le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 est configuré pour réaliser un filtrage fréquentiel d’un courant de contrôle i, lequel est représentatif de l’action requise des convertisseurs 410, 420, 430 pour corriger une différence relevée entre le signal V et une référence V_ref, par exemple associée au gabarit, comme décrit plus en détails ci- après. En réalité, le courant de contrôle i est représentatif (ou associé) à l’évolution de tension du bus 40 relevée via le signal V.

Or, la composante haute fréquence de l’évolution de la tension du bus 40 nécessite une réponse immédiate et rapide du système électrique 4, tandis que sa composante basse fréquence exige une réponse de fond, sur le long terme, du système électrique 4. Typiquement, lors du fonctionnement du moteur 2, la puissance demandée par les charges 400 évolue avec une dynamique lente (composante basse fréquence), mais peut connaître des appels brusques et ponctuels de puissance (composante haute fréquence) de la part de certaines charges 400, par exemple des actionneurs électriques des volets des ailes de l’aéronef 100. Dès lors, il peut s’avérer pertinent de piloter les convertisseurs 410, 420, 430 en discriminant ces différentes composantes, par l’intermédiaire du filtrage fréquentiel du courant de contrôle i.

De manière générale, la composante basse fréquence de l’évolution de la tension du bus 40 déterminera le point de fonctionnement du moteur 2, tandis que la composante haute fréquence sera plutôt absorbée par l’inertie des corps rotatifs BP, HP. Pour cela, le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 est en outre configuré pour piloter chacun des convertisseurs 410, 420, 430 en vue de compenser une partie de la composante haute fréquence et une partie de la composante basse fréquence. En d’autres termes, chaque convertisseur 410, 420, 430 prend sa part de la réponse aux besoins en puissance exprimée par les charges 400 et matérialisées par l’évolution de la tension du bus 40. Plus exactement, chacun des convertisseurs 410, 420, 430 reçoit du dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 une consigne qui lui est propre, et à partir de laquelle le convertisseur 410, 420, 430 régule en tension le bus 40. La combinaison des régulations en tension de chaque convertisseur 410, 420, 430 permet ainsi une optimisation du point de fonctionnement du moteur en suivant en permanence les besoins en puissance des charges 400. Ainsi, le corps rotatif BP, HP qui serait le plus sensible à des fluctuations rapides de prélèvement de puissance mécanique sur certains points de fonctionnement peut avantageusement être délesté en faveur de l’autre corps rotatif BP, HP ou de la source de courant continu 431 , et ce afin de permettre une optimisation du point de fonctionnement du moteur 2.

Dans le système électrique 4 illustré sur la figure 3, c’est l’organe central 4000 qui est configuré pour recevoir puis traiter le signal V, comme illustré plus en détails sur la figure 5. En outre, l’organe central 4000 est configuré pour transmettre à chacun des organes de contrôle 412, 422, 432 un signal de commande CTRL_1 , CTRL_2, CTRL_3, pouvant typiquement prendre la forme d’un courant de commande pour le pilotage des convertisseurs 410, 420, 430. Dans le système électrique 4 illustré sur la figure 3, le contrôle est donc réalisé de manière centralisée. Alternativement, lorsque le dispositif de contrôle 412, 422, 432 ne comprend que les organes de contrôle 412, 422, 432, chacun des organes de contrôle 412, 422, 432 est configuré pour recevoir et traiter le signal V, puis piloter le convertisseur 410, 420, 430 en conséquence, comme visible sur la figure 6. En d’autres termes, le contrôle est alors réalisé de manière décentralisé.

La figure 3 montre en outre la présence d’un contrôleur général 7, qui peut par exemple être tout ou partie du système réalisant l’interface entre le cockpit de l’aéronef 100 et le moteur 2 (ou FADEC ou « Full Authority Digital Engine Control », dans la terminologie anglo- saxonne), typiquement être l’unité de commande du moteur 2, (ou ECU pour « Electronic Control Unit » dans la terminologie anglo-saxonne), laquelle est intégrée au FADEC. Le contrôleur général 7 est relié au dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000, en l’occurrence à l’organe central 4000, mais pourrait alternativement être directement relié à chacun des organes de contrôle 412, 422, 432 lorsque l’organe central 4000 n’est pas présent. Dans ce cas, les fonctions réalisées par l’organe central 4000 sont soit effectuées localement dans les organes de contrôle 412, 422, 432, soit effectuées par le contrôleur général 7. Le contrôleur général 7 détermine des contraintes supplémentaires à respecter par le système électrique 4 pour répondre aux besoins en puissances des charges 400. Notamment, le contrôleur général 7 peut transmettre au dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 une consigne Cons de répartition de prélèvement entre les corps rotatifs BP, HP et la source de courant continu 431 , et/ou un seuil Se1 , Se2, Se3 de prélèvement maximal sur au moins un, si ce n’est chacun, des corps rotatifs BP, HP et de la source de courant continu 431 , le seuil Se1 , Se2, Se3 étant, le cas échéant, propre à chaque corps rotatif BP, HP et à la source de courant continu 431. Plus précisément, la consigne Cons de répartition indique au dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 la manière dont la totalité de la puissance à prélever sur le moteur 2 pour répondre aux besoins des charges 400 doit être répartie entre les corps rotatifs BP, HP, et la source de courant continu 431 , et peut typiquement prendre la forme d’un pourcentage. Les seuils Se1 , Se2, Se3 de prélèvement fournissent, quant à eux, et pour chacune des sources électriques 411 , 421 , 431 , la valeur maximale de la puissance que le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 est autorisé à faire prélever par leur convertisseur respectif 410, 420, 430 ; c’est-à-dire une première valeur maximale de puissance pouvant être prélevée sur le moteur 2 par le premier convertisseur 410, via le premier générateur 411 à courant alternatif, une deuxième valeur maximale de puissance pouvant être prélevée sur le moteur 2 par le deuxième convertisseur 420, via le deuxième générateur 421 à courant alternatif, et une troisième valeur maximale de puissance pouvant être prélevée sur la source de courant continu 431 par le troisième convertisseur 430. Le seuil Se3 associé à la source de courant continu 431 peut typiquement prendre la forme d’une limite de prélèvement de courant de charge ou de décharge si la source de courant continu 431 est une batterie. Le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 est alors configuré pour piloter les convertisseurs 410, 420, 430 en fonction de cette consigne Cons de répartition et/ou de ces seuils Se1 , Se2, Se3. Plus exactement, les parties de la composante haute fréquence et de la composante basse fréquence qui sont compensées par le convertisseur 410, 420, 430 sont déterminées à l’aide de la consigne Cons de répartition et/ou des seuils Se1 , Se2, Se3.

La consigne Cons de répartition et/ou les seuils Se1 , Se2, Se3 de prélèvement transmis par le contrôleur général 7 peuvent évoluer au cours du temps et permettent notamment de s’assurer que chacun des corps rotatifs BP, HP et la source de courant continu 431 fournissent la puissance nécessaire aux charges en optimisant le point de fonctionnement du moteur 2. Par exemple, lors du décollage, qui est une phase de vol sollicitant une forte poussée de la soufflante 20, c’est-à-dire une phase lors de laquelle une puissance importante est transmisse par le corps BP à la soufflante 20, la partie haute fréquence de la puissance sera prélevée préférentiellement, voire totalement, sur le corps HP, la partie basse fréquence de la puissance étant prélevée préférentiellement, voire totalement, sur le corps BP, et ce afin d’éviter des oscillations de poussée sur le corps BP. Àu contraire, lors de certaines phases de vol où les limites d’opérabilité du corps HP sont atteintes, il est préférable de prélever une puissance plus importante sur le corps BP. En tout état de cause, cette consigne Cons de répartition et/ou ces seuils Se1 , Se2, Se3 de prélèvement peut également s’avérer nécessaire dans la mesure où le prélèvement mécanique a des conséquences différentes suivant le corps rotatif BP, HP sur lequel la puissance est prélevée.

Procédé de contrôle

La figure 4 illustre plus précisément le procédé de contrôle E qui peut être mis en oeuvre par le dispositif de contrôle 412, 422, 432, 4000 pour permettre de répondre en temps réel aux besoins en puissance des charges 400, quelle que soit la phase de fonctionnement du moteur 2. La figure 5 illustre ce procédé de contrôle mis en oeuvre au sein de l’organe central 4000, tandis que la figure 6 illustre ce procédé de contrôle mis en oeuvre au sein d’un organe de contrôle, typiquement le premier organe de contrôle 412. Ce procédé de contrôle E permet au système électrique 4 de corriger une différence (ou erreur) relevée entre une référence V_ref, qui dépend du gabarit en tension du bus 40 et représente l’état dans lequel devrait se trouver le bus 40 pour un fonctionnement normal, et une mesure de la tension V du bus 40, qui représente quant à elle la réalité des besoins des charges 400 telles qu’elles l’expriment par injection ou prélèvement de puissance sur le bus 40. En d’autres termes, ce procédé de contrôle E, en corrigeant cette différence entre la référence V_ref et la mesure de la tension V du bus 40, assure que les besoins en puissance des charges 400 soient assouvis par la régulation en puissance du bus 40.

Plus précisément, comme visible sur la figure 5 et la figure 6, un signal V représentatif d’une mesure de la tension du bus 40 est reçu. Ce signal V peut alors être comparé à une référence V_ref. S’il n’y a aucune différence entre référence V_ref et signal V mesuré, c’est que la tension du bus 40 n’a pas à être régulée. En revanche, si une différence est constatée, c’est-à-dire que la tension du bus 40 a subi une évolution, il est nécessaire que la tension du bus 40 soit régulée. Pour ce faire, il est nécessaire de piloter les sources électriques 411 ,

421 , 431 en vue de réaliser cette régulation en tension. Ce pilotage (ou cette commande) peut, par exemple, consister en la transmission d’un courant de consigne, d’une puissance de consigne ou même d’un couple de consigne. Ces consignes fixeront la manière dont le système électrique 4, et plus précisément les sources électriques 411 , 421 , 431 , devra adapter son fonctionnement pour mener à bien cette régulation en tension. En l’occurrence, un courant de contrôle i de consigne, plus aisé à manipuler par le dispositif de contrôle 412,

422, 432, 4000, qu’il s’agisse de l’organe central 4000 ou des organes de contrôle 412, 422, 432, peut avantageusement être généré puis traité en fonction de l’erreur relevée dans le signal V par rapport à la référence V_ref. Le traitement peut avantageusement être mise en oeuvre par un correcteur de type proportionnel intégral. Ainsi, le courant de contrôle i est représentatif de la correction à apporter par le système électrique 4 pour réduire, voire annuler, la différence entre référence V_ref et signal V mesuré, et ainsi compenser l’évolution de la tension du bus 40. Toutefois, ce courant de contrôle i ne fait que fixer la consigne générale à adopter par le système électrique 4, sans pour autant discriminer le rôle que chacun des membres du système électrique 4, et plus précisément les sources électriques 411 , 421 , 431 , aura à jouer dans la régulation en tension.

À cet égard, le courant de contrôle i, est reçu E1 par un organe de filtrage qui lui fait subir un filtrage fréquentiel E2 de sorte à en déterminer au moins une composante basse fréquence i_BF et une composante haute fréquence i_HF, lesquelles composantes i_BF, i_HF sont, en fait, représentatives, respectivement, de la composante basse fréquence et de la composante haute fréquence de l’évolution de la tension sur le bus 40. De fait, l’évolution du courant de contrôle i est représentatif de l’évolution de la tension du bus 40, par l’intermédiaire du signal V mesuré. Pour ce faire, le courant de contrôle i est, par exemple, dupliqué, puis chacun des jumeaux du courant de contrôle i subit un filtrage fréquentiel, l’un basse fréquence et l’autre haute fréquence. Par haute fréquence, il faut comprendre des fréquences supérieures ou égales à 1 Hz et inférieures ou égales à 1000 Hz, tandis que basse fréquence renvoie à des fréquences inférieures à 1 Hz.

À partir d’une consigne Cons de répartition reçue du contrôleur général 7, une partie dédiée à chaque convertisseur 410, 420, 430 est déterminée, pour chacune de la composante basse fréquence i_BF et de la composante haute fréquence i_HF. Cette consigne Cons de répartition peut être répartie en deux consignes : une consigne de répartition Cons_HP/BP imposant la répartition de prélèvement entre corps HP et corps BP, et une consigne de répartition Cons_Source/Mot entre moteur 2 et source de courant continu 431. La consigne de répartition Cons_Source/Mot entre moteur 2 et source de courant continu 431 peut notamment être utilisée pour soulager les corps rotatifs BP, HP, ou prendre leur relais, lorsque, par exemple, le niveau de prélèvement exigé pour répondre aux besoins en puissance des charges 400 est trop élevé, ou pour permettre d’absorber certaines dynamiques, telles des variations brusques, du comportement des charges 400. En outre, la consigne de répartition Cons_HP/BP imposant la répartition de prélèvement entre corps HP et corps BP, et la consigne de répartition Cons_Source/Mot entre moteur 2 et source de courant continu 431 peuvent, chacune, être propre à la composante basse fréquence et à une composante haute fréquence de l’évolution de la tension sur le bus 40. Typiquement, chacun des jumeaux du courant de contrôle filtré est ainsi modifié i_1 _BF, i_2_BF, i_3_BF, i_1_HF, i_2_HF, i_3_HF en fonction de la consigne Cons de répartition. Comme visible sur la figure 5, lorsque c’est l’organe central 4000 qui est en charge du contrôle, il en ressort autant de paires de jumeaux de courants de contrôle i_1_BF/i_1_HF, i_2_BF/i_2_HF, i_3_HF/i_3_BF qu’il y a de convertisseurs 410, 420, 430 dans le système électrique 4. Comme visible sur la figure 6, lorsque c’est chaque organe de contrôle 412, 422, 432 qui est en charge du contrôle, il ne ressort qu’une paire de jumeaux de courant i_1 _BF/i_1 _HF de contrôle dédiée au convertisseur 410 auquel l’organe de contrôle 412 est relié.

Les parties ainsi déterminées sont réunies pour être transmises au convertisseur 410, 420, 430 correspondant et peuvent, préalablement à cette transmission, subir un traitement à partir de seuils Se1 , Se2, Se3 de prélèvement pour chaque source électrique 411 , 421 , 431 reçu du contrôleur général 7. Typiquement, chaque paire de jumeaux i_1_BF/i_1_HF, i_2_BF/i_2_HF, i_3_HF/i_3_BF du courant de contrôle est sommée i_1 , i_2, i_3, puis traitée à l’aide des seuils Se1 , Se2, Se3 de prélèvement si nécessaire, de sorte à fournir un courant de contrôle final i_1*, i_2*, qui peut subir un dernier traitement pour correspondre aux contraintes propres aux convertisseurs 410, 420, 430, prêt à être acheminé CTRL_1 , CTRL_2, CTRL_3 vers le convertisseur 410, 420, 430 pour assurer son pilotage.

Chaque convertisseur 410, 420, 430 est piloté E3, par exemple à l’aide du courant de contrôle final CTRL_1 , CTRL_2, CTRL_3, en vue de compenser sa partie de la composante basse fréquence et sa partie de la composante haute fréquence de l’évolution de la tension du bus 40.