FR3009145A1

FR3009145A1 - Baie modulaire d'onduleurs et son procede de pilotage pour un ensemble de machines electriques depourvues de capteurs de position

Info

Publication number: FR3009145A1
Application number: FR1301765A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Dal
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-01-30
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CA2919086A1; US10181812B2; US20160149530A1; FR3009145B1; CA2919086C; WO2015011242A1

Abstract

L'invention porte sur une baie modulaire de puissance destinée à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques (11), une pluralité d'onduleurs (10), et un organe de pilotage (13b) configuré pour affecter à au moins une machine (11) un ou plusieurs onduleurs (10), en fonction des besoins opérationnels de la pluralité de machines (11). L'organe de pilotage (13b) comprend : - un observateur (14b), apte à mesurer des courants de phase (ia, ib, ic) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vc) d'un signal électrique d'alimentation de ladite machine (11), - un estimateur (15b), apte à déterminer une position rotorique (θ), à partir des mesures d'au moins un observateur (14b), - des moyens de communication (16b), vers chacun des onduleurs (10): o d'une consigne de pilotage de chacun des onduleurs (10) pour répondre au besoin opérationnel de ladite machine (11), o des mesures d'au moins un observateur (14b), ou de la position rotorique estimée (θ);

Description

Baie modulaire d'onduleurs et son procédé de pilotage pour un ensemble de machines électriques dépourvues de capteurs de position La présente invention concerne le domaine des systèmes électriques pour le pilotage de machines électriques équipant un aéronef. Plus particulièrement, elle porte sur une baie modulaire d'onduleurs et son procédé de pilotage destinés à un aéronef comprenant un ensemble de machines électriques munies de capteurs de position. Un aéronef comprend généralement plusieurs machines électriques réparties dans l'aéronef pour remplir un ensemble de missions diverses. On connaît par exemple des machines électriques dédiées au démarrage d'une turbine de propulsion, à un groupe de climatisation de l'habitacle de l'aéronef, ou encore dédiées au fonctionnement des gouvernes aérodynamiques de l'aéronef. Pour ces missions, on a recours notamment à des machines électriques à courant continu, asynchrones, ou synchrones, triphasés, hexaphasés ou plus généralement polyphasés. Ces machines électriques consomment une puissance électrique disponible sur le réseau de bord de l'aéronef, et par exemple fournie par un générateur relié à une turbine ou encore fournit par un réseau aéroportuaire lorsque l'aéronef est au sol. On sait qu'il est essentiel de disposer d'une information fiable de la position du rotor de la machine électrique. Toute erreur de mesure sur la position augmente les pertes électriques de manière significative. Typiquement, une erreur inférieure de 5% sur la position réelle est généralement recherchée, les impacts sur la machine étant considérés comme acceptables (pénalité en masse liée au surdimensionnent machine, coûts supplémentaires, notamment pour le refroidissement, etc...). Les machines électriques mises en oeuvre à bord d'un aéronef présentent des vitesses de rotation élevées, de l'ordre de 10.000 à 50.000 tr/min, nécessitant de disposer d'une information de position du rotor à haute fréquence, typiquement de l'ordre de 8 à 40 kHz. Plusieurs techniques existent pour l'évaluation de la position du rotor. On connaît une variété de capteurs assurant une mesure physique de la position, il existe également des moyens de calculs permettant d'évaluer cette position en fonction des tensions et courants mesurés en chacune des phases de la machine.

Dans une architecture électrique conventionnelle d'un aéronef, chaque machine électrique dispose d'un ou plusieurs onduleurs reliés au réseau de bord qui mettent en forme le signal alimentant chacune des phases conformément aux besoins de la machine. Lorsque la machine électrique 5 n'est pas équipée de capteur de position, un procédé classique répandu met en oeuvre un estimateur de position tel qu'un filtre de Kalman. Cet estimateur se base sur des courants de phase circulant dans la machine ainsi que des tensions de phase neutre appliquées à la machine. La figure 1 illustre le principe de cet estimateur de position dans le- cas d'une machine électrique 'Io 11, alimentée par un unique onduleur 10. Les trois courants de phase (ici une machine triphasée) sont référencés a i, -th les trois tensions de phase- neutre sont référencées Va, Vb, Vc. Les trois objets référencés A correspondent à trois capteurs mesurant respectivement les courants -a, -b, -c. La tension VDC est la tension d'entrée de l'onduleur, ou tension du bus 15 continu en entrée de l'onduleur. Par la mesure des courants et tensions, l'estimateur permet de déterminer la position rotorique 90 et la vitesse de rotation rotorique COode la machine électrique par une fonction du type : 20 (Go, C00) = f ib, ic, Va, Vb, Vc) Il existent diverses fonctions connues, par filtre de Kalman ou d'autres techniques, permettant cette estimation de position et de vitesse. Ces techniques connues ne sont pas reprises ici en détail. 25 A ce stade il convient de noter que le présent document ne fait référence qu'aux courants de phase et tensions de phase neutre, mais que cette appelation générique renvoie plus largement : pour les tensions de phase neutre : o aux tensions phase-phase, 30 o aux tensions vd-vq de la transformée de Park, o aux rapports cycliques des MLI Da, Db, Dc, o aux rapports cycliques des MLI après transformation de Park Dq-Dd, o ou par toute autre transformation équivalent à un 35 changement de repère (par exemple Concordia) - pour les courants de phase, aux courants id-iq de la transformée de Park, ou par toute autre transformation équivalent à un changement de repère, par exemple Concordia.

Les figures 2a et 2b illustrent le principe de l'estimation de position dans le cas où une machine électrique est alimentée par plusieurs onduleurs, par exemple un nombre N d'onduleurs. Dans une première architecture connue, les onduleurs sont mis en parallèle en ajoutant généralement une inductance en sortie de chaque bras de pont des onduleurs, ou les onduleurs peuvent être couplés par une self de couplage comme repréSenté sur la figure 2a. Comme précédemment, ia, ib, ic, Va, Vb et Vc représentent les courants de phase et les tensions de phase neutre de la machine. Les courants de phase et les tensions de phase en sortie d'un des N onduleurs, référencé k, sont référencés respectivementV V et V .ka, Ikb, .kc, - ka, - kb - kc.

La mise en parallèle des onduleurs conduit pour les courants de phase, à : ia = Eika, ib = Eikb, ic = Eikc k=1 k=1 k=1 que l'on peut formuler de manière générique par : iabc = Eikabc ; k=1 et pour les tensions de phase neutre, on peut montrer que : I N I N Va = E Vkajl N , Vb = E Vkbj1 N , Vc =rÉVkcjI N k=-1 k=1 k=1 I que l'on peut formuler de manière générique par : Vabc = E Vkabc I N . k Dans une seconde architecture connue représentée sur la figure 2b, la machine comporte plusieurs sous-machines, chacunes étant alimentées par un onduleur dédié. Les courants de phase et tensions de phase-neutre des N onduleurs sont référencés comme dans l'architecture parallèle précédemment décrites, et comme représentés sur la figure 2b.

De manière connue, une machine comprenant N sous-machines peut se modéliser par une machine simple ; les courants de phase et tensions de phase-neutre étant alors déterminés respectivement par les relations suivantes : N I N iabc = E ikabc , et Vabc = E Vkabc I N . k=1 k=1 Les deux architectures aboutissent donc aux mêmes équations, les équations (i) ci-dessus. Pour déterminer la position rotorique de la machine, 10 l'estimateur de position précédemment décrit nécessite alors de connaître soit : Les courants de phase et les tensions de phase-neutre en entrée de la machine, i.e. ia, i i Va, Vb et Vc, et la position rotorique se calcule .b, -c, - a, - b - c, alors par une relation du type : 15 (eo, CO0) = f (ia, 'b, ic, Va, Vb, Vc) - Les courants de phase et les tensions de phase-neutre en sortie de chacun des N onduleurs, et la position rotorique se calcule alors par 20 une relation du type : (eo, o0) = f (la, lb, lc, Va, Vb, Vc) dans laquelle ia, lb, ic, et Va, Vb, Vc sont définis par les équations (i) 25 reproduites ci-dessous : iabc = Eikabc , et Vabc = EVkabc IN. k=1 k=1 Dans les solutions connues, un organe de pilotage commun génère 30 les courants de phase et tensions de phase neutre pour chacun des N onduleurs. En pratique, l'organe de pilotage est l'élément qui réalise la régulation en courant et la génération des rapports cycliques. Il s'agit par exemple d'une carte électronique avec un ou plusieurs composants du type microcontrôleur, microprocesseur ou plus simplement circuit logique programmable. L'organe de pilotage a accès aux mesures de courant de phase-a, .b, i Misées pour la régulation de courant, et aux tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc, qui se déduisent des rapports cycliques et de la 5 tension d'entrée de l'onduleur ou éventuellement de capteurs de tension en sortie de l'onduleur. Dans les solutions connues, l'organe de pilotage commun aux N onduleurs dispose donc de toutes les informations nécessaires pour 10 l'estimation de position. Mais cette architecture présente des limites que la présente invention cherche à résoudre. Elle implique en effet une affectation figée des N onduleurs à la machine électrique. Le ou les onduleurs dédiés par exemple à une machine électrique en charge du démarrage de la turbine n'est utilisé que lorsque l'aéronef est au sol avant le décollage. En vol, 15 l'onduleur inutilisé représente une masse et un surcoût inutiles. De même, une défaillance d'un onduleur rend inutilisable une machine électrique pourtant opérationnelle. Pour ces raisons, il est désirable de disposer d'une architecture électrique plus modulaire, qui permettrait de modifier l'affectation d'un ou plusieurs onduleurs entre plusieurs machines électriques. Suivant la 20 phase de vol de l'aéronef, ou un évènement particulier tel qu'une panne d'un onduleur, une nouvelle affectation des onduleurs pourrait être envisagée. On envisage une baie modulaire de puissance pilotant l'alimentation d'un ensemble de machines électriques réparties dans l'aéronef au moyen d'un ensemble d'onduleurs. La réalisation d'une telle baie modulaire se 25 heurte, dans le cas de machines électriques dépourvues de capteur de position, aux difficultés de l'estimation de position de chacune des machines électriques au moyen des courants de phase et tensions de phase neutre, dès lors que l'architecture des onduleurs chargés de mettre en forme le signal d'alimentation de la machine est variable. D'une part, l'information de 30 position doit être disponible au niveau de chaque onduleur, à haute fréquence pour les régulations des courants de phase; d'autre part, l'estimateur de position doit pouvoir s'adapter simplement à une réaffectation des onduleurs.

A cet effet, l'invention a pour objet une baie modulaire de puissance destinée à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques, une pluralité d'onduleurs, et un organe de pilotage configuré pour affecter à au moins une machine un ou plusieurs onduleurs, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine de la pluralité de machines. L'organe de pilotage comprend, pour l'au moins machine: au moins un observateur, apte à mesurer des courants de phase et tensions de phase-neutre d'un signal électrique d'alimentation de ladite machine, au moins un estimateur, apte à déterminer une position rotorique de ladite machine, à partir des mesures d'au moins un observateur, des moyens de communication, vers chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, des données suivantes : o une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine, o des mesures d'au moins un observateur, ou de la position rotorique estimée; chacun du ou des onduleurs étant configuré pour générer un signal 20 électrique d'alimentation de ladite machine en fonction des données transmises. Avantageusement, l'au moins un estimateur détermine à la fois la position rotorique et une vitesse de rotation rotorique de ladite machine, à partir des mesures d'au moins un observateur, au moyen d'un filtre de 25 Kalman. Avantageusement, l'organe de pilotage comprend pour au moins une machine : un unique observateur, mesurant les courants de phase et tensions de phase-neutre du signal électrique d'entrée de ladite machine, 30 un unique estimateur, déterminant la position rotorique à partir des mesures de l'observateur, - les moyens de communication, transmettant la position rotorique estimée à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine.

Avantageusement, l'organe de pilotage comprend pour au moins un machine : un observateur associé à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, mesurant les courants de phase et tensions de phase- neutre du signal électrique de sortie de l'onduleur auquel il est associé, un unique estimateur, déterminant la position rotorique à partir des mesures de l'observateur de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, les moyens de communication, transmettant la position rotorique estimée à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine. Avantageusement, l'organe de pilotage comprend pour au moins une machine : un observateur associé à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, mesurant les courants de phase et tensions de phase-neutre du signal électrique de sortie de l'onduleur auquel il est associé, un estimateur, déterminant la position rotorique à partir des mesures de l'observateur de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, les moyens de communication, transmettant d'une part à l'estimateur les mesures de l'observateur de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, et d'autre part à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine la position rotorique estimée par l'estimateur. Avantageusement, les moyens de communication transmettent à haute fréquence, les mesures de l'observateur de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine et un signal de synchronisation, 30 permettant une estimation de position rotorique synchronisée. Avantageusement, l'organe de pilotage comprend pour au moins une machine: - un observateur associé à chacun du ou des onduleurs affectés à 35 ladite machine, mesurant les courants de phase et tensions de phase- neutre du signal électrique de sortie de l'onduleur auquel il est associé, un estimateur associé à chacun du ou des onduleurs, déterminant la position rotorique à partir des mesures de l'observateur de l'onduleur auquel il est associé, les moyens de communication, transmettant à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, la position rotorique de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine. l'estimateur de chacun du ou des onduleurs déterminant une position 10 rotorique corrigée en fonction de la position rotorique de chacun du ou des onduleurs. Avantageusement, les moyens de communication transmettent à basse fréquence, à chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, la 15 position rotorique de chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, et un signal de synchronisation à chacun du ou des onduleurs, permettant de déterminer la position rotorique corrigée de manière synchronisée. L'invention porte aussi sur un aéronef équipé d'une baie modulaire de 20 puissance ayant les caractéristiques précédemment décrites. L'invention porte également sur un procédé de pilotage destiné à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques et une pluralité d'onduleurs, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes 25 consistant à : affecter à au moins une machine un ou plusieurs onduleurs, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine de la pluralité de machine, pour l'au moins une machine : 30 o mesurer des courants de phase et tensions de phase-neutre d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine, o déterminer une position rotorique de ladite machine, à partir des mesures d'au moins un signal électrique d'alimentation de 35 ladite machine, o transmettre, vers chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine, les informations suivantes : ^ une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine, ^ les mesures d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine, ou la position rotorique, o piloter chacun du ou des onduleurs affectés à ladite machine en fonction des informations transmises.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnés à titre d'exemple sur les figures suivantes. la figure 1, déjà présentée, illustre le principe connu d'un estimateur 15 de position d'une machine électrique alimentée par un onduleur, les figures 2a et 2b, déjà présentées, illustrent le principe connu d'un estimateur de position d'une machine électrique alimentée par plusieurs onduleurs, la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'une baie 20 modulaire de puissance selon l'invention, la figure 4 représente un second mode de réalisation d'une baie modulaire de puissance selon l'invention, la figure 5 représente un troisième mode de réalisation d'une baie modulaire de puissance selon l'invention, 25 la figure 6 illustre le fonctionnement d'une baie modulaire de puissance selon le troisième mode de réalisation. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. 30 La figure 3 représente un premier mode de réalisation d'une baie modulaire de puissance selon l'invention. La figure 3 représente une baie modulaire disposant d'une machine électrique et de N onduleurs, pour illustrer le principe de l'invention de manière simplifiée. En effet, l'invention porte sur une baie modulaire pour piloter l'alimentation d'un ensemble de 35 machines électriques réparties dans l'aéronef au moyen d'un ensemble d'onduleurs ; la modularité de la baie étant obtenue en permettant une réaffectation des onduleurs pendant l'exploitation de l'aéronef, en phase de vol ou au sol. De même, certaines machines pourront, dans certaines conditions d'utilisation, être alimentées par un unique onduleur.

Ainsi, la baie modulaire de puissance comprend une pluralité de machines électriques 11, une pluralité d'onduleurs 10, et un organe de pilotage 13 configuré pour affecter à chaque machine 11, un ou plusieurs onduleurs 10, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine 11. L'organe de pilotage 13a comprend, pour au moins une machine : un observateur 14a, mesurant les courants de phase et -a, -ID, .c, -- tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc, du signal électrique d'entrée de ladite machine, un estimateur 15a, déterminant la position rotorique 8 à partir des mesures ia, ib, ic, Va, Vb, Vc de l'observateur 14a, des moyens de communication 16a, transmettant la position rotorique Oestimée à chacun du ou des onduleurs 10 affectés à ladite machine 11 Dans ce premier mode de réalisation, le signal électrique d'entrée de la machine considérée est réalisé, au moyen d'un dispositif 12, communément appelé mise en parallèle ou self de couplage, qui assure l'assemblage des signaux électriques de puissance du sous-ensemble d'onduleurs affectés à cette machine. Avantageusement, ce dispositif 12 est également modulaire et permet de s'adapter à un nombre variable d'onduleurs. L'observateur 14a comprend des capteurs des courants de phase -a, -b, -c, et des tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc en entrée de la machine électrique 11. L'estimateur 15a détermine à la fois la position rotorique Oet une vitesse de rotation rotorique a) de la machine 11 considérée, à partir des mesures ia, ib, ic, Va, Vb, Vc de l'observateur 14a associée à ladite machine, par exemple au moyen d'un filtre de Kalman. Comme précédemment décrit, l'équation résolue par l'estimateur est du type : (0, (0) = f (ia, ib, ic, Va, Vb, Vc) L'organe de pilotage 13a assure le pilotage de chaque machine électrique 11 de la baie. L'organe de pilotage peut être constitué d'un dispositif électronique commun à toutes les machines électriques, chacune des machines disposant d'un estimateur 14a. Les estimateurs de chacune des machines pouvant être intégrés au dispositif électronique commun ou déportés à proximité de chacune des machines et reliés au dispositif commun. Les moyens de communication 16a doivent permettre de communiquer la position rotorique o et la vitesse de rotation rotorique w à chacun des onduleurs susceptibles d'être affectés à la machine considérée. Avantageusement, les moyens de communication 16a relient l'organe de pilotage à chacun des onduleurs de la baie, et transmettent à chaque onduleur l'information de position et de vitesse de la machine auquel il est affecté.

La figure 4 représente un second mode de réalisation d'une baie modulaire de puissance selon l'invention. Dans ce second mode de réalisation, une des machines électriques de la baie modulaire est constituée de plusieurs sous-machines alimentées chacune par un onduleur. L'organe de pilotage 13b de la baie modulaire comprend alors, pour cette machine : - des observateurs 14b, associés à chacun du ou des onduleurs 11 affectés à cette machine, mesurant les courants de phase ia, ib, ia, b, b et tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc du signal électrique de sortie de l'onduleur auquel il est associé, - un estimateur 15b, déterminant la position rotorique t9 et la vitesse de rotation rotorique w à partir des mesures de l'observateur 14b de chacun du ou des onduleurs 10 affectés à ladite machine, - les moyens de communication 16b, transmettant à chacun du ou des onduleurs la position rotorique Bet la vitesse de rotation rotorique w.

Ce second mode de réalisation ne met pas en oeuvre de dispositif de mise en parallèle, les signaux électrique de puissance des onduleurs alimentant directement la machine électrique. L'observateur 14b comprend des capteurs des courants de phase ia, ib, ic, et des tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc en sortie de chacun des 35 onduleurs 10 affectés à la machine.

L'estimateur 15b détermine à la fois la position rotorique /9 et une vitesse de rotation rotorique w de la machine 11 considérée, à partir des mesures ia, ic, - ib, de l'observateur 14 associée à ladite machine, Va, v - Vc par exemple au moyen d'un filtre de Kalman. Comme précédemment décrit, 5 l'équation résolue par l'estimateur est alors du type : (0, = f (la, 'b, ic, Va, Vb, Vb) dans laquelle ia, ib, ic, et Va, Vb, Vb sont définis par les équations : 10 N E Vkabc IN. \k=1 Vabc = iabc = Eikabc , et k=1 L'organe de pilotage 13b peut être constitué d'un dispositif électronique commun à toutes les machines électriques, chacune des 15 machines disposant d'un estimateur 14b pouvant être intégrés au dispositif électronique commun ou déportés à proximité des onduleurs et reliés au dispositif commun. Les moyens de communication 16b relient l'organe de pilotage 13b à chacun des onduleurs 10 de la baie, et transmettent à chaque onduleur 20 l'information de position et de vitesse de la machine auquel il est affecté. Avantageusement, les premier et second modes de réalisation peuvent être combinés à l'intérieur d'une même baie. Certaines machines électriques peuvent disposer d'un dispositif 12 de mise en parallèle des signaux électriques de puissance d'un nombre variable d'onduleurs, et 25 d'autres machines peuvent comporter plusieurs sous-machines alimentables par plusieurs onduleurs, dont le nombre peut également varier en cours d'utilisation. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation d'une baie 30 modulaire de puissance selon l'invention. La baie modulaire comprend une pluralité de machine et un organe de pilotage 13c capable d'affecter un ou plusieurs onduleurs à chacune des machiens en fonction des besoins opérationnel de l'aéronef. Une machine de la baie, représentée sur la figure 5 comprend un dispositif 12 de mise en parallèle des signaux électriques de puissance de N onduleurs. Dans ce mode de réalisation, l'organe de pilotage 13c n'est pas centralisé dans un dispositif électronique commun, il est contraire déporté dans chacun des onduleurs de la baie électronique. Chaque onduleur affecté à une machine comprend alors un observateur 14c de courant et tension, et un estimateur 15c. Ce mode de réalisation comprend en réalité deux variantes qui peuvent être illustrées par la même figure 5. Dans la première variante, les onduleurs sont reliés par un bus de communication, i.e. les moyens de communciation 16c de l'organe de pilotage 13c, pour qu'ils se partagent les mesures des estimateurs 15c de chacun des onduleurs. L'estimateur 15c de chacun des onduleurs, ou avantageusement d'au moins l'un d'entre eux, détermine alors position et vitesse de la machine par une relation du type : N ( N (0, = f (ia,ib,ic,Va,Vb,Vc) avec iabc = Eikabc , et Vabc = EVkabc I N. k=1 \,k=1 Cette solution nécessite un bus de communication haute vitesse car l'estimateur est généralement exécuté à la fréquence de calcul de la boucle de courant, soit généralement la fréquence des rapports cycliques MLI, voire deux fois cette fréquence. Les observateurs 14c envoient donc leurs informations de courant et tension par les moyens de communication 16c, à cette fréquence élevée.

La figure 6 illustre le fonctionnement d'une baie modulaire de puissance selon cette première variante du troisième mode de réalisation. Les estimateurs 15c de chacun des onduleurs 10 (la figure illustre le cas de deux onduleurs) se synchronisent sur un événement commun de type front montant ou descendant d'un signal de synchronisation, ou réception d'une trame spécifique sur le bus de communication. Ceci permet de synchroniser l'ensemble des mesures de courant et tensions des observateurs 14c, et donc limiter l'erreur sur la position estimée. Sur le premier chronogramme, en partie haute de la figure, est représentée la trame de synchronisation. Sur un front montant de cette trame est réalisée l'acquisition des mesures des observateurs 14c des deux onduleurs, illustrée par le second chronogramme. Chacun des observateurs transmet alors sa mesure sur le bus de communication comme illustré par le troisième chronogramme. Les mesures de chacun des observateurs est alors réceptionné par l'estimateur 15c de chacun des onduleurs, qui détermine position et vitesse de la machine, comme illustré sur le quatrième chronogramme. Comme on l'a mentionné, il est avantageux dans cette première variante, de limiter le calcul de position et vitesse à un seul onduleur. Le résultat du calcul est alors transmis aux autres onduleurs par l'intermédiaire du bus de communication. C'est le cas retenu sur la figure 6, les informations de position et de vitesse de la machine, déterminées par le second onduleur, sont utilisées directement par cet onduleur pour son pilotage, et sont également transmises par le bus de communication vers le premier onduleur, comme représenté sur le troisième chronogramme. La synchronisation peut s'effectuer via un signal numérique tel qu'une horloge. La fréquence de cette horloge doit être suffisante pour permettre le recalage régulier des horloges internes des onduleurs. Typiquement, on retiendra une fréquence d'horloge égale à la fréquence des rapports cycliques des onduleurs, par exemple 10 kHz. La synchronisation entre les onduleurs peut aussi s'effectuer en utilisant une trame prédéfinie d'un bus de communication entre les onduleurs. A titre d'illustration, pour des rapports cycliques des deux onduleurs de fréquence égale à 20kHz, et des données codées sur 16bits, la bande 25 passante utile sur le bus de communication est de : - pour la transmission des mesures : 3 courants + 3 tensions - 96bits*20kHz=1.92Mbits/s - pour la transmission de la position et la vitesse: 1 position + 1 vitesse - 32bits*20kHz=0.64Mbits/s 30 soit une bande passante utile de 2.56Mbits/s. Dans la seconde variante, également illustrée par la figure 5, les estimateurs 15c de chacun des onduleurs 10 déterminent une position et une vitesse sur la seule base des mesures de courants et tensions de 35 l'observateur 14c associé à cet onduleur, en considérant que que les autres oonduleurs génèrent les mêmes signaux électriques de puissance que lui, i.e. les mêmes rapports cycliques MLI. Typiquement, l'estimateur de l'onduleur référencé 1 détermine une position rotorique 0/ et une vitesse rotorique coi au moyen de la relation : (91, co1) = f (ia, 'b, ic, Va, Vb, Vs), N dans laquelle, Vabc = E Vlkabc /N = Vlabc , et iabc = N * ilabc . k=1 De même, l'estimateur de l'onduleur référencé k détermine une position rotorique Ok et une vitesse rotorique cok au moyen de la relation : (Ok, cok) = f (iajb,ic,Va,Vb,Vc), avec Vabc = Vkabc, et .abc = N * ikabc Chaque onduleur k dispose alors d'une information de position Ok et vitesse cok qu'il transmet aux N autres onduleurs par l'intermédiaire des moyens de communication. Ces informations peuvent être échangées à basse fréquence, par exemple la fréquence du calcul de la boucle de vitesse.

Un bus de communication bas débit peut avantageusement être retenu dans le cas de cette seconde variante. Ensuite, l'estimateur de chacun des onduleurs qui disposent des positions et vitesses déterminées par l'ensemble des N onduleurs, déterminent une position rotorique corrigée et une vitesse rotorique corrigée, en fonction des informations positions et vitesses recues de chacun des onduleurs. Une solution envisagée est de déterminer au sein de chaque onduleur une position corrigée Oco' et une vitesse corrigée co,'' comme la moyenne des positions et vitesses de l'ensemble des onduleurs. Autrement dit : N torr ,et coco' = coi /1V Avantageusement, les estimateurs de chacun des onduleurs se synchronisent sur un évènement commun de type front montant ou descendant d'un signal de synchronisation, ou réception d'une trame spécifique sur le bus de communication. Les informations de position et vitesse échangées correspondant avantageusement à un même instant parfaitement défini pour chacun des onduleurs. Rappelons que les figures 3 à 5 ne représentent une unique machine électrique alimentée par N onduleurs, mais l'invention porte sur une baie modulaire comprenant une pluralité de machine électrique. Pour cela, l'organe de pilotage est configuré pour affecter à chaque machine un ou plusieurs onduleurs, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine de la pluralité de machine. La représentation simplifié des figures 3 à 5 permet d'illustrer une difficulté vaincue par la présente invention, celle de la gestion de l'estimation de position de chacune des machines électriques dépourvues de capteurs de position, et donc au moyen des courants de phase et tensions de phase neutre, pour permettre une architecture modulaire des onduleurs d'alimentation des machines électriques. Les différents modes de réalisation et variantes qui ont été décrits présentent des avantages et inconvénients distincts. Par exemple, le premier mode de réalisation est relativement simple à mettre en oeuvre mais présente l'inconvénient de nécessité l'ajout d'une électronique dédiée et d'un certain nombre de capteurs supplémentaires de tension et de courant. La première variante du troisième mode de réalisation, permet avantageusement une précision élevée de l'estimation de position tout en limitant le surcoût en terme de capteurs puisqu'elle utilise des informations courants et tension disponibles au niveau de l'onduleur. Mais pour cela, cette architecture nécessite de mettre en oeuvre un bus de communication haut débit entre chacun des onduleurs ou entre certains sous-ensembles d'onduleurs de la baie. Toutefois, l'ensemble des solutions proposées par la présente invention, ont en commun d'apporter une solution au problème de la modularité de l'affectation des onduleurs pour le pilotage d'un ensemble de machines électriques d'un aéronef. Les baies modulaires selon l'invention ont donc en commun une pluralité de machines électriques 11, une pluralité d'onduleurs 10, et un organe de pilotage, 13a, ou 13b ou 13c, configuré pour affecter à au moins une machine 11 un ou plusieurs onduleurs 10, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine 11 de la pluralité de machines 11, caractérisé en ce que l'organe de pilotage comprend, pour l'au moins machine 11: au moins un observateur, apte à mesurer des courants de phase la, ib, ic et tensions de phase-neutre Va, Vb, Vc d'un signal électrique d'alimentation de ladite machine 11, au moins un estimateur, apte à déterminer une position rotorique 0 de ladite machine 11, à partir des mesures d'au moins un observateur, des moyens de communication, vers chacun du ou des onduleurs 10 affectés à ladite machine 11, des données suivantes : o une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs 10 permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine 11, o des mesures d'au moins un observateur, ou de la position rotorique estimée chacun du ou des onduleurs 10 étant configuré pour générer un signal 20 électrique d'alimentation de ladite machine 11 en fonction des données transmises. L'invention porte également sur un procédé de pilotage destiné à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques 11 et une pluralité 25 d'onduleurs 10, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : affecter à au moins une machine 11 un ou plusieurs onduleurs 10, en fonction des besoins opérationnels de chaque machine 11 de la pluralité de machine 11, 30 pour l'au moins une machine 11: o mesurer des courants de phase i i I et tensions de phase- neutre .c neutre Va, Vb, Vc d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine 11, o déterminer une position rotorique 9 de ladite machine, à partir des mesures.a, ib, ic, - Va, - Vb, - Vc d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine 11, o transmettre, vers chacun du ou des onduleurs 10 affectés à ladite machine 11, les informations suivantes : - une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs 10 permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine 11, - les mesures ia, b i, ic Va, Vb, Vc d'au moins un signal , électrique d'alimentation de ladite machine 11, ou la position rotorique 0, o piloter chacun du ou des onduleurs 10 affectés à ladite machine 11 en fonction des informations transmises.

Claims

REVENDICATIONS1. Baie modulaire de puissance destinée à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques (11), une pluralité d'onduleurs (10), et un organe de pilotage (13a; 13b; 13c) configuré pour affecter à au moins une machine (11) un ou plusieurs onduleurs (10), en fonction des besoins opérationnels de chaque machine (11) de la pluralité de machines (11), caractérisé en ce que l'organe de pilotage (13a; 13b; 13c) comprend, pour l'au moins une machine (11): - au moins un observateur (14a; 14b; 14c), apte à mesurer des courants de phase (ia, ib, ic) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vc) d'un signal électrique d'alimentation de ladite machine (11), au moins un estimateur (15a; 15b; 15c), apte à déterminer une position rotorique (0) de ladite machine (11), à partir des mesures d'au moins un observateur (14a; 14b; 14c), - des moyens de communication (16a; 16b; 16c), vers chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), des données suivantes : o une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs (10) permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine (11), o des mesures d'au moins un observateur (14a; 14b; 14c), ou de la position rotorique estimée (0); chacun du ou des onduleurs (10) étant configuré pour générer un signal électrique d'alimentation de ladite machine (11) en fonction des données 25 transmises.
2. Baie modulaire de puissance selon la revendication 1, dont au moins un estimateur (15a; 15b; 15c) détermine à la fois la position rotorique (0) et une vitesse de rotation rotorique (o)) de ladite machine (11), à partir des 30 mesures d'au moins un observateur (15a; 15b; 15c), au moyen d'un filtre de Kalman.
3. Baie modulaire de puissance selon la revendication 1 ou 2, dont l'organe de pilotage (13a) comprend pour au moins une machine (11):un unique observateur (14a), mesurant les courants de phase (ia, ib, le) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vc) du signal électrique d'entrée de ladite machine (11), un unique estimateur (15a), déterminant la position rotorique (9) à partir des mesures de l'observateur (14a), les moyens de communication (16a), transmettant la position rotorique (0) estimée à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (10).
4. Baie modulaire de puissance selon la revendication 1 ou 2, dont l'organe de pilotage (13b) comprend pour au moins un machine (11): un observateur (14b) associé à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (10), mesurant les courants de phase (la, lb, lc) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vc) du signal électrique de sortie de l'onduleur (10) auquel il est associé, un unique estimateur (15b), déterminant la position rotorique (0) à partir des mesures de l'observateur (14b) de chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), les moyens de communication (16b), transmettant la position rotorique estimée (0) à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (10).
5. Baie modulaire de puissance selon la revendication 1 ou 2, dont 25 l'organe de pilotage (13c) comprend pour au moins une machine (11): un observateur (14c) associé à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), mesurant les courants de phase (la, lb, lc) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vc) du signal électrique de sortie de l'onduleur (10) auquel il est associé, 30 un estimateur (15c), déterminant la position rotorique (0) à partir des mesures de l'observateur (14c) de chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine, les moyens de communication (16c), transmettant d'une part à l'estimateur (15c) les mesures de l'observateur (14c) de chacun du ou 35 des onduleurs (10) affectés à ladite machine (15c), et d'autre part àchacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (10) la position rotorique estimée (0) par l'estimateur (15c).
6. Baie modulaire de puissance selon la revendication 5, dont les moyens de communication (16c) transmettent à haute fréquence, les mesures de l'observateur (14c) de chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11) et un signal de synchronisation, permettant une estimation de position rotorique synchronisée (0) .
7. Baie modulaire de puissance selon la revendication 1 ou 2, dont l'organe de pilotage (13c) comprend pour au moins une machine (11): un observateur (14c) associé à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), mesurant les courants de phase (ia, ic) et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Nie) du signal électrique de sortie de l'onduleur (10) auquel il est associé, un estimateur (15c) associé à chacun du ou des onduleurs (10), déterminant la position rotorique (0) à partir des mesures de l'observateur (14c) de l'onduleur auquel il est associé, les moyens de communication (16c), transmettant à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), la position rotorique (0) de chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11). l'estimateur (15c) de chacun du ou des onduleurs (10) déterminant une position rotorique corrigée (Ocoff) en fonction de la position rotorique (6, de chacun du ou des onduleurs (10).
8. Baie modulaire de puissance selon la revendication 7, dont les moyens de communication (16c) transmettent à basse fréquence, à chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), la position rotorique (0) de chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), et un signal de synchronisation à chacun du ou des onduleurs (10), permettant de déterminer la position rotorique corrigée (0c,,) de manière synchronisée.
9. Aéronef équipé d'une baie modulaire de puissance selon l'une des revendications 1 à 8.35
10. Procédé de pilotage destiné à un aéronef comprenant une pluralité de machines électriques (11) et une pluralité d'onduleurs (10), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : affecter à au moins une machine (11) un ou plusieurs onduleurs (10), en fonction des besoins opérationnels de chaque machine (11) de la pluralité de machine (11), - pour I'au moins une machine (11): va o mesurer des courants de phase (ia, i, i 1 et tensions de phase-neutre (Va, Vb, Vb) d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine (11), o déterminer une position rotorique (0) de ladite machine, à partir des mesures (ia,ib,ic, Va, Vb, Vc) d'au moins un signal électrique d'alimentation de ladite machine (11), o transmettre, vers chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11), les informations suivantes : - une consigne de pilotage de chacun du ou des onduleurs (10) permettant de répondre au besoin opérationnel de ladite machine (11), - les mesures (ia, i i V V V1 d'au moins un signal va, -1:), -c, - a, -13, - électrique d'alimentation de ladite machine (11), ou la position rotorique (0), o piloter chacun du ou des onduleurs (10) affectés à ladite machine (11) en fonction des informations transmises.