FR3066277A1 - Dispositif et procede de detection d'une charge electrique - Google Patents

Dispositif et procede de detection d'une charge electrique Download PDF

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Abstract

Dispositif de détection (2) d'une charge électrique raccordée à un réseau d'alimentation électrique. Le dispositif comprend des moyens (M3, R2, D2, VCC) pour injecter un signal de test dans le réseau électrique et des moyens (M2, FT1, INV, R1) pour identifier la présence et la nature d'une charge électrique (Z) raccordée au réseau électrique à partir du signal de test.

Description

D ispositif et procédé de détection d’une charge électrique
La présente invention concerne la détection d’une charge électrique raccordée à un réseau d’alimentation électrique et plus particulièrement un dispositif et un procédé de détection d’une charge électrique raccordée à un réseau d’alimentation électrique d’un aéronef.
Un réseau de distribution d’énergie électrique au sein d’un aéronef a une structure pyramidale.
La puissance électrique est tout d’abord produite en utilisant une partie de la puissance fournie par les turbines de l’aéronef pour entraîner une génératrice d’énergie électrique. L’énergie électrique générée est fournie à des armoires de distribution, également désignées par le terme de cœurs de distribution, pour être ensuite redistribuée soit vers des charges électriques, soit vers des boîtiers de distribution secondaire.
Il est fréquent que des charges électriques optionnelles soient raccordées temporairement aux cœurs de distribution de l’aéronef.
Lorsque les charges optionnelles sont raccordées, le système de gestion du réseau de distribution électrique de l’aéronef doit être informé de leur raccordement au réseau de distribution. Cette information permet aux cœurs de distribution électrique d’améliorer la gestion de la distribution de puissance électrique dans l’aéronef.
Dans le but de détecter la présence d’une charge électrique raccordée à un cœur de distribution, une solution consiste à programmer la configuration des charges électriques raccordées dans une mémoire du système de gestion du réseau de distribution.
Cependant cette méthode présente plusieurs inconvénients.
La programmation de la configuration des charges électriques optionnelles est une opération lourde et coûteuse en temps, qui de surcroît peut induire des erreurs de programmation. Elle doit être effectuée dès qu’une charge électrique est raccordée ou débranchée à un cœur de distribution de l’aéronef.
La programmation de la configuration des charges électriques optionnelle n’est pas toujours possible dans le temps imparti, notamment lorsque le temps de rotation de l’aéronef est très bref.
Lorsqu’une charge électrique optionnelle est connectée, par erreur ou suite à un dysfonctionnement, à un cœur de distribution de l’aéronef, le système de gestion n’est pas averti de la présence de cette charge électrique supplémentaire. Par conséquent, un dysfonctionnement du cœur est probable.
Une seconde solution connue de l’état de la technique consiste à alimenter brièvement à la mise sous tension du réseau de distribution électrique les charges électriques optionnelles connectées au réseau et à mesurer les courants consommés afin de déterminer si elles sont raccordées au réseau.
Cependant cette méthode présente plusieurs inconvénients.
Lors de la phase transitoire d’alimentation d’une charge électrique optionnelle, suivant la nature de la charge électrique, il est possible que le courant consommé durant cette phase transitoire ne soit pas significatif. Dans ce cas, le système de distribution électrique ne peut pas détecter la charge électrique raccordée au réseau.
Suivant la nature de la charge, l’alimentation temporaire de la charge peut endommager ou entraîner des dysfonctionnements de celle-ci.
Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients liés aux méthodes conventionnelles de détection d’une charge électrique raccordée à un réseau d’alimentation électrique.
Au vu de ce qui précède, l’invention propose un dispositif de détection d’une charge électrique raccordée à un réseau d’alimentation électrique, comprenant des moyens pour injecter un signal de test dans le réseau électrique et des moyens pour identifier la présence et la nature de la charge électrique raccordée au réseau électrique à partir du signal de test.
Le signal de test est un signal de très basse tension.
Par signal de très basse tension, on entend un signal défini par la norme française NF C18-510, c’est-à-dire un signal de tension inférieure à 50 volts.
Les moyens pour injecter le signal de très basse tension sont ainsi adaptés pour injecter un signal de test dans le réseau électrique distinct de l’alimentation principal du réseau.
Selon une autre caractéristique, les moyens pour injecter un signal de test comprennent un premier interrupteur commandé par une unité de traitement et une source de très basse tension.
Avantageusement, les moyens pour injecter un signal de test comprennent un premier interrupteur commandé par l’unité de traitement et une source de très basse tension.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend un deuxième interrupteur commandé par l’unité de traitement, les premier et deuxième interrupteurs étant commandés alternativement.
De préférence, les moyens pour identifier la présence et la nature de la charge électrique comprennent un filtre anti-repliement raccordé à une unité de traitement. L’invention a également pour objet un contrôleur de gestion de l’alimentation électrique d’une charge électrique pour aéronef, comprenant une ligne d’alimentation électrique et un dispositif de détection de charge relié à ladite ligne d’alimentation.
Selon une caractéristique du contrôleur selon l’invention, le dispositif de détection de charge comprend des moyens pour injecter un signal de test dans le réseau électrique et des moyens pour identifier la présence et la nature de la charge électrique raccordée au réseau électrique à partir de signal de test.
De préférence, le dispositif de détection de charge est branché en parallèle sur la ligne d’alimentation électrique.
Avantageusement, la ligne d’alimentation comprend un fusible branché en série sur la ligne d’alimentation, le dispositif de détection étant branché sur la ligne d’alimentation en parallèle du fusible. L’invention a aussi pour objet un procédé de détection d’une charge électrique alimentée par un contrôleur d’alimentation électrique comprenant une ligne d’alimentation électrique et un dispositif de détection d’une charge électrique reliée à ladite ligne d’alimentation.
Ce procédé comporte au moins une étape durant laquelle le dispositif de détection injecte un signal de test dans la ligne d’alimentation de la charge, l’alimentation principale de la ligne d’alimentation étant coupée.
Selon une autre caractéristique du procédé, le dispositif de détection compare la valeur de l’impédance de la charge à une valeur prédéterminée. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une vue schématique d’un dispositif selon l’invention destiné à la détection d’une charge électrique raccordée à un réseau d’alimentation électrique d’un aéronef ; - La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un dispositif de détection de charge optionnelle ; - La figure 3 montre l’évolution du signal de sortie du dispositif de détection de charge selon le premier mode de réalisation et selon la nature de la charge; - La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de détection de charge optionnelle ; et - La figure 5 montre l’évolution du signal de sortie du dispositif de détection de charge selon le deuxième mode de réalisation et selon la nature de la charge.
On se réfère à la figure 1 qui illustre un circuit de distribution électrique pour aéronef qui comporte une génératrice reliée à un cœur de distribution et une charge électrique raccordée à un cœur de distribution d’un aéronef. Le cœur de distribution comprend un contrôleur d’alimentation SSPC 1 (pour « Solid State Power
Controller », en anglais) qui gère l’alimentation électrique d’une charge avionique optionnelle Z et une génératrice G entraînée par une turbine de l’aéronef qui fournit une tension électrique au réseau de distribution électrique de l’aéronef. Cette tension électrique fournie par la génératrice G est l’alimentation principale du circuit de distribution. La sortie de la génératrice G est raccordée à l’entrée du contrôleur d’alimentation SSPC (pour « Solid State Power Controller », en anglais) 1, et la sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1 est raccordée à la charge électrique Z.
Le contrôleur d’alimentation SSPC 1 comprend un interrupteur Ml, une unité de traitement CPU et des moyens pour identifier la présence et la nature de la charge Z.
En fonctionnement, l’unité de traitement CPU émet un signal de commande CMD qui assure la commande de l’ouverture et de la fermeture de l’interrupteur Ml. L’entrée de l’interrupteur Ml est raccordée à la sortie de la génératrice G et la sortie de l’interrupteur Ml est raccordée à une première connexion d’un fusible Fl. La seconde connexion du fusible Fl est reliée à la cathode d’une diode Dl en sens inverse, à une première connexion d’un condensateur Cl et à une première connexion de la charge Z.
On entend ici par une « diode en sens inverse » une diode dont le sens passant du courant est dans le sens opposé par rapport au courant qui traverse la charge Z. Dans ce cas, on parle de « diode de roue libre » quand la charge Z est une charge selfique et se décharge dans ladite diode en sens inverse et que le courant traverse ladite diode. Ceci permet d’éviter une surtension à l’ouverture de l’interrupteur Ml au niveau des bornes de la charge lorsque cette dernière est selfique.
Le condensateur Cl représente la capacité équivalente du filtre de sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1 (non représenté), la capacité du câble et les capacités des autres composants montés sur la ligne du contrôleur d’alimentation SSPC 1. L’anode de la diode Dl, la seconde connexion du condensateur Cl et de la charge optionnelle Z sont reliées à la masse GND commune à la masse de la génératrice G.
Les moyens pour identifier la présence et la nature de la charge Z coopèrent avec l’unité de traitement CPU et comprennent un dispositif 2 de détection de charge.
Le dispositif 2 de détection de charge est destiné à détecter le raccordement et la nature de la charge Z au cœur de distribution de l’aéronef. Ce dispositif comprend deux bornes de connexions E et S raccordées en parallèle au fusible Fl. La borne S est reliée à la sortie de l’interrupteur Ml et la borne E est raccordée à la cathode de la diode D1.
Par exemple, l’unité de traitement est réalisée à partir d’un processeur. Mais il peut s’agir de tout dispositif capable d’effectuer les tâches accomplies par l’unité de traitement CPU. Il peut notamment s’agir d’un microcontrôleur.
Le dispositif 2 de détection de charge optionnelle est relié à l’unité de traitement CPU par deux connexions PWM et ADC. La première connexion PWM est utilisée par l’unité de traitement CPU pour piloter le dispositif 2 de détection de charge. La deuxième connexion ADC est utilisée par l’unité de traitement CPU pour recevoir des informations du dispositif 2 de détection de charge.
On se réfère à la figure 2 qui illustre un premier mode de réalisation du dispositif 2 de détection de charge. Ce mode de réalisation du dispositif 2 de détection de charge identifie la présence et la nature de la charge Z selon la forme d’onde d’une tension électrique.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif 2 de détection de charge comprend un filtre FT1 anti-repliement de spectre dont la sortie SI est raccordée à l’unité de traitement CPU par la connexion ADC. Une résistance RI est raccordée à l’entrée E du filtre FT1 et à un interrupteur M2. L’autre borne de l’interrupteur M2 est raccordée à la masse GND.
Le dispositif 2 comprend par ailleurs des moyens pour injecter un signal de test de très basse tension dans la charge, comprenant un interrupteur M3 raccordé à une source de très basse tension continue VCC inférieure à 50 Volts, par exemple égale à 15 Volts, et à une résistance R2. La seconde borne de la résistance R2 est reliée à l’anode d’une diode D2. La cathode de la diode D2 est reliée à la sortie S du dispositif de détection.
Les interrupteurs M2 et M3 sont commandés par la sortie PWM de l’unité de traitement CPU de façon complémentaire, un dispositif inverseur INV étant relié entre la connexion PWM et l’entrée de commande de l’interrupteur M2.
En fonctionnement, selon le premier mode de réalisation, lorsque la génératrice G alimente le circuit, l’unité de traitement CPU commande l’interrupteur Ml en position ouverte. La charge Z n’est pas alimentée. La détection de la charge électrique Z se fait hors tension d’alimentation principale. L’unité de traitement CPU génère un signal carré à basse fréquence PWM qui pilote les deux interrupteurs M2 et M3 de façon complémentaire.
Lorsque l’interrupteur M3 est fermé, la charge est alimentée par la source de tension VCC. La source de très basse tension VCC est choisie de manière à être peu sensible à une variation de masse entre le contrôleur d’alimentation SSPC 1 et le retour de la charge Z.
La forme d’onde du signal SI en sortie du filtre FT1 est dépendante de l’impédance de la charge optionnelle Z.
Le signal SI transite vers l’unité de traitement CPU par la connexion ADC.
La figure 3 illustre l’évolution du signal de sortie du dispositif de détection SI en fonction du temps, de la nature de la charge Z raccordée au réseau électrique et de l’évolution du signal de commande PWM du dispositif 2 de détection de charge.
Si aucune charge Z n’est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution du signal SI en sortie du dispositif 2 de détection de charge est représentée par la courbe Hi-Z de valeur maximale égale à VCC après un régime transitoire très court de constante de temps égale au produit de la valeur de la résistance R2 et de la capacité C1.
Si une charge Z résistive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution du signal SI en sortie du dispositif 2 de détection de charge est représentée par la courbe R. La valeur maximale du signal s’établit entre 0 et VCC selon la valeur de la résistance R2 et de l’impédance résistive de la charge Z. L’impédance de la charge Z et la résistance R2 forment un pont diviseur de tension.
Si une charge Z capacitive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution du signal SI en sortie du dispositif 2 de détection de charge est représentée par la courbe C. La valeur du signal ADC atteint progressivement la valeur de la tension VCC. La constante de temps est égale au produit de la valeur de la résistance R2 et de la capacité de la charge optionnelle Z.
Si une charge Z inductive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution du signal SI en sortie du dispositif 2 de détection de charge optionnelle est représentée par la courbe L. L’unité de traitement CPU échantillonne le signal S1 et déduit de la forme d’onde du signal ADC la présence et la nature de la charge Z.
Un procédé simplifié permettant de déterminer si une charge optionnelle est raccordée au contrôleur d’alimentation SSPC 1 est à présent décrit.
Une période d’échantillonnage prédéfinie Te est choisie de telle manière que l’interrupteur M3 est en position fermée lors de l’acquisition du signal par l’unité de traitement CPU. La valeur du signal échantillonné obtenu est comparée à une valeur de référence Vref prédéterminée. Si la valeur du signal échantillonné est inférieure à la valeur de référence Vref, on en déduit qu’une charge Z est raccordée au contrôleur d’alimentation SSPC 1.
En référence à la figure 4, qui illustre un second mode de réalisation du dispositif 2 de détection de charge, on identifie la présence et la nature de la charge optionnelle selon la forme d’onde d’une intensité électrique.
Les éléments identiques à ceux décrits précédemment sont identifiés par les mêmes références numériques. Comme précédemment décrit, la branche du circuit du dispositif de détection de charge reliée à la sortie S comprend la source VCC, l’interrupteur M3, la résistance R2 et la diode D2. Ces composants sont adjacents l’un par rapport à l’autre comme précédemment décrit.
Un courant d’intensité II circule entre l’interrupteur M3 et la résistance R2, et un courant d’intensité 12 circule entre la résistance R2 et la diode D2.
La branche du circuit du dispositif de détection de charge reliée à l’entrée E comprend comme précédemment décrit la résistance RI et l’interrupteur M2. Ces composants sont adjacents l’un par rapport à l’autre, comme précédemment décrit.
Les interrupteurs M2 et M3 sont pilotés de façon complémentaire par le signal PWM.
Un différentiateur DIFF est relié aux bornes de la résistance R2.
La borne positive du différentiateur DIFF mesure l’intensité II et la borne négative du différentiateur DIFF mesure l’intensité 12.
La sortie du différentiateur DIFF est reliée à l’entrée d’un filtre anti-repliement FT2. La sortie du filtre FT2 est reliée à l’unité de traitement CPU par une connexion ADC1 dans laquelle circule le signal résultant de la comparaison S2.
En fonctionnement, selon ce second mode de réalisation, la détection de la charge électrique optionnelle Z se fait également hors tension d’alimentation principale. L’unité de traitement CPU pilote les deux interrupteurs M2 et M3 comme décrit précédemment.
La forme d’onde du signal de sortie S2 du filtre FT2 est dépendante de l’impédance de la charge optionnelle Z.
La figure 5 illustre l’évolution de l’intensité de sortie du dispositif de détection en fonction du temps, de la nature de la charge Z raccordée au réseau électrique et de l’évolution du signal de commande PWM du dispositif 2 de détection de charge.
Si aucune charge Z n’est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution de l’intensité du signal de sortie S2 est représentée par la courbe Hi-Z’.
Si une charge Z de nature résistive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution de l’intensité du signal de sortie S2 est représentée par la courbe R’.
Si une charge Z de nature capacitive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution de l’intensité du signal de sortie S2 est représentée par la courbe C’.
Si une charge Z de nature inductive est raccordée en sortie du contrôleur d’alimentation SSPC 1, l’évolution de l’intensité du signal de sortie S2 est représentée par la courbe L’. L’unité de traitement CPU échantillonne le signal S2 et déduit de la forme d’onde du signal de sortie S2 la présence et la nature de la charge Z.
Un procédé simplifié permettant de déterminer si une charge Z est raccordée au contrôleur d’alimentation SSPC 1 est à présent décrit.
Une période d’échantillonnage prédéfinie Te’ est choisie de telle manière que l’interrupteur M3 est en position fermée lors de l’acquisition du signal par l’unité de traitement CPU. La valeur du signal échantillonné obtenue est comparée à une valeur de référence Iref prédéterminée. Si la valeur du signal échantillonné est supérieure à la valeur de référence Iref, on en déduit qu’une charge Z est raccordée au contrôleur d’alimentation SSPC 1. L’interrupteur M2 permet de fixer la valeur du signal SI ou S2 à la valeur OV en déchargeant la capacité Cl et la capacité de la charge Z selon la nature de la charge Z.
Après un cycle de détection de charge, la fermeture de l’interrupteur M2 décharge les condensateurs. Par conséquent, le contrôleur d’alimentation SSPC 1 hors tension est réinitialisé. Le signal de sortie SI et S2 du dispositif de détection de charge n’est pas biaisé par la présence de charges accumulées dans les condensateurs.
Cette mise à zéro des capacités permet de générer plusieurs impulsions successives de détection de charge PWM afin de confirmer la présence d’une charge Z.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, l’interrupteur M3 est remplacé par une source de courant.
Comme on le conçoit, le dispositif de détection de charge électrique qui vient d’être décrit ne nécessite pas de programmer la structure du circuit de distribution électrique, ni d’adapter la programmation au gré des modifications de raccordement des charges électriques. Il fonctionne de façon autonome.
Le procédé de détection fonctionne avec des courants faibles de quelques milliampères qui ne risquent pas de détériorer la charge Z.
Le dispositif de détection de charge permet par ailleurs de contrôler l’état du fusible Fl et de vérifier l’intégrité du circuit électrique après une intervention sur le contrôleur d’alimentation SSPC 1 sans alimentation de la charge Z par la génératrice G. L’unité de traitement CPU peut enfin contenir des instructions permettant de comparer la valeur de l’impédance de la charge Z à une valeur d’impédance prédéterminée, en comparant la valeur de la tension SI ou S2 à la valeur d’une tension prédéterminée correspondant à la valeur de l’impédance prédéterminée.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de détection d’une charge électrique (2) raccordée à un réseau d’alimentation électrique, caractérisé en que le dispositif comprend des moyens (M3, CPU, R2, D2, VCC) pour injecter un signal de test dans le réseau électrique et des moyens (M2, FT1, FT2, INV, CPU, RI, DIFF) pour identifier la présence et la nature d’une charge électrique (Z) raccordée au réseau électrique à partir du signal de test.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour injecter un signal de test comprennent un premier interrupteur (M3) commandé par une unité de traitement (CPU) et une source de très basse tension (VCC).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant un deuxième interrupteur (M2) commandé par l’unité de traitement, lesdits premier et deuxième interrupteurs étant commandés alternativement.
  4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les moyens pour identifier la présence et la nature de la charge électrique (Z) comprennent un filtre anti-repliement (FT1, FT2) raccordé à une unité de traitement (CPU).
  5. 5. Contrôleur de gestion de l’alimentation électrique (1) d’une charge électrique (1) pour aéronef, comprenant une ligne d’alimentation électrique et un dispositif (2) de détection de charge relié à ladite ligne d’alimentation, caractérisé en ce que le dispositif (2) de détection de charge comprend des moyens (M3, CPU, R2, D2, VCC) pour injecter un signal de test dans le réseau électrique et des moyens (M2, FT1, FT2, INV, CPU, RI, DIFF) pour identifier la présence et la nature de la charge électrique (Z) raccordée au réseau électrique à partir du signal de test.
  6. 6. Contrôleur de gestion d’alimentation électrique selon la revendication 5, dans lequel le dispositif (2) de détection de charge est branché en parallèle sur la ligne d’alimentation électrique.
  7. 7. Contrôleur de gestion selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel la ligne d’alimentation comprend un fusible (Fl) branché en série sur la ligne d’alimentation, le dispositif (2) de détection étant branché sur la ligne d’alimentation en parallèle du fusible.
  8. 8. Procédé de détection d’une charge électrique alimentée par un contrôleur d’alimentation électrique comprenant une ligne d’alimentation électrique et un dispositif (2) de détection d’une charge électrique reliée à ladite ligne d’alimentation, caractérisé en ce que le procédé comporte au moins une étape durant laquelle le dispositif de détection injecte un signal de test dans la ligne d’alimentation de la charge (Z), l’alimentation principale de la ligne d’alimentation étant coupée.
  9. 9. Procédé de détection selon la revendication 8, dans lequel le dispositif (2) de détection compare la valeur de l’impédance de la charge (Z) à une valeur prédéterminée.
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