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WO2025046199A1 - Device for powering an electrical network of an aeronautical propulsion system and associated method - Google Patents

Device for powering an electrical network of an aeronautical propulsion system and associated method Download PDF

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Publication number
WO2025046199A1
WO2025046199A1 PCT/FR2024/051127 FR2024051127W WO2025046199A1 WO 2025046199 A1 WO2025046199 A1 WO 2025046199A1 FR 2024051127 W FR2024051127 W FR 2024051127W WO 2025046199 A1 WO2025046199 A1 WO 2025046199A1
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WO
WIPO (PCT)
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converter
voltage
rotation speed
threshold value
electrical network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/051127
Other languages
French (fr)
Inventor
Benoit Lucien MICHAUD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Publication of WO2025046199A1 publication Critical patent/WO2025046199A1/en
Pending legal-status Critical Current
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    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as AC or DC

Definitions

  • TITLE Device for supplying an electrical network of an aeronautical propulsion system and associated method
  • This presentation concerns the aeronautical field. More specifically, it concerns the power supply devices of the electrical networks of hybrid aeronautical propulsion systems, in particular their control, when they comprise an electric generator comprising a rotor and a stator, typically a permanent magnet synchronous electric machine.
  • Some power supply devices for an electrical network of a propulsion system comprise two electrical machines, in particular of the permanent magnet synchronous type.
  • One of the electrical machines is connected to the high-pressure shaft while the other electrical machine is connected to the low-pressure shaft of the turboprop.
  • the two shafts can then transfer their mechanical (propulsive) power via the electrical machines according to the needs of the turboprop.
  • the electrical machines also provide electrical power generation functions (non-propulsive) for the needs of the electrical network. Therefore, the power supply device comprises a static AC/DC converter configured to rectify the current and voltage generated by each of the machines and intended to supply the electrical network.
  • the turboprop is then qualified as being “hybrid” by associating the turboprop with the power supply device. Reference may be made to document FR 3 103 647 for more details on this subject.
  • permanent magnet synchronous machines are lighter and less bulky. They also have better efficiency and better voltage quality.
  • a "constant power" operating mode of the electric machine i.e. an operating mode in which the value of the torque delivered by a rotor of the machine is inversely proportional to the turboprop engine speed (for example a low pressure shaft speed) to deliver constant power
  • the current delivered by the permanent magnet synchronous machine is proportional to the torque and the machine voltage is proportional to the speed. At low speed, this will result in a high current (high torque) and high speed operation by high voltage operation.
  • the electrical machine connected to the low pressure shaft may generate high voltages or high currents requiring oversizing of the power supply device, including electrical machines, AC/DC converters and harnesses of the device, or even the electrical network.
  • An aim of this presentation is therefore to be able to power the electrical network of an aircraft, in particular a turboprop, over a high speed range.
  • an aim of this presentation is to improve the power supply of the electrical networks of hybrid propulsion systems, in particular hybrid turboprops.
  • a device for supplying an electrical network of an aeronautical propulsion system comprising: an electrical generator, preferably a permanent magnet synchronous electrical machine, comprising a rotor and a stator, the rotor being configured to be driven by a turbomachine, the stator being configured to generate a first alternating voltage; an AC/DC converter configured to rectify the first voltage from the electrical generator into a second voltage; and a DC/DC converter configured to chop the second voltage from the AC/DC converter into a third voltage, the DC/DC converter being downstream of the AC/DC converter with reference to a current flow from the AC/DC converter to the DC/DC converter.
  • an electrical generator preferably a permanent magnet synchronous electrical machine, comprising a rotor and a stator, the rotor being configured to be driven by a turbomachine, the stator being configured to generate a first alternating voltage
  • an AC/DC converter configured to rectify the first voltage from the electrical generator into a second voltage
  • a DC/DC converter configured to chop the second voltage from
  • the DC/DC converter is further configured to chop the second voltage when the second voltage is greater than the third voltage;
  • the device further comprises a control unit of the AC/DC converter and the DC/DC converter, the control unit being configured to determine a speed of rotation of the rotor relative to the stator, the AC/DC converter being configured to rectify the first voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator and the DC/DC converter being configured to chop the second voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator;
  • the control unit is further configured to compare the determined rotation speed with a first threshold value and a second threshold value, when the determined rotation speed is between the first threshold value and the second threshold value, the AC/DC converter being further configured to deflux the electric generator as a function of the determined rotation speed so as to rectify the first voltage into the second voltage;
  • the AC/DC converter is further configured to reduce the defluxing of the electric generator by
  • an aeronautical propulsion system comprising an electrical network and a device according to the first aspect, the device being electrically connected to the electrical network.
  • an aircraft comprising an airframe and a propulsion system according to the second aspect, the propulsion system being attached to the airframe.
  • a method for supplying power to an electrical network of an aeronautical propulsion system comprising the following steps: generating a first voltage; rectifying, by an AC/DC converter, the first voltage into a second voltage; then chopping, by a DC/DC converter separate from the AC/DC converter, the second voltage into a third voltage.
  • the method may further comprise a step of determining a rotation speed of a rotor of an electric generator relative to a stator of the generator. electrical, in which the rectification and chopping steps are implemented depending on the determined rotation speed.
  • the method further comprises the following steps: comparing the determined rotational speed with a first threshold value and a second threshold value; and if the determined rotational speed is between the first threshold value and the second threshold value, defluxing the electric generator according to the determined rotational speed.
  • FIG. 1 is a schematic half-section view of a hybrid propulsion system
  • FIG. 2 schematically illustrates a power supply device
  • FIG. 3 illustrates part of a power supply device
  • FIGS. 4a and 4b illustrate part of an AC/DC converter
  • FIG. 5 illustrates part of a DC/DC converter
  • FIG. 6 is a flowchart of a power supply method
  • FIG. 7 illustrates a graph representing a change in an effective value of an electromotive force of the electric generator, a voltage of the electrical network and an output power of the electric generator as a function of a speed ratio of the low-pressure shaft
  • Figure 8 illustrates a graph representing an evolution of an effective value of a phase current of the electric generator and of an output voltage of the AC/DC converter as a function of a speed ratio of the low pressure shaft
  • Figure 9 illustrates a graph representing an evolution of a current of the electric generator of axis “d” of a Park frame and of a current of the electric generator of axis “q” of the Park frame as a function of a speed ratio of the low pressure shaft.
  • a propulsion system 100 comprises a turbomachine 111 which has a main direction of gas flow and which extends along a longitudinal axis X.
  • the turbomachine 111 is configured to be fixed to an airframe of an aircraft, for example to the wings, in the case of an airplane, typically by means of a pylon (or mast).
  • the turbomachine 111 can also be mounted at the rear of the fuselage, or even be integrated into the fuselage of the aircraft.
  • the turbomachine 111 may be a twin-spool, twin-flow, ducted, and direct-drive turbomachine, as described below, but may also include a different number of spools and/or flows, and/or be another type of turbojet, such as a geared turbojet or a turboprop, ducted or not.
  • the turbomachine 111 comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 1112, a primary body comprising a compression section 1113, 1114 comprising a low-pressure compressor 1113 and a high-pressure compressor 1114, a combustion chamber 1115, and a turbine section 1116, 1117 comprising a high-pressure turbine 1116 and a low-pressure turbine 1117.
  • the fan 1112 may be ducted, i.e. it is housed in a retention casing 1111 (FIG. 1).
  • the fan may also be unducted, i.e. it is not housed in a retention casing and is in the form of a propeller 1110.
  • the air flow entering the turbomachine 111 following the suction generated by the fan 1112 is divided into a primary flow configured to pass through the primary body and a secondary flow which bypasses the primary body, most of the thrust generated by the turbomachine 111 being linked to the secondary flow.
  • the turbomachine 111 comprises a high-pressure shaft 1118 which is connected to the high-pressure turbine 1116 and is configured to drive the high-pressure compressor 1114, and a low-pressure shaft 1119 which is connected to the low-pressure turbine 1117 and is configured to drive the low-pressure compressor 1113 and the fan 1112.
  • a rotational speed of the low-pressure shaft 1119 may be between 1800 revolutions per minute and 10000 revolutions per minute.
  • a rotational speed ratio of the low-pressure shaft 1119 may be greater than 5 while a rotational speed ratio of the high-pressure shaft 1118 is generally between 1.5 and 2.5.
  • the propulsion system 100 may comprise a plurality of turbomachines 111, for example one turbomachine 111 per wing of the aircraft.
  • the propulsion system 100 further comprises an electrical network 120 configured to transport electrical power within the propulsion system 100.
  • the electrical network 120 may be of the high voltage direct current type (known by the English acronym HVDC for “High voltage direct current”).
  • An operating voltage of the direct current electrical network 120 may for example be 540 V.
  • the electrical network 120 is configured to operate at constant voltage (the operating voltage of the electrical network 120).
  • the propulsion system 110 also comprises a power supply device 110 (illustrated for example in FIG. 1) connected to the electrical network 120.
  • the propulsion system 110 may comprise several power supply devices connected in parallel to the electrical network. 120.
  • the power supply device comprises an electric machine 112.
  • the electric machine 112 is configured to be connected to the low-pressure shaft 1119 or to the high-pressure shaft 1118.
  • the propulsion system 100 may further comprise two power supply devices 110, each comprising an electric machine 112 connected to one of the low-pressure shafts 1119 and high-pressure shafts 1118.
  • the propulsion system 110 may comprise several electric power supply devices, each comprising an electric machine 112 connected to a separate shaft of the turbomachine 111.
  • the electric machine 112 is an electromechanical converter, preferably of the synchronous type, for example with permanent magnets.
  • the use of a permanent magnet synchronous electric machine has the advantage of reducing the mass of the aircraft because it benefits from a high power density compared to other types of synchronous machines, for example wound rotor synchronous machines.
  • the electric machine 112 comprises a stator and a rotor that can rotate relative to the stator.
  • the turbomachine 111 is connected to the rotor to be driven in rotation relative to the stator.
  • the rotor is connected either to the high pressure shaft 1118 or to the low pressure shaft 1119 of the turbomachine 111.
  • the electric machine 112 is reversible, that is to say that it is configured to operate as an electric generator for any rotation speed of the turbomachine 111, typically when it is connected to the low pressure shaft, and/or as an electric motor, typically when it is connected to the high pressure shaft.
  • the power supply device 110 makes it possible to supply the electrical network 120 by drawing power from each shaft, typically the low pressure and high pressure shafts, when the two electrical machines are in generator mode, and to implement a power transfer, typically from the low pressure shaft to the high pressure shaft, when one of them is in electric motor mode.
  • the power supply device 110 will be described in an operating mode in which the power supply device 110 supplies the electrical network 120. Therefore, the electric machine 112 will be described in an operating mode as an electric generator and will therefore be called an “electric generator”. Of course, what is described in the remainder of this presentation remains compatible with an operating mode of the power supply device 110 in “power transfer” in which the electric machine 112 can be in an operating mode as an electric motor, in particular for the electric machine connected to the high-pressure shaft.
  • the power supply device further comprises an AC/DC converter 114 electrically connected to the electrical generator 112, the AC/DC converter 114 being configured to rectify an AC electrical quantity into a DC electrical quantity. reference to a current flow from the electric generator 112, the AC/DC converter 114 is downstream of the electric generator 112.
  • the AC/DC converter 114 is configured to rectify a first voltage V1 from the electric generator 112 into a second voltage V2.
  • the AC/DC converter 114 operates as an active rectifier, i.e. all the bridge arms 1141 of the AC/DC converter 114 comprise at least one active component, for example a transistor, the transistor possibly being of the MOSFET type.
  • the AC/DC converter 114 may be a Vienna rectifier, an electrical diagram of a bridge arm 1141 of the Vienna rectifier being illustrated in FIG. 4a, an actively neutral clamped rectifier (known by the acronym ANPC for “Active neutral clamped point”), an electrical diagram of a bridge arm 1142 of the actively neutral clamped rectifier being illustrated in FIG. 4b, or a neutral clamped rectifier (known by the acronym NPC for “Neutral clamped point”).
  • the Vienna rectifier has the advantage of improving the reliability of the AC/DC converter 114 and the ANPC and NPC rectifiers have the advantage of limiting Joule effect losses in the AC/DC converter 114.
  • the power supply device 110 further comprises a DC/DC converter 116.
  • the DC/DC converter 116 is electrically connected, on the one hand, to the electrical network 120 and, on the other hand, to the AC/DC converter 114 by a common capacitive intermediate bus 115.
  • the intermediate bus 115 is configured to operate at an intermediate voltage (e.g. the second voltage V2) greater than or equal to the voltage V3, typically the operating voltage of the electrical network 120. With reference to a current flow from the AC/DC converter 114 to the DC/DC converter 116, the DC/DC converter 116 is downstream of the AC/DC converter 114.
  • the DC/DC converter 116 is configured to chop the second voltage V2 from the AC/DC converter 114 into a third voltage V3, typically to lower the DC voltage of the intermediate bus 115 to supply the electrical network 120.
  • Several examples of DC/DC converter architecture are described in patent FR 2 969 861 B1.
  • the DC/DC converter can further be produced by interleaving several bridge arms 1161.
  • An example of a bridge arm 1161 capable of being interleaved is illustrated in particular in FIG. 5.
  • the implementation of a DC/DC converter 116 is part of the general knowledge of the person skilled in the art and will therefore not be detailed further.
  • the power supply device 110 can further comprise a third filter 117 in series with the DC/DC converter 116 and downstream of the DC/DC converter 116 so as to be interposed between the electrical network 120 and the DC/DC converter.
  • a combination of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 makes it possible to supply the electrical network 120 at constant power over a wide speed range, typically a speed range of the low pressure shaft 1119 or more generally a speed range whose ratio between a minimum speed and a maximum speed of the speed range is greater than 5, without oversizing the generator, the cables and the converters themselves.
  • the combination of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 also makes it possible to limit the risks of overvoltage on the electrical network 120.
  • the power supply device 110 can supply the electrical network 120 at constant power and at the voltage of the electrical network 120 in a reduced speed range of the turbomachine, typically up to 2.5 times a minimum rotation speed of the high-pressure shaft 1118, instead of reaching a speed range going beyond 5 times the minimum rotation speed of the low-pressure shaft 1119.
  • a difficulty comes from the fact that, when the electrical machine 112 is in electrical generator mode, typically the electrical machine 112 connected to the low-pressure shaft which operates with a speed ratio greater than 5, the first voltage V1 is linked to a rotation speed of the rotor of the electrical machine 112 relative to the stator of the electrical machine 112.
  • the voltage will also be high, but at low speed, a current delivered by the electrical generator 112 will be high. to operate at constant power.
  • the effect of the defluxing makes it possible to reduce the current from the electric generator 112 controlled only by the AC/DC converter 114, without the DC/DC converter 116, directly regulating a voltage from the electric generator 112 to a network voltage of 540V.
  • a current value is 750 A in effective value for a strong defluxing against 1100 A in effective value for a weak defluxing.
  • the effect of the defluxing makes it possible to reduce the voltage V1 of the electric generator 112, under the same conditions of control by the AC/DC converter 114, by controlling a component of axis “d” of a Park reference of a current coming from the electric generator 112 (called a current Id).
  • the defluxing has at least one of the following limitations:
  • the current Id can become greater than a component of the "q" axis of the Park reference frame (called a current Iq) which can make a control of the third voltage V3, typically the voltage of the electrical network 120, unstable in the event of an error on a measurement or an estimation of a position of the rotor relative to the stator, however, this is a frequent risk for this type of application in view of an order of magnitude of the current Id which can be up to 6 times higher than the current Iq measured at nominal power of the electric generator 112; and
  • the first voltage V1 is no longer limited by the defluxing, thus generating overvoltages in the power supply device 110 and the electrical network 120.
  • defluxing can be used without risk of instability or damage to the power supply device 110 and the electrical network 120 only over a limited speed range.
  • the ability of the DC/DC converter 116 to lower high voltages depends only on its dimensioning and therefore does not present any risks of instability or loss of control compared to defluxing.
  • the DC/DC converter 16 makes it possible to avoid oversizing the power supply device 110, thereby reducing the mass of the propulsion system 100.
  • the DC/DC converter 116 also further reduces the constraints linked to low-speed currents. Indeed, an open-circuit voltage of the electric generator 112, more commonly called electromotive force (or EMF) is higher and therefore reduces the current delivered by the electric generator 112.
  • EMF electromotive force
  • the power supply device 110 can be used in a speed range of the turbomachine up to five times a minimum speed of the low-pressure shaft 1119, preferably between five times and ten times the minimum speed of the low-pressure shaft 1119, therefore over a much wider speed range in comparison with a power supply device without a DC/DC converter.
  • the DC/DC converter 116 makes it possible to limit a short-circuit current from the electrical network 120 so as not to damage the electrical generator 112 or the AC/DC converter 114 and limits the constraints on equipment of the electrical network 120, in particular cables and associated protections. Overall, the DC/DC converter 116 makes it possible to reduce the dimensioning of the power supply device 110 and therefore the mass of the propulsion system 100.
  • the power supply device 110 may further comprise a first filter 113 upstream of the AC/DC converter 114.
  • the intermediate bus 115 comprises capacitors 119. Each capacitor 119 of the intermediate bus 115 is connected, on the one hand, to one of the two terminals of the power supply device 110 DC+, DC- and, on the other hand, to a midpoint M of the power supply device 110. Examples of electrical arrangement of the capacitors 119 are illustrated by way of example in FIG. 2 and FIG. 3. Thus, it is possible to share the capacitors for the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 without oversize since the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 are not intended to switch at the same time in the device 110.
  • the power supply device 110 may have different architectures, for example an architecture in which the electric generator 112 and the AC/DC converter 114 are in series, an example of which is illustrated in FIG. 2, or an interleaving architecture, an example of which is illustrated in FIG. 3.
  • the interleaving architecture two AC/DC converters 114 are connected on the DC side in parallel.
  • Interleaving consists of phase-shifting the control commands of the two AC/DC converters 114 by 180° in order to reduce current oscillations in the capacitors.
  • the electric machine 112 comprises two independent three-phase stators. According to the example illustrated in FIG.
  • the electric machine 112 is illustrated in an equivalent manner by two electric machines in which their rotors are mutually connected to the same shaft, typically the low-pressure shaft.
  • the interlacing architecture also has the advantage of limiting a dimension of the cables of the power supply device 110, thus facilitating their connections within the propulsion system 100. It also has the advantage of reducing a value of the current in the capacitors 119 of the intermediate DC bus 115 by pooling the capacitors 119 connected to each of the interlaced AC/DC rectifiers 114.
  • the power supply device 110 may further comprise a control unit 118 configured to determine a rotation speed of the rotor of the electric generator 112 relative to the stator of the electric generator and to control a rectification implemented by the AC/DC converter 114 as well as a chopping implemented by the DC/DC converter 116, using voltage and current loops, as a function of the determined rotation speed. Indeed, for a speed lower than a first threshold value S1, corresponding for example to a low speed of the low pressure shaft 1119, a voltage generated by the electric generator V1 is lower than a supply voltage V3 (see the electromotive force Vf em relative to the supply voltage V3 in FIG. 7), typically a supply voltage of the electrical network 120.
  • a control unit 118 configured to determine a rotation speed of the rotor of the electric generator 112 relative to the stator of the electric generator and to control a rectification implemented by the AC/DC converter 114 as well as a chopping implemented by the DC/DC converter 116, using voltage and current loop
  • the AC/DC converter 114 operates in voltage-boosting mode and regulates the generated voltage V1 into an intermediate voltage V2 equal to the supply voltage of the electrical network V3 (see the intermediate voltage V2 in FIG. 8 which remains constant while the generated voltage V1 continues to increase according to the change in the electromotive force Vf em in FIG. 7).
  • the DC/DC converter 116 it operates in continuous conduction and directly transmits the intermediate voltage V2, coming from the intermediate bus 115, without modifying it. That is to say that the transmitted intermediate voltage V2 remains equal to the voltage of the electrical network V3.
  • a second threshold value S2 corresponding for example to a high speed of the low pressure shaft 1119, the voltage generated by the electric generator V1 is greater than the supply voltage V3 ( Figure 7).
  • the AC/DC converter 114 operates in “diode bridge rectifier” mode and no longer switches. Therefore, the intermediate voltage V2 increases (see the intermediate voltage V2 in Figure 8 which increases at the same time as the generated voltage V1 continues to increase according to the evolution of the electromotive force Vf em in Figure 7).
  • the DC/DC converter 116 then operates in voltage step-down mode and reduces the intermediate voltage V2, which increases since it is no longer regulated by the AC/DC converter 114, to a voltage equal to the supply voltage V3.
  • the control unit 118 has two operating modes. A first mode (boost), in which the control unit 118 controls the AC/DC converter 114 in active rectifier mode and the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode.
  • the AC/DC converter 114 therefore regulates the voltage generated by the electric generator V1 to the supply voltage V3, typically from the 540V electrical network.
  • a second mode in which the control unit 118 controls the AC/DC converter 114 in “diode rectifier bridge” mode and the DC/DC converter 116 in voltage step-down mode.
  • the DC/DC converter 116 therefore regulates the supply voltage V3, typically from the 540V electrical network. Consequently, advantageously, the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 do not switch at the same time. The switching losses of the power supply device 118 are therefore reduced.
  • the intermediate voltage V2 is reduced, which makes it possible to reduce the switching losses at the AC/DC converter 114 and the DC/DC converter 116 does not switch, so there are no switching losses at the DC/DC converter 116.
  • the DC/DC converter 116 switches but not the AC/DC converter 114. In this case, there are no switching losses at the AC/DC converter 114.
  • the AC/DC converter 114 since the AC/DC converter 114 only switches in the presence of a reduced intermediate voltage V2, typically 540 V, the overvoltages at the cables connecting the electric generator 112 and the AC/DC converter are also reduced in order to be below a voltage of the electric generator 112 operating at full speed, thus limiting the sizing of the insulations of the cables of the power supply device 110 and of the electric generator. 112 as well as the first filter 113 and thus reduces the mass of the propulsion system 100.
  • the AC/DC converter 114 and the DC/DC converter 116 are controlled independently. Consequently, control of the converters is simplified. In addition, the change of control mode takes place without any impact on the operating voltage of the electrical network 120.
  • the power supply device 110 may comprise a speed or position sensor configured to measure the rotational speed.
  • the rotational speed may also be determined by an estimation, for example from currents or voltages of the electric generator 112. The sensor and the estimation previously described are part of the general knowledge of the person skilled in the art and will not be detailed further in the present disclosure.
  • the control unit 110 then controls the AC/DC converter 114 so that the AC/DC converter 114 defluxes the electric generator 114 by injecting a current Id, which implies a slight increase in a phase current 11 (see the current Id and phase 11 increasing between the threshold values S1, S2 in FIG. 9) to continue to maintain the intermediate voltage V2 at the supply voltage V3, for example the supply voltage of the network at 540 V.
  • a control also has the advantage of guaranteeing stable control of the first voltage V1. Indeed, at any operating point in which the speed is between the first threshold value S1 and the second threshold value S2, a value of the current Id does not exceed a value of the current Iq (see for example the currents Id, Iq between the threshold values S1, S2 in FIG. 9).
  • the control by the control unit makes it possible to reduce this period to a few milliseconds, preferably 10 milliseconds.
  • constraints on the capacitors 119 and thermal heating of the power supply device 110 are reduced.
  • the first voltage V1 is generated by the electric generator 112.
  • control unit 118 compares the rotation speed determined in step E11 with the first threshold value S1 and the second threshold value S2 so that the control unit 118 selects an operating mode for each of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116.
  • step E3 the AC/DC converter 114 rectifies the first voltage V1 into the second voltage V2.
  • the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in active rectifier mode. If the determined rotation speed is higher than the second threshold value S2, then the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in “diode bridge rectifier” mode. Therefore, step E3 can be implemented as a function of the determined rotation speed.
  • step E4 the DC/DC converter 116 chops the second voltage V2 into the third voltage V3.
  • the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode. If the determined speed is higher than the second threshold value S2, then the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in voltage step-down mode. Therefore, step E4 can be implemented according to the determined rotation speed.
  • a step E5 may also be provided, in which, if the determined rotation speed is between the first threshold value S1 and the second threshold value S2, the AC/DC converter 114 defluxes the electric generator 112 according to the rotation speed determined in step E11.
  • the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in active rectifier mode and the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

The present disclosure proposes a device (110) for powering an electrical network (120) of an aeronautical propulsion system (100), the device (110) comprising: an electrical generator (112), preferably a permanent-magnet synchronous electrical machine, comprising a rotor and a stator, the rotor being configured to be driven by a turbine engine (111), the stator being configured to generate a first AC voltage (V1); an AC/DC converter (114) configured to rectify the first voltage (V1) delivered by the electrical generator (112) so as to obtain a second voltage (V2); and a DC/DC converter (116) configured to chop the second voltage (V2) delivered by the AC/DC converter (114) so as to obtain a third voltage (V3), the DC/DC converter (116) being downstream of the AC/DC converter (114) with reference to current flow from the AC/DC converter (114) to the DC/DC converter (116).

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION

TITRE : Dispositif d’alimentation d’un réseau électrique d’un système propulsif aéronautique et procédé associé TITLE: Device for supplying an electrical network of an aeronautical propulsion system and associated method

DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA

Le présent exposé concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, il concerne les dispositifs d’alimentation des réseaux électriques de systèmes propulsifs aéronautiques hybrides, notamment leur commande, lorsqu’ils comprennent un générateur électrique comprenant un rotor et un stator, typiquement une machine électrique synchrone à aimants permanents. This presentation concerns the aeronautical field. More specifically, it concerns the power supply devices of the electrical networks of hybrid aeronautical propulsion systems, in particular their control, when they comprise an electric generator comprising a rotor and a stator, typically a permanent magnet synchronous electric machine.

ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART

Certains dispositifs d’alimentation d’un réseau électrique de système propulsif, notamment de turbopropulseur, comprennent deux machines électriques, notamment de type synchrone à aimants permanents. L’une des machines électriques est reliée à l’arbre haute pression tandis que l’autre machine électrique est reliée à l’arbre basse pression du turbopropulseur. Les deux arbres peuvent alors transférer leur puissance mécanique (propulsive) par l’intermédiaire des machines électriques selon les besoins du turbopropulseur. Les machines électriques assurent également des fonctions de génération de puissance électrique (non propulsive) pour les besoins du réseau électrique. Dès lors, le dispositif d’alimentation comprend un convertisseur statique AC/DC configuré pour redresser le courant et la tension générés par chacune des machines et destinés à alimenter le réseau électrique. Le turbopropulseur est alors qualifié comme étant « hybride » en associant le turbopropulseur au dispositif d’alimentation. On pourra se référer au document FR 3 103 647 pour plus de détails à ce sujet. Some power supply devices for an electrical network of a propulsion system, in particular a turboprop, comprise two electrical machines, in particular of the permanent magnet synchronous type. One of the electrical machines is connected to the high-pressure shaft while the other electrical machine is connected to the low-pressure shaft of the turboprop. The two shafts can then transfer their mechanical (propulsive) power via the electrical machines according to the needs of the turboprop. The electrical machines also provide electrical power generation functions (non-propulsive) for the needs of the electrical network. Therefore, the power supply device comprises a static AC/DC converter configured to rectify the current and voltage generated by each of the machines and intended to supply the electrical network. The turboprop is then qualified as being “hybrid” by associating the turboprop with the power supply device. Reference may be made to document FR 3 103 647 for more details on this subject.

Contrairement aux machines synchrones à excitation bobinée, les machines synchrones à aimants permanents sont plus légères et moins volumineuses. Elles présentent également un meilleur rendement et une meilleure qualité de tension. Or, dans un mode de fonctionnement à « puissance constante » de la machine électrique, c’est-à-dire un mode de fonctionnement dans lequel la valeur du couple délivré par un rotor de la machine est inversement proportionnelle au régime du turbopropulseur (par exemple une vitesse de l’arbre basse pression) pour délivrer une puissance constante, le courant délivré par la machine synchrone à aimants permanents est proportionnel au couple et la tension de la machine est proportionnelle à la vitesse. À basse vitesse, cela va se traduire par un fonctionnement à courant élevé (fort couple) et à haute vitesse par un fonctionnement à haute tension. Unlike wound excitation synchronous machines, permanent magnet synchronous machines are lighter and less bulky. They also have better efficiency and better voltage quality. However, in a "constant power" operating mode of the electric machine, i.e. an operating mode in which the value of the torque delivered by a rotor of the machine is inversely proportional to the turboprop engine speed (for example a low pressure shaft speed) to deliver constant power, the current delivered by the permanent magnet synchronous machine is proportional to the torque and the machine voltage is proportional to the speed. At low speed, this will result in a high current (high torque) and high speed operation by high voltage operation.

Dès lors, en raison d’une plage de vitesse élevée de l’arbre basse pression par rapport à l’arbre haute pression (un rapport entre une vitesse minimale et maximale de l’arbre basse pression est supérieur à 5 alors qu’un tel rapport pour l’arbre haute pression ne dépasse pas 2,5), la machine électrique reliée à l’arbre basse pression peut générer des tensions élevées ou des courants élevés nécessitant de surdimensionner le dispositif d’alimentation, notamment des machines électriques, des convertisseurs ÀC/DC et des harnais du dispositif, voire le réseau électrique. Therefore, due to a high speed range of the low pressure shaft relative to the high pressure shaft (a ratio between a minimum and maximum speed of the low pressure shaft is greater than 5 while such a ratio for the high pressure shaft does not exceed 2.5), the electrical machine connected to the low pressure shaft may generate high voltages or high currents requiring oversizing of the power supply device, including electrical machines, AC/DC converters and harnesses of the device, or even the electrical network.

EXPOSE GENERAL GENERAL PRESENTATION

Un but du présent exposé est donc de pouvoir alimenter le réseau électrique d’un aéronef, notamment d’un turbopropulseur, sur une plage de vitesse élevée. De manière secondaire, un objectif du présent exposé est d’améliorer l’alimentation des réseaux électriques de systèmes propulsifs hybrides, notamment des turbopropulseurs hybrides. An aim of this presentation is therefore to be able to power the electrical network of an aircraft, in particular a turboprop, over a high speed range. Secondarily, an aim of this presentation is to improve the power supply of the electrical networks of hybrid propulsion systems, in particular hybrid turboprops.

À cet effet, le présent exposé prévoit selon un premier aspect un dispositif d’alimentation d’un réseau électrique d’un système propulsif aéronautique, le dispositif comprenant : un générateur électrique, de préférence une machine électrique synchrone à aimants permanents, comprenant un rotor et un stator, le rotor étant configuré pour être entraîné par une turbomachine, le stator étant configuré pour générer une première tension alternative ; un convertisseur AC/DC configuré pour redresser la première tension issue du générateur électrique en une deuxième tension ; et un convertisseur DC/DC configuré pour hacher la deuxième tension issue du convertisseur AC/DC en une troisième tension, le convertisseur DC/DC étant en aval du convertisseur AC/DC en référence à un flux de courant depuis le convertisseur AC/DC vers le convertisseur DC/DC. For this purpose, the present disclosure provides, according to a first aspect, a device for supplying an electrical network of an aeronautical propulsion system, the device comprising: an electrical generator, preferably a permanent magnet synchronous electrical machine, comprising a rotor and a stator, the rotor being configured to be driven by a turbomachine, the stator being configured to generate a first alternating voltage; an AC/DC converter configured to rectify the first voltage from the electrical generator into a second voltage; and a DC/DC converter configured to chop the second voltage from the AC/DC converter into a third voltage, the DC/DC converter being downstream of the AC/DC converter with reference to a current flow from the AC/DC converter to the DC/DC converter.

Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du dispositif selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : le convertisseur DC/DC est en outre configuré pour hacher la deuxième tension lorsque la deuxième tension est supérieure à la troisième tension. ; le dispositif comprend en outre une unité de contrôle du convertisseur AC/DC et du convertisseur DC/DC, l’unité de contrôle étant configurée pour déterminer une vitesse de rotation du rotor par rapport au stator, le convertisseur ÀC/DC étant configuré pour redresser la première tension en fonction de la vitesse de rotation du rotor par rapport au stator et le convertisseur DC/DC étant configuré pour hacher la deuxième tension en fonction de la vitesse de rotation du rotor par rapport au stator ; l’unité de contrôle est en outre configurée pour comparer la vitesse de rotation déterminée avec une première valeur seuil et une deuxième valeur seuil, lorsque la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil, le convertisseur ÀC/DC étant en outre configuré pour défluxer le générateur électrique en fonction de la vitesse de rotation déterminée de sorte à redresser la première tension en la deuxième tension ; le convertisseur ÀC/DC est en outre configuré pour diminuer le défluxage du générateur électrique par le convertisseur AC/DC jusqu’à une valeur nulle lorsque la vitesse de rotation déterminée atteint la deuxième valeur seuil ; la troisième tension est une tension du réseau électrique du système propulsif aéronautique, par exemple comprise entre 535 V et 545 V, la deuxième tension étant supérieure à la troisième tension ; le dispositif comprend en outre : un deuxième convertisseur AC/DC, les convertisseurs AC/DC étant reliés par entrelacement ; et deux ensembles de condensateurs mutuellement reliés en sortie des convertisseurs AC/DC. Some preferred but non-limiting features of the device according to the first aspect are as follows, taken individually or in combination: the DC/DC converter is further configured to chop the second voltage when the second voltage is greater than the third voltage; the device further comprises a control unit of the AC/DC converter and the DC/DC converter, the control unit being configured to determine a speed of rotation of the rotor relative to the stator, the AC/DC converter being configured to rectify the first voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator and the DC/DC converter being configured to chop the second voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator; the control unit is further configured to compare the determined rotation speed with a first threshold value and a second threshold value, when the determined rotation speed is between the first threshold value and the second threshold value, the AC/DC converter being further configured to deflux the electric generator as a function of the determined rotation speed so as to rectify the first voltage into the second voltage; the AC/DC converter is further configured to reduce the defluxing of the electric generator by the AC/DC converter to a zero value when the determined rotation speed reaches the second threshold value; the third voltage is a voltage of the electrical network of the aeronautical propulsion system, for example between 535 V and 545 V, the second voltage being higher than the third voltage; the device further comprises: a second AC/DC converter, the AC/DC converters being interleaved; and two sets of capacitors mutually connected at the output of the AC/DC converters.

Selon un deuxième aspect, il est proposé un système propulsif aéronautique comprenant un réseau électrique et un dispositif selon le premier aspect, le dispositif étant relié électriquement au réseau électrique. According to a second aspect, there is provided an aeronautical propulsion system comprising an electrical network and a device according to the first aspect, the device being electrically connected to the electrical network.

Selon un troisième aspect, il est proposé un aéronef comprenant une cellule et un système propulsif selon le deuxième aspect, le système propulsif étant fixé à la cellule. According to a third aspect, there is provided an aircraft comprising an airframe and a propulsion system according to the second aspect, the propulsion system being attached to the airframe.

Selon un quatrième aspect, il est proposé un procédé d’alimentation d’un réseau électrique d’un système propulsif aéronautique, comprenant les étapes suivantes : générer une première tension ; redresser, par un convertisseur AC/DC, la première tension en une deuxième tension ; puis hacher, par un convertisseur DC/DC distinct du convertisseur AC/DC, la deuxième tension en une troisième tension. According to a fourth aspect, a method for supplying power to an electrical network of an aeronautical propulsion system is proposed, comprising the following steps: generating a first voltage; rectifying, by an AC/DC converter, the first voltage into a second voltage; then chopping, by a DC/DC converter separate from the AC/DC converter, the second voltage into a third voltage.

Le procédé peut en outre comprendre une étape de détermination d’une vitesse de rotation d’un rotor d’un générateur électrique par rapport à un stator du générateur électrique, dans lequel les étapes de redressement et de hachage sont mis en œuvre en fonction de la vitesse de rotation déterminée. The method may further comprise a step of determining a rotation speed of a rotor of an electric generator relative to a stator of the generator. electrical, in which the rectification and chopping steps are implemented depending on the determined rotation speed.

Optionnellement, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : comparer la vitesse de rotation déterminée avec une première valeur seuil et une deuxième valeur seuil ; et si la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil et la deuxième valeur seuil, défluxer le générateur électrique en fonction de la vitesse de rotation déterminée. Optionally, the method further comprises the following steps: comparing the determined rotational speed with a first threshold value and a second threshold value; and if the determined rotational speed is between the first threshold value and the second threshold value, defluxing the electric generator according to the determined rotational speed.

DESCRIPTION DES FIGURES DESCRIPTION OF FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages 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 est une vue schématique en demi-coupe d’un système propulsif hybride ; la figure 2 illustre de façon schématique un dispositif d’alimentation ; la figure 3 illustre une partie d’un dispositif d’alimentation ; les figures 4a et 4b illustrent une partie d’un convertisseur ÀC/DC ; la figure 5 illustre une partie d’un convertisseur DC/DC ; la figure 6 est un organigramme d’un procédé d’alimentation ; la figure 7 illustre un graphe représentant une évolution d’une valeur efficace d’une force électromotrice du générateur électrique, d’une tension du réseau électrique et d’une puissance en sortie du générateur électrique en fonction d’un rapport de vitesses de l’arbre basse pression ; la figure 8 illustre un graphe représentant une évolution d’une valeur efficace d’un courant de phase du générateur électrique et d’une tension en sortie du convertisseur ÀC/DC en fonction d’un rapport de vitesses de l’arbre basse pression ; et la figure 9 illustre un graphe représentant une évolution d’un courant du générateur électrique d’axe « d » d’un repère de Park et d’un courant de générateur électrique d’axe « q » du repère de Park en fonction d’un rapport de vitesses de l’arbre basse pression. Other features, aims and advantages will emerge from the following description, which is purely illustrative and non-limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic half-section view of a hybrid propulsion system; FIG. 2 schematically illustrates a power supply device; FIG. 3 illustrates part of a power supply device; FIGS. 4a and 4b illustrate part of an AC/DC converter; FIG. 5 illustrates part of a DC/DC converter; FIG. 6 is a flowchart of a power supply method; FIG. 7 illustrates a graph representing a change in an effective value of an electromotive force of the electric generator, a voltage of the electrical network and an output power of the electric generator as a function of a speed ratio of the low-pressure shaft; Figure 8 illustrates a graph representing an evolution of an effective value of a phase current of the electric generator and of an output voltage of the AC/DC converter as a function of a speed ratio of the low pressure shaft; and Figure 9 illustrates a graph representing an evolution of a current of the electric generator of axis “d” of a Park frame and of a current of the electric generator of axis “q” of the Park frame as a function of a speed ratio of the low pressure shaft.

DESCRIPTION DETAILLEE DETAILED DESCRIPTION

Un système propulsif 100 comprend une turbomachine 111 qui présente une direction principale d’écoulement des gaz et qui s’étend selon un axe longitudinal X. La turbomachine 111 est configurée pour être fixée sur une cellule d’un aéronef, par exemple aux ailes, dans le cas d’un avion, typiquement par l’intermédiaire d’un pylône (ou mât). La turbomachine 111 peut également être montée à l’arrière du fuselage, voire être intégrée au fuselage de l’aéronef. La turbomachine 111 peut être à double-corps, double-flux, carénée et à entraînement direct, telle que décrite ci-après, mais peut également comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur, carénée ou non. La turbomachine 111 comporte, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz, une soufflante 1112, un corps primaire comportant une section de compression 1113, 1114 comprenant un compresseur basse pression 1113 ainsi qu’un compresseur haute pression 1114, une chambre de combustion 1115, et une section de turbine 1116, 1117 comprenant une turbine haute pression 1116 ainsi qu’une turbine basse pression 1117. La soufflante 1112 peut être carénée, c’est-à-dire qu’elle est logée dans un carter de rétention 1111 (figure 1 ). La soufflante peut être également non carénée, c’est-à-dire qu’elle n’est pas logée dans un carter de rétention et se présente sous forme d’hélice 1110. Le flux d’air entrant dans la turbomachine 111 suite à l’aspiration générée par la soufflante 1112 se divise en un flux primaire configuré pour traverser le corps primaire et un flux secondaire qui contourne le corps primaire, la plupart de la poussée générée par la turbomachine 111 étant liée au flux secondaire. En outre, la turbomachine 111 comprend un arbre haute pression 1118 qui est raccordé à la turbine haute pression 1116 et est configuré pour entraîner le compresseur haute pression 1114, et un arbre basse pression 1119 qui est raccordé à la turbine basse pression 1117 et est configuré pour entrainer le compresseur basse pression 1113 et la soufflante 1112.Une vitesse de rotation de l’arbre basse pression 1119 peut être comprise entre 1800 tours par minute et 10000 tours par minute. C’est à dire qu’un rapport de vitesses de rotation de l’arbre base pression 1119 peut être supérieur à 5 tandis qu’un rapport de vitesse de rotation de l’arbre haute pression 1118 est généralement compris entre 1 ,5 et 2,5. Bien entendu, le système propulsif 100 peut comprendre une pluralité de turbomachines 111 , par exemple une turbomachine 111 par aile de l’aéronef. A propulsion system 100 comprises a turbomachine 111 which has a main direction of gas flow and which extends along a longitudinal axis X. The turbomachine 111 is configured to be fixed to an airframe of an aircraft, for example to the wings, in the case of an airplane, typically by means of a pylon (or mast). The turbomachine 111 can also be mounted at the rear of the fuselage, or even be integrated into the fuselage of the aircraft. The turbomachine 111 may be a twin-spool, twin-flow, ducted, and direct-drive turbomachine, as described below, but may also include a different number of spools and/or flows, and/or be another type of turbojet, such as a geared turbojet or a turboprop, ducted or not. The turbomachine 111 comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 1112, a primary body comprising a compression section 1113, 1114 comprising a low-pressure compressor 1113 and a high-pressure compressor 1114, a combustion chamber 1115, and a turbine section 1116, 1117 comprising a high-pressure turbine 1116 and a low-pressure turbine 1117. The fan 1112 may be ducted, i.e. it is housed in a retention casing 1111 (FIG. 1). The fan may also be unducted, i.e. it is not housed in a retention casing and is in the form of a propeller 1110. The air flow entering the turbomachine 111 following the suction generated by the fan 1112 is divided into a primary flow configured to pass through the primary body and a secondary flow which bypasses the primary body, most of the thrust generated by the turbomachine 111 being linked to the secondary flow. In addition, the turbomachine 111 comprises a high-pressure shaft 1118 which is connected to the high-pressure turbine 1116 and is configured to drive the high-pressure compressor 1114, and a low-pressure shaft 1119 which is connected to the low-pressure turbine 1117 and is configured to drive the low-pressure compressor 1113 and the fan 1112. A rotational speed of the low-pressure shaft 1119 may be between 1800 revolutions per minute and 10000 revolutions per minute. That is to say that a rotational speed ratio of the low-pressure shaft 1119 may be greater than 5 while a rotational speed ratio of the high-pressure shaft 1118 is generally between 1.5 and 2.5. Of course, the propulsion system 100 may comprise a plurality of turbomachines 111, for example one turbomachine 111 per wing of the aircraft.

Le système propulsif 100 comprend en outre un réseau électrique 120 configuré pour transporter une puissance électrique au sein du système propulsif 100. Le réseau électrique 120 peut être de type courant continu haute tension (connu sous l’acronyme anglosaxon HVDC pour « High voltage direct current »). Une tension de fonctionnement du réseau électrique 120 en courant continu peut par exemple être 540 V. À cet égard, le réseau électrique 120 est configuré pour fonctionner à tension constante (la tension de fonctionnement du réseau électrique 120). The propulsion system 100 further comprises an electrical network 120 configured to transport electrical power within the propulsion system 100. The electrical network 120 may be of the high voltage direct current type (known by the English acronym HVDC for “High voltage direct current”). An operating voltage of the direct current electrical network 120 may for example be 540 V. In this regard, the electrical network 120 is configured to operate at constant voltage (the operating voltage of the electrical network 120).

Le système propulsif 110 comprend également un dispositif d’alimentation 110 (illustré par exemple en figure 1 ) relié au réseau électrique 120. Le système propulsif 110 peut comprendre plusieurs dispositifs d’alimentation reliés en parallèle au réseau électrique 120. Le dispositif d’alimentation comprend une machine électrique 112. Dans le cas d’une turbomachine à double corps, la machine électrique 112 est configuré pour être relié à l’arbre basse pression 1119 ou à l’arbre haute pression 1118. Le système propulsif 100 peut comprendre en outre deux dispositifs d’alimentation 110 comprenant chacun une machine électrique 112 reliée à l’un des arbres basse pression 1119 et haute pression 1118. De façon générale, le système propulsif 110 peut comprendre plusieurs dispositifs d’alimentation électrique comprenant chacun une machine électrique 112 relié à un arbre distinct de la turbomachine 111. La machine électrique 112 est un convertisseur électromécanique, de préférence de type synchrone, par exemple à aimants permanents. L’emploi d’une machine électrique synchrone à aimant permanent présente l’avantage de réduire la masse de l’aéronef car elle bénéficie d’une densité de puissance élevée par rapport à d’autres types de machines synchrone, par exemple les machines synchrones à rotor bobiné. La machine électrique 112 comprend un stator et un rotor mobile en rotation par rapport au stator. La turbomachine 111 est reliée au rotor pour être entraîné en rotation par rapport au stator. Par exemple, le rotor est relié soit à l’arbre haute pression 1118 soit à l’arbre basse pression 1119 de la turbomachine 111. La machine électrique 112 est réversible, c’est-à-dire qu’elle est configurée pour fonctionner en générateur électrique pour n’importe quelle vitesse de rotation de la turbomachine 111 , typiquement lorsqu’elle est reliée à l’arbre basse pression, et/ou en moteur électrique, typiquement lorsqu’elle est reliée à l’arbre haute pression. En l’espèce, le dispositif d’alimentation 110 permet d’alimenter le réseau électrique 120 en prélevant de la puissance sur chaque arbre, typiquement les arbres basse pression et haute pression, lorsque les deux machines électriques sont en mode générateur, et de de mettre en oeuvre un transfert de puissance, typiquement de l’arbre basse pression vers l’arbre haute pression, lorsque l’une d’entre elles est en mode moteur électrique. The propulsion system 110 also comprises a power supply device 110 (illustrated for example in FIG. 1) connected to the electrical network 120. The propulsion system 110 may comprise several power supply devices connected in parallel to the electrical network. 120. The power supply device comprises an electric machine 112. In the case of a twin-spool turbomachine, the electric machine 112 is configured to be connected to the low-pressure shaft 1119 or to the high-pressure shaft 1118. The propulsion system 100 may further comprise two power supply devices 110, each comprising an electric machine 112 connected to one of the low-pressure shafts 1119 and high-pressure shafts 1118. Generally, the propulsion system 110 may comprise several electric power supply devices, each comprising an electric machine 112 connected to a separate shaft of the turbomachine 111. The electric machine 112 is an electromechanical converter, preferably of the synchronous type, for example with permanent magnets. The use of a permanent magnet synchronous electric machine has the advantage of reducing the mass of the aircraft because it benefits from a high power density compared to other types of synchronous machines, for example wound rotor synchronous machines. The electric machine 112 comprises a stator and a rotor that can rotate relative to the stator. The turbomachine 111 is connected to the rotor to be driven in rotation relative to the stator. For example, the rotor is connected either to the high pressure shaft 1118 or to the low pressure shaft 1119 of the turbomachine 111. The electric machine 112 is reversible, that is to say that it is configured to operate as an electric generator for any rotation speed of the turbomachine 111, typically when it is connected to the low pressure shaft, and/or as an electric motor, typically when it is connected to the high pressure shaft. In this case, the power supply device 110 makes it possible to supply the electrical network 120 by drawing power from each shaft, typically the low pressure and high pressure shafts, when the two electrical machines are in generator mode, and to implement a power transfer, typically from the low pressure shaft to the high pressure shaft, when one of them is in electric motor mode.

Dans ce qui suit, le dispositif d’alimentation 110 sera décrit dans un mode de fonctionnement dans lequel le dispositif d’alimentation 110 alimente le réseau électrique 120. Dès lors, la machine électrique 112 sera décrite dans un mode de fonctionnement en générateur électrique et sera donc nommée « générateur électrique ». Bien entendu, ce qui est décrit dans la suite du présent exposé reste compatible avec un mode de fonctionnement du dispositif d’alimentation 110 en « transfert de puissance » dans lequel la machine électrique 112 peut être dans un mode de fonctionnement en moteur électrique, en particulier pour la machine électrique reliée à l’arbre haute pression. In the following, the power supply device 110 will be described in an operating mode in which the power supply device 110 supplies the electrical network 120. Therefore, the electric machine 112 will be described in an operating mode as an electric generator and will therefore be called an “electric generator”. Of course, what is described in the remainder of this presentation remains compatible with an operating mode of the power supply device 110 in “power transfer” in which the electric machine 112 can be in an operating mode as an electric motor, in particular for the electric machine connected to the high-pressure shaft.

Le dispositif d’alimentation comprend en outre un convertisseur ÀC/DC 114 relié électriquement au générateur électrique 112, le convertisseur ÀC/DC 114 étant configuré pour redresser une grandeur électrique alternative en une grandeur électrique continue. En référence à un flux de courant depuis le générateur électrique 112, le convertisseur ÀC/DC 114 est en aval du générateur électrique 112. Le convertisseur ÀC/DC 114 est configuré pour redresser une première tension V1 issue du générateur électrique 112 en une deuxième tension V2. Le convertisseur ÀC/DC 114 fonctionne comme un redresseur actif, c’est-à-dire que tous les bras de pont 1141 du convertisseur AC/DC 114 comprennent au moins un composant actif, par exemple un transistor, le transistor pouvant être de type MOSFET. Le convertisseur AC/DC 114 peut être un redresseur de Vienne (connu sous l’appellation anglosaxonne « Vienna »), dont un schéma électrique d’un bras de pont 1141 du redresseur de Vienne est illustré en figure 4a, un redresseur activement clampé par le neutre (connu sous l’acronyme ANPC pour « Active neutral clamped point »), dont un schéma électrique d’un bras de de pont 1142 du redresseur activement clampé par le neutre est illustré en figure 4b, ou un redresseur clampé par le neutre (connu sous l’acronyme NPC pour « Neutral clamped point ». Le redresseur de Vienne présente l’avantage d’améliorer la fiabilité du convertisseur AC/DC 114 et les redresseurs ANPC et NPC présentent l’avantage de limiter des pertes par effet Joule dans le convertisseur AC/DC 114. Ces architectures sont en soi connues par une personne du métier et ne seront donc pas détaillées davantage. The power supply device further comprises an AC/DC converter 114 electrically connected to the electrical generator 112, the AC/DC converter 114 being configured to rectify an AC electrical quantity into a DC electrical quantity. reference to a current flow from the electric generator 112, the AC/DC converter 114 is downstream of the electric generator 112. The AC/DC converter 114 is configured to rectify a first voltage V1 from the electric generator 112 into a second voltage V2. The AC/DC converter 114 operates as an active rectifier, i.e. all the bridge arms 1141 of the AC/DC converter 114 comprise at least one active component, for example a transistor, the transistor possibly being of the MOSFET type. The AC/DC converter 114 may be a Vienna rectifier, an electrical diagram of a bridge arm 1141 of the Vienna rectifier being illustrated in FIG. 4a, an actively neutral clamped rectifier (known by the acronym ANPC for “Active neutral clamped point”), an electrical diagram of a bridge arm 1142 of the actively neutral clamped rectifier being illustrated in FIG. 4b, or a neutral clamped rectifier (known by the acronym NPC for “Neutral clamped point”). The Vienna rectifier has the advantage of improving the reliability of the AC/DC converter 114 and the ANPC and NPC rectifiers have the advantage of limiting Joule effect losses in the AC/DC converter 114. These architectures are known per se to a person skilled in the art and will therefore not be detailed further.

Le dispositif d’alimentation 110 comprend en outre un convertisseur DC/DC 116. Le convertisseur DC/DC 116 est relié électriquement, d’une part, au réseau électrique 120 et, d’autre part, au convertisseur AC/DC 114 par un bus intermédiaire 115 capacitif commun. Le bus intermédiaire 115 est configuré pour fonctionner à une tension intermédiaire (par exemple la deuxième tension V2) supérieure ou égale à la tension V3, typiquement la tension de fonctionnement du réseau électrique 120. En référence à un flux de courant depuis le convertisseur AC/DC 114 vers le convertisseur DC/DC 116, le convertisseur DC/DC 116 est en aval du convertisseur AC/DC 114. Le convertisseur DC/DC 116 est configuré pour hacher la deuxième tension V2 issue du convertisseur AC/DC 114 en une troisième tension V3, typiquement pour abaisser la tension continue du bus intermédiaire 115 pour alimenter le réseau électrique 120. Plusieurs exemples d’architecture de convertisseurs DC/DC sont décrites dans le brevet FR 2 969 861 B1. Le convertisseur DC/DC peut en outre être réalisé par un entrelacement de plusieurs bras de pont 1161. Un exemple de bras de pont 1161 apte à être entrelacé est notamment illustré en figure 5. L’implémentation d’un convertisseur DC/DC 116 fait partie des connaissances générales de la personne du métier et ne sera donc pas détaillée davantage. Le dispositif d’alimentation 110 peut comprendre en outre un troisième filtre 117 en série avec le convertisseur DC/DC 116 et en aval du convertisseur DC/DC 116 de sorte à être interposé entre le réseau électrique 120 et le convertisseur DC/DC Ainsi, une association des convertisseurs AC/DC 114 et DC/DC 116 permet d’alimenter le réseau électrique 120 à puissance constante sur une large gamme de vitesse, typiquement une gamme de vitesse de l’arbre basse pression 1119 ou de manière plus générale une gamme de vitesse dont le rapport entre une vitesse minimale et une vitesse maximale de la gamme de vitesse est supérieur à 5, sans surdimensionner la génératrice, les câbles et les convertisseurs eux-mêmes. L’association des convertisseurs AC/DC 114 et DC/DC 116 permet en outre de limiter les risques de surtension sur le réseau électrique 120. The power supply device 110 further comprises a DC/DC converter 116. The DC/DC converter 116 is electrically connected, on the one hand, to the electrical network 120 and, on the other hand, to the AC/DC converter 114 by a common capacitive intermediate bus 115. The intermediate bus 115 is configured to operate at an intermediate voltage (e.g. the second voltage V2) greater than or equal to the voltage V3, typically the operating voltage of the electrical network 120. With reference to a current flow from the AC/DC converter 114 to the DC/DC converter 116, the DC/DC converter 116 is downstream of the AC/DC converter 114. The DC/DC converter 116 is configured to chop the second voltage V2 from the AC/DC converter 114 into a third voltage V3, typically to lower the DC voltage of the intermediate bus 115 to supply the electrical network 120. Several examples of DC/DC converter architecture are described in patent FR 2 969 861 B1. The DC/DC converter can further be produced by interleaving several bridge arms 1161. An example of a bridge arm 1161 capable of being interleaved is illustrated in particular in FIG. 5. The implementation of a DC/DC converter 116 is part of the general knowledge of the person skilled in the art and will therefore not be detailed further. The power supply device 110 can further comprise a third filter 117 in series with the DC/DC converter 116 and downstream of the DC/DC converter 116 so as to be interposed between the electrical network 120 and the DC/DC converter. Thus, a combination of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 makes it possible to supply the electrical network 120 at constant power over a wide speed range, typically a speed range of the low pressure shaft 1119 or more generally a speed range whose ratio between a minimum speed and a maximum speed of the speed range is greater than 5, without oversizing the generator, the cables and the converters themselves. The combination of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 also makes it possible to limit the risks of overvoltage on the electrical network 120.

En effet, sans la deuxième modulation mise en oeuvre par le convertisseur DC/DC 116, le dispositif d’alimentation 110 peut alimenter le réseau électrique 120 à puissance constante et à la tension du réseau électrique 120 dans une gamme de vitesse réduite de la turbomachine, typiquement jusqu’à 2,5 fois une vitesse de rotation minimale de l’arbre haute pression 1118, au lieu d’atteindre une gamme de vitesse allant au-delà de 5 fois la vitesse de rotation minimale de l’arbre basse pression 1119. Une difficulté vient du fait que, lorsque la machine électrique 112 est en mode générateur électrique, typiquement la machine électrique 112 reliée à l’arbre basse pression qui fonctionne avec un rapport de vitesses supérieur à 5, la première tension V1 est liée à une vitesse de rotation du rotor de la machine électriquel 12 par rapport au stator de la machine électrique 112. Dès lors, à vitesse élevée, la tension sera elle aussi élevée, mais à faible vitesse, un courant délivré par le générateur électrique 112 sera élevé pour fonctionner à puissance constante. Le fait de « défluxer » le générateur électrique 112, par exemple par un contrôle d’un onduleur pilotant le générateur électrique 112, permet de limiter ces contraintes. D’une part, à basse vitesse, l’effet du défluxage permet de réduire le courant issu du générateur électrique 112 contrôlé uniquement par le convertisseur AC/DC 114, sans le convertisseur DC/DC 116, régulant directement une tension issue du générateur électrique 112 à une tension du réseau à 540V. Par exemple pour un générateur électrique 112 de 150 kW, une valeur du courant est de 750 A en valeur efficace pour un fort défluxage contre 1100 A en valeur efficace pour un faible défluxage. D’autre part, à haute vitesse, l’effet du défluxage permet de réduire la tension V1 du générateur électrique 112, dans les mêmes conditions de contrôle par le convertisseur AC/DC 114, par un contrôle d’une composante d’axe « d » d’un repère de Park d’un courant issu générateur électrique 112 (appelée un courant Id). Cependant, le défluxage présente au moins l’une des limitations suivantes : Indeed, without the second modulation implemented by the DC/DC converter 116, the power supply device 110 can supply the electrical network 120 at constant power and at the voltage of the electrical network 120 in a reduced speed range of the turbomachine, typically up to 2.5 times a minimum rotation speed of the high-pressure shaft 1118, instead of reaching a speed range going beyond 5 times the minimum rotation speed of the low-pressure shaft 1119. A difficulty comes from the fact that, when the electrical machine 112 is in electrical generator mode, typically the electrical machine 112 connected to the low-pressure shaft which operates with a speed ratio greater than 5, the first voltage V1 is linked to a rotation speed of the rotor of the electrical machine 112 relative to the stator of the electrical machine 112. Therefore, at high speed, the voltage will also be high, but at low speed, a current delivered by the electrical generator 112 will be high. to operate at constant power. The fact of “defluxing” the electric generator 112, for example by controlling an inverter driving the electric generator 112, makes it possible to limit these constraints. On the one hand, at low speed, the effect of the defluxing makes it possible to reduce the current from the electric generator 112 controlled only by the AC/DC converter 114, without the DC/DC converter 116, directly regulating a voltage from the electric generator 112 to a network voltage of 540V. For example, for an electric generator 112 of 150 kW, a current value is 750 A in effective value for a strong defluxing against 1100 A in effective value for a weak defluxing. On the other hand, at high speed, the effect of the defluxing makes it possible to reduce the voltage V1 of the electric generator 112, under the same conditions of control by the AC/DC converter 114, by controlling a component of axis “d” of a Park reference of a current coming from the electric generator 112 (called a current Id). However, the defluxing has at least one of the following limitations:

- le courant Id peut devenir supérieur à une composante d’axe « q » du repère de Park (appelée un courant Iq) pouvant rendre un contrôle de la troisième tension V3, typiquement la tension du réseau électrique 120, instable en cas d’erreur sur une mesure ou une estimation d’une position du rotor par rapport au stator, or, il s’agit d’un risque fréquent pour ce type d’application au vu d’un ordre de grandeur du courant Id pouvant être jusqu’à 6 fois supérieur au courant Iq mesuré à puissance nominale du générateur électrique 112 ; et - the current Id can become greater than a component of the "q" axis of the Park reference frame (called a current Iq) which can make a control of the third voltage V3, typically the voltage of the electrical network 120, unstable in the event of an error on a measurement or an estimation of a position of the rotor relative to the stator, however, this is a frequent risk for this type of application in view of an order of magnitude of the current Id which can be up to 6 times higher than the current Iq measured at nominal power of the electric generator 112; and

- en cas de défaut ou de perte de contrôle du générateur électrique 112, la première tension V1 n'est plus limitée par le défluxage générant ainsi des surtensions dans le dispositif d’alimentation 110 et le réseau électrique 120. - in the event of a fault or loss of control of the electric generator 112, the first voltage V1 is no longer limited by the defluxing, thus generating overvoltages in the power supply device 110 and the electrical network 120.

Ainsi, le défluxage peut être utilisé sans risque d’instabilité ou d’endommagement du dispositif d’alimentation 110 et du réseau électrique 120 seulement sur une gamme de vitesse limitée. Or, la capacité du convertisseur DC/DC 116 à abaisser des tensions élevées dépend seulement de son dimensionnement et ne présente donc pas de risques d’instabilité ou de perte de contrôle en comparaison avec le défluxage. En outre, le convertisseur DC/DC 16 permet d’éviter un surdimensionnement du dispositif d’alimentation 110 réduisant ainsi la masse du système propulsif 100. Le convertisseur DC/DC 116 réduit également davantage les contraintes liées aux courants à basse vitesse. En effet, une tension à vide du générateur électrique 112, plus communément appelé force electromotrice (ou FEM) est plus élevée et réduit donc le courant délivré par le générateur électrique 112. Par exemple, pour une génératrice de 150 kW, le courant maximum à bas régime est limité à 450 A en valeur efficace contre 750 A en valeur efficace sans convertisseur DC/DC 116. Ainsi, le dispositif d’alimentation 110 peut être utilisé dans une gamme de vitesse de la turbomachine allant jusqu’à cinq fois une vitesse minimale de l’arbre basse pression 1119, de préférence entre cinq fois et dix fois la vitesse minimale de l’arbre basse pression 1119, donc sur une gamme de vitesse beaucoup plus large en comparaison avec un dispositif d’alimentation sans convertisseur DC/DC. De plus, en cas de court-circuit sur le réseau électrique 120, le convertisseur DC/DC 116 permet de limiter un courant de court-circuit issu du réseau électrique 120 pour ne pas endommager le générateur électrique 112 ni le convertisseur AC/DC 114 et limite les contraintes sur des équipements du réseau électrique 120, en particulier des câbles et protections associées. De façon globale, le convertisseur DC/DC 116 permet de réduire le dimensionnement du dispositif d’alimentation 110 et donc la masse du système propulsif 100. Thus, defluxing can be used without risk of instability or damage to the power supply device 110 and the electrical network 120 only over a limited speed range. However, the ability of the DC/DC converter 116 to lower high voltages depends only on its dimensioning and therefore does not present any risks of instability or loss of control compared to defluxing. In addition, the DC/DC converter 16 makes it possible to avoid oversizing the power supply device 110, thereby reducing the mass of the propulsion system 100. The DC/DC converter 116 also further reduces the constraints linked to low-speed currents. Indeed, an open-circuit voltage of the electric generator 112, more commonly called electromotive force (or EMF) is higher and therefore reduces the current delivered by the electric generator 112. For example, for a 150 kW generator, the maximum current at low speed is limited to 450 A in effective value compared to 750 A in effective value without a DC/DC converter 116. Thus, the power supply device 110 can be used in a speed range of the turbomachine up to five times a minimum speed of the low-pressure shaft 1119, preferably between five times and ten times the minimum speed of the low-pressure shaft 1119, therefore over a much wider speed range in comparison with a power supply device without a DC/DC converter. In addition, in the event of a short circuit on the electrical network 120, the DC/DC converter 116 makes it possible to limit a short-circuit current from the electrical network 120 so as not to damage the electrical generator 112 or the AC/DC converter 114 and limits the constraints on equipment of the electrical network 120, in particular cables and associated protections. Overall, the DC/DC converter 116 makes it possible to reduce the dimensioning of the power supply device 110 and therefore the mass of the propulsion system 100.

Le dispositif d’alimentation 110 peut comprendre en outre un premier filtre 113 en amont du convertisseur AC/DC 114. Le bus intermédiaire 115 comprend des condensateurs 119. Chaque condensateur 119 du bus intermédiaire 115 est relié, d’une part, à l’une des deux bornes du dispositif d’alimentation 110 DC+, DC- et, d’autre part, à un point milieu M du dispositif d’alimentation 110. Des exemples de disposition électrique des condensateurs 119 sont illustrés à titre d’exemple à la figure 2 et à la figure 3. Ainsi, il est possible de mutualiser les condensateurs pour les convertisseurs AC/DC 114 et DC/DC 116 sans les surdimensionner étant donné que les convertisseurs ÀC/DC 114 et DC/DC 116 ne sont pas destinés à commuter en même temps dans le dispositif 110. Le dispositif d’alimentation 110 peut présenter différentes architectures, par exemple une architecture dans laquelle le générateur électrique 112 et le convertisseur ÀC/DC 114 sont en série, dont un exemple est illustré en figure 2, ou bien une architecture par entrelacement, dont un exemple est illustré en figure 3. Dans le cas de l’architecture par entrelacement, deux convertisseurs ÀC/DC 114 sont branchés coté DC en parallèle. L’entrelacement consiste à déphaser les ordres de commande des deux convertisseurs AC/DC 114 de 180° afin de réduire les oscillations de courant dans les condensateurs. Pour ce faire, la machine électrique 112 comprend deux stators triphasés indépendants. Selon l’exemple illustré en figure 3, la machine électrique 112 est illustrée de façon équivalente par deux machines électriques dans lesquelles leurs rotors sont mutuellement reliés au même arbre, typiquement l’arbre basse pression. L’architecture par entrelacement présente par ailleurs l’avantage de limiter une dimension des câbles du dispositif d’alimentation 110 facilitant ainsi leurs connexions au sein du système propulsif 100. Elle présente en outre l’avantage de réduire une valeur du courant dans les condensateurs 119 du bus continu intermédiaire 115 en mutualisant les condensateurs 119 reliés à chacun des redresseurs AC/DC 114 entrelacés The power supply device 110 may further comprise a first filter 113 upstream of the AC/DC converter 114. The intermediate bus 115 comprises capacitors 119. Each capacitor 119 of the intermediate bus 115 is connected, on the one hand, to one of the two terminals of the power supply device 110 DC+, DC- and, on the other hand, to a midpoint M of the power supply device 110. Examples of electrical arrangement of the capacitors 119 are illustrated by way of example in FIG. 2 and FIG. 3. Thus, it is possible to share the capacitors for the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 without oversize since the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 are not intended to switch at the same time in the device 110. The power supply device 110 may have different architectures, for example an architecture in which the electric generator 112 and the AC/DC converter 114 are in series, an example of which is illustrated in FIG. 2, or an interleaving architecture, an example of which is illustrated in FIG. 3. In the case of the interleaving architecture, two AC/DC converters 114 are connected on the DC side in parallel. Interleaving consists of phase-shifting the control commands of the two AC/DC converters 114 by 180° in order to reduce current oscillations in the capacitors. To do this, the electric machine 112 comprises two independent three-phase stators. According to the example illustrated in FIG. 3, the electric machine 112 is illustrated in an equivalent manner by two electric machines in which their rotors are mutually connected to the same shaft, typically the low-pressure shaft. The interlacing architecture also has the advantage of limiting a dimension of the cables of the power supply device 110, thus facilitating their connections within the propulsion system 100. It also has the advantage of reducing a value of the current in the capacitors 119 of the intermediate DC bus 115 by pooling the capacitors 119 connected to each of the interlaced AC/DC rectifiers 114.

Le dispositif d’alimentation 110 peut comprendre en outre une unité de contrôle 118 configurée pour déterminer une vitesse de rotation du rotor du générateur électrique 112 par rapport au stator du générateur électrique et commander un redressement mis en oeuvre par le convertisseur AC/DC 114 ainsi qu’un hachage mis en oeuvre par le convertisseur DC/DC 116, à l’aide de boucles de tension et de courant, en fonction de la vitesse de rotation déterminée. En effet, pour une vitesse inférieure à une première valeur seuil S1 , correspondant par exemple à un bas régime de l’arbre basse pression 1119, une tension générée par le générateur électrique V1 est inférieure à une tension d’alimentation V3 (voir la force électromotrice Vfem par rapport à la tension d’alimentation V3 en figure 7), typiquement une tension d’alimentation du réseau électrique 120. Le convertisseur AC/DC 114 fonctionne en mode élévateur de tension et régule la tension générée V1 en une tension intermédiaire V2 égale à la tension d’alimentation du réseau électrique V3 (voir la tension intermédiaire V2 en figure 8 qui reste constante alors que la tension générée V1 continue d’augmenter d’après l’évolution de la force électromotrice Vfem en figure 7). Quant au convertisseur DC/DC 116, il fonctionne en conduction continue et transmet directement la tension intermédiaire V2, issue du bus intermédiaire 115, sans la modifier. C’est-à-dire que la tension intermédiaire V2 transmise reste égale à la tension du réseau électrique V3. Pour une vitesse supérieure à une deuxième valeur seuil S2, correspondant à par exemple à un haut régime de l’arbre basse pression 1119, la tension générée par le générateur électrique V1 est supérieure à la tension d’alimentation V3 (figure 7). Ainsi, le convertisseur AC/DC 114 fonctionne en mode « pont redresseur à diodes » et ne commute plus. Dès lors, la tension intermédiaire V2 augmente (voir la tension intermédiaire V2 en figure 8 qui augmente en même temps que la tension générée V1 continue d’augmenter d’après l’évolution de la force électromotrice Vfem en figure 7). Le convertisseur DC/DC 116 fonctionne alors en mode abaisseur de tension et réduit la tension intermédiaire V2, qui augmente puisqu’elle n’est plus régulée par le convertisseur AC/DC 114, en une tension égale à la tension d’alimentation V3. Ainsi, l’unité de contrôle 118 présente deux modes de fonctionnement. Un premier mode (boost), dans lequel l’unité de contrôle 118 pilote le convertisseur AC/DC 114 en mode redresseur actif et le convertisseur DC/DC 116 en mode conduction continue. Le convertisseur AC/DC 114 régule donc la tension générée par le générateur électrique V1 en la tension d’alimentation V3, typiquement du réseau électrique à 540V. Un second mode, dans lequel l’unité de contrôle 118 pilote le convertisseur AC/DC 114 en mode « pont redresseur à diodes » et le convertisseur DC/DC 116 en mode abaisseur de tension. Le convertisseur DC/DC 116 régule donc la tension d’alimentation V3, typiquement du réseau électrique à 540V. Par conséquent, de manière avantageuse, les convertisseurs AC/DC 114 et DC/DC 116 ne commutent pas en même temps. Les pertes par commutation du dispositif d’alimentation 118 sont donc réduites. En effet, dans le premier mode de fonctionnement, la tension intermédiaire V2 est réduite, ce qui permet de réduire les pertes par commutation au niveau du convertisseur AC/DC 114 et le convertisseur DC/DC 116 ne commute pas, il n’y a donc pas de pertes par commutation au niveau du convertisseur DC/DC 116. Dans le second mode de fonctionnement, le convertisseur DC/DC 116 commute mais pas le convertisseur AC/DC 114. En l’espèce, il n’y a pas de pertes par commutation au niveau du convertisseur AC/DC 114. De plus, comme le convertisseur AC/DC 114 ne commute qu’en présence d’une tension intermédiaire V2 réduite, typiquement 540V, les surtensions au niveau des câbles reliant le générateur électrique 112 et le convertisseur AC/DC sont également réduites afin d’être en-dessous d’une tension du générateur électrique 112 en fonctionnement à pleine vitesse limitant ainsi le dimensionnement des isolants des câbles du dispositif d’alimentation 110 et du générateur électrique 112 ainsi que du premier filtre 113 et réduit donc la masse du système propulsif 100. De plus, le convertisseur AC/DC 114 et le convertisseur DC/DC 116 sont commandés de manière indépendante. Par conséquent, un contrôle des convertisseurs est simplifié. En outre, le changement de mode de commande se déroule sans aucun impact sur la tension de fonctionnement du réseau électrique 120. De plus, un courant découpé en sortie du convertisseur AC/DC 114, en l’espèce découpé en sortie du convertisseur AC/DC 114, et un courant d’entrée du convertisseur DC/DC 116 ne se cumulent pas dans les condensateurs 119 du deuxième filtre 115 réduisant ainsi son dimensionnement. Pour déterminer la vitesse de rotation, le dispositif d’alimentation 110 peut comprendre un capteur de vitesse ou de position configuré pour mesurer la vitesse de rotation. La vitesse de rotation peut également être déterminée par une estimation, par exemple à partir de courants ou de tensions du générateur électrique 112. Le capteur et l’estimation précédemment décrits font partie des connaissances générales de la personne du métier et ne seront pas détaillés davantage dans le présent exposé. The power supply device 110 may further comprise a control unit 118 configured to determine a rotation speed of the rotor of the electric generator 112 relative to the stator of the electric generator and to control a rectification implemented by the AC/DC converter 114 as well as a chopping implemented by the DC/DC converter 116, using voltage and current loops, as a function of the determined rotation speed. Indeed, for a speed lower than a first threshold value S1, corresponding for example to a low speed of the low pressure shaft 1119, a voltage generated by the electric generator V1 is lower than a supply voltage V3 (see the electromotive force Vf em relative to the supply voltage V3 in FIG. 7), typically a supply voltage of the electrical network 120. The AC/DC converter 114 operates in voltage-boosting mode and regulates the generated voltage V1 into an intermediate voltage V2 equal to the supply voltage of the electrical network V3 (see the intermediate voltage V2 in FIG. 8 which remains constant while the generated voltage V1 continues to increase according to the change in the electromotive force Vf em in FIG. 7). As for the DC/DC converter 116, it operates in continuous conduction and directly transmits the intermediate voltage V2, coming from the intermediate bus 115, without modifying it. That is to say that the transmitted intermediate voltage V2 remains equal to the voltage of the electrical network V3. For a speed greater than a second threshold value S2, corresponding for example to a high speed of the low pressure shaft 1119, the voltage generated by the electric generator V1 is greater than the supply voltage V3 (Figure 7). Thus, the AC/DC converter 114 operates in “diode bridge rectifier” mode and no longer switches. Therefore, the intermediate voltage V2 increases (see the intermediate voltage V2 in Figure 8 which increases at the same time as the generated voltage V1 continues to increase according to the evolution of the electromotive force Vf em in Figure 7). The DC/DC converter 116 then operates in voltage step-down mode and reduces the intermediate voltage V2, which increases since it is no longer regulated by the AC/DC converter 114, to a voltage equal to the supply voltage V3. Thus, the control unit 118 has two operating modes. A first mode (boost), in which the control unit 118 controls the AC/DC converter 114 in active rectifier mode and the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode. The AC/DC converter 114 therefore regulates the voltage generated by the electric generator V1 to the supply voltage V3, typically from the 540V electrical network. A second mode, in which the control unit 118 controls the AC/DC converter 114 in “diode rectifier bridge” mode and the DC/DC converter 116 in voltage step-down mode. The DC/DC converter 116 therefore regulates the supply voltage V3, typically from the 540V electrical network. Consequently, advantageously, the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116 do not switch at the same time. The switching losses of the power supply device 118 are therefore reduced. Indeed, in the first operating mode, the intermediate voltage V2 is reduced, which makes it possible to reduce the switching losses at the AC/DC converter 114 and the DC/DC converter 116 does not switch, so there are no switching losses at the DC/DC converter 116. In the second operating mode, the DC/DC converter 116 switches but not the AC/DC converter 114. In this case, there are no switching losses at the AC/DC converter 114. In addition, since the AC/DC converter 114 only switches in the presence of a reduced intermediate voltage V2, typically 540 V, the overvoltages at the cables connecting the electric generator 112 and the AC/DC converter are also reduced in order to be below a voltage of the electric generator 112 operating at full speed, thus limiting the sizing of the insulations of the cables of the power supply device 110 and of the electric generator. 112 as well as the first filter 113 and thus reduces the mass of the propulsion system 100. In addition, the AC/DC converter 114 and the DC/DC converter 116 are controlled independently. Consequently, control of the converters is simplified. In addition, the change of control mode takes place without any impact on the operating voltage of the electrical network 120. In addition, a current cut at the output of the AC/DC converter 114, in this case cut at the output of the AC/DC converter 114, and an input current of the DC/DC converter 116 do not accumulate in the capacitors 119 of the second filter 115, thus reducing its dimensioning. To determine the rotational speed, the power supply device 110 may comprise a speed or position sensor configured to measure the rotational speed. The rotational speed may also be determined by an estimation, for example from currents or voltages of the electric generator 112. The sensor and the estimation previously described are part of the general knowledge of the person skilled in the art and will not be detailed further in the present disclosure.

Afin de réduire davantage le dimensionnement du circuit d’alimentation 120 et réduire encore davantage la masse du système propulsif 100, l’unité de contrôle 118 peut commander le convertisseur AC/DC 114 pour défluxer le générateur électrique 112 si la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil S1 et la deuxième valeur seuil S2. En effet, entre la première et la deuxième valeur seuil S1 , S2, la tension intermédiaire V2 peut s’avérer encore trop faible dans un fonctionnement du convertisseur AC/DC en mode « pont redresseur à diodes » car la tension générée V1 peut être encore en- dessous de la tension d’alimentation V3 (voir la figure 7). C’est également le cas en mode redresseur actif. En effet, la tension générée V1 est au voisinage de la tension d’alimentation V3. Dès lors, l’unité de contrôle 110 pilote le convertisseur AC/DC 114 afin que le convertisseur AC/DC 114 défluxe le générateur électrique 114 en injectant un courant Id, ce qui implique une légère augmentation d’un courant de phase 11 (voir le courant Id et de phase 11 augmentant entre les valeurs seuil S1 , S2 en figure 9) pour continuer à maintenir la tension intermédiaire V2 à la tension d’alimentation V3, par exemple la tension d’alimentation du réseau à 540 V. Une telle commande présente en outre l’avantage de garantir un contrôle stable de la première tension V1. En effet, en tout point de fonctionnement dans lequel la vitesse est comprise entre la première valeur seuil S1 et la deuxième valeur seuil S2, une valeur du courant Id ne dépasse pas une valeur du courant Iq (voir par exemple les courants Id, Iq entre les valeurs seuil S1 , S2 en figure 9). En outre, l’unité de contrôle est configurée pour piloter le convertisseur AC/DC 114 pour mettre en oeuvre une diminution le défluxage jusqu’à une valeur nulle lorsque la vitesse de rotation atteint la deuxième valeur seuil S2. Ainsi, la diminution du défluxage conduit le convertisseur AC/DC 114 à passer en mode « pont de diodes » (la tension intermédiaire V2 en figure 8 augmente de nouveau pendant la diminution du courant Id en figure 9) et le convertisseur DC/DC 116 en mode abaisseur de tension. Ainsi, Le changement de mode de fonctionnement se déroule sans aucun impact sur le réseau électrique 120 et les convertisseurs 114, 116. En outre, la diminution du défluxage impliquant une période transitoire pendant laquelle les convertisseurs AC/DC 114 (défluxage) et DC/DC 116 (abaisseur de tension) sont en fonctionnement, la commande par l’unité de contrôle permet de réduire cette période à quelques millisecondes, de préférence 10 millisecondes. Ainsi, des contraintes sur les condensateurs 119 et un échauffement thermique du dispositif d’alimentation 110 sont réduits. In order to further reduce the dimensioning of the power supply circuit 120 and further reduce the mass of the propulsion system 100, the control unit 118 can control the AC/DC converter 114 to deflux the electric generator 112 if the determined rotation speed is between the first threshold value S1 and the second threshold value S2. Indeed, between the first and second threshold values S1, S2, the intermediate voltage V2 may still prove to be too low in an operation of the AC/DC converter in “diode bridge rectifier” mode because the generated voltage V1 may still be below the supply voltage V3 (see FIG. 7). This is also the case in active rectifier mode. Indeed, the generated voltage V1 is in the vicinity of the supply voltage V3. The control unit 110 then controls the AC/DC converter 114 so that the AC/DC converter 114 defluxes the electric generator 114 by injecting a current Id, which implies a slight increase in a phase current 11 (see the current Id and phase 11 increasing between the threshold values S1, S2 in FIG. 9) to continue to maintain the intermediate voltage V2 at the supply voltage V3, for example the supply voltage of the network at 540 V. Such a control also has the advantage of guaranteeing stable control of the first voltage V1. Indeed, at any operating point in which the speed is between the first threshold value S1 and the second threshold value S2, a value of the current Id does not exceed a value of the current Iq (see for example the currents Id, Iq between the threshold values S1, S2 in FIG. 9). Furthermore, the control unit is configured to control the AC/DC converter 114 to implement a reduction in the defluxing to a zero value when the rotation speed reaches the second threshold value S2. Thus, the reduction in the defluxing causes the AC/DC converter 114 to switch to “diode bridge” mode (the intermediate voltage V2 in FIG. 8 increases again during the reduction in the current Id in FIG. 9) and the DC/DC converter 116 to switch to voltage step-down mode. Thus, the change in operating mode takes place without any impact on the electrical network 120 and the converters 114, 116. Furthermore, since the reduction in the defluxing involves a transient period during which the AC/DC converters 114 (defluxing) and DC/DC converters 116 (voltage step-down) are in operation, the control by the control unit makes it possible to reduce this period to a few milliseconds, preferably 10 milliseconds. Thus, constraints on the capacitors 119 and thermal heating of the power supply device 110 are reduced.

Ainsi, afin de fonctionner sur une large gamme de vitesse de la turbomachine 111 , le circuit d’alimentation 120 du réseau électrique 110 est configuré pour mettre en oeuvre un procédé d’alimentation du réseau électrique 120 dans lequel, en référence à la figure 6, les étapes suivantes sont mises en oeuvre. Thus, in order to operate over a wide speed range of the turbomachine 111, the power supply circuit 120 of the electrical network 110 is configured to implement a method of powering the electrical network 120 in which, with reference to FIG. 6, the following steps are implemented.

Au cours d’une étape E1 , la première tension V1 est générée par le générateur électrique 112. During a step E1, the first voltage V1 is generated by the electric generator 112.

Lors d’une étape E11 , il peut être prévu que l’unité de contrôle 118 détermine une vitesse du rotor du générateur électrique 112 par rapport au stator du générateur électrique 112. During a step E11, it may be provided that the control unit 118 determines a speed of the rotor of the electric generator 112 relative to the stator of the electric generator 112.

En outre, lors une étape E2, l’unité de contrôle 118 compare la vitesse de rotation déterminée à l’étape E11 avec la première valeur seuil S1 et la deuxième valeur seuil S2 de sorte que l’unité de contrôle 118 sélectionne un mode de fonctionnement pour chacun des convertisseurs AC/DC 114 et DC/DC 116. Furthermore, during a step E2, the control unit 118 compares the rotation speed determined in step E11 with the first threshold value S1 and the second threshold value S2 so that the control unit 118 selects an operating mode for each of the AC/DC converters 114 and DC/DC converters 116.

Au cours d’une étape E3, le convertisseur AC/DC 114 redresse la première tension V1 en la deuxième tension V2. Typiquement, si la vitesse de rotation déterminée est inférieure à la première valeur seuil S1 , alors le redressement est mis en oeuvre par le convertisseur AC/DC 114 en mode redresseur actif. Si la vitesse de rotation déterminée est supérieure à la deuxième valeur seuil S2, alors le redressement est mis en oeuvre par le convertisseur AC/DC 114 en mode « pont redresseur à diodes ». Dès lors, l’étape E3 peut bien être mise en oeuvre en fonction de la vitesse de rotation déterminée. During a step E3, the AC/DC converter 114 rectifies the first voltage V1 into the second voltage V2. Typically, if the determined rotation speed is lower than the first threshold value S1, then the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in active rectifier mode. If the determined rotation speed is higher than the second threshold value S2, then the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in “diode bridge rectifier” mode. Therefore, step E3 can be implemented as a function of the determined rotation speed.

Au cours d’une étape E4, le convertisseur DC/DC 116 hache la deuxième tension V2 en la troisième tension V3. Typiquement, si la vitesse déterminée est inférieure à la première valeur seuil S1 , le hachage est mis en oeuvre par le convertisseur DC/DC 116 en mode conduction continue. Si la vitesse déterminée est supérieure à la deuxième valeur seuil S2, alors le hachage est mis en oeuvre par le convertisseur DC/DC 116 en mode abaisseur de tension. Dès lors, l’étape E4 peut bien être mise en oeuvre en fonction de la vitesse de rotation déterminée. During a step E4, the DC/DC converter 116 chops the second voltage V2 into the third voltage V3. Typically, if the determined speed is lower than the first threshold value S1, the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode. If the determined speed is higher than the second threshold value S2, then the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in voltage step-down mode. Therefore, step E4 can be implemented according to the determined rotation speed.

Il peut être également prévu une étape E5 , dans laquelle, si la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil S1 et la deuxième valeur seuil S2, le convertisseur ÀC/DC 114 défluxe le générateur électrique 112 en fonction de la vitesse de rotation déterminée à l’étape E11 En l’espèce, pendant le défluxage, le redressement est mis en oeuvre par le convertisseur ÀC/DC 114 en mode redresseur actif et le hachage est mis en oeuvre par le convertisseur DC/DC 116 en mode conduction continue. A step E5 may also be provided, in which, if the determined rotation speed is between the first threshold value S1 and the second threshold value S2, the AC/DC converter 114 defluxes the electric generator 112 according to the rotation speed determined in step E11. In this case, during defluxing, the rectification is implemented by the AC/DC converter 114 in active rectifier mode and the chopping is implemented by the DC/DC converter 116 in continuous conduction mode.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif d’alimentation (110) d’un réseau électrique (120) d’un système propulsif (100) aéronautique, le dispositif (110) comprenant : un générateur électrique (112), de préférence une machine électrique synchrone à aimants permanents, comprenant un rotor et un stator, le rotor étant configuré pour être entraîné par une turbomachine (111 ), le stator étant configuré pour générer une première tension (V1 ) alternative ; un convertisseur AC/DC (114) configuré pour redresser la première tension (V1 ) issue du générateur électrique (112) en une deuxième tension (V2) ; et un convertisseur DC/DC (116) configuré pour hacher la deuxième tension (V2) issue du convertisseur AC/DC (114) en une troisième tension (V3), le convertisseur DC/DC (116) étant en aval du convertisseur AC/DC (114) en référence à un flux de courant depuis le convertisseur AC/DC (114) vers le convertisseur DC/DC (116). 1. A power supply device (110) for an electrical network (120) of an aeronautical propulsion system (100), the device (110) comprising: an electrical generator (112), preferably a permanent magnet synchronous electrical machine, comprising a rotor and a stator, the rotor being configured to be driven by a turbomachine (111), the stator being configured to generate a first alternating voltage (V1); an AC/DC converter (114) configured to rectify the first voltage (V1) from the electrical generator (112) into a second voltage (V2); and a DC/DC converter (116) configured to chop the second voltage (V2) from the AC/DC converter (114) into a third voltage (V3), the DC/DC converter (116) being downstream of the AC/DC converter (114) with reference to a current flow from the AC/DC converter (114) to the DC/DC converter (116). 2. Dispositif (110) selon la revendication 1 , dans lequel le convertisseur DC/DC est en outre configuré pour hacher la deuxième tension (V2) lorsque la deuxième tension (V2) est supérieure à la troisième tension (V3). 2. The device (110) of claim 1, wherein the DC/DC converter is further configured to chop the second voltage (V2) when the second voltage (V2) is greater than the third voltage (V3). 3. Dispositif (110) selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant en outre une unité de contrôle (118) du convertisseur AC/DC (114) et du convertisseur DC/DC (116), l’unité de contrôle (118) étant configurée pour déterminer une vitesse de rotation du rotor par rapport au stator, le convertisseur AC/DC étant configuré pour redresser la première tension en fonction de la vitesse de rotation du rotor par rapport au stator et le convertisseur DC/DC étant configuré pour hacher la deuxième tension en fonction de la vitesse de rotation du rotor par rapport au stator. 3. Device (110) according to one of claims 1 and 2, further comprising a control unit (118) of the AC/DC converter (114) and of the DC/DC converter (116), the control unit (118) being configured to determine a rotation speed of the rotor relative to the stator, the AC/DC converter being configured to rectify the first voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator and the DC/DC converter being configured to chop the second voltage as a function of the rotation speed of the rotor relative to the stator. 4. Dispositif (110) selon la revendication 3, dans lequel l’unité de contrôle (118) est en outre configurée pour comparer la vitesse de rotation déterminée avec une première valeur seuil (S1 ) et une deuxième valeur seuil (S2), lorsque la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil (S1 ) et la deuxième valeur seuil (S2), le convertisseur AC/DC (114) étant en outre configuré pour défluxer le générateur électrique (114) en fonction de la vitesse de rotation déterminée de sorte à redresser la première tension (V1 ) en la deuxième tension (V2). 4. Device (110) according to claim 3, in which the control unit (118) is further configured to compare the determined rotation speed with a first threshold value (S1) and a second threshold value (S2), when the determined rotation speed is between the first threshold value (S1) and the second threshold value (S2), the AC/DC converter (114) being further configured to deflux the electric generator (114) according to the determined rotation speed so as to rectify the first voltage (V1) into the second voltage (V2). 5. Dispositif (110) selon la revendication 4, dans lequel le convertisseur AC/DC (114) est en outre configuré pour diminuer le défluxage du générateur électrique (112) par le convertisseur ÀC/DC (114) jusqu’à une valeur nulle lorsque la vitesse de rotation déterminée atteint la deuxième valeur seuil (S2). 5. Device (110) according to claim 4, in which the AC/DC converter (114) is further configured to reduce the defluxing of the electric generator (112) by the AC/DC converter (114) to zero value when the determined rotation speed reaches the second threshold value (S2). 6. Dispositif (110) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la troisième tension (V3) est une tension du réseau électrique du système propulsif (100) aéronautique, par exemple comprise entre 535 V et 545 V, la deuxième tension (V2) étant supérieure à la troisième tension (V3). 6. Device (110) according to one of claims 1 to 5, in which the third voltage (V3) is a voltage of the electrical network of the aeronautical propulsion system (100), for example between 535 V and 545 V, the second voltage (V2) being higher than the third voltage (V3). 7. Dispositif selon l’une des revendication 1 à 6, comprenant en outre : un deuxième convertisseur ÀC/DC (114), les convertisseurs ÀC/DC (114) étant reliés par entrelacement ; et deux ensembles de condensateurs (119) mutuellement reliés en sortie des convertisseurs AC/DC (114). 7. Device according to one of claims 1 to 6, further comprising: a second AC/DC converter (114), the AC/DC converters (114) being connected by interleaving; and two sets of capacitors (119) mutually connected at the output of the AC/DC converters (114). 8. Système propulsif (100) aéronautique comprenant un réseau électrique (120) et un dispositif (110) selon l’une des revendications 1 à 7, le dispositif (110) étant relié électriquement au réseau électrique (120). 8. Aeronautical propulsion system (100) comprising an electrical network (120) and a device (110) according to one of claims 1 to 7, the device (110) being electrically connected to the electrical network (120). 9. Aéronef (1 ) comprenant une cellule (10) et un système propulsif (100) selon la revendication 8, le système propulsif (100) étant fixé à la cellule (10). 9. Aircraft (1) comprising an airframe (10) and a propulsion system (100) according to claim 8, the propulsion system (100) being fixed to the airframe (10). 10. Procédé d’alimentation d’un réseau électrique (120) d’un système propulsif (100) aéronautique, comprenant les étapes suivantes : générer (E1 ) une première tension (V1 ) ; redresser (E3), par un convertisseur AC/DC (114), la première tension (V1 ) en une deuxième tension (V2) ; puis hacher (E4), par un convertisseur DC/DC (116) distinct du convertisseur AC/DC (114), la deuxième tension (V2) en une troisième tension (V3). 10. Method for supplying an electrical network (120) of an aeronautical propulsion system (100), comprising the following steps: generating (E1) a first voltage (V1); rectifying (E3), by an AC/DC converter (114), the first voltage (V1) into a second voltage (V2); then chopping (E4), by a DC/DC converter (116) separate from the AC/DC converter (114), the second voltage (V2) into a third voltage (V3). 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre une étape de détermination (E11 ) d’une vitesse de rotation d’un rotor d’un générateur électrique (112) par rapport à un stator du générateur électrique (112), dans lequel les étapes de redressement (E3) et de hachage (E4) sont mis en oeuvre en fonction de la vitesse de rotation déterminée. 11. Method according to claim 10, further comprising a step of determining (E11) a rotation speed of a rotor of an electric generator (112) relative to a stator of the electric generator (112), in which the rectification (E3) and chopping (E4) steps are implemented as a function of the determined rotation speed. 12. Procédé selon la revendication 11 , comprenant en outre les étapes suivantes : comparer la vitesse de rotation déterminée (E2) avec une première valeur seuil (S1 ) et une deuxième valeur seuil (S2) ; et si la vitesse de rotation déterminée est comprise entre la première valeur seuil (S1 ) et la deuxième valeur seuil (S2), défluxer (E5) le générateur électrique (112) en fonction de la vitesse de rotation déterminée. 12. The method of claim 11, further comprising the following steps: comparing the determined rotational speed (E2) with a first threshold value (S1) and a second threshold value (S2); and if the determined rotation speed is between the first threshold value (S1) and the second threshold value (S2), deflux (E5) the electric generator (112) according to the determined rotation speed.
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