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| La fin du 400 Hertz et des breakers ? | ||
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Dans des précédentes contributions, j'avais expliqué l'historique du 115
V 400 Hz et ses avantages comme principale génération de puissance
électrique dans les avions. Néanmoins, le principal inconvénient de la génération 400 Hz est le CSD (Constant Speed Drive) ou système d'entraînement de l'alternateur à vitesse constante - L'ensemble alternateur plus CSD est appelé IDG (Integrated Drive Generator). Le CSD est un système hydraulique consommant de la puissance (rendement < 90 %) et nécessitant des appareillages électroniques et mécaniques de régulation. C'est pourquoi Airbus avec l'A380 apporte une transition avec la génération électrique principale qui sera composée de quatre générateurs VFG (Variable Frequency Generator) de 150 kVA chacun, avec quand même deux générateurs CFG (Constant Speed Generator) de 120 kVA chacun. Chaque générateur (CFG et VFG) sera "piloté" par un GGPCU (Generator and Ground Power Control Unit) qui assurera la régulation de tension et les protections. Les avantages des CFG sont : - Diminution de poids - Diminution de la complexité des circuits - Mise en concurrence des fabricants (1) Le réseau DC (Direct Current) sera constitué de trois BCRU (Battery Control and Rectifier Unit) associés chacun avec sa propre batterie, qui sont en fait des TRU (Transformer Rectifier Unit) avec en plus en convertisseur DC/DC ce qui permet les avantages suivants : - Réseau DC mieux isolé des parasites et des impulsions transitoires du réseau AC, - À puissance égale, réduction de la taille des équipements, - Régulation charge batterie intégrée. La génération électrique de secours sera assurée par une RAT (Ram Air Turbine) mais, du fait qu'il n'est pas nécessaire de générer une pression hydraulique de secours en cas de panne totale des moteurs, cette RAT entraîne directement un générateur électrique de 50 kVA. La puissance électrique générée peut passer, en fonction des besoins et/ou des disponibilités par un BCRU ou un TRU. La distribution de la puissance électrique va également connaître une évolution. La distribution primaire est assurée par des dispositifs électromécaniques (discontacteur, relais, breakers (disjoncteurs)) qui est toujours la meilleure pour les fortes puissances (2). Toute la distribution secondaire, pour les circuits jusqu'à 15 ampères, verra la disparition des breakers et sera assurée par la technologie SSPC (Solid State Power Controller or Contactor) qui permet de contrôler la commutation (dI/dt, au passage à zéro) et de connaître son état. Cette technologie est disponible et équipe déjà certains avions comme Bombardier GLX, Fairchild-Dornier 728/928, Hawker Horizon. La distribution de secours sera assurée par les moyens électromécaniques conventionnels. La plage de fréquence des VFG m'est inconnue à l'heure actuelle. En revanche, les ECU/FADEC des A320, A340 et B747-400, sont déjà alimentés en fréquence variable, à partir de 15 % de N2, par les "alternateurs" N2. La plage de tension/fréquence est (presque) linéaire de 17,5 V par Hz. N2(%) Tension Fréquence 15 22 V 384 Hz 20 29 V 512 Hz 36 52,4 V 922 Hz 42 59,6 V 1050 Hz 57 82,4 V 1434 Hz 64 92,4 V 1614 Hz 80 115 V 2013 Hz 100 144,9 V 2535 Hz 115 167,4 V 2920 Hz Il pourrait en être de même pour les VFG de l'A380. La plupart des équipements électroniques des A320 et A340 sont déjà alimentés en courant continu (28 V). Le 115 V 400 Hz est plutôt réservé pour les équipements gourmands en puissance, comme les WHC (Windows Heat Computer, Réchauffage pare brise), les PHC (Probe Heat Computer, Réchauffage sonde), les chauffe-eau, les fours, etc. Actuellement, sur la famille Airbus A320 la distribution électrique principale est assurée par trois TRU (Transformer Rectifier Unit) à partir du 115 V 400 Hz (peut-être cinq sur A340 ?). Pour l'A380, la seule différence sera l'ajout de convertisseurs DC/DC en plus de la partie TRU. Ce genre de dispositif est largement éprouvé et fonctionne parfaitement bien avec une très grande fiabilité. Un des avantages des convertisseurs DC/DC est de s'affranchir des parasites et micro-coupures ce qui entraîne une simplification des alimentations des équipements électroniques. D'autre part, il est vrai, comme déjà expliqué, que les dispositifs de commutation électroniques n'atteignent pas (encore) les caractéristiques d'isolation et de résistance passante des technologies électromécaniques. Néanmoins, les SSPC (Solid State Power Controller or Contactor) utilisent la même technologie qu'il s'agisse de courant faibles ( < 1 mA) ou de courant forts (> 5 A) [à l'échelle de l'avionique aéronautique], ce qui n'est pas le cas pour les relais, sélecteurs, contacteurs et autres interrupteurs. En effet, les matériaux métalliques constituant les contacts doivent être choisis selon les valeurs des intensités commutées. Un contact doré sera complètement détruit si utilisé avec une courant supérieur à environ 100 mA ; un contact argent-nickel s'oxydera rapidement et présentera une résistante passante importante si utilisé avec un courant inférieur à environ 10 mA. (1) Les IDG de génération électrique 400 Hz sont le domaine quasiment réservé de Hamilton Sundstrand. Il avait bien eu une tentative de génération IDG 400 Hz avec Lucas pour l'A320, mais il a fallu bien vite revenir en arrière et se rabattre sur Sundstrand. Avec les VFG, les entreprises en concurrence sont : Hamilton Sundstrand, Honeywell, TRW Thales Aerolec. (2) La technologie de type contact métallique n'est toujours pas égalée par les dispositifs électroniques : circuit ouvert avec isolement infini et circuit fermé avec résistance presque nulle. |
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