EVALUATION : LA GÉNÉRATION ÉLECTRIQUE EN AÉRONAUTIQUE

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1 EVALUATION : LA GÉNÉRATION ÉLECTRIQUE EN AÉRONAUTIQUE Temps impari = 1 heure ; Tous documens auorisés excepé la copie du voisin(e) Lire ou l énoncé avan de commencer. Le besoin en énergie élecrique à bord des avions es sans cesse croissan. Cee endance end à se renforcer avec le fuur avion «ou élecrique» don les commandes de vol seron mues par des moorisaions élecrique. La srucure simplifiée d'un réseau élecrique de bord es représenée par le schéma de la figure 1. En vol, la généraion élecrique d'un avion es fondamenalemen assurée par un alernaeur riphasé associé à chaque réaceur. Au sol, le réseau aéroporuaire, s'il exise, se subsiue à l'alernaeur par la prise de parc. La disribuion s'effecue en alernaif riphasé 115 V/200 V Hz via le cœur élecrique qui inclu :. un module de régulaion de la ension de l'alernaeur U GS ;. un module de désexciaion rapide de l'alernaeur ;. un module de proecion des circuis disribués. Le cœur élecrique alimene la barre normale (jeu de barres). Jusqu'à présen, la fréquence consane (400 Hz) es obenue par des moyens; hydro- ou élecromécaniques. Les ous derniers progrès observés en Elecronique à grande viesse laissen enrevoir le développemen de nouveaux sysèmes de généraion élecrique, noammen la suppression du sysème de régulaion hydro- ou élecromécanique. La endance es donc à des enraînemens à grande viesse variable. Afin d'assurer la sécurié de l'appareil à ou momen, même en cas de pere des alernaeurs, cerains organes viaux de l'avion (ordinaeurs de bord, commandes de vol élecriques,...) doiven coninuer à êre alimené; Ces organes son connecés à la barre essenielle couran alernaif monophasé (AC) qui es elle-même alimenée :. en configuraion normale, par un des alernaeurs via la barre normale ;. en cas de pere des sources de généraion principale, par un Généraeur Dernier Secours. Le Généraeur Dernier Secours es principalemen composé d'un converisseur saique monophasé alimené par les baeries via la barre essenielle couran coninu (DC ). Un disposiif de commuaion Normal/Secours enièremen auomaique assure :. la commande de démarrage du Généraeur Dernier Secours ;. l'alimenaion de la barre essenielle couran alernaif ;. l'isolemen de la barre essenielle couran alernaif de la barre normale. Les valeurs ypiques relaives à l avion de ype AIRBUS A 320 son : - puissance nominale d'un alernaeur : 90 kva (riphasé) ; - puissance nominale du Généraeur Dernier Secours : 1 kva (monophasé) : - ension nominale des baeries : 28 V. Réflexion d Huber Rebasc : Les joueurs de ennis défaiises jeen l éponge après avoir essuyer un revers 1

2 ÉTUDE DU GÉNÉRATEUR DERNIER SECOURS Le Généraeur Dernier Secours perme de reconsiuer un réseau alernaif 115 V/400 Hz monophasé à parir d'une alimenaion de 28 V en couran coninu. On ne se préoccupe pas des disposiifs :- de démarrage du Généraeur Dernier Secours ; - de surveillance (de sa ension d'alimenaion, de la empéraure...). CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES DU GÉNÉRATEUR. Tension d'enrée : V ba = 17 à 32 V (28 V nominal).. Tension de sorie : V S = 115 V ± 5 V. Fréquence de sorie : f S = 400 Hz ± 1 %. Puissance nominale : P S = 1000 VA.. Faceur de puissance : 0,7 AR cos φ 1.. Disorsion de la ension de sorie (sur charge linéaire) :- parielle : d P < 3 %; - globale : d T < 5%. Le Généraeur Dernier Secours es un converisseur direc Coninu - Alernaif (généraion avion Airbus A 310). Ce converisseur don la srucure es indiquée à la figure 2, es consiué d un ransformaeur associé à deux inerrupeurs moné en push-pull parallèle. Les IGBT permeen d appliquer au ransformaeur des impulsions d ampliude égale à celle de la ension aux bornes des baeries e don la largeur varie suivan une loi de modulaion sinusoïdale. Un filre passe bas connecer au secondaire du ransformaeur perme d obenir une ension V S sinusoïdale. Sous préexe de simplifié cee évaluaion, Mr Dehaupas en accord avec lui-même, a décidé pour cee parie de remplacer la commande en modulaion sinusoïdale par une commande «pleine onde» (documen réponses) ce qui revien au même d un poin de vue valeur moyenne du couran dans les semi-conduceurs. 4 ps.1)en foncion de la forme des signaux de commande SW1 e SW2, en déduire les chronogrammes de Vce1, Vce2, V e Vs, préciser la valeur de la période.( Voir documen réponses ) Le couran dans la charge (e aussi dans les baeries) éan non linéaire e déphasé par rappor à la ension (déphasage d environs 45 enre les fondamenales ensions e courans). Pour simplifier, on considérera pour la suie du problème les valeurs suivanes : couran maximum dans un ransisor =35 A Couran moyen dans un ransisor =13 A - couran maximum dans une diode = 35 A - Couran moyen dans une diode = 8 A - Couran efficace dans une diode = 21 A 4 ps.2) Monrer que les composans IRG4PH40K e SKN 2F50/04 conviennen. 4 ps.3) Déerminer les peres par conducion dans une diode, les peres par commuaion son négligeables.( Tvj = 150 C ) 4 ps 4) Déerminer les peres par conducion e par commuaion dans un ransisor IGBT. ( V GE = ± 15 V, R G = 10 Ω, Tj = 150 C ) 4 ps.5) Déerminer la résisance hermique du dissipaeur ayan un couple diode, ransisor moné dessus. Cee valeur es-elle une valeur minimale ou maximale? ( Ta = 15 C ) 2

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6 Documen réponses correcion : Quesion 1 SW1 Quesion 3 Peres dans une diode SW2 T/2 T <I> = 8 A Ieff = 21 A Vo = 1,2 V R = 4 m VCE1 28 V P = Vo. <I> + R. I ² P = 1,2 * 8+0,004*21 ² P = 11,4 W VCE2 28 V Quesion 4 Peres dans un ransisor Par conducion V +E Pc = Vce. <Ic> Pc = 2,74 * 13 Pc = 35,6 W Par commuaion Lecure courbe : -E Vs 162,6 V E = 5 mj à 960 V D ou a 28 V 5*28/960 E = 0,15 mj Ps = E* F Ps = 0,00015*400 Ps = 60 mw -162,6 V Quesion 2 Monage diode IGBT <I> 8A e 13 A < 18 A 15 A Imax 35 A < 100 A 60A Vmax 32 V < 400V 1200V Periode 2,5 ms > 600 ns 10 µs Quesion 5 Dissipaeur hermique : Rh r-a Tj Ta - (Rhd j-c +Rhd c-r )* (Rh j-c +Rh c-r ) P Rhd j-c +Rhd c-r +Rh j-c +Rh c-r Rh r-a (0,5 +0,25)* (0,77 +0,24) 11,4 +35,66 0,5 +0,25+0,77 +0,24 Rh r-a 2,43 C/W 6