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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