Analyse et conception des systèmes électriques embarqués.
Application aux réseaux de bord d'avion
Résumé
Solid state networks like power network are in constant modification due to the development of the
power electronics systems. The future is clear: the embedded power will be electric and the hydraulic and
pneumatic power will be reduced. At this time, this transformation is present civil aircraft.
However, the increasing number of power electronic converters connected to aircraft electrical supply
networks increases the harmonic levels and the risk of unstability. For analysis and design goals,
appropriated methods must be used. In this context, the first part of this report describes the evolution
of the state power network until 50 years. In the second part, a global methodology for design embedded
systems is proposed. The two following parts are applications of this methodology in the European
project context called Power Optimized Aircraft. One analyses the dynamic effects in a HVDC structure
composed with a starter generator and a fuel pump motor. The modal approach linked to the averages
models is discussed. The participation factor and the sensitive analysis are presented in this application.
The last part proposes a methodology to optimize a passive input filter and to fulfil harmonic standards.
The method is applied to a diode rectifier, with capacitive load, which represents a very common Power
Input Stage for actuators.
power electronics systems. The future is clear: the embedded power will be electric and the hydraulic and
pneumatic power will be reduced. At this time, this transformation is present civil aircraft.
However, the increasing number of power electronic converters connected to aircraft electrical supply
networks increases the harmonic levels and the risk of unstability. For analysis and design goals,
appropriated methods must be used. In this context, the first part of this report describes the evolution
of the state power network until 50 years. In the second part, a global methodology for design embedded
systems is proposed. The two following parts are applications of this methodology in the European
project context called Power Optimized Aircraft. One analyses the dynamic effects in a HVDC structure
composed with a starter generator and a fuel pump motor. The modal approach linked to the averages
models is discussed. The participation factor and the sensitive analysis are presented in this application.
The last part proposes a methodology to optimize a passive input filter and to fulfil harmonic standards.
The method is applied to a diode rectifier, with capacitive load, which represents a very common Power
Input Stage for actuators.
Les réseaux embarqués, au même titre que les réseaux de distribution, subissent de profondes mutations
dues à l'essor de l'électronique de puissance. La tendance est claire : la puissance doit être intégrée au
maximum sous forme électrique aux dépens de l'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de
puissance est rendue posl'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de
puissance est rendue possible par l'utilisationde convertisseurs d'électronique de puissance, fiables,
modulaires et garantissant une grande souplesse de fonctionnement. C'est ce qui se passe actuellement
pour les avions civils gros porteurs.
L'insertion massive de ces convertisseurs dans les réseaux embarqués pose cependant quelques
problèmes, principalement à cause la prolifération des harmoniques et à l'introduction de nouvelles
dynamiques. Pour pouvoir quantifier et s'affranchir de ces problèmes, on doit utiliser des méthodes
d'analyse et de conception adaptées. Dans ce contexte, le premier chapitre du mémoire fait un tour
d'horizon de l'évolution des réseaux embarqués au cours des dernières décennies. Dans la deuxième
partie, une méthodologie de conception des systèmes embarqués est proposée. Les deux chapitres
suivants sont les premières applications de la méthodologie dans le contexte du contrat européen Power
Optimized Aircraft. L'un est consacré à l'étude dynamique d'un système embarqué haute tension
continue. L'approche modale, couplée au modèle moyen généralisé, est détaillée. L'accent est
particulièrement mis sur les facteurs de participation et de sensibilité.
Le dernier chapitre concerne la dépollution harmonique optimale où l'on propose de minimiser le volume
des organes de filtrage par l'intermédiaire d'optimisations sous contraintes.
dues à l'essor de l'électronique de puissance. La tendance est claire : la puissance doit être intégrée au
maximum sous forme électrique aux dépens de l'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de
puissance est rendue posl'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de
puissance est rendue possible par l'utilisationde convertisseurs d'électronique de puissance, fiables,
modulaires et garantissant une grande souplesse de fonctionnement. C'est ce qui se passe actuellement
pour les avions civils gros porteurs.
L'insertion massive de ces convertisseurs dans les réseaux embarqués pose cependant quelques
problèmes, principalement à cause la prolifération des harmoniques et à l'introduction de nouvelles
dynamiques. Pour pouvoir quantifier et s'affranchir de ces problèmes, on doit utiliser des méthodes
d'analyse et de conception adaptées. Dans ce contexte, le premier chapitre du mémoire fait un tour
d'horizon de l'évolution des réseaux embarqués au cours des dernières décennies. Dans la deuxième
partie, une méthodologie de conception des systèmes embarqués est proposée. Les deux chapitres
suivants sont les premières applications de la méthodologie dans le contexte du contrat européen Power
Optimized Aircraft. L'un est consacré à l'étude dynamique d'un système embarqué haute tension
continue. L'approche modale, couplée au modèle moyen généralisé, est détaillée. L'accent est
particulièrement mis sur les facteurs de participation et de sensibilité.
Le dernier chapitre concerne la dépollution harmonique optimale où l'on propose de minimiser le volume
des organes de filtrage par l'intermédiaire d'optimisations sous contraintes.