METHODS AND TOOLS FOR THE DESIGN OF INTEGRATED COMPONENTS IN AN EMBEDDED ELECTRICAL SYSTEM
METHODES ET OUTILS POUR LA CONCEPTION DE COMPOSANTS INTEGRES DANS UN RESEAU ELECTRIQUE EMBARQUE
Résumé
Advances in power electronics of the late twentieth century has led to electrical energy converters that are very reliable and efficient. These power electronic converters enable designers of embedded systems (planes, ships, road vehicles...) to integrate more and more electrical equipment while improving performance, comfort and safety of users. This movement supports the substitution of hydraulic and pneumatic energy by electric power.
Airbus does not stay away from this evolution. The medium term objective is to rationalize the on-board energy in order to create a plane more and more electric powered. It means that aircraft systems powered by hydraulic and pneumatic energy (flight control, air conditioning ...) are more and more fed by electrical energy. Thus, the on-board electrical power increases quickly: 275 kVA for the Airbus A320, 900 kVA for the Airbus 380, 1 MW for the future «bleedless » - Airbus A30X. For dealing with this challenge of increasing power, new electrical system architectures are needed.
The aim of this thesis is to study and develop methods and tools for optimizing the design of an embedded electrical system with the following objectives: minimizing the mass, the volume, the cost and/or maximizing the efficiency while respecting many constraints (power quality, network stability). These methods and tools are applied to the design problem of a power channel for the new generation Airbus aircrafts («bleedless » type).
Airbus does not stay away from this evolution. The medium term objective is to rationalize the on-board energy in order to create a plane more and more electric powered. It means that aircraft systems powered by hydraulic and pneumatic energy (flight control, air conditioning ...) are more and more fed by electrical energy. Thus, the on-board electrical power increases quickly: 275 kVA for the Airbus A320, 900 kVA for the Airbus 380, 1 MW for the future «bleedless » - Airbus A30X. For dealing with this challenge of increasing power, new electrical system architectures are needed.
The aim of this thesis is to study and develop methods and tools for optimizing the design of an embedded electrical system with the following objectives: minimizing the mass, the volume, the cost and/or maximizing the efficiency while respecting many constraints (power quality, network stability). These methods and tools are applied to the design problem of a power channel for the new generation Airbus aircrafts («bleedless » type).
Depuis quelques années, avec les progrès en électronique de puissance et pour améliorer les performances, le confort et la sécurité des utilisateurs, l'électricité devient le vecteur énergétique principal en remplacement de l'hydraulique et du pneumatique dans les domaines de l'automobile, du naval et de l'aéronautique.
Airbus ne se situe pas en dehors de cette évolution. Son objectif à moyen terme est de rationaliser l'énergie à bord pour aller vers un avion de plus en plus électrique : les systèmes alimentés par l'énergie hydraulique et pneumatique (commande de vol, conditionnement d'air...) seront remplacés par l'énergie électrique, plus facile à acheminer. Ainsi, la puissance électrique installée augmente rapidement : 275 kVA pour l'Airbus A320, 900 kVA pour l'Airbus 380, autour de 1 MVA pour le futur Airbus A30X de type «bleedless ». Pour répondre aux enjeux posés par cette montée en puissance, une nouvelle architecture du système électrique est nécessaire.
L'objectif de cette thèse est d'étudier et de créer des méthodes et des outils pour l'optimisation du dimensionnement d'un système électrique embarqué de manière à répondre à un certain nombre de critères (masse, coût, fiabilité) tout en respectant un certain nombre de contraintes (qualité réseau, stabilité). Ces méthodes et outils sont ici utilisés pour traiter le problème de la conception : un canal de puissance d'un réseau du bord de la nouvelle génération d'avion Airbus (type «bleddless »).
Airbus ne se situe pas en dehors de cette évolution. Son objectif à moyen terme est de rationaliser l'énergie à bord pour aller vers un avion de plus en plus électrique : les systèmes alimentés par l'énergie hydraulique et pneumatique (commande de vol, conditionnement d'air...) seront remplacés par l'énergie électrique, plus facile à acheminer. Ainsi, la puissance électrique installée augmente rapidement : 275 kVA pour l'Airbus A320, 900 kVA pour l'Airbus 380, autour de 1 MVA pour le futur Airbus A30X de type «bleedless ». Pour répondre aux enjeux posés par cette montée en puissance, une nouvelle architecture du système électrique est nécessaire.
L'objectif de cette thèse est d'étudier et de créer des méthodes et des outils pour l'optimisation du dimensionnement d'un système électrique embarqué de manière à répondre à un certain nombre de critères (masse, coût, fiabilité) tout en respectant un certain nombre de contraintes (qualité réseau, stabilité). Ces méthodes et outils sont ici utilisés pour traiter le problème de la conception : un canal de puissance d'un réseau du bord de la nouvelle génération d'avion Airbus (type «bleddless »).
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