Convertisseurs génériques à tolérance de panne - Applications pour le domaine aéronautique

Electric power is of increasing importance in aeronautical systems. As a consequence, static converters have become widespread, and power electronics is crucial for improving performance, reliability and competitiveness. The aim of this thesis is to contribute to the design of electrical networks by using modular generic converters. To determine their structure, an inventory of power electronics applications is carried out in the framework of a "more electric" aircraft. The modularity of these power conversion blocks opens the way for power segmentation and redundancy, that enables systems availability to increase. Following this approach, several fault-tolerant inverter topologies are compared, both analytically and by simulation based on the physical model of a flight surface electrohydrostatic actuator. For the experimental studies, power electronics modules are designed to operate a reconfigurable inverter that is dedicated to a permanent magnet synchronous motor drive. Connected to the neutral point of the wye-connected motor, this inverter has a fourth leg that acts as a mutualised redundancy. Lastly, to extend the power electronics generic module's field of application, three AC/DC converter topologies are proposed in order to improve power management, in comparison with conventional topologies, with respect to electrical and thermal design criteria.L'énergie électrique occupe un rôle de plus en plus important au sein des réseaux aéronautiques. Cela occasionne une forte émergence de l'électronique de puissance, qui constitue un domaine technologique crucial pour l'obtention de systèmes performants, fiables et compétitifs. Ce mémoire s'inscrit dans une approche d'aide à la conception des architectures de traitement de l'énergie électrique à partir d'éléments de conversion génériques et modulaires. Un recensement des applications des convertisseurs statiques est établi dans le cadre d'un réseau d'avion "plus électrique" afin de délimiter un périmètre structurel des modules de conversion. La modularité de ces éléments ouvre la voie à la segmentation de la puissance et à la redondance qu'il est proposé d'exploiter par la mise en oeuvre de convertisseurs à tolérance de panne, afin d'améliorer la disponibilité opérationnelle des systèmes. Dans cette perspective, plusieurs topologies d'onduleur sont comparées analytiquement et par simulation sur la base d'un modèle multiphysique d'actionneur électrohydrostatique de commandes de vol. Dans le cadre des études expérimentales, les modules de conversion réalisés comprennent en particulier les fonctionnalités appropriées pour mettre en oeuvre un onduleur reconfigurable, dédié à l'alimentation d'une machine synchrone à aimants permanents. Cet onduleur comporte une redondance mutualisée sous la forme d'une quatrième cellule de commutation connectée au neutre de la machine. Enfin, en vue d'étendre le champ d'application de ce module générique, différentes topologies de conversion alternatif-continu sont proposées pour optimiser la gestion de l'énergie par rapport aux solutions traditionnelles. Une comparaison quantitative sur des critères électriques et thermiques permet d'envisager les bénéfices de chaque structure

Convertisseurs génériques à tolérance de panne (applications pour le domaine aéronautique)

L'énergie électrique occupe un rôle de plus en plus important au sein des réseaux aéronautiques. Cela occasionne une forte émergence de l'électronique de puissance, qui constitue un domaine technologique crucial pour l'obtention de systèmes performants, fiables et compétitifs. Ce mémoire s'inscrit dans une approche d'aide à la conception des architectures de traitement de l'énergie électrique à partir d'éléments de conversion génériques et modulaires. Un recensement des applications des convertisseurs statiques est établi dans le cadre d'un réseau d'avion "plus électrique" afin de délimiter un périmètre structurel des modules de conversion. La modularité de ces éléments ouvre la voie à la segmentation de la puissance et à la redondance qu'il est proposé d'exploiter par la mise en œuvre de convertisseurs à tolérance de panne, afin d'améliorer la disponibilité opérationnelle des systèmes. Dans cette perspective, plusieurs topologies d'onduleur sont comparées analytiquement et par simulation sur la base d'un modèle multiphysique d'actionneur électrohydrostatique de commandes de vol. Dans le cadre des études expérimentales, les modules de conversion réalisés comprennent en particulier les fonctionnalités appropriées pour mettre en œuvre un onduleur reconfigurable, dédié à l'alimentation d'une machine synchrone à aimants permanents. Cet onduleur comporte une redondance mutualisée sous la forme d'une quatrième cellule de commutation connectée au neutre de la machine. Enfin, en vue d'étendre le champ d'application de ce module générique, différentes topologies de conversion alternatif-continu sont proposées pour optimiser la gestion de l'énergie par rapport aux solutions traditionnelles. Une comparaison quantitative sur des critères électriques et thermiques permet d'envisager les bénéfices de chaque structure.Electric power is of increasing importance in aeronautical systems. As a consequence, static converters have become widespread, and power electronics is crucial for improving performance, reliability and competitiveness. The aim of this thesis is to contribute to the design of electrical networks by using modular generic converters. To determine their structure, an inventory of power electronics applications is carried out in the framework of a "more electric" aircraft. The modularity of these power conversion blocks opens the way for power segmentation and redundancy, that enables systems availability to increase. Following this approach, several fault-tolerant inverter topologies are compared, both analytically and by simulation based on the physical model of a flight surface electrohydrostatic actuator. For the experimental studies, power electronics modules are designed to operate a reconfigurable inverter that is dedicated to a permanent magnet synchronous motor drive. Connected to the neutral point of the wye-connected motor, this inverter has a fourth leg that acts as a mutualised redundancy. Lastly, to extend the power electronics generic module's field of application, three AC/DC converter topologies are proposed in order to improve power management, in comparison with conventional topologies, with respect to electrical and thermal design criteria.TOULOUSE-ENSEEIHT (315552331) / SudocSudocFranceF

Fault-tolerant inverter for on-board aircraft EHA

International audienceIn more-electrical aircraft, most of the flight surfaces are equipped with electro-hydrostatic actuators. A high reliability is mandatory, combined to fault-handling strategies for the VS inverter, which is a part of crucial importance of this equipment, controlling the power flows and the performances. The proposed topology uses a safe fourth-leg connected to the star tap of a standard PMSM winding. Fault-handling IGBT drivers and isolating AC switches are introduced in series with all the legs so as to confine a local inverter fault and to manage the post-fault operation. A modular and versatile design is proposed, based on a generic set of two legs including a local over-current / temperature monitoring and an optional self isolation capability under fault. In this paper, the authors present a complete lab test-bench, the DSP-FPGA digital control including a state chart and finally results in post-fault two-phase reconfiguration

Matrix approach based on Quadripole for quality analysis in Aircraft Electrical Power Distribution System

International audienceHVDC bus based electrical network architectures have shown to be relevant for More-Electric Aircraft. Today, adequate standards of power quality and stability must be set and even optimized: subsequent design constraints have to allow the system integrator to guarantee the safe operation of the network, without excessive impact on the design of the equipment provided by the suppliers, especially regarding weight penalty. In this context, this paper proposes a specific methodology to analyze the power quality constraints in an HVDC network. A matrix approach, based on Quadripole analysis of the power distribution is considered. It aims at achieving a direct sensitivity analysis of any quantity (regarding its harmonic content) of any electrical network with respect to selected inputs and based on the network topology and parameters. One major advantage of this methodology is that the modeling approach is analytically developed, based on symbolic calculation. All the devices (sources, cables, filters, loads, etc) of the system are represented as four-terminal (quadripole) devices, connected together according to the network topology. The calculations are performed at very high speed in the frequency domain. An application of this approach on a relevant aircraft electrical power distribution is shown to highlight its benefit on the path of optimizing new HVDC quality standards

Dynamics of circulating calprotectin accurately predict the outcome of moderate COVID-19 patients

International audienc