Conception et simulation d'une alimentation hybride de secours pour un avion plus électrique

Bérubé, Daniel (2011). Conception et simulation d'une alimentation hybride de secours pour un avion plus électrique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire traite d’une nouvelle approche afin d’améliorer le système électrique de secours (assemblage RAT) existant, afin de l’intégrer à des avions plus électriques (MEA). En effet, l’avion de type MEA a une demande en énergie électrique plus grande et il est difficile pour les systèmes de secours existants de la fournir. Pour répondre à cette demande, l’alternative choisie est la connexion d’accumulateurs aux ions de lithium en parallèle à l’assemblage RAT. Afin d’intégrer ces accumulateurs, deux convertisseurs de puissance sont utilisés en plus d’un circuit de freinage. Le premier est un convertisseur cc-cc contrôlé en tension. Son rôle est de maintenir un bus de tension cc de 270V à partir de la tension des accumulateurs. Il est bidirectionnel et permet à l’assemblage RAT de recharger les accumulateurs. Le deuxième convertisseur est de type ca-cc et il transforme la tension du bus cc en une tension triphasée de 200V à une fréquence de 400Hz. L’onduleur est contrôlé en courant et il a pour objectif de réguler la vitesse du générateur éolien de secours (ADG). À partir de spécifications techniques fournies par Bombardier Aéronautique (B.A.), la turbine éolienne de secours et l’ADG sont modélisés dans Simulink®/SimPowersSystems™ (SPS). À partir de résultats de tests de B.A., le modèle de l’assemblage RAT est validé.

Les résultats de simulation fournis par le modèle s’avèrent semblables à ceux obtenus lors des tests expérimentaux. Aussi, les modèles des convertisseurs sont construits de manière détaillée. La topologie de chacun et leur principe d’asservissement sont expliqués en détail. À partir du modèle de l’assemblage RAT et de ceux des convertisseurs, le modèle de simulation de l’alimentation hybride de secours est construit. Finalement, deux simulations de la nouvelle conception sont effectuées. La première simulation prend en compte les caractéristiques d’un aéronef Bombardier Global Express, tandis que la deuxième prend en compte ceux d’un Bombardier CRJ-900. Les résultats des deux simulations démontrent que le nouveau système développé fonctionne comme attendu. Les accumulateurs permettent de fournir aux charges essentielles une puissance supérieure à la puissance nominale de l’ADG.

Résumé traduit

This thesis discusses a new approach to improve the existing emergency power system (RAT assembly) in aircraft to integrate it in more electric aircraft (MEA). Indeed, the MEA has a high demand of electric energy and it is difficult for the existing emergency power system to provide it. To meet this demand, the alternative chosen is the connection of lithium-ion batteries in parallel with the RAT assembly. In order to integrate these batteries, two power converters and one braking resistor are used. The first one is a voltage controlled dc-dc converter. His role is to maintain a dc bus of 270V from the batteries voltage. The converter is bidirectional allowing the RAT assembly to recharge the batteries. The second converter is an inverter, his goal is to converts the dc bus in a three-phase voltage of 200V at a frequency of 400Hz. The ac-dc converter is controlled by current and aims to regulate the speed of the RAT assembly generator (ADG). According to the technical specifications provided by Bombardier Aerospace (B.A.), the RAT assembly is modeled in Simulink® / SimPowersSystems™ (SPS). From test results of B.A., the model of the RAT assembly is validated. Simulation results obtained from the model are similar to those obtained in experimental tests. Also, detailed models of the converters are constructed. The topology and the control of each one are explained in details. From the RAT assembly model and those of the two converters, the simulation model of the hybrid emergency power system is built. Finally, two simulations are made with the new design. The first simulation takes into account the characteristics of a Bombardier Global Express aircraft, while the second takes those of a Bombardier CRJ-900. The results of the two simulations show that the newly developed emergency system works as it should. The batteries can provide power greater than the rated power of the ADG to the essentials loads.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique" Bibliogr. : f. [117]-119.
Mots-clés libres:	Avions. Éoliennes. Convertisseurs électriques. ADG, Alimentation, Assemblage, Conception, Électrique, Hybride, MEA, Plus, RAT, Secours, Simulation, Éolienne, Convertisseur cc-cc, Convertisseur ca-cc
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dessaint, Louis-A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	21 mars 2012 14:30
Dernière modification:	16 févr. 2017 20:48
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/988

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