Sistema eléctrico de arranque de motores de una aeronave.

Sistema eléctrico de arranque que incluye un módulo de conversión CC/CA (16) que entrega una tensión alterna de arranque a al menos un motor (18,

20, 22) a partir de una tensión continua (Vcc) elaborada desde una red de potencia alterna (14) o desde una batería (26) cuando dicha red de potencia alterna no está disponible, dicho módulo de conversión CC/CA incluye k inversores de n fases (160A, 160B) dispuestos en paralelo con k>1 y que entrega cada uno una potencia al menos dos veces inferior a una potencia máxima Pmax requerida para arrancar dicho al menos un motor, estando conectadas las dos líneas de alimentación de cada uno de dichos inversores a dicha tensión continua (Vcc) a través de un dispositivo de protección electrónico (170A, 170B) y dicha tensón continua (Vcc) es obtenida a partir de un rectificador CA(CC (12) alimentado por dicha red de potencia alterna, entregando las n salidas del al menos uno de dichos inversores entonces dicha tensión alterna de arranque de dicho al menos un motor (18, 20, 22) a través de n inductancias en serie (320A, 320B) o, cuando dicha red de potencia alterna (14) no está disponible, a partir de dicha batería (26) conectada, a través de n inductancias en serie (320B) a uno de dichos k inversores de n fases (160A, 160B) para formar un convertidor elevador de tensión CC/CC, entregando entonces las n salidas del al menos uno de dichos inversores (160A, 160B) restantes dicha tensión alterna de arranque de dicho al menos un motor (18, 20, 22) a través de otras n inductancias en serie (320A).

Sistema eléctrico de arranque de motores de una aeronave Dominio de la invención La presente invención se refiere al dominio de los convertidores de potencia y concierne más en particular a los sistemas de arranque de motores aeronáuticos.

Técnica anterior La presente invención se refiere al dominio de los convertidores de potencia y concierne más en particular a los sistemas de arranque de motores aeronáuticos.

En el dominio aeronáutico, se conoce el arrancar los motores de propulsión y el grupo auxiliar (denominado APU por auxiliar y power unit) de una aeronave a partir de un sistema eléctrico de arranque del tipo del ilustrado en la figura 6. Un sistema 10 de ese tipo incluye, clásicamente, un rectificador CA/CC 12 para obtener una tensión continua Vcc a partir de la red de alimentación de abordo de la aeronave 14 o del grupo de tierra, seguido de un convertidor CC/CA 16 para alimentar los arrancadores-generadores 18, 20, 22 de los motores asociados (por vía de una matriz de conexión 24) durante la fase de arranque de estos motores. El convertidor CC/CA 16, incluye, en general un inversor del nivel de potencia "Pn" requerido para arrancar un motor de propulsión en tierra. Para mejorar la fiabilidad relativa a la capacidad de re-arranque en vuelo y la tasa de disponibilidad (dispatch) para un arranque en tierra, se puede añadir un segundo inversor de la misma potencia "Pn". No obstante, un añadido de este tipo consume peso y volumen y por tanto genera costes suplementarios. El documento de patente alemana DE 10018668 muestra un motor accionado por dos convertidores paralelos.

La red de alimentación es, clásicamente, la red de potencia a 115 Vca o cualquier otra red como la de 230 Vca. La tensión continua obtenida a la salida del rectificador es, por ejemplo, de 270 Vcc o de 540 Vcc u otra.

Cuando alguna de las redes eléctricas de potencia no está disponible, el arranque de los motores de propulsión puede ser realizado a partir de la APU, que a su vez es arrancada a partir de una batería. Es pues necesario añadir un convertidor CC/CC 28 que entrega una tensión compatible con la tensión a la entrada del inversor al cual está conectado. Estando comprendidas clásicamente las tensiones de batería convencionales entre 24 Vcc y 48 Vcc, este convertidor elevador de tensión CC/CC (o Booster) multietapa o multicelular, eventualmente con aislamiento galvánico, comprende necesariamente una relación de elevación elevada, típicamente superior a 10, y es pues un equipo complejo y difícil de regular, pesado, voluminoso y por ello, en definitiva, particularmente costoso.

Objeto y definición de la invención La presente invención se propone pues paliar los inconvenientes citados anteriormente y, más en particular, minimizar la masa de material necesaria para asegurar el arranque de los motores de propulsión y de la APU de una aeronave a partir de la red de potencia o de una batería, con una tasa de fiabilidad elevada para un re-arranque en vuelo si fuera necesario igualmente .con una tasa de "dispatch" suficientemente elevada para los arranques en tierra.

Estos objetivos se alcanzan por un sistema eléctrico de arranque de al menos un motor según la reivindicación 1.

Según la configuración considerada, dicho módulo de conversión CC/CA incluye al menos dos inversores y cada uno de dichos k inversores entregan una potencia Pmax/k o al menos tres inversores y cada uno de dichos k inversores entregan una potencia Pmax/ (k-1) .

Así, con uno u otra de estas configuraciones en las cuales la conversión CC/CA es recortada en etapas de inversores paralelos de potencia al menos igual a P/2, el tamaño en masa y volumen del sistema eléctrico de arranque se reduce notablemente así como su coste global. Para que haya un interés en esta configuración, es indispensable que al menos uno de los motores requiera una potencia al menos (k-1) veces inferior a dicha potencia máxima y/o deba ser capaz arrancar, en condiciones críticas de seguridad, con una potencia al menos (k-1) veces inferior a dicha potencia máxima.

De manera ventajosa, dicho módulo de conversión CC/CA puede incluir dos o tres inversores trifásicos dispuestos en paralelo. Pero, claro está una configuración con más de tres inversores es posible según la potencia máxima incorporada.

Cuando dicho al menos un motor del sistema eléctrico de arranque es capaz de arrancar en condiciones críticas de seguridad con dicha potencia al menos dos veces inferior a la potencia máxima, dicho al menos un motor es alimentado por solamente uno de dichos inversores trifásicos de manera que se aumenta la tasa de fiabilidad del sistema en dichas condiciones críticas de seguridad por una redundancia del tipo 1 sobre 2.

Ventajosamente, dicho al menos un motor está alimentado por dos de dichos tres inversores trifásicos de manera que se aumenta la tasa de fiabilidad del sistema por una redundancia del tipo 2 sobre 3.

Cuando el sistema eléctrico de arranque es aplicado al arranque a partir de una batería y dicho al menos un motor del sistema eléctrico de arranque es capaz de arrancar con dicha potencia al menos dos veces inferior a la apotencia máxima, dicha batería está conectada a uno de dichos inversores de n fases a través de dichas n inductancias en serie para, al formar un convertidor elevador de tensión CC/CC, entregar dicha tensión continua Vcc, la cual tensión continua Vcc aplicada a otro de dichos inversores de n fases a través de dicho dispositivo de protección electrónico entrega a través de dichas n inductancias en serie dicha tensión alterna que permite el arranque de dicho al menso un motor a partir de dicha batería cuando la red de potencia alternativa no está disponible.

Preferentemente, para obtener la tensión continua Vcc a partir de la batería, el mando del convertidor elevador de tensión CC/CC es efectuado por un circuito de mando con una relación cíclica de conmutación fija.

Ventajosamente, dicho dispositivo de protección electrónico incluye un interruptor comandado en serie sobre una de las dos líneas de alimentación y un condensador en paralelo sobre estas dos líneas de alimentación del lado de dicho inversor.

Preferentemente, el sistema eléctrico de arranque según la invención incluye además un filtro dispuesto a la salida de dicha batería.

Breve descripción de los dibujos Las características y ventajas de la presente invención aparecerán mejor de la descripción siguiente, hecha a título indicativo y no limitativo, en relación con los dibujos anexos en los cuales:

- la figura 1 es un esquema de principio que ilustra un sistema eléctrico de arranque de motores conforma a la presente invención, -las figuras 1A y 1B muestran el detalle de un módulo de conversión CC/CA del sistema de la figura 1;

- las figuras 2A a 2D ilustran diferentes configuraciones de funcionamiento del sistema de la figura 1;

- la figura 3 ilustra en detalle la configuración de la figura 2D;

- la figura 4 muestra diagramas de tiempo en ciertos puntos característicos de la configuración de la figura 3;

- las figuras 5A a 5D ilustran otras configuraciones diferentes de funcionamiento del sistema de la figura 1; y -la figura 6 es un esquema de principio de un sistema eléctrico de arranque de motores de la técnica anterior.

Descripción detallada de un modo de realización preferente La figura 1 ilustra de manera esquemática el sistema eléctrico de arranque de motores según la invención.

Se vuelve a encontrar, como en los sistemas de la técnica anterior, el rectificador CA/CC 12 que sirve para rectificar la tensión alterna suministrada por la red de alimentación 14, ventajosamente trifásico y que está seguido igualmente por el convertidor CC/AC 16 que alimenta los diferentes generadores de arranque 18, 20, 22 a través de la matriz de conexión en la cual la posición de los diferentes contactores dada a título de ejemplo permite modos de funcionamiento diferentes. Esta matriz 28 es, sin embargo, sensiblemente diferente para integrar una vía suplementaria que proviene de la batería 26 que, contrariamente a los sistemas de la técnica anterior, no está seguida por un convertidor CC/CC sino simplemente por un filtro clásico 30 cuya salida alimenta directamente y por su salida, por vía de esta matriz de conexión 28, al convertidor CC/CA. Se notará que la reducción del número de dispositivos semiconductores que entraña la supresión de este convertidor CC/CC tiene como consecuencia mejorar el factor de fiabilidad (MTBF) global del sistema.

Según la invención, este convertidor está constituido por varias etapas paralelas de convertidor CC/CA cuya estructura bidireccional idéntica... [Seguir leyendo]

1. Sistema eléctrico de arranque que incluye un módulo de conversión CC/CA (16) que entrega una tensión alterna de arranque a al menos un motor (18, 20, 22) a partir de una tensión continua (Vcc) elaborada desde una red de potencia alterna (14) o desde una batería (26) cuando dicha red de potencia alterna no está disponible, dicho módulo de conversión CC/CA incluye k inversores de n fases (160A, 160B) dispuestos en paralelo con k>1 y que entrega cada uno una potencia al menos dos veces inferior a una potencia máxima Pmax requerida para arrancar dicho al menos un motor, estando conectadas las dos líneas de alimentación de cada uno de dichos inversores a dicha tensión continua (Vcc) a través de un dispositivo de protección electrónico (170A, 170B) y dicha tensón continua (Vcc) es obtenida a partir de un rectificador CA (CC (12) alimentado por dicha red de potencia alterna, entregando las n salidas del al menos uno de dichos inversores entonces dicha tensión alterna de arranque de dicho al menos un motor (18, 20, 22) a través de n inductancias en serie (320A, 320B) o, cuando dicha red de potencia alterna (14) no está disponible, a partir de dicha batería (26) conectada, a través de n inductancias en serie (320B) a uno de dichos k inversores de n fases (160A, 160B) para formar un convertidor elevador de tensión CC/CC, entregando entonces las n salidas del al menos uno de dichos inversores (160A, 160B) restantes dicha tensión alterna de arranque de dicho al menos un motor (18, 20, 22) a través de otras n inductancias en serie (320A) .

2. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho módulo de conversión CC/CA incluye al menos dos inversores y cada uno de dichos k inversores entregan una potencia Pmax/k.

3. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho módulo de conversión CC/CA incluye dos inversores trifásicos dispuestos en paralelo.

4. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 3, en el que dicho al menos un motor es capaz de arrancar en condiciones críticas de seguridad con dicha potencia al menos dos veces inferior a la potencia máxima, caracterizado por que dicho al menos un motor está alimentado por solamente uno de dichos dos inversores trifásicos de manera que aumenta la tasa de fiabilidad del sistema en dichas condiciones críticas de seguridad por una redundancia del tipo 1 sobre 2.

5. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho módulo de conversión CC/CA incluye al menos tres inversores y cada uno de dichos k inversores entregan una potencia Pmax/ (k-1) .

6. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 5, caracterizado por que dicho módulo de conversión CC/CA incluye tres inversores trifásicos dispuestos en paralelo.

7. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 6, caracterizado por que dicho al menos un motor está alimentado por dos de dichos tres inversores trifásicos de manera que aumenta la tasa de fiabilidad del sistema por una redundancia del tipo 2 sobre 3.

8. Sistema eléctrico de arranque según la reivindicación 1, caracterizado por que, para obtener dicha tensión continua Vcc a partir de dicha batería, incluye un circuito de mando (166B) con una relación cíclica de conmutación fija que asegura el mando del convertidor elevador de tensión CC/CC.

9. Sistema eléctrico de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que dicho dispositivo de protección electrónico incluye un interruptor comandado (170A, 170B) en serie sobre una de las dos líneas de alimentación y un condensador (168A, 168B) en paralelo sobre estas dos líneas de alimentación del lado de dicho inversor.

10. Sistema eléctrico de arranque según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que incluye, además, un filtro (30) dispuesto a la salida de dicha batería.