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8323
0913
-DO
C-T
AS-E
N-0
01
Les nouveaux défis pour le pilotage des tuyères de lanceur.
M. Bekemans20/03/2013
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Introduction
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Deux vérins orientent le jet de sortie des tuyères
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Introduction
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Moteur du 3éme étageActionneur Electrique
Moteur principalActionneur Hydraulique
Moteur des propulseurs à poudreActionneur Hydraulique
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Introduction
Ariane 5
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Gaz comprimé Huile
Actionneur hydraulique à huile perdue
VPE ⋅⋅=2α
α = 3 for a monatomic gas, (He) α = 5 for a diatomic gas (O2 or N2) α = 6 for a triatomique gas or more (CO2)
7 kWh
Pmoy= 75 kWPcrête= 200 kW
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DEFITS POUR LES FUTURS LANCEURS
ACTIONNEURS TOUT ELECTRIQUE pour les étages inférieurs
CONSEQUENCE:
Montée en puissance des actionneurs 5kW è 100 kW (TBC)Nouvelles approches pour la fiabilisation de la chaine complèteElément de stockage adapté au profil de mission très court
Trop court pour le stockage d’énergieTrop long pour le stockage de puissance
Tous les éléments du système doivent cohabiter et s’aider mutuellement
Tous les éléments du système doivent cohabiter et s’aider mutuellement approche mécatronique
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Effort Flux
• Tension
• Force
• Pression
• Courant
• Vitesse
• Débit
Puissance = Effort x Flux
Impédance =FluxEffort
Ns
ΦNbr
Pôle
Ubat
Ibat
Uond
Iond Iph
UphCem
ωe
CmF
Vω
1: k
BatteriesOnduleur
N
m/s
Schéma de la chaîne de conversion de l’actionneur
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Filtre
moteur Vis à billes
Onduleur DC/AC
Chaine Mécatronique
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Nbr Pôles: NpNbr Spires: Ns Ubat > V . Nb.Np-1.Ns.Φ.Kc.k-1
ELECTRIQUES
Modulation Connexion DéfluxageImpédance Rapport
MECANIQUE
ELECTROTECHNIQUE
Kc :1Nb:1
m/s
N
Facteurs de transformation
(volt) (m/s) (Tesla.m)
8
Chaine Mécatronique
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DEFIS POUR LES FUTURS LANCEURS
Onduleurs de puissance 100 kW
Anticipation sur les moyens d’essaisProblématique des sources
Installation électrique adaptéeConsommation électrique importante
Problématique des chargesDissipationReprésentativité des régimes transitoiresSouplesse dans la configuration
Charge active & Circulation de puissance
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Schéma ElectriqueONDULEUR 100 kW
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100 kW
5 kW
5 kWONDULEUR 100 kW
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ONDULEUR 100 kW
Implémentation en cours de réalisation
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ONDULEUR 100 kW
Quels sont les éléments limitatifs au transfert de puissance ?
Stress des composantsTension maxCourant maxTemp max
Impédance de liaison !
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Transfert de puissance
Dans un échange entre sources AC, le transfert de puissance est limité par l’inductance de liaison !!
Transfert maximum de puissance
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).cos(.2.)( tUtE ω= ).cos(.2)( ϕω += tItI
( ) ( )ϕωϕ +⋅⋅⋅+⋅⋅= tIUIUtP 2cos(cos)(
)cos(.. ϕIUP =
IUS .=
)sin(.. ϕIUQ =
222 QPS +=
Transfert maximum de puissance
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E2(t)E1(t) L R
I(t)
E1
E2 ejα
αβ
I
∆U∆U
Axe réel
Axe
imag
inai
re
E1
E2 ejα
αβ
I
∆U∆U
Axe réel
Axe
imag
inai
re
Onduleur 1 Onduleur 2
2 degrés de liberté:
• L’amplitude
• La phase
2 degrés de liberté:
• L’amplitude
• La phase
Transfert maximum de puissance
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E1
E 2 ej
α
α
I
∆U
Axe réel
Axe
imag
inai
re
R.I
ω.L
.I
E1
E 2 ej
α
α
I
∆U
Axe réel
Axe
imag
inai
re
R.I
ω.L
.I
E1
α
I Axe réel
Axe
imag
inai
re
E2 e jα
∆U
ω.L
.I
R.IE1
α
I Axe réel
Axe
imag
inai
re
E2 e jα
∆U
ω.L
.I
R.I
Illustration des positions relatives des courants et des tensions pour :
b) extraire de la puissance de E1a) fournir de la puissance à E1.
Transfert maximum de puissance
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QjP .+=S
111 .QjP +=S
IS ⋅= 11 U
−=
LjeUUU
j
ω
α21
11S)sin()cos( ααα je j +=
−+=
LU
LUU
jLUU
ωα
ωα
ω
212121
1 )cos()sin(S
)sin(211 α
ω LUU
P =L
ULUU
Qω
αω
2121
1 )cos( −=
Puissance complexe
Puissance fournie par la source E1
Actif Réactif
Transfert maximum de puissance
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Si les tensions U1 et U2 sont égales, le lieu de la puissance échangée par la source E1 est un cercle paramétré en α.
LUω
2
Puissance échangée en fonction du déphasage entre les sources
Actif
Réactif
Transfert maximum de puissance
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Cercle de puissance si les tensions sont différentes
Transfert maximum de puissance
La puissance max est bien limitée par l’impédance de liaison entre les sources
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AC
DC DC
P
P P
Q
Transfert maximum de puissance
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Ref.:
Real time simulation systemUnder MATLAB/SIMULINKModel of SC AC motor driveGenerates PWM : HS, LSGenerates gap time
Pilotage par simulateur temps réel
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Ref.:
Power supply150V
5kW /10kW
4 phase inverter150V DC BUS
Up to 4 x 120A ACPWM : 6kHz
4 phase motor4 quadrant load
POWERPOWERControlControl
POWER
Pilotage par simulateur temps réel
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Ref.:
Control
POWER
Pilotage par simulateur temps réel
POWER
Control
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Couplage magnétique
FMM harmonique d’espace
θ
Couple
Effort
radial
Modèle temps réel du moteur
Con
nexi
ons
élec
triq
ues
Pilotage par simulateur temps réel
Un modèle électrique complet est nécessaire pour simuler les pannes.
Un modèle électrique complet est nécessaire pour simuler les pannes.
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DEFIS POUR LES FUTURS LANCEURS
Synthèse
L’utilisation de charges actives est indispensable pour manipuler les niveaux de puissance attendus.
Le pilotage des onduleurs par des outils de simulation temps réel permet
Une mise en œuvre rapide Une souplesse dans la mise au pointLa modélisation de systèmes complexesEx: Utiliser un des onduleurs pour simuler le moteur et sa charge
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