¿Por qué analizar la energía eléctrica de los aviones?

El análisis de la energía eléctrica de las aeronaves se ha vuelto más crítico que nunca:

• Ya alta complejidad en aviones clásicos, con generadores accionados por el motor, unidad de potencia auxiliar (APU), convertidores de potencia, cocinas eléctricas, red de CC, sistemas de control de vuelo primario y secundario (alerones, elevador, timón, flaps y alerones), hasta sistemas de confort para los pasajeros.

• Muchos sistemas de protección y seguridad eléctricacomo fuentes de alimentación de emergencia, disyuntores y sistemas de deshielo.

• Transición hacia los actuadores eléctricos reducir el peso, mejorar la eficiencia y aumentar la facilidad de mantenimiento, para diversas operaciones (por ejemplo, controles de vuelo, tren de aterrizaje, puntas de ala plegadas, etc.).

• Rodaje eléctrico reduciendo el coste, el CO2 y el ruido a nivel del suelo.

• Híbrido-Eléctrico y propulsión turboeléctrica en aumento.

• Hidrógeno líquido (LH2) tanques y Pilas de combustible (FC) como fuente de energía.

• Puro Aviones eléctricos (EA) - Movilidad Aérea Avanzada (AAM), Despegue y Aterrizaje Vertical (eVTOL), Movilidad Aérea Urbana (UAM) o Taxis Aéreos (AT), con propulsión totalmente eléctrica, elevado número de motores eléctricos y baterías de tracción de alto rendimiento.

• Sistemas de energía eléctrica con >800 V CC y 400 V / 400 Hz Microrred de CA, reducción de peso.

• Auge de los sistemas aéreos no tripulados eléctricos (UAS) y drones (eVTOL).

Líderes mundiales confían en Dewesoft para análisis avanzados y precisos de potencia eléctrica dinámica y estática en la industria aeronáutica. Nuestras soluciones se utilizan para probar componentes individuales, propulsión eléctrica compleja, configuraciones eléctricas completas (todo el cobre), incluyendo la calidad de la energía de la microrred de la aeronave. Estas pruebas garantizan la fiabilidad, el rendimiento, la eficiencia, la seguridad, la capacidad de recuperación y el cumplimiento de las normas, aspectos fundamentales para el éxito de la certificación de tipo.

Distribución y calidad de la energía eléctrica en aeronaves

La configuración eléctrica clásica de los aviones y la red de microrredes se basa en la generación de energía, la conversión de energía (CA/CC, CC/CC, CC/CA), la distribución de energía y los dispositivos (actuadores, electrónica, aviónica), y entra en juego la propulsión eléctrica.

La red eléctrica suele construirse sobre

• Tensión nominal CC de 28 V (estándar), 270 V o hasta 800 V (EV).

• Tensión nominal CA de 115 V, 230 V o 400 V (línea a neutro) con 400 u 800 Hz nominales o incluso CA de frecuencia variable (VFAC): 360-800 Hz.

Es necesario validar todos los estados

• Funcionamiento normal, funcionamiento anormal, emergencia, arranque, transferencia, fallo de alimentación.

• Los retos son las condiciones anormales, transitorias y de fallo. Se estudian las corrientes de irrupción, las caídas/bajadas de tensión, las interrupciones, los transitorios de conmutación, la frecuencia/tensión anormales.

• Análisis de armónicos, THD, órdenes de armónicos (hasta 100 órdenes, 5 MHz), gama espectral.

Cumplimiento de las normas de análisis de CA

• Tensión alterna como valor eficaz, valor de fase a neutro para cada semiciclo.

• Tensión alterna constante.

• Desequilibrio de tensión, amplitud de modulación de tensión, diferencia de fase de tensión.

Cumplimiento de las normas de análisis de CC

• Tensión y corriente continuas.

• Factor de distorsión de tensión continua y amplitud de rizado.

• Factor de distorsión de la corriente continua y amplitud de modulación.

Pruebas de propulsión eléctrica de aeronaves

Dewesoft es la elección correcta para pruebas completas de propulsión eléctrica, y específicamente para pruebas de motores eléctricos y baterías. Nuestras soluciones de adquisición de datos todo en uno de alta precisión ofrecen mediciones precisas de eficiencia, potencia y rendimiento dinámico, junto con entradas multifísicas aisladas. Esto se adapta perfectamente a las pruebas de laboratorio de I+D y en vuelo, garantizando que los ingenieros obtengan una visión más profunda, más rápida y con absoluta confianza.

Sistemas de propulsión eléctrica

Los sistemas de propulsión totalmente electrificados tienen numerosas configuraciones, pero básicamente consisten en:

• Sistema de almacenamiento de energía (aquí batería, pila de combustible + batería)

• PDU (unidad de distribución de energía)

• PCU (unidades de control de la propulsión / inversor / electrónica de potencia / control del motor)

• Motores eléctricos con hélices (por ejemplo, de rotor abierto)

Los usuarios necesitan una solución escalable de medición y ensayo para el análisis de la energía eléctrica de Motores de CA trifásicos o hexafásicos de alta potencia, accionado por una amplia gama de señales de frecuencia modulada por anchura de impulsos (PWM) de hasta 100 kHz, incluidos los parámetros de control vectorial.

Motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) son la opción dominante para los aviones eléctricos debido a su alto rendimiento (~95-98%) y densidad de potencia. La mayoría de los PMSM de aeronaves utilizan diseños trifásicos (estándar para aplicaciones de alta potencia), debido a su simplicidad y madurez. Se entiende bien y es compatible con los inversores estándar.

Algunos sistemas avanzados o tolerantes a fallos utilizan 6 fases por redundancia y tolerancia a fallos. NASA X-57 Maxwell con 60 kW por PMSM en un sistema de propulsión distribuido.

Ficha típica de un PMSM:

• Potencia de salida: 200 kW ... 2 MW, 650 kW (continua)

• Tensión: 300 V ... 800 V CC

• Eficacia: 95-98%.

• Densidad de potencia: 5-10 kW/kg (~8 kW/kg en Magni650)

• Refrigeración: Refrigeración líquida (refrigeración por aire para UAV pequeños)

• Postes: 8-16 postes (elevado número de postes para un diseño compacto)

• Configuración de fases: 3 fases (6 fases para redundancia)

• Densidad de par: 15-25 Nm/kg, ~20 Nm/kg

• RPM máximas: 2.000-3.500 RPM (a menudo engranadas) | 2.500 RPM

Hardware DAQ de Dewesoft para pruebas de energía eléctrica en aeronaves

Principales ventajas de los analizadores de potencia y hardware DAQ de Dewesoft

• Escalado a cientos de canales probando configuraciones eléctricas a escala real.

• Medición de tensión y corriente de alta precisión con baja distorsión de señal y alta precisión de fase, emparejado con un diseño eléctricamente seguro y aislado (ISO 61010), baja deriva de temperatura → resultados trazables, nombrando la incertidumbre de medición (PTB, NIST).

• Entradas directas de tensión de mV a 2000 V.

• Cadena de medición completa que incluye transductores de corriente (TC) propios de alta precisión, que cubren corrientes eléctricas de CC a alta frecuencia + suministro de sensores, alternativamente (TC de terceros, pinzas, Rogowski, derivación).

• Análisis de potencia de alta calidad basado en la frecuencia (0,03%) que puede escalar desde un solo motor a todos los elementos de la microrred (P, Q, S, PF, cos phi, distorsión, distorsión armónica, potencia reactiva de armónicos para cada fase y total.

• Alta velocidad de 15 MS/s/canal y ancho de banda de 5 MHz, que cubre el cálculo preciso de la potencia, el análisis de armónicos de amplio rango (orden 64) y la adquisición de transitorios (glitches, conmutaciones extremas, transitorios de fallo o cortocircuitos).

• Soporte de entradas multifísicas con potencia DC, velocidad rotacional, par, temperatura (estator, rotor), vibración, ruido / acústica, flujo, fuerza, deformación, desplazamiento, presión - soportando TEDS.

• Supercontador para la detección de par y velocidad de giro a alta velocidad.

• Varias opciones de sincronización horaria: Ethernet PTPv2 (IEEE1588:2008), GNSS, IRIG, enlaces Ethernet ópticos.

• Abierto y fácil de integrar en el integrador de sistemas de su elección: EtherCAT, Ethernet / openDAQ, CAN FD, OPC UA, MQTT, etc.

• Instrumento robusto y portátil para ensayos en vuelo (FTI).

Dewesoft SIRIUS y Analizadores de potencia SIRIUS XHS son soluciones DAQ fiables que cubren el enfoque moderno de pruebas multifísicas, proporcionando energía eléctrica, eficiencia, integridad térmica, vibración, acústica, durabilidad estructural, funcionalidad de software, seguridad, que reduce el tiempo y el coste de las pruebas.

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