Perché l'analisi dell'energia elettrica degli aerei?

L'analisi della potenza elettrica degli aeromobili è diventata più critica che mai:

• Già elevata complessità negli aerei classici, con generatori azionati dal motore, unità di potenza ausiliaria (APU), convertitori di potenza, cucine elettriche, rete a corrente continua, sistemi di controllo di volo primari e secondari (alettoni, elevatore, timone, flap e spoiler), fino ai sistemi di comfort per i passeggeri.

• Molti sistemi di protezione e sicurezza elettricacome gli alimentatori di emergenza, gli interruttori automatici e i sistemi di sbrinamento.

• Transizione verso gli attuatori elettrici ridurre il peso, migliorare l'efficienza e migliorare la manutenibilità per diverse operazioni (ad esempio, comandi di volo, carrello di atterraggio, estremità alari ripiegate, ecc.)

• Rullaggio elettrico riducendo i costi, la CO2 e il rumore a livello del suolo.

• Ibrido-elettrico e propulsione turbo-elettrica in aumento.

• Idrogeno liquido (LH2) serbatoi e Celle a combustibile (FC) come fonte di alimentazione.

• Puro Aeromobili elettrici (EA) - Advance Air Mobility (AAM), Vertical Take-Off and Landing (eVTOL), Urban Air Mobility (UAM) o Air Taxi (AT), con propulsione completamente elettrica, un elevato numero di motori elettrici e batterie di trazione ad alte prestazioni.

• Sistemi di alimentazione elettrica con >800 V CC e 400 V / 400 Hz Microgrid a corrente alternata, riducendo il peso.

• L'ascesa dei sistemi aerei senza pilota elettrici (SUP) e droni (eVTOL).

I leader mondiali si affidano a Dewesoft per l'analisi avanzata e precisa della potenza elettrica dinamica e statica nel settore aeronautico. Le nostre soluzioni vengono utilizzate per testare singoli componenti, propulsioni elettriche complesse, configurazioni elettriche complete (tutte in rame), compresa la qualità dell'alimentazione della microgrid dell'aeromobile. Questi test garantiscono l'affidabilità, le prestazioni, l'efficienza, la sicurezza, la resilienza e la conformità agli standard, elementi fondamentali per il successo della certificazione di tipo.

Distribuzione e qualità dell'energia elettrica negli aeromobili

La classica configurazione elettrica dell'aeromobile e la rete di microgrid si basano sulla generazione di energia, sulla conversione di energia (AC/DC, DC/DC, DC/AC), sulla distribuzione di energia e sui dispositivi (attuatori, elettronica, avionica) e sulla propulsione elettrica.

La rete elettrica si sviluppa tipicamente su

• Tensione nominale DC di 28 V (standard), 270 V o fino a 800 V (EV).

• Tensione nominale AC di 115 V, 230 V o 400 V (linea-neutro) con 400 o 800 Hz nominali o anche CA a frequenza variabile (VFAC): 360-800 Hz.

Tutti gli stati devono essere convalidati

• Funzionamento normale, funzionamento anomalo, emergenza, avvio, trasferimento, interruzione di corrente.

• Le sfide sono rappresentate da condizioni anomale, transitorie e di guasto.

• Analisi armonica, THD, ordini di armoniche (fino a 100 ordini, 5 MHz), gamma di spettro.

Conformità agli standard analizzando la CA

• Tensione CA come valore RMS, da fase a neutro, per ogni semiciclo.

• Tensione alternata allo stato stazionario.

• Squilibrio di tensione, ampiezza della modulazione di tensione, differenza di fase della tensione.

Conformità agli standard analizzando la corrente continua

• Tensione e corrente continua allo stato stazionario.

• Fattore di distorsione della tensione CC e ampiezza dell'ondulazione.

• Fattore di distorsione della corrente CC e ampiezza della modulazione.

Test sulla propulsione elettrica degli aeromobili

Dewesoft è la scelta giusta per le prove di propulsione elettrica completa e, in particolare, di motori elettrici e batterie. Le nostre soluzioni di acquisizione dati all-in-one ad alta precisione forniscono misure accurate di efficienza, potenza e prestazioni dinamiche, abbinate a input multifisici isolati. Queste soluzioni sono perfettamente adatte ai laboratori di R&S e ai test in volo, in modo che gli ingegneri possano ottenere informazioni più approfondite, più rapidamente e con assoluta sicurezza.

Sistemi di propulsione elettrica

I sistemi di propulsione completamente elettrificati hanno numerose configurazioni, ma fondamentalmente consistono in:

• Sistema di accumulo dell'energia (qui batteria, cella a combustibile + batteria)

• PDU (unità di distribuzione dell'alimentazione)

• PCU (unità di controllo della propulsione / inverter / elettronica di potenza / controllo motore)

• Motori elettrici / motori con eliche (ad esempio a rotore aperto)

Gli utenti hanno bisogno di una soluzione di misura e test scalabile per l'analisi della potenza elettrica di Motori CA a 3 o 6 fasi ad alta potenza, pilotati da un'ampia gamma di segnali di frequenza modulati a larghezza di impulso (PWM) fino a 100kHz, compresi i parametri di controllo vettoriale.

Motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) sono la scelta dominante per gli aerei elettrici grazie alla loro elevata efficienza (~95-98%) e densità di potenza. La maggior parte dei PMSM per aerei utilizza progetti trifase (standard per le applicazioni ad alta potenza), grazie alla loro semplicità e maturità. È ben compreso e compatibile con gli inverter standard.

Alcuni sistemi avanzati o con tolleranza ai guasti utilizzano la fase 6 per la ridondanza e la tolleranza ai guasti, ad es. NASA X-57 Maxwell con 60 kW per PMSM in un sistema di propulsione distribuito.

Scheda tecnica tipica di un PMSM:

• Potenza erogata: 200 kW ... 2 MW, 650 kW (continua)

• Tensione: 300 V ... 800 V DC

• Efficienza: 95-98%

• Densità di potenza: 5-10 kW/kg (~8 kW/kg in Magni650)

• Raffreddamento: Raffreddamento a liquido (raffreddato ad aria per piccoli UAV)

• Poli: 8-16 poli (numero elevato di poli per un design compatto)

• Configurazione delle fasi: 3 fasi (6 fasi per ridondanza)

• Densità di coppia: 15-25 Nm/kg, ~20 Nm/kg

• Numero di giri massimo: 2.000-3.500 giri/minuto (spesso con ingranaggi) | 2.500 giri/minuto

Hardware Dewesoft DAQ per i test di potenza elettrica degli aeromobili

Principali vantaggi dell'hardware DAQ e degli analizzatori di potenza Dewesoft

• Scalare fino a centinaia di canali testando configurazioni elettriche in scala reale.

• Misura di tensione e corrente altamente accurata con bassa distorsione del segnale ed elevata precisione di fase, abbinata a un design elettricamente sicuro e isolato (ISO 61010), bassa deriva termica → risultati tracciabili, denominazione dell'incertezza di misura (PTB, NIST).

• Ingressi diretti in tensione da mV a 2000 V.

• Catena di misura completa che comprende i propri trasduttori di corrente (CT) ad alta precisione, che coprono le correnti elettriche da CC ad alta frequenza + alimentazione del sensore, in alternativa (CT di terze parti, pinze, Rogowski, shunt).

• Analisi della potenza di alta qualità basata sulla frequenza (0,03%) che può scalare dal singolo motore a tutti gli elementi della microrete (P, Q, S, PF, cos phi, distorsione, distorsione armonica, potenza reattiva delle armoniche per ogni fase e totale.

• Alta velocità di 15 MS/s/canale e larghezza di banda di 5 MHz, che copre il calcolo accurato della potenza, l'analisi delle armoniche ad ampio raggio (64° ordine) e l'acquisizione dei transitori (glitch, commutazioni estreme, transitori di guasto o cortocircuiti).

• Supporto di ingressi multifisici con potenza CC, velocità di rotazione, coppia, temperatura (statore, rotore), vibrazioni, rumore/acustica, flusso, forza, deformazione, spostamento, pressione - con supporto di TEDS.

• Supercontatore per il rilevamento della coppia e della velocità di rotazione ad alta velocità.

• Varie opzioni di sincronizzazione temporale: Ethernet PTPv2 (IEEE1588:2008), GNSS, IRIG, collegamenti ottici Ethernet.

• Aperto e facile da integrare nel vostro integratore di sistema di fiducia: EtherCAT, Ethernet / openDAQ, CAN FD, OPC UA, MQTT, ecc.

• Strumento robusto e portatile per Flight Test Instrumentation (FTI).

Dewesoft SIRIUS e Analizzatori di potenza SIRIUS XHS sono soluzioni DAQ affidabili che coprono il moderno approccio ai test multifisici, fornendo potenza elettrica, efficienza, integrità termica, vibrazioni, acustica, durata strutturale, funzionalità software, sicurezza, che riducono i tempi e i costi dei test.

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