Porquê a análise da energia eléctrica das aeronaves?

A análise da energia eléctrica das aeronaves tornou-se mais crítica do que nunca:

• Já elevada complexidade em aeronaves clássicas, com geradores acionados pelo motor, unidade de potência auxiliar (APU), conversores de potência, cozinhas eléctricas, rede DC, sistemas de controlo de voo primários e secundários (ailerons, elevador, leme, flaps e spoilers), até aos sistemas de conforto dos passageiros.

• Muitos sistemas de proteção e segurança eléctricaA utilização de sistemas de energia de emergência, de disjuntores e de sistemas de degelo.

• Transição para actuadores eléctricos reduzir o peso, melhorar a eficiência e melhorar a facilidade de manutenção, para várias operações (por exemplo, comandos de voo, trem de aterragem, pontas das asas dobradas, etc.).

• Taxi elétrico reduzindo os custos, o CO2 e o ruído ao nível do solo.

• Híbrido-Elétrico e propulsão turbo-eléctrica em ascensão.

• Hidrogénio líquido (LH2) tanques e Células de combustível (FC) como fonte de energia.

• Puro Aeronaves eléctricas (EA) - Mobilidade Aérea Avançada (AAM), Descolagem e Aterragem Vertical (eVTOL), Mobilidade Aérea Urbana (UAM) ou Táxis Aéreos (AT), com propulsão totalmente eléctrica, elevado número de motores eléctricos e baterias de tração de elevado desempenho.

• Sistemas de energia eléctrica com >800 V DC e 400 V / 400 Hz Micro-rede AC, reduzindo o peso.

• Ascensão dos sistemas aéreos não tripulados eléctricos (UAS) e drones (eVTOLs).

Os líderes globais confiam na Dewesoft para análises avançadas e precisas de energia elétrica dinâmica e estática na indústria aeronáutica. Nossas soluções são usadas para testar componentes individuais, propulsão elétrica complexa, configurações elétricas completas (todo o cobre), incluindo a qualidade da energia da microrrede da aeronave. Estes testes asseguram a fiabilidade, o desempenho, a eficiência, a segurança, a resiliência e a conformidade com as normas - essenciais para uma certificação de tipo bem sucedida.

Distribuição e qualidade da energia eléctrica das aeronaves

A configuração eléctrica clássica da aeronave e a rede de microrredes baseiam-se na produção de energia, na conversão de energia (AC/DC, DC/DC, DC/AC), na distribuição de energia e nos dispositivos (actuadores, eletrónica, aviónica), e entra a propulsão eléctrica.

A rede de energia eléctrica é normalmente construída sobre

• Tensão nominal DC de 28 V (standard), 270 V ou até 800 V (EV).

• Tensão nominal AC de 115 V, 230 V ou 400 V (linha-neutro) com 400 ou 800 Hz nominais ou mesmo Variable Frequency AC (VFAC): 360-800 Hz.

Todos os estados têm de ser validados

• Funcionamento normal, funcionamento anormal, emergência, arranque, transferência, falha de energia.

• Os desafios são condições anormais, transitórias e de falha. Analisar as correntes de irrupção, os afundamentos/afundamentos de tensão, a interrupção, os transientes de comutação, a frequência/tensão anormais.

• Análise de harmónicos, THD, ordens de harmónicos (até 100 ordens, 5 MHz), gama de espetro.

Conformidade com as normas de análise da CA

• Tensão CA como valor RMS, fase a neutro, para cada meio ciclo.

• Tensão CA em estado estacionário.

• Desequilíbrio de tensão, amplitude de modulação de tensão, diferença de fase de tensão.

Conformidade com as normas de análise da CD

• Tensão e corrente CC em estado estacionário.

• Fator de distorção da tensão CC e amplitude da ondulação.

• Fator de distorção da corrente contínua e amplitude de modulação.

Ensaios de propulsão eléctrica de aeronaves

A Dewesoft é a escolha certa para testes completos de propulsão elétrica e, especificamente, testes de motores elétricos e baterias. Nossas soluções de aquisição de dados tudo-em-um de alta precisão fornecem medições precisas de eficiência, potência e desempenho dinâmico, combinadas com entradas multifísicas isoladas. Estas soluções estão perfeitamente adaptadas ao laboratório de I&D e aos testes em voo, garantindo que os engenheiros obtêm conhecimentos mais profundos, mais rapidamente e com absoluta confiança.

Sistemas de propulsão eléctrica

Os sistemas de propulsão totalmente electrificados têm várias configurações, mas consistem basicamente em

• Sistema de armazenamento de energia (aqui bateria, pilha de combustível + bateria)

• PDU (unidade de distribuição de energia)

• PCU (unidades de controlo da propulsão / inversor / eletrónica de potência / controlo do motor)

• Motores eléctricos / motores com hélices (por exemplo, do tipo rotor aberto)

Os utilizadores necessitam de uma solução de medição e ensaio escalável para a análise de energia eléctrica de Motores CA de alta potência de 3 ou 6 fases, acionada por uma vasta gama de sinais de frequência modulada por largura de impulsos (PWM) até 100kHz, incluindo parâmetros de controlo vetorial.

Motores síncronos de ímanes permanentes (PMSMs) são a escolha dominante para aeronaves eléctricas devido à sua elevada eficiência (~95-98%) e densidade de potência. A maioria dos PMSMs para aeronaves utiliza modelos trifásicos (padrão para aplicações de alta potência), devido à sua simplicidade e maturidade. É bem compreendido e compatível com os inversores normais.

Alguns sistemas avançados ou tolerantes a falhas utilizam 6 fases para redundância e tolerância a falhas - por exemplo NASA X-57 Maxwell com 60 kW por PMSM num sistema de propulsão distribuído.

Folha de dados típica de um PMSM:

• Potência de saída: 200 kW ... 2 MW, 650 kW (contínuo)

• Tensão: 300 V ... 800 V DC

• Eficiência: 95-98%

• Densidade de potência: 5-10 kW/kg (~8 kW/kg no Magni650)

• Arrefecimento: Arrefecimento por líquido (arrefecimento por ar para UAVs pequenos)

• Postes: 8-16 postes (elevado número de postes para um design compacto)

• Configuração de fases: 3 fases (6 fases para redundância)

• Densidade do binário: 15-25 Nm/kg, ~20 Nm/kg

• RPM máximas: 2.000-3.500 RPM (frequentemente com engrenagens) | 2.500 RPM

Hardware Dewesoft DAQ para testes de energia eléctrica em aeronaves

Principais benefícios do hardware Dewesoft DAQ e dos analisadores de potência

• Aumento da escala para centenas de canais, testando configurações eléctricas à escala real.

• Medição de tensão e corrente de elevada precisão com baixa distorção do sinal e elevada precisão de fase, associada a uma conceção isolada e segura do ponto de vista elétrico (ISO 61010), desvio a baixa temperatura → resultados rastreáveis, nomeando a incerteza de medição (PTB, NIST).

• Entradas diretas de tensão de mV a 2000 V.

• Cadeia de medição completa, incluindo transdutores de corrente (TC) próprios de elevada precisão, abrangendo correntes eléctricas de CC a alta frequência + alimentação do sensor, em alternativa (TCs de terceiros, pinças, Rogowski, shunt).

• Análise de potência baseada na frequência de alta qualidade (0,03%) que pode ser dimensionada a partir de um único motor para todos os elementos da micro rede (P, Q, S, PF, cos phi, distorção, distorção harmónica, potência reactiva de harmónicos para cada fase e total).

• Alta velocidade de 15 MS/s/canal e largura de banda de 5 MHz, abrangendo o cálculo exato da potência, a análise de harmónicos de grande amplitude (64ª ordem) e a aquisição de transientes (falhas, comutação extrema, transientes de falha ou curto-circuitos).

• Suporte de entradas multifísicas com potência DC, velocidade de rotação, binário, temperatura (estator, rotor), vibração, ruído/acústica, fluxo, força, deformação, deslocamento, pressão - suportando TEDS.

• Super contador para deteção de binário e velocidade de rotação a alta velocidade.

• Várias opções de sincronização de tempo: Ethernet PTPv2 (IEEE1588:2008), GNSS, IRIG, ligações Ethernet ópticas.

• Aberto e fácil de integrar no seu integrador de sistemas de eleição: EtherCAT, Ethernet / openDAQ, CAN FD, OPC UA, MQTT, etc.

• Instrumento robusto e portátil para Instrumentação de Ensaios de Voo (FTI).

Dewesoft SIRIUS e Analisadores de potência SIRIUS XHS são soluções DAQ fiáveis que abrangem a abordagem moderna de ensaios multifísicos, fornecendo energia eléctrica, eficiência, integridade térmica, vibração, acústica, durabilidade estrutural, funcionalidade de software, segurança, que reduzem o tempo e o custo dos ensaios.

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