Varför analys av elektrisk kraft i flygplan?

Analys av elektrisk kraft i flygplan har blivit mer kritisk än någonsin:

• Redan nu hög komplexitet i klassiska flygplan, med motordrivna generatorer, APU (Auxiliary Power Unit), kraftomvandlare, elektriska kök, DC-nätverk, primära och sekundära flygkontrollsystem (skevroder, höjdroder, roder, klaffar och spoilers), till passagerarkomfortsystem.

• Många elektriska skydds- och säkerhetssystem, t.ex. nödströmsförsörjning, kretsbrytare och avisningssystem.

• Övergång till elektriska ställdon minska vikten, förbättra effektiviteten och förbättra underhållsmöjligheterna för olika funktioner (t.ex. flygkontroller, landningsställ, fällda vingspetsar etc.).

• Elektrisk taxning minska kostnader, CO2 och buller på marknivå.

• Hybrid-elektrisk och turboelektrisk framdrivning på uppgång.

• Flytande väte (LH2) tankar och Bränsleceller (FC) som strömkälla.

• Ren Elektriskt flygplan (EA) - Advance Air Mobility (AAM), Vertical Take-Off and Landing (eVTOL), Urban Air Mobility (UAM) eller Air Taxis (AT), med helt elektrisk framdrivning, ett stort antal elmotorer och högpresterande drivbatterier.

• Elektriska kraftsystem med >800 V DC och 400 V / 400 Hz AC-mikronät, minskar vikten.

• Ökningen av elektriska obemannade flygplanssystem (UAS) och drönare (eVTOL).

Globala ledare litar på Dewesoft för avancerad och exakt dynamisk och statisk elektrisk kraftanalys inom flygindustrin. Våra lösningar används för att testa enskilda komponenter, komplex elektrisk framdrivning, kompletta elektriska inställningar (all koppar) inklusive flygplanets mikronätkvalitet. Dessa tester säkerställer tillförlitlighet, prestanda, effektivitet, säkerhet, motståndskraft och överensstämmelse med standarder - avgörande för en framgångsrik typcertifiering.

Distribution och kvalitet på elektrisk kraft i flygplan

Den klassiska elinstallationen för flygplan och mikronät bygger på kraftgenerering, kraftomvandling (AC/DC, DC/DC, DC/AC), kraftdistribution och enheter (ställdon, elektronik, avionik), och elektrisk framdrivning kommer in.

Elkraftnätet byggs vanligtvis upp på

• Nominell DC-spänning på 28 V (standard), 270 V eller upp till 800 V (EV).

• Nominell AC-spänning 115 V, 230 V eller 400 V (linje-till-neutral) med 400 eller 800 Hz nominellt eller till och med variabel frekvens AC (VFAC): 360-800 Hz.

Alla tillstånd måste valideras

• Normal drift, onormal drift, nödläge, start, överföring, strömavbrott.

• Utmaningar är onormala, transienter och felförhållanden. tittar på rusningsströmmar, spänningsfall/dippar, avbrott, växlingstransienter, onormal frekvens/spänning.

• Harmonisk analys, THD, övertoner (upp till 100 övertoner, 5 MHz), spektrumområde.

Överensstämmelse med standarder Analys av AC

• Växelspänning som RMS, fas till neutralt värde för varje halvcykel.

• Stabil AC-spänning.

• Obalans i spänningen, amplitud i spänningsmoduleringen, fasskillnad i spänningen.

Uppfyllande av standarder för analys av DC

• Likspänning och likström i stationärt tillstånd.

• DC-spänningens distorsionsfaktor och rippelamplitud.

• Distorsionsfaktor för likström och moduleringsamplitud.

Provning av elektrisk framdrivning av flygplan

Dewesoft är rätt val för testning av full elektrisk framdrivning, och specifikt testning av elmotorer och batterier. Våra högprecisionslösningar för allt-i-ett-datainsamling levererar exakta mätningar av effektivitet, effekt och dynamisk prestanda, tillsammans med isolerade multifysikingångar. Detta är perfekt anpassat för FoU-laboratorium och testning under flygning, vilket säkerställer att ingenjörer får djupare insikter, snabbare och med absolut förtroende.

Elektriska framdrivningssystem

Helt elektrifierade framdrivningssystem har många konfigurationer, men består i princip av:

• Energilagringssystem (här batteri, bränslecell + batteri)

• PDU (strömfördelningsenhet)

• PCU (propulsion control units / inverter / kraftelektronik / motorstyrning)

• Elektriska motorer med propellrar (t.ex. av öppen rotortyp)

Användarna behöver en skalbar mät- och testlösning för analys av elkraft för 3- eller 6-fas AC-motorer med hög effekt, som drivs av ett brett utbud av pulsbreddsmodulerade (PWM) frekvenssignaler upp till 100 kHz inklusive vektorstyrningsparametrar.

Permanentmagnetiserade synkronmotorer (PMSM) är det dominerande valet för elektriska flygplan på grund av deras höga verkningsgrad (~95-98%) och effekttäthet. De flesta PMSM:er för flygplan använder 3-fasdesign (standard för högeffektsapplikationer) på grund av dess enkelhet och mognad. Den är väl förstådd och kompatibel med standardomriktare.

Vissa avancerade eller feltoleranta system använder 6-fas för redundans och feltolerans - t.ex. NASA X-57 Maxwell med 60 kW per PMSM i ett distribuerat framdrivningssystem.

Typiskt datablad för en PMSM:

• Utgående effekt: 200 kW ... 2 MW, 650 kW (kontinuerlig)

• Spänning: 300 V ... 800 V DC

• Verkningsgrad: 95-98%.

• Effekttäthet: 5-10 kW/kg (~8 kW/kg i Magni650)

• Kylning: Vätskekyld (luftkyld för små UAV:er)

• Stolpar: 8-16 stolpar (högt antal stolpar för kompakt design)

• Konfiguration av fas: 3-fas (6-fas för redundans)

• Vridmomentsdensitet: 15-25 Nm/kg, ~20 Nm/kg

• Max varvtal: 2.000-3.500 varv/min (ofta med växel) | 2.500 varv/min

Dewesoft DAQ-hårdvara för testning av elektrisk kraft i flygplan

Huvudfördelarna med Dewesoft DAQ-hårdvara och effektanalysatorer

• Uppskalning till hundratals kanaler för testning av fullskaliga elektriska installationer.

• Mycket noggrann spännings- och strömmätning med låg signalförvrängning och hög fasnoggrannhet, i kombination med elsäker och isolerad konstruktion (ISO 61010), låg temperaturdrift → spårbara resultat, namngiven mätosäkerhet (PTB, NIST).

• Direkt spänningsinmatning från mV till 2000 V.

• Fullständig mätkedja inklusive egna högprecisa strömomvandlare (CT), som täcker likström till högfrekventa elektriska strömmar + sensorförsörjning, alternativt (tredje parts CT, klämmor, Rogowski, shunt).

• Frekvensbaserad effektanalys av hög kvalitet (0,03%) som kan skalas från en enda motor till alla element i mikronätet (P, Q, S, PF, cos phi, distorsion, harmonisk distorsion, reaktiv effekt av övertoner för varje fas och totalt).

• Höghastighet 15 MS/s/kanal och 5 MHz bandbredd, som omfattar noggrann effektberäkning, analys av övertoner med brett intervall (64:e ordningen) och insamling av transienter (glitches, extrema växlingar, feltransienter eller kortslutningar).

• Stöd för multifysikaliska ingångar med DC-effekt, rotationshastighet, vridmoment, temperatur (stator, rotor), vibration, ljud/akustik, flöde, kraft, töjning, förskjutning, tryck - stödjer TEDS.

• Superräknare för höghastighetsavkänning av vridmoment och rotationshastighet.

• Olika alternativ för tidssynkronisering: Ethernet PTPv2 (IEEE1588:2008), GNSS, IRIG, optiska Ethernet-länkar.

• Öppen och enkel att integrera i ditt val av systemintegratör: EtherCAT, Ethernet / openDAQ, CAN FD, OPC UA, MQTT, etc.

• Robust och portabelt instrument för Flight Test Instrumentation (FTI).

Dewesoft SIRIUS och SIRIUS XHS effektanalysatorer är tillförlitliga DAQ-lösningar som täcker den moderna multifysikaliska testmetoden och levererar elektrisk kraft, effektivitet, termisk integritet, vibration, akustik, strukturell hållbarhet, programvarufunktionalitet, säkerhet, vilket minskar testtiden och kostnaden.

Läs mer om våra kraftanalysatorer.