Samolot bardziej elektryczny Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych
Samolot bardziej elektryczny System energetyczny współczesnych samolotów Samolot bardziej elektryczny Urządzenia elektryczne na pokładzie samolotu Programy badawcze 2
Autonomiczne systemy elektroenergetyczne pokładowe ASE systemy mobilne znajdujące się na samolotach, statkach i samochodach, stacjonarne ASE systemy służące do zasilania w energie elektryczną budynków i domów Zastosowanie Moc [kw] Prędkość obrotowa [obr/min] Samochód hybrydowy 30 130 0 13000 Mały generator wiatrowy 2 10 300 1700 Samolot 120 250 7500 23000 Agregat prądotwórczy (CHP) 1 150 2000 4000 3
System energetyczny samolotu 4
System energetyczny samolotu Energia hydrauliczna kontrola lotu, podwozie, hamulce, drzwi... 206bar 250kW Energia pneumatyczna klimatyzacja, sprężone powietrze, odladzanie, rozrusznik do 20bar1200kW Energia elektryczna awionika, pompy, odmrażanie, oświetlenie 115VAC 230kVA Samolot konwencjonalny Energia mechaniczna silnik pomp paliwowych silnik pomp olejowych rozrusznik... 100kW 5
System energetyczny samolotu Kontrola lotu System Złożoność Konserwacja Rozwój technologii Elektryczny złożony prosta zaawansowana/ w trakcie rozwoju Hydrauliczny prosty złożona i zaawansowana niebezpieczna Mechaniczny bardzo złożony częsta, wolna bardzo zaawansowanaa Pneumatyczny Systemy lądowania prosty złożona bardzo zaawansowana Samolot konwencjonalny Pompa hydruliczna Energia hydrauliczna Odladzanie Energia mechanicza Przekładnia Silnik główny Kompresor Energia pneumatyczna Generator elektryczny System dystrybucji EE Energia elektryczna ECS Silniki elektryczne Odbiory eletryczne 6
System elektroenergetyczny Baterie Dystrybucja: 28VDC AC/DC Konwersja Dystrybucja AC 115VAC Główne źródła energii AC 7
System elektroenergetyczny Energia Elektryczna [kw lub kva] 15000 1000 500 System DC Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft System AC & DC Samolot Elektryczny All Electrical Aircraft 8 od 90kVA do 1.5MVA
System elektroenergetyczny 9
Podstawowe typy ASE dr inż. Michał Michna 10
System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Constant Speed Drive Syn Gen 3 Phase 115VAC 400Hz Integrated Drive Generator (CF) Variable Input Shaft Speed Syn Gen Przekształtnik z obwodem pośredniczącym DC 3 Phase 115VAC 400Hz Variable Speed Constant Frequancy (DC Link) 11
System elektroenergetyczny Variable Input Shaft Speed Syn Gen Cycloconverter 3 Phase 115VAC 400Hz VSCF (Cyclonverter) Variable Input Shaft Speed Syn Gen 3 Phase 115VAC 360-800Hz Variable Frequancy Generator 12
Samolot bardziej elektryczny Energia Elektryczna [MW lub MVA] 2,0 1,5 1,0 0,5 Samolot Bardziej Elektryczny More Electrical Aircraft Airbus A380 Samolot elektryczny All Electrical Aircraft Boeing 787 Bez systemów penumatycznych Bez systemów hydraulicznych Silnik bardziej elektryczny Silnik elektryczny 2000 2015 2030 13
Samolot bardziej elektryczny MEA more electrical aircraft Airbus A380 Boeing 787 14
Samolot bardziej elektryczny (B787) Rozruch przez silniki elektryczne 180kVA Maty elektryczne do odladzania skrzydeł 100kVA Pompy hydrauliczne napędzane silnikami elektrycznymi 4x100kVA Elektryczne systemy klimatyzacji oraz utrzymania ciśnienia w kabinie 500kVA Eliminacja systemu pneumatycznego Zaawansowany technologicznie system elektroenergetyczny 15
Samolot bardziej elektryczny (B787) Hybrydowy system EE 235V AC, ± 270VDC, 28VDC Zdalne sterowanie dystrybucją energii Generatory synchroniczne VF 2x250kVA na silnik 2x225kVA APU Przekształtniki 235AC na ± 270DC 16 Kadłub kompozytowy APU rozrusznik/generat or Elektryczne hamulce Układy zasilania i sterowania silników elektrycznych Rozruch elektryczny 3x gniazda 115VAC do zasilana z ziemi Układy energoelektroniczne chłodzone wodą
Samolot bardziej elektryczny Odbiorniki Silniki elektryczne Odladzanie Energia elektryczna System EE Generator Elektryczny Silnik Główny Kompresor Dodatkowa energia pneumatyczna Klimatyzacja Podwozie Avionika 17
Samolot bardziej elektryczny wzrost całkowitej sprawności systemu zmniejszenie wagi, objętości układów wykonawczych zmniejszenie kosztów zwiększenie niezawodności i bezpieczeństwa zmniejszenie kosztów utrzymania i serwisu zwiększenie funkcjonalności łatwość implementacji wykorzystanie technologii przyjaznych środowisku 18
Maszyny elektryczne na pokładzie samolotu Generacja energii elektrycznej 19
Generacja energii elektrycznej 1 generator główny, 2 generator pomocniczy (auxiliary power unit APU), 3 generator bezpieczeństwa (ram air turbine RAT), 4 generator naziemny (ground power unit GPU) 20
Samolot konwencjonalny B777 Źródła energii: Dwa generatory - 120 kva, 115Vac, 400Hz Jeden generator pomocniczy (APU) - 120 kva, 115Vac, 400Hz Cztery generatory z magnesami trwałymi 950 W zintegrowane w dwa generatory zapasowe Jedna turbina bezpieczeństwa 7.5kVA Ram Air Turbine (RAT) dr inż. Michał Michna 21
System elektroenergetyczny Typ generatora Samoloty cywilne Samoloty wojskowe IDG/CF 115 VAC/400Hz B777 2 x 120kVA A340 4 x 90 kva B737NG 2 x 90 kva MD-12 4 x 120 kva B747-X 4 x 120 kva B717 2 x 40 kva B767-400 2 x 120 kva Do728 2 x 40 kva VSCF (Cycloconverter) 115 VAC/400Hz F-18E/F 2 x 60/65 kva VSCF (DC link) 115 VAC/400Hz VF 115 VAC/400-760Hz VF 230 VAC/400-760Hz 270 VDC B777 2 x 20 kva (Backup) MD-90 2 x 75 kva Horizon 2 x 20/25 kva A380 4 x 150 kva B787 4x250kVA Boeing JSF 2 x 50 kva LM F-22 Raptor 2 x 70 kva BJSF X-32A/B/C 2 x 50 kva 22
Generator energii elektrycznej 23
Generator synchroniczny Stojan Wirnik wydatnobiegunowy TWORNIK WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA TWORNIKA MAGNEŚNICA WYTWARZA STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA WZBUDZENIA moc znamionowa 10 kva napięcie twornika 3 x 231V prąd twornika 25 A napięcie wzbudzenia 30 V prąd wzbudzenia 10 A częstotliwość 50 Hz prędkość obrotowa 1500 obr/min masa 112 kg 24
Generator główny Generator synchroniczny 90 kw Hamilton Sundstrand, Rockford, IL, U.S.A 25
Generator główny Napięcie przemienne AC GCU Napięcie stałe DC Trój fazowe napięcie generowane o stałej amplitudzie Generator z magnesami trwałymi Stojan Wirnik Wirnik Stojan Wzbudnica z prostownikiem na wirniku Stojan Wirnik Wirnik Stojan Generator główny 26
Generator główny regulator wzbudzenie wzbudzenie twornik przed wzbudnica wzbudnica twornik generator synchroniczny 27
12000 24000 rpm 4500 9000 rpm CSD 24000 rpm 4500 9000 rpm PMG Exciter Main IDG PMG Exciter Main VFG 28
MEA główny generator 29
Generator pomocniczy APU auxiliary power unit Boeing 737 1. light switch 2. APU fuel line 3. generator, 4. oil filter 5. fuel nozzles 6. upper shroud 7. bleed air valve, 8. start motor, 9. oil tank, 10. bleed air manifold, 11. exhaust muffler 31
Generator awaryjny RAT ram air turbine Airbus A320 32
Starter/generator Wysokoobrotowy silnik z magnesami trwałymi 33
MOET More Open Electrical Technologies www.eurtd.com/moet 2006-2009 34/<##>
www.moetproject.eu More-Electric Technology for Next-Generation Aircraft Electro-mechanical actuators Electric wing ice protection Power electronics (liquid-cooled) All-electric APU ±270V DC power system All-electric air conditioning Electric engine start 35 Project co-funded by the European Commission within the Sixth Framework Programme
MOET sterowanie bezczujnikowe wysokoobrotowej maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi do napędu w układach wentylacji, chłodzenia i odladzania (Liebherr), modelowanie pokładowego systemu generacji i dystrybucji energii elektrycznej z uwzględnieniem wysokoobrotowego generatora synchronicznego (ThalesGroup) oraz układów transformacji napięcia ATU + ATRU 36
Modelowanie elementów systemu Program symulacyjny SYNOPSYS/SABER Model w postacie wielowrotnika Prostota użytkowania i implementowania poszczególnych elementów systemu Testowanie stabilności modeli przed opublikowaniem 38
Model generatora 39
Koherencja model behawioralny i pomiary 40
Test ring Installation of a Variable Frequency Starter Generator on the reversible drive stand 41
Literatura Airbus A380 www.airbus.com/en/aircraftfamilies/a380/ Boeing 787 www.boeing.com/commercial/787family/index.html Goodrich www.goodrich.com Hamilton Sundstrand www.hamiltonsundstrand.com MOET www.eurtd.com/moet/ Thales Group www.thalesgroup.com The Joint Strike Fighter Program www.jsf.mil 42
Dziękuję za uwagę 43