Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 139

Podobne dokumenty
Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2017 (113) 57

Maszyny Elektryczne Zeszyty Problemowe Nr 3/2015 (107) 139

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 2/2018 (118) 149

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 2/2018 (118) 141

Współczesne rozwiązania technologiczne, analiza i symulacja wybranych komponentów architektury HVDC samolotów zgodnych z koncepcją MEA/ AEA

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2017 (113) 65

Samolot bardziej elektryczny

PRZEGLĄD ROZWIĄZAŃ TECHNOLOGICZNYCH SAMOLOTU ZGODNYCH Z KONCEPCJĄ MORE-ELECTRIC AIRCRAFT (MEA)

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

BADANIA SYMULACYJNE PROSTOWNIKA PÓŁSTEROWANEGO

Samolot bardziej elektryczny

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Zdjęcia Elektrowni w Skawinie wykonał Marek Sanok

Samolot bardziej elektryczny

Modelowanie układów elektroenergetycznych ze źródłami rozproszonymi. 1. Siłownie wiatrowe 2. Generacja PV

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODELOWANIE I SYMULACJA W MECHATRONICE. dr inż. Michał MICHNA

PRZEKSZTAŁTNIK REZONANSOWY W UKŁADACH ZASILANIA URZĄDZEŃ PLAZMOWYCH

MODEL SYMULACYJNY JEDNOFAZOWEGO PROSTOWNIKA DIODOWEGO Z MODULATOREM PRĄDU

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO W PRACY AUTONOMICZNEJ Z KONDENSATORAMI WYZNACZANIE SPRAWNOŚCI

Samolot bardziej elektryczny

ANALOGOWE I MIESZANE STEROWNIKI PRZETWORNIC. Ćwiczenie 3. Przetwornica podwyższająca napięcie Symulacje analogowego układu sterowania

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO WZBUDZANEGO KONDENSATORAMI OBCIĄŻENIE NIESYMETRYCZNE

TRANZYSTOROWE PROSTOWNIKI DLA SAMOCHODOWYCH PRĄDNIC PRĄDU STAŁEGO TRANSISTOR RECTIFIERS FOR THE AUTOMOTIVE DC GENERATORS

PLAN PREZENTACJI. 2 z 30

Badanie przekształtnika impulsowego DC/DC obniżającego napięcie

PASYWNE UKŁADY DOPASOWANIA IMPEDANCJI OBCIĄŻENIA INDUKCYJNIE NAGRZEWANEGO WSADU

PL B1. AZO DIGITAL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Gdańsk, PL BUP 20/10. PIOTR ADAMOWICZ, Sopot, PL

MODEL SYMULACYJNY ENERGOELEKTRONICZNEGO STEROWANEGO ŹRÓDŁA PRĄDOWEGO PRĄDU STAŁEGO BAZUJĄCEGO NA STRUKTURZE BUCK-BOOST CZĘŚĆ 2

ZASTOSOWANIE PRZETWORNICY BUCK BOOST W UKŁADZIE ZAPŁONOWYM CDI

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA MODELU WIELOPOZIOMOWEGO FALOWNIKA PRĄDU

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

KONCEPCJA I SYMULACJA POLOWA GENERATORA O ZMIENNEJ CZĘSTOTLIWOŚCI. ZASTOSOWANIE W AUTONOMICZNYCH SYSTEMACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

BADANIA SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO HYBRYDOWEGO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

AC/DC. Jedno połówkowy, jednofazowy prostownik

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

Napęd elektryczny. Główną funkcją jest sterowane przetwarzanie energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

HARMONICZNE W PRĄDZIE ZASILAJĄCYM WYBRANE URZĄDZENIA MAŁEJ MOCY I ICH WPŁYW NA STRATY MOCY

NOWA koncepcja NAPędU ROzRUChOWEgO TURbiNOWYCh SiLNikóW OdRzUTOWYCh

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 78/

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

Kondensator wygładzający w zasilaczu sieciowym

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

Maszyny i napęd elektryczny I Kod przedmiotu

ELASTYCZNY SYSTEM PRZETWARZANIA I PRZEKSZTAŁCANIA ENERGII MAŁEJ MOCY DLA MASOWEGO WYKORZYSTANIA W GOSPODARCE ENERGETYCZNEJ KRAJU

MODELOWANIE SAMOWZBUDNYCH PRĄDNIC INDUKCYJNYCH

EA3. Silnik uniwersalny

Obciążenia nieliniowe w sieciach rozdzielczych i ich skutki

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Zasilanie diod LED w aplikacjach oświetleniowych AC liniowym, szeregowym regulatorem prądu układ CL8800 firmy Microchip (Supertex)

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

W4. UKŁADY ZŁOŻONE I SPECJALNE PRZEKSZTAŁTNIKÓW SIECIOWYCH (AC/DC, AC/AC)

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

PROPOZYCJA ZASTOSOWANIA WYMIARU PUDEŁKOWEGO DO OCENY ODKSZTAŁCEŃ PRZEBIEGÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH

PLAN DZIAŁANIA KT 56 ds. Maszyn Elektrycznych Wirujących oraz Narzędzi Ręcznych Przenośnych o Napędzie Elektrycznym

ANALIZA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH W ZESPOŁACH PRĄDOTWÓRCZYCH (SPALINOWO-ELEKTRYCZNYCH)

PL B1. GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA, Katowice, PL BUP 03/09

Tematy prac dyplomowych w Katedrze Awioniki i Sterowania Studia II stopnia (magisterskie)

ANALIZA PRZEKSZTAŁTNIKÓW ZASILANYCH Z POKŁADOWYCH SIECI PODWYŻSZONEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

MODELOWANIE I SYMULACJA W MECHATRONICE. dr inż. Michał MICHNA

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

42 Przekształtniki napięcia stałego na napięcie przemienne topologia falownika napięcia, sterowanie PWM

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA. (21) Numer zgłoszenia: (51) IntCl7 H02M 7/42

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Badanie obwodów z prostownikami sterowanymi

Zaznacz właściwą odpowiedź (właściwych odpowiedzi może być więcej niż jedna)

Zespół Certyfikacji Wyrobów Elektrotechnicznych Instytutu Elektrotechniki CERTYFIKACJA ZGODNOŚCI WYROBÓW Z DOKUMENTAMI NORMATYWNYMI

KOMPUTEROWA ANALIZA PRACY UKŁADÓW PROSTOWNICZYCH WYKORZYSTANYCH W PRZEMYŚLE ROLNO-SPOŻYWCZYM

Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice lato 2015/16. dr inż. Łukasz Starzak

Table of Contents. Table of Contents UniTrain-I Kursy UniTrain UniTrain power engineering courses List of articles:

Statystyczna analiza zmienności obciążeń w sieciach rozdzielczych Statistical Analysis of the Load Variability in Distribution Network

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

BADANIE SYMULACYJNE JEDNOFAZOWEJ PRZERWY W ZASILANIU ORAZ PONOWNEGO ZAŁĄCZENIA NAPIĘCIA ZASILANIA NA DYNAMIKĘ SILNIKA INDUKCYJNEGO

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Maszyny i urządzenia elektryczne. Tematyka zajęć

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

Cel zajęć: Program zajęć:

Tematy prac dyplomowych w Katedrze Awioniki i Sterowania Studia I stopnia (inżynierskie)

Dioda półprzewodnikowa

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

Telekomunikacyjny system zasilania gwarantowanego, zintegrowany na napięciu przemiennym 230V AC

41 Przekształtniki napięcia przemiennego na napięcie stałe - typy, praca prostownika sterowanego

PRACE INśYNIERSKIE STUDIA NIESTACJONARNE Rok akademicki 2011/2012

Efektywne zarządzanie mocą farm wiatrowych Paweł Pijarski, Adam Rzepecki, Michał Wydra 2/16

Autoreferat przedstawiający informacje o osiągnięciach zawodowych i naukowych

PL B1. Układ falownika obniżająco-podwyższającego zwłaszcza przeznaczonego do jednostopniowego przekształcania energii

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Układy prostownicze. Laboratorium elektroniki i miernictwa. Gliwice, 3 grudnia informatyka, semestr 3, grupa 5

Transkrypt:

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 139 1 Lucjan Setlak, 2 Emil Ruda 1 Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych, Dęblin 2 3. Skrzydło Lotnictwa Transportowego, Powidz PRZEGLĄD, ANALIZA PORÓWNAWCZA I SYMULACJA WYBRANYCH KOMPONENTÓW ARCHITEKTURY ELEKTROENERGETYCZNEGO SYSTEMU ZASILANIA SAMOLOTÓW KONWENCJONALNYCH I MORE ELECTRIC AIRCRAFT (MEA) OVERVIEW, COMPARATIVE ANALYSIS AND SIMULATION OF SELECTED COMPONENTS OF THE ARCHITECTURE OF THE POWER SUPPLY SYSTEM OF CONVENTIONAL AIRCRAFT AND MORE ELECTRIC AIRCRAFT (MEA) Streszczenie: Przedmiotem niniejszego referatu jest dokonanie przeglądu oraz przeprowadzenie analizy porównawczej zaawansowanych rozwiązań architektury elektroenergetycznego systemu zasilania, zarówno samolotów cywilnych konwencjonalnych koncernów lotniczych Airbus i Boeing (A-320, B-767) i wojskowych koncernu Lockheed Martin (F-16), jak również samolotów cywilnych bardziej elektrycznych MEA (A- 380 i A-350, B-787) i wojskowych (F-22 Raptor, JSF F-35). W kontekście przeprowadzonego przeglądu literaturowego oraz dokonanej ogólnej analizy porównawczej, szczególnej uwadze poddano wady i zalety poszczególnych rozwiązań elektroenergetycznego systemu zasilania samolotów klasycznych i zaawansowanych zgodnie z trendem samolotu bardziej elektrycznego MEA (More Electric Aircraft). W oparciu o powyższe, dokonano symulacji przykładowych komponentów architektury elektroenergetycznego systemu zasilania, wybranych z grupy samolotów cywilnych oraz wojskowych w zakresie samolotu konwencjonalnego oraz More Electric Aircraft. W końcowej części referatu przedstawiono główne wnioski, wynikające z przeprowadzonej analizy i symulacji wybranych komponentów architektury elektroenergetycznego systemu zasilania EPS (Electric Power System) samolotów klasycznych oraz bardziej elektrycznych. Abstract: The purpose of this paper is to review and make a comparative analysis of advanced architecture of the power supply system, both civil aircraft "conventional"` companies aviation Airbus and Boeing (A-320, B-767) and military Lockheed Martin (F-16), as well as civilian aircraft more electrical MEA (A-380 and A-350, B-787) and military (F-22 Raptor, F-35 JSF). In the context of the literature review, and made a general comparative analysis, special attention was paid to the advantages and disadvantages of each solution of the power supply system of classic and advanced aircraft in line with the trend of more electric aircraft MEA (More Electric Aircraft). Based on the above, perform a simulation of exemplary components of the power supply system architecture was made which were selected from the group of civil aircraft and military aircraft in terms of "conventional" and "More Electric Aircraft". The final part of the paper presents the main conclusions arising from the analysis and simulation of selected components of the architecture of the power supply system EPS (Electric Power System) aircraft of classic and more electric. Słowa kluczowe: MEA, symulacja, maszyny elektryczne, elektroenergetyczne systemy zasilania Keywords: More Electric Aircraft, simulation, electric machines, Electric Power Systems (EPS) 1. Wprowadzenie Współcześnie, zarówno w kontekście lotnictwa cywilnego (Airbus, Boeing), w zakresie samolotów klasycznych (A-320, B-767), w tym w szczególności samolotów zgodnych z trendem samolotu bardziej elektrycznego MEA (A- 380, A-350, B-787), jak również w lotnictwie wojskowym (Lockheed Martin), konwencjonalnych (F-16) oraz kompatybilnych z trendem MEA (F-22 Raptor, JSF F-35), można zaobserwować dynamiczny rozwój w zakresie rozwiązań architektury układu elektroenergetycznego (UEE) lub elektroenergetycznego systemu zasilania (EPS) oraz energoelektronicznego systemu zasilania PES (Power Electronic System) [1]. Dokonując wprowadzenia w tematykę niniejszego referatu należy zauważyć, że elektroenergetyczne systemy zasilania (UEE, EPS), stosowane na współczesnych statkach powietrznych (samoloty, śmigłowce), w szczególności na samolotach zaawansowanych technologicz-

140 Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) nie, tj. zgodnych z koncepcją More Electric Aircraft (MEA)/ All Electric Aircraft (AEA), zaliczane są do grupy tzw. pokładowych autonomicznych systemów elektroenergetycznych ASE (Autonomous Electric Power Systems), określanych m.in. mianem izolowanych systemów elektroenergetycznych IPS (Isolated Power Systems) lub zintegrowanych systemów elektroenergetycznych IPS (Integrated Power Systems) [2, 3]. Wobec powyższego, przegląd rozwiązań architektury elektroenergetycznego systemu zasilania oraz analiza porównawcza w kontekście samolotów konwencjonalnych i More Electric Aircraft zostały przeprowadzone wg określonych kryteriów, mianowicie: rodzajów systemów wytwarzania energii elektrycznej, ich ewolucji oraz kluczowych źródeł w kontekście wytwarzanych przez nich mocy zaawansowanych systemów, zastosowanych na współczesnych samolotach cywilnych oraz wojskowych. Obecnie, na współczesnych samolotach (cywilne, wojskowe) występuje elektroenergetyczny układ lub system zasilania energią elektryczną prądu stałego/ przemiennego, przy czym na najbardziej zaawansowanych samolotach, zarówno cywilnych jak i wojskowych, występuje tendencja w kierunku architektury elektroenergetycznego systemu zasilania napięcia prądu przemiennego jako wiodącego, wykorzystującej źródła wytwarzania energii elektrycznej w postaci integralnie połączonego zespołu rozrusznik/ prądnica prądu przemiennego zmiennej częstotliwości AS/G VF (Alternating Starter/ Generator Variable Frequency), którego głównym przeznaczeniem jest dostarczenie energii elektrycznej do podsystemu, opartego na zasilaniu i rozdziale energii elektrycznej PMAD (Power Management and Distribution) odpornego na uszkodzenia. [4, 5]. Kolejnym trendem odróżniającym samoloty tradycyjne od samolotów zgodnych z koncepcją samolotu bardziej/ w pełni elektrycznego (MEA/AEA), jest zastąpienie zasilania pokładowej sieci elektrycznej, dotychczas stosowanego na samolotach tradycyjnych w postaci energii mechanicznej, pneumatycznej i hydraulicznej, jednym rodzajem energii energią elektryczną, będącego domeną zaawansowanych samolotów kompatybilnych z koncepcją MEA/AEA. Wobec tego, w myśl wprowadzanego trendu samolotu bardziej elektrycznego, pojawiły się określenia takie jak: optymalizacja energii samolotu POA (Power Optimized Aircraft), a wraz z nim bardziej otwarta technologia w dziedzinie elektryczności MOET (More Open Electrical Technology), opracowany przez koncern lotniczy Airbus, a także w zakresie energoelektronicznych systemów zasilania zaawansowana technologia PES (Power Electronics Systems). 2. Przegląd rozwiązań architektury elektroenergetycznego systemu zasilania (UEE, EPS) Rozwój EPS współczesnych samolotów, typy źródeł (prądnic) przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej oraz poziom wytwarzanych przez nich mocy, w kontekście rozpatrywanych w niniejszym referacie samolotów (cywilne, wojskowe) konwencjonalnych i More Electric Aircraft, przedstawiono poniżej (tab. 1 oraz rys. 1). Tab. 1. Rozwój systemów wytwarzania energii na pokładzie samolotów wojskowych i cywilnych tradycyjnych i MEA [6, 15] Obecnie, we współczesnym lotnictwie zarówno cywilnym dla samolotów tradycyjnych (A- 320, B-767) i More Electric Aircraft (A-380, A-350, B-787), jak również w przy-

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 141 padku samolotów wojskowych tradycyjnych (F-16) i More Electric Aircraft (F-22, F-35), istnieją następujące systemy wytwarzania energii elektrycznej na pokładzie samolotu, zobrazowane na poniższym rysunku (rys. 2). Rys. 1. Ewolucja UEE lub EPS samolotów tradycyjnych i MEA [6, 15] Rys. 2. Rodzaje systemów wytwarzania energii elektrycznej na pokładzie samolotów tradycyjnych i MEA [6] 2.1. Architektura UEE lub EPS samolotów konwencjonalnych W skład architektury (struktury) elektroenergetycznego systemu zasilania (UEE, EPS) samolotów tradycyjnych wojskowych (F-16) oraz cywilnych (A-320, B-767) zalicza się przede wszystkim pokładowe urządzenia elektryczne, przeznaczone do zasilania sieci pokładowej samolotu energią elektryczną odpowiedniej jakości określonej w normach (np.: NO-15- A200, czy MIL-STD-704). System ten obejmuje następujące podstawowe komponenty: źródła energii elektrycznej (prądnica, rozrusznik/ prądnica, urządzenie transformatorowoprostownicze itp.), urządzenia sterujące i regulacyjne, odpowiedzialne za ich funkcjonowanie, układ przesyłowo-rozdzielczy energii elektrycznej itp. W związku z powyższym, typowa architektura (UEE, EPS) zależy zwykle od przeznaczenia rodzaju samolotu, mocy odbiorników energii elektrycznej, zastosowanych na pokładzie samolotu, rodzajów wymaganych energii elektrycznej (napięć), niezbędnych do zasilania odbiorników oraz od wymagań w zakresie jakości określonego użytkownika samolotu. Na podstawie kryterium w zakresie realizacji różnych kompozycji źródeł prądu elektrycznego i przetworników energii (maszynowe, statyczne), można wyróżnić architekturę w układzie z prądnicą prądu stałego, z prądnicą prądu przemiennego, z obydwoma rodzajami prądnic oraz architekturę w układzie z prądnicą prądu przemiennego napędzaną za pomocą układu napędowego stałej prędkości (UNSP). Ponadto oprócz powyższych, najczęściej spotykanych rozwiązań architektury UEE lub EPS mogą występować inne rozwiązania. Obecnie w celu zwiększenia niezawodności zasilania energią elektryczną (tzw. redundancja źródeł energii), stosowane są pomocnicze zespoły energetyczne APU (Auxiliary Power Unit), stanowiące istotny element architektury elektroenergetycznego systemu zasilania współczesnego samolotu. Zespoły te przeznaczone są przede wszystkim do zasilania odbiorników energii elektrycznej niezbędnych do kontynuowania lotu i bezpiecznego lądowania. Niektóre rozwiązania architektury elektroenergetycznego systemu zasilania UEE lub EPS zostały przedstawione na poniższych rysunkach (rys. 3-4) [6, 7]. Rys. 3. Architektura EPS w zakresie rozdziału energii elektrycznej na samolotach cywilnych konwencjonalnych (A-320/B-767) [6] Rys. 4. Struktura elektroenergetycznego systemu zasilania (UEE, EPS) samolotu w układzie z prądnicą AC napędzaną przez UNSP [7]

142 Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 2.2. Architektura UEE lub EPS samolotów More Electric Aircraft Obecnie zachodzące zmiany w zakresie dynamicznego rozwoju w dziedzinie maszyn elektrycznych [8], elektroniki oraz energoelektroniki [9, 10] są nierozłącznie powiązane z realizacją koncepcji samolotu bardziej elektrycznego (MEA), która powstała w ramach projektu MOET lub w niedalekiej przyszłości koncepcji samolotu w pełni elektrycznego AEA. Powyższy trend dotyczy zarówno samolotów cywilnych (A-380, A-350, B-787), jak również samolotów wojskowych (F-22 Raptor, F-35 JSF) [11]. Idea powstałego trendu samolotu kompatybilnego z MEA sprowadza się do zastąpienia lotniczych urządzeń zasilanych energią mechaniczną pneumatyczną oraz hydrauliczną urządzeniami zasilanymi energią elektryczną. W wyniku tego, zamiast obecnie istniejących na pokładzie współczesnego samolotu trzech różnych systemów wytwarzania i rozdzielenia energii PDS (Power Distribution System), stosuje się jeden elektroenergetyczny system zasilania. Na rysunkach (rys. 5-6) przedstawiono przykładową architekturę oraz rozdział zasilania samolotów cywilnych zgodnych z MEA. Rys. 5. Przykładowa architektura EPS wysokiego napięcia (EPS HVAC) stosowana na samolotach A-380/A-350/B-787 [6] Ze względu na topologię, nowoczesną architekturę EPS można przedstawić w postaci dwóch systemów: EPS wysokiego napięcia prądu przemiennego AC (HVAC) i EPS wysokiego napięcia prądu stałego DC (HVDC). W najbardziej zaawansowanych architekturach w zakresie zasilania samolotów kompatybilnych z trendem MEA/AEA, w szczególności samolotów cywilnych (A-380/A-350/B-787), został zastosowany EPS HVAC (High Voltage Alternating Current) o wartości 230 V oraz częstotliwości 360 800 Hz (w przypadku B-787 i A-350XWB) [12, 13]. Rys. 6. Rozdziału energii elektrycznej PDS samolotów zgodnie z trendem MEA [14] 3. Analiza porównawcza i wybrane symulacje kluczowych komponentów architektury UEE lub EPS w zakresie PES (przetworniki wieloimpulsowe) samolotów konwencjonalnych i More Electric Aircraft Kluczowymi komponentami UEE lub EPS współczesnych samolotów cywilnych oraz wojskowych konwencjonalnych oraz MEA w kontekście energoelektronicznych systemów zasilania (PES), w tym w szczególności samolotów cywilnych (A-380, A-350 i B-787) oraz wojskowych (F-22, F-35), zgodnych z zaawansowanym trendem MEA/AEA są przetworniki wieloimpulsowe. W każdym modelu przetwornika zostały zastosowane te same parametry poszczególnych elementów, poza napięciem wyjściowym transformatora. Napięcie dobrano w ten sposób, aby średnie napięcie wyjściowe DC wynosiło 28 V. Parametry układów prostowniczych przedstawia tabela 2, zaś symulacje wybranych przetworników wieloimpulsowych poniższe rysunki (rys. 7-14). Tab. 1. Parametry układów prostowniczych Parametr: Wartość: Źródło prądu przemiennego Napięcie skuteczne 200 VAC międzyfazowe Częstotliwość 400 Hz Kondensator Pojemność 11 µf Obciążenie Rezystancja 100 Ω

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 143 Przetwornik 6-impulsowy Rys. 7. Schemat blokowy przetwornika 6-impulsowego Rys. 10. Charakterystyki przetwornika 12-impulsowego Wyniki symulacji: tętnienie prądu wyjściowego w zakresie ok. ±2 V, bardziej skomplikowana struktura układu prostowniczego. Przetwornik 18-impulsowy Rys. 8. Charakterystyki przetwornika 6-impulsowego Wyniki symulacji: tętnienie prądu wyjściowego w zakresie ok. ±5,5 V, mało skomplikowana struktura układu prostowniczego. Przetwornik 12-impulsowy Rys. 11. Schemat blokowy przetwornika 18-impulsowego Rys. 9. Schemat blokowy przetwornika 12-impulsowego Rys. 12. Charakterystyki przetwornika 18-impulsowego Wyniki symulacji: tętnienie prądu wyjściowego w zakresie ok. ±0,9 V, skomplikowana struktura układu prostowniczego.

144 Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) Przetwornik 24-impulsowy Rys. 13. Schemat blokowy przetwornika 24-impulsowego Rys. 14. Charakterystyki przetwornika 24-impulsowego Wyniki symulacji: tętnienie prądu wyjściowego w zakresie ok. ±0,5 V, bardzo skomplikowana struktura układu prostowniczego. 4. Podsumowanie i wnioski Na podstawie dokonanego przeglądu, ogólnej analizy porównawczej poprzez wybrane kryteria obecnych rozwiązań architektury UEE lub EPS w zakresie samolotów konwencjonalnych i MEA, w tym w szczególności analizowanych przetworników wieloimpulsowych, będących kluczowymi komponentami PES, a więc również UEE lub EPS, w myśl rozwijającego się trendu MEA/AEA można zauważyć, że nowoczesne technologie MEA/AEA, POA/MOET są jednymi z niewielu istniejących możliwych rozwiązań dostępnych zarówno dla opracowania bardziej efektywnego i przyjaznego środowiska zaawansowanego samolotu, jak również do rozwiązania kluczowego problemu, związanego z uzyskaniem oszczędności w zakresie energii elektrycznej, a co się z tym wiąże zmniejszeniem spalania oraz redukcją kosztów eksploatacyjnych. Przeprowadzone symulacje przykładowo wybranych przetworników wieloimpulsowych (6-, 12- impulsowych) (rys. 7-10) oraz (18-, 24- impulsowych) (rys. 11-14) wykazały, że napięcia wyjściowe poszczególnych układów prostowniczych są tym bardziej ustabilizowane im większa jest liczba impulsów danego układu. Przyjmując za jedno z kryteriów strukturę układu prostowniczego (poczynając od konstrukcji transformatora, a kończąc na liczbie zastosowanych przetworników 6-impulso-wych) można zauważyć, że układy prostownicze o wyższej liczbie impulsów (18-, 24- impulsowe) posiadają o wiele bardziej skomplikowaną strukturę oraz składają się ze znacznie większej liczby elementów, w porównaniu z układami o mniejszej liczbie impulsów (6-, 12- impulsowe). W związku z powyższym, ta skomplikowana i złożona konstrukcja wiąże się ze zwiększoną podatnością na wszelkiego rodzaju uszkodzenia oraz kosztami zakupu urządzenia oraz jego obsługi, które są tzw. kosztami eksploatacyjnymi i wraz ze złożoną konstrukcją uznawane są za wady przetworników wieloimpulsowych. Z drugiej strony, przetworniki wieloimpulsowe, w szczególności przetworniki o wyższej liczbie impulsów wykazują znacznie niższy poziom tętnień, zaś prąd po wyprostowaniu jest bardziej podatny na regulację. Wymienione cechy układów prostowniczych 18- i 24- impulsowych w znacznej mierze przekładają się na dużą efektywność w zakresie przekształcania 3-fazowego prądu przemiennego AC na prąd stały DC, a co się z tym bezpośrednio wiąże, także na wysoką sprawność przetwornika. Powyższe cechy przetworników wieloimpulsowych zaliczane są do kluczowych zalet przetworników. Podsumowując, najprostszy układ prostowniczy 6- impulsowy, zawierający 6 diod prostowniczych, wytwarza znaczne zniekształcenia harmoniczne, z kolei układ 12- impulsowy zbudowany z 2 układów 6- impulsowych połączonych szeregowo oraz wejścia napięcia prądu przemiennego AC połączonego z transformatorem, który posiada przesunięcie fazowe pomiędzy wyjściami wynoszące 30. Tego rodzaju konstrukcja układu zapewnia obniżenie poziomu zniekształceń napięcia wyprostowanego. Natomiast układy 18- oraz 24- impulsowe, stosowane w zaawansowanych architekturach zasilania samolotu, zgodnie

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 145 z trendem MEA wykazują zdecydowanie mniejsze tętnienia. Wobec powyższego, najistotniejsze przesłanki trendu samolotu bardziej elektrycznego (MEA/ AEA) oraz (POA/ MOET) w zakresie dokonanego przeglądu i ogólnej analizy porównawczej (UEE, EPS), w tym w szczególności w kontekście przedstawionej symulacji przetworników wieloimpulsowych, to przede wszystkim: 1. Intensywny rozwój maszyn elektrycznych (w szczególności jej dziedzin pochodnych, tj. energoelektroniki oraz elektroniki), sprowadzany do poszukiwania rozwiązań, które byłyby w stanie sprostać wymaganiom współczesnych samolotów w zakresie zasilania, wytwarzania i przetwarzania energii elektrycznej (PES, MEA/AEA, POA/MOET, przełączalne reluktancyjne rozruszniki/ prądnice poprzez zastosowanie zespołu rozrusznik/ prądnica zasilanego napięciem 270 VDC). 2. Technologia samolotu bardziej/ w pełni elektrycznego (MEA/AEA), zaimplementowanego przez konsorcjum Honeywell jako trend samolotu przyszłości, rozwiązującego problemy w zakresie czynników z zakresu ekologii, ekonomii, będących kluczowymi zaletami wdrażanej technologii. 3. Zamiana dotychczas stosowanego w rozwiązaniach samolotów konwencjonalnych sposobu zasilania, tj. energii mechanicznej, hydraulicznej i pneumatycznej na zasilanie elektryczne najbardziej zaawansowana innowacja trendu MEA/AEA. Reasumując, dążąc w kierunku rozwiązań samolotów zgodnych z koncepcją MEA/AEA w kontekście zastosowania na współczesnych samolotach cywilnych (A-380, A-350, B-787) oraz wojskowych (F-22 Raptor, F-35) zaawansowanych technologicznie przetworników wieloimpulsowych (6-, 12- oraz 18- i 24- impulsowych) należy zauważyć, że koncepcja ta sprawdza się w zakresie czynników, do których można zaliczyć: wydajność całego samolotu, wzrost jego niezawodności, elastyczność i ekonomiczność. Wobec tego, należy przypuszczać, że koncepcja MEA/AEA w zakresie wykorzystania zaawansowanych komponentów EPS, jakimi są przetworniki wieloimpulsowe, w kontekście zasilania pokładowego samolotów (w szczególności cywilnych), zostanie w pełni zaadoptowana w najbliższej przyszłości. 5. Literatura [1]. Setlak L., Ruda E.: Przegląd, analiza i symulacja wybranych komponentów elektroenergetycznego systemu zasilania EPS samolotu zgodnych z trendem samolotu zelektryfikowanego MEA. Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL. Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 3/2015 (107), str. 139-144, Katowice 2015. [2]. Mindykowski J., Tarasiuk T., Szmit E., Czarkowski D.: Diagnostyka izolowanego systemu elektroenergetycznego na przykładzie jednostki pływającej. Diagnostyka 2 (38)/2006. [3]. Moir I., Seabridge A.: Design and Development of Aircraft Systems. Second Edition, 2013 John Wiley & Sons, Ltd. [4]. Pfahler D.: Air Force Power Requirements, Standard Form 298 (Rev. 8-98), 2006. [5]. Setlak L., Ruda E.: Review, Analysis and Simulation of Advanced Technology Solutions in Power Electronics Systems (PES) of More Electric Aircraft. World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol: 9, No: 10. [6]. Moir I., Seabridge A.: Aircraft Systems: Mechanical, Electrical, and Avionics Subsystems Integration. Third Edition, 2008 John Wiley & Sons, Ltd. [7]. Polak Z., Rypulak A.: Awionika, przyrządy i systemy pokładowe. WSOSP, Dęblin 2002. [8]. Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas. Politechnika Gdańska 2009/2010. [9]. Gong G., Drofenik U., Kolar J.W.: 12-Pulse Rectifier for More Electric Aircraft Applications. ETH Zurich, Power Electronic Systems Laboratory, ICIT 2003. [10]. Timothy L. Skvarenina: The power electronics handbook. CRC Press LLC, 2002. [11]. Setlak L.: Overview of Aircraft Technology solutions compatible with the concept of MEA. Technical Transactions. Electrical Engineering No. 1-E/2015, p. 67-76. Politechnika Krakowska 2015. [12]. Zhao X., Guererro J.M., Wu Xiaohao: Review of Aircraft Electric Power Systems and Architectures. IEEE 2014, International Energy Conference ENERGYCON). [13]. Nya B.H., Brombach J., Schulz D.: Benefits of higher voltage levels in Aircraft Electrical Power Systems. Railway and Ship Propulsion (ESARS), pp. 1-5, Oct. 2012. [14]. Skvarenina T.L., Pekarek S., Wasynczuk O., Krause P. C.: Simulation of a More-Electric Aircraft Power System using an automated state model approach. Proceedings of the Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1996, pp. 133-136. [15]. Setlak L.: Przegląd rozwiązań technologicznych samolotu zgodnych z koncepcją MEA. Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL. Maszy-

146 Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) ny Elektryczne - Zeszyty Problemowe nr 3/2014 (103), str. 83-90, Katowice 2014. Autorzy 1. mjr dr inż. L. Setlak, WSOSP, Wydział Lotnictwa, Katedra Awioniki i Systemów Sterowania, Dęblin, e-mail: l.setlak@wspsp.pl 2. ppor. pil. mgr inż. E. Ruda, 3. Skrzydło Lotnictwa Transportowego, 33. Baza Lotnictwa Transportowego, Powidz, e-mail: emilruda@gmail.com