Samolot bardziej elektryczny - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Komentarze

Transkrypt

Samolot bardziej elektryczny - Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Samolot bardziej elektryczny
dr inż. Michał Michna
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System energetyczny samolotu
4
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
Energia mechaniczna
· silnik pomp paliwowych
· silnik pomp olejowych
· rozrusznik ...
100kW
Samolot konwencjonalny
5
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System energetyczny samolotu
Kontrola
lotu
System
Elektryczny
Złożoność
złożony
Konserwacja
prosta
Hydrauliczny
prosty
Mechaniczny
Systemy
Pneumatyczny
lądowania
bardzo złożony
prosty
złożona i
niebezpieczna
częsta, wolna
złożona
Pompa
hydruliczna
Energia
mechanicza
Przekładnia
Energia
hydrauliczna
Silnik
główny
Rozwój technologii
zaawansowana/ w trakcie
rozwoju
zaawansowana
bardzo zaawansowanaa
bardzo zaawansowana
Samolot konwencjonalny
Odladzanie
Kompresor
Energia
pneumatyczna
Generator
elektryczny
System
dystrybucji EE
Silniki
elektryczne
6
Energia
elektryczna
ECS
Odbiory
eletryczne
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
Baterie
Dystrybucja: 28VDC
AC/DC Konwersja
Dystrybucja AC 115VAC
Główne źródła
energii AC
7
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
Samolot Elektryczny
All Electrical Aircraft
Energia Elektryczna [kW lub kVA]
15000
Samolot Bardziej Elektryczny
More Electrical Aircraft
1000
System AC & DC
500
System DC
od 90kVA do 1.5MVA
8
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
9
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Podstawowe typy ASE
dr inż. Michał
Michna
10
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
Variable Input
Shaft Speed
Constant
Speed Drive
Syn
Gen
3 Phase
115VAC
400Hz
Integrated Drive Generator (CF)
Przekształtnik z obwodem
pośredniczącym DC
Variable Input
Shaft Speed
3 Phase
115VAC
400Hz
Syn
Gen
Variable Speed Constant Frequancy
(DC Link)
11
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
Cycloconverter
Variable Input
Shaft Speed
3 Phase
115VAC
400Hz
Syn
Gen
VSCF (Cyclonverter)
Variable Input
Shaft Speed
Syn
Gen
3 Phase
115VAC
360-800Hz
Variable Frequancy Generator
12
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Energia Elektryczna [MW lub MVA]
Samolot bardziej elektryczny
Samolot elektryczny
All Electrical Aircraft
2,0
1,5
Silnik
elektryczny
Silnik bardziej
elektryczny
Bez systemów
hydraulicznych
Samolot Bardziej Elektryczny
More Electrical Aircraft
Bez systemów
penumatycznych
1,0
Boeing 787
Airbus A380
0,5
13
2000
2015
dr inż. Michał Michna
2030
Gdańsk 2011
Samolot bardziej elektryczny
MEA – more electrical aircraft
Airbus A380
Boeing 787
14
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Samolot bardziej elektryczny (B787)
Maty elektryczne
do odladzania skrzydeł
100kVA
Rozruch przez silniki
elektryczne 180kVA
Pompy hydrauliczne
napędzane silnikami
elektrycznymi 4x100kVA
Eliminacja systemu
pneumatycznego
Elektryczne systemy
klimatyzacji oraz
utrzymania ciśnienia w
kabinie 500kVA
15
Zaawansowany
technologicznie system
elektroenergetyczny
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Samolot bardziej elektryczny (B787)
Przekształtniki
235AC na ± 270DC
Hybrydowy system EE
235V AC, ± 270VDC, 28VDC
Generatory synchroniczne
VF
• 2x250kVA na silnik
• 2x225kVA APU
Zdalne sterowanie
dystrybucją energii
Rozruch elektryczny
Kadłub
kompozytowy
Elektryczne hamulce
APU
rozrusznik/generat
or
16
Układy zasilania i
sterowania silników
elektrycznych
3x gniazda
115VAC
do zasilana z
Układy ziemi
energoelektroniczne
chłodzone wodą
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Samolot bardziej elektryczny
Odbiorniki
Silniki
elektryczne
Odladzanie
Energia
System EE
elektryczna
Generator
Elektryczny
Silnik
Główny
Kompresor
Dodatkowa
energia
pneumatyczna
Klimatyzacja
Podwozie
Avionika
17
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Maszyny elektryczne na
pokładzie samolotu
Generacja energii elektrycznej
19
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generacja energii elektrycznej
1
2
3
4
generator
generator
generator
generator
20
główny,
pomocniczy (auxiliary power unit APU),
bezpieczeństwa (ram air turbine RAT),
naziemny (ground power unit GPU)
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
Gdańsk 2011
System elektroenergetyczny
Typ generatora
Samoloty cywilne
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
B777 2 x 20 kVA (Backup)
MD-90 2 x 75 kVA
VF
115 VAC/400-760Hz
Horizon 2 x 20/25 kVA
A380 4 x 150 kVA
VF
230 VAC/400-760Hz
B787 4x250kVA
270 VDC
22
Samoloty wojskowe
Boeing JSF 2 x 50 kVA
LM F-22 Raptor 2 x 70 kVA
BJSF X-32A/B/C 2 x 50
kVA
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generator energii elektrycznej
23
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generator synchroniczny
Stojan
Wirnik wydatnobiegunowy
TWORNIK WYTWARZA
STRUMIEŃ WIRUJĄCY POLA TWORNIKA
MAGNEŚNICA WYTWARZA STRUMIEŃ
WIRUJĄCY POLA WZBUDZENIA
moc znamionowa 10 kVA
częstotliwość 50 Hz
24
napięcie twornika 3 x 231V prąd twornika 25 A
napięcie wzbudzenia 30 V prąd wzbudzenia 10 A
prędkość obrotowa 1500 obr/min
masa 112 kg
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generator główny
Generator synchroniczny
90 kW
Hamilton Sundstrand,
Rockford, IL, U.S.A
25
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generator główny
Napięcie
przemienne AC
Generator z magnesami
trwałymi
26
GCU
Napięcie stałe DC
Stojan
Stojan
Wirnik
Wirnik
Wirnik
Wirnik
Stojan
Stojan
Wzbudnica z prostownikiem
na wirniku
dr inż. Michał Michna
Trój fazowe
napięcie
generowane
o stałej
amplitudzie
Generator główny
Gdańsk 2011
Generator główny
regulator
wzbudzenie
wzbudzenie
twornik
twornik
przed
wzbudnica
27
wzbudnica
generator
synchroniczny
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Exciter
Main
24000 rpm
PMG
CSD
VFG
PMG
Exciter
Main
12000…24000
rpm
4500…9000 rpm
4500…9000 rpm
28
IDG
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
MEA – główny generator
29
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Generator
awaryjny
RAT ram air turbine
Airbus A320
32
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Starter/generator
Wysokoobrotowy silnik
z magnesami trwałymi
33
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
MOET

More Open Electrical Technologies
www.eurtd.com/moet 2006-2009
34/<##>
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
More-Electric Technology
for Next-Generation Aircraft
www.moetproject.eu
Electro-mechanical
actuators
Electric wing ice
protection
All-electric APU
35
Power electronics
(liquid-cooled)
±270V DC power system
All-electric air conditioning
Electric engine start
dr inż.co-funded
Michał Michna
Gdańsk
2011
Project
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Modelowanie elementów systemu




Program symulacyjny
SYNOPSYS/SABER
Model w postacie wielowrotnika
Prostota użytkowania i
implementowania
poszczególnych elementów
systemu
Testowanie stabilności modeli
przed opublikowaniem
38
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Model generatora
Gdańsk 2011
dr inż. Michał Michna
39
Koherencja
model behawioralny i pomiary
Gdańsk 2011
dr inż. Michał Michna
40
Test ring
Installation of a Variable
Frequency Starter
Generator on the
reversible drive stand
41
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
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
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011
Dziękuję za uwagę
43
dr inż. Michał Michna
Gdańsk 2011

Podobne dokumenty