容错模块化电动驱动器代表了一种已经可行的解决方雷竞技app下载官方版案,以确保航空应用的可靠性要求。原型研究和已经在飞机上运行的系统证实了这一点。为了更好地理解这一应用范围的特点和特异性,我们已经与拉奎拉大学工业与信息工程与经济学系的普通教授Marco Tursini教授进行了讨论。

容错电驱动在航空应用中引起了广雷竞技app下载官方版泛的兴趣,因为它可以满足严格的可靠性要求。模块化设计允许获得电机与雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版高功率密度和高效率,以及本质上的容错,而无需转向执行器的完全冗余。
将这种方法扩展到电力电子和控制领域,电子驱动的使用不仅可以在服务运动中进行假设,还可以在飞机的“安全关键”功能中进行假设,比如主飞行控制。雷竞技app下载官方版
为了更好地理解多相容错驱动在这个操作范围内的特性,先进的技术和新的机遇,我们与拉奎拉大学工业和信息工程与经济学系的普通教授Marco Tursini教授进行了讨论。他以他的研究小组开发的一些项目为例进行了报告。

模块化的附加价值

近年来,我们看到飞机上越来越多地使用电动驱动器,这一趋势可以从英文首字母缩略词中看出雷竞技app下载官方版意味着(更多的电动雷竞技app下载官方版飞机)。其基本想法是用更紧凑、更轻的电动系统取代传统的液压和气动驱动系统,以减少消耗和燃料成本,允许更长的飞行路线,并减少排放。雷竞技app下载官方版
工业中常雷竞技app下载官方版用的电动驱动器不能满足航空所需的可靠性必需品,特别是在这些功能中取决于飞行和乘客的安全本身。
这些限制,与电机和控制电子的结构相联系,导致研究人员探索新的系统架构,能够保证要求的可靠性,而不转向完全冗余,即保持紧凑和轻的特点。拉奎拉大学工业和信息工程与经济系的Marco Tursini教授解释说,一个可能的解决方案在于在设计活动中直接考虑电机的“阶段”冗余。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版
这种概念导致了多相模块化驱动器的发展,能够满足机电执行器容错的基本原则,换句话说,在相之间的电、磁和热绝缘*。雷竞技app下载官方版
在此,我们将阐述由研究小组根据这些原则开发的一些解决方案L ' Aquila大学由Tursini教授协调,在资助项目的范围内,涉及襟翼的驱动,推车提升系统和直升机的尾桨。

特定应用的例子

“襟翼驱动器”(FA)旨在将位于飞机翅膀的后缘上的襟翼移动。在着陆和采取期间,襟翼通常仅在几秒钟内使用,并且是飞机的“安全关键”系统,因为它们的失败会影响飞行使命。

1.襟翼(FA)和升降机系统(CLS)用机电致动器
1.襟翼(FA)和升降机系统(CLS)用机电致动器

CLS,推车升降机系统它是用于在大型飞机的乘客和乘客舱之间运输食品和饮料的服务升力。其失败会影响乘客的舒适度和宁静,并且需要与襟翼相同的可靠性规范。FA和CLS系统两者都基于再循环滚珠丝杠装置,其将旋转运动转换为线性,其机械图示在图1中示出。
ETRD(电动尾桨驱雷竞技app下载官方版动)项目是在欧洲“清洁天空”研究项目范围内开发的,其重点是采用“Fenestron®”型尾桨驱动的直升机,完全集成到尾梁的终端部分,如空客直升机的H 160。
«case-Prof。Tursini突显出,项目目标是替代当前的机械结构、运动是由主旋翼和传播的尾巴,用一个电动马达直接耦合到尾桨的叶片,与优势,除了系统简化,雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版确保涡轴发动机和尾桨的速度完全脱钩,从而显著扩大飞机的操纵能力?
容错规范施加由于故障而损失一相不会影响输送执行器的标称功率的能力,而通过进一步的第二次损耗,可以根据应用提供降低的功率,降低扭矩或速度,我们可以从表1中推断出来。

表1 -容错规范
表1 -容错规范

容错电机

容错驱动器的模块化方法在“无刷直流”类型(PM-BLDC)的开关磁阻或永磁电机中找到了其自然实现。
后者的结构,由于更高的可实现的功率密度,首选,如图3所示。

襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)容错电机
3.襟翼应用(FA)和尾转子驱动器(ETRD)容错电机

图尔西尼教雷竞技app下载官方版授强调,电气独立首先是通过分别为各个阶段供电来实现的。相位绕组是由布置在突出极点上的线圈和由交替绕线和不绕线极点制成的。这种实现有利于减少故障,通过物理分离线圈之间的不同阶段和通过最小的重叠各自的线路。在交替极点上的排列具有低的相间倒数电感,保证了很大的磁独立性和最小的热相互作用。这些工程解决方案避免了一个阶段的故障影响到其他阶段。
对于襟翼的应用,他们采用了五相PMBLDC电机,内转子,转子上18个磁铁,定子槽20个的解决方案。
图尔西尼教授解释说,每个阶段都由一对缠绕在相对定子齿上的线圈组成,它们以180度的机械角度相互排列,并串联起来。
电磁结构的尺寸为限制Netshort电路电流与相端子,转子以最高速度的运动。具有由转子磁铁引起的电压供电的短路,并产生过热和制动扭矩。在CLS和ETRD电机的情况下,我们采用了类似的解决方案,六个独立阶段»。

容错驱动器

模块化原理表明,每个阶段由一个完全独立的专用子系统供电和控制。每个分系统包括直接涉及单相的功能:功率母线、功率级(逆变器)、电流和电压传感器和控制装置(微控制器),并能独立于其他子系统自主运行。

5相电机无刷直流控制
5.5相电机无刷直流控制

图尔西尼教授进一步指出,各阶段共享的功能,如机械位置传感器和主电源总线必须是冗余的,以达到系统可靠性的要求。电流由比例积分调节器(PI)控制。
由位置传感器控制的方向逻辑产生电流控制。在PM-BLDC电机中,电流被控制在由磁体感应的梯形电压(反电动势)的相位,以产生恒定的转矩,如图5所示。
每个阶段在整个扭矩中股份,对其自己的电流进行比例贡献。«外圈 - 预胶质组织土豆尼添加 - 调整由机械传感器绘制的电机速度,仍然具有PI稳压器。
冗余通信总线允许相位微控制器共享速度控制、位置测量和其他有用的信息,以平衡相位之间的控制。
各模块的功率级由一个单相逆变器组成,如图6所示。

容错多相逆变器
6.容错多相逆变器

在电机阶段故障的情况下,通过切断通信单相逆变器的电源开关断开后者。
«逆变器分支的短路 - 预备or tursini添加 - 主要由电源开关驱动器检测到的硬件中管理,并向微控制器报告,以便在截止中控制有关分支。
持续存在在逆变器上的短路和平整冷凝器上的短路受到阶段输入处的熔断器截止的保护,这同样地切断了电源直流总线的短路。

容错

容错驱动的架构允许在一个或多个阶段因故障而丢失或切断的情况下自动进行控制适配,如图7所示。

控制动力学和2相切断(5相皮瓣电机(FA) @300 rpm, 12.7 Nm)
7.控制动力学和2相切断(5相皮瓣电机(FA) @300 rpm, 12.7 Nm)

“在这种情况下,事实上- Tursini教授强调-我们有一个瞬态的减少产生的扭矩和随后的速度下降。根据速度调节器的调查,后者提高了声音相位的电流控制,从而将平均产生扭矩恢复到故障前水平,将速度恢复到受控水平。
由于故障造成的相位丢失,平均值周围的转矩脉动增加,与电机中相位丢失的数量和它们的角度排列的邻接性有关,但这方面在“安全关键”系统中是次要的。Tursini教授确认,容错驱动必须在规格中确定可以丢失的相位数量,并考虑声音补偿相位的过载。假设转矩/电流为线性关系,容错电机的过载因数为:
在哪里m是电机的相数,x是由于故障或纠正故障动作而关闭的不活动相数。对于五相电机,一相或两相缺相F1 = 1.25, F2 = 1.66均为有效。实际上,图尔西尼教授补充说,航空驱动器的大小充其量只能利用磁路。因此,在发生故障时,有功相运行在高饱和状态,电流过载较高。有限元电磁分析可以从设计阶段获得更准确的指示。
表2作为示例,作为示例,FA执行器的有限元分析的结果,包括具有声音阶段和故障的操作中的扭矩/电流比(TCR)。

表2 - FA在公称扭矩(12.5 Nm)下的电机性能
表2 - FA在公称扭矩(12.5 Nm)下的电机性能

保证可靠性条件

据报道,验证模块化容错驱动器已经代表了一种立即可行的解决方案,以保证航空应用的可靠性必需品。在飞机中已经使用的原型研究和系统确认了它。«与液压和气动系统相比 - 专业店的Tursini结束 - 电动驱动器在安装和维护方面提供更多用户友好性,减少整体尺寸和重量,假设允许降低燃雷竞技app下载官方版料消耗和随之而来的排放。这是一个越来越多的核心方面,在全球化的社会照顾环境问题。自2008年以来,欧洲委员会与欧洲主要航空航天等行业合作,已促进并为“清洁天空”财团提供资金,为“生态有利”的空运进展而提供了技术倡议»。


专注于研究
Marco Tursini 1960年出生于拉奎拉省,1987年毕业于拉奎拉大学电气技术工程专业。雷竞技官网雷竞技app下载官方版同年,他开始了与拉奎拉大学的科学合作,目前他是拉奎拉大学电力转换器、电机和驱动器的普通教授和电气工程硕士教学领域理事会主席。雷竞技app下载官方版在他的职业生涯中,他曾在瑞士洛桑联邦理工学院和长崎大学进行研究活动。雷竞技官网

Marco Tursini教授,拉奎拉大学工业与信息工程与经济系普通教授
Marco Tursini教授,拉奎拉大学工业与信息工程与经济系普通教授

自90年代初以来,他一直担任多个研究项目的经理,包括工业领域(Texas Instruments, Indesit, Gefran, Denso, Umbra Cuscinetti)和国家资助项目(MIUR, PRIN, PON, Industria 2015)和欧洲(Clean Sky)。他的兴趣涉及电机和驱动器领域,特别关注建模、仿真和控制、“无传感器”驱动雷竞技app下载官方版器、故障分析和诊断、“实时”仿真和快速原型技术。在这方面,他发表了140多篇科学论文。IEEE成员和众多国际期刊和会议的评审员,自2011年以来,他一直是《电力元件和系统》国际评论的编委会成员。雷竞技app下载官方版2014年,他推动了拉奎拉大学(L’aquila University)在工雷竞技官网业电子、电机和驱动、自动化和测量系统领域的“R13 Technology”的诞生。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版


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