TAOPA 0062-2024 電動航空器電推進系統(tǒng)動力電機控制器技術規(guī)范

ICS49.060CCSV40

團 體 標 準T/AOPA0062—2024Technicalspecificationforpropulsionmotorcontrollerofelectricpropulsionsystemsforelectricaircraft2024-06-06發(fā)布 2024-06-06實施中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會 發(fā)布T/AOPA0062-2024T/AOPA0062-2024目 次前言 II引言 III范圍 1規(guī)范性引用文件 1術語和定義 1通用要求 2安全性要求 2軟件 3電子硬件 3標志 3性能要求 3一般要求 3控制功能 5工作特性 6保護功能 7信息安全保護 7航空器提供的數據 7數據通訊傳輸 7環(huán)境適應性要求 8參考文獻 9I前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則 第1部分標準化文件的結構和起草規(guī)則的規(guī)定起草。本文件由中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會（中國AOPA）提出并歸口。本文件起草單位：中國民航大學、寧波諾云驅動科技有限公司、臥龍電氣驅動集團股份有限公司、廣東匯天航空航天科技有限公司、沃蘭特航空技術有限責任公司、四川沃飛長空科技發(fā)展有限公司、天津內燃機研究所、中國民用航空西南地區(qū)管理局、中國民用航空沈陽航空器適航審定中心。II引 言新能源電動航空器綠色環(huán)保、高效節(jié)能，為綠色航空提供了一條光明的技術途徑，國內外對于電民航主管部門還沒有專門針對電機控編寫組充分調研國內電動航空器主機廠及電機控制器部件廠商的基礎上，規(guī)范電機控制器的研制、ISO/IEC本文件適用于航空器的飛行提供或產生升力/推力的任何電推進系統(tǒng)動力電機相適配的電機控制器的研發(fā)、生產、安裝及測試，輸入直流電壓不超過1500V，功率不超過200kW。本文件為首次發(fā)布。III電動航空器電推進系統(tǒng)動力電機控制器技術規(guī)范范圍本文件規(guī)定了電推進系統(tǒng)中直流輸入電壓不超過1500V、功率不超過200kW的動力電機控制器的通用要求、性能要求。本文件適用于電動航空器電推進系統(tǒng)動力電機控制器設計、生產實踐以及適航審定工作。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T1971-2021 旋轉電機線端標志與旋轉方GB/T2894-2008 安全標志及其使用導則GB/T3859.1-2013 1-1部分：基本要求規(guī)范GB/T12668.1-2002 調速電氣傳動系統(tǒng)第1定GB/T16935.1-2008 低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗GB/T18488.1-2015 電動汽車用驅動電機系統(tǒng)第一部分：技術條件GB/T35856-2018 飛機電氣設備絕緣電阻和耐電壓試驗方法HB7284-1996 民用航空器發(fā)動機驅動的直流發(fā)電機和起動發(fā)電機及發(fā)電機控制器最低性能要求RTCA/DO-160G（EnvironmentalConditionsandTestProceduresforAirborneEquipment）RTCA/DO-178C機載系統(tǒng)和設備合格審定中的軟件考慮（SoftwareConsiderationsinAirborneSystemsandEquipmentCertification）RTCA/DO-254機載電子設備硬件設計保證指南（DesignAssuranceGuidanceforAirborneElectronicHardware）術語和定義下列術語和定義適用于本文件。逆變器 Inverter將直流（DC）變?yōu)榻涣鳎ˋC）的電力電子裝置或電路。電機控制器通常與逆變器集成一起，驅動控制電機工作。動力電機控制器 PropulsionMotorController1動力電機 PropulsionMotor短時最大功率 Short-timeMaximumPower也稱短時最大功率（或峰值功率），指的是標準海平面工況條件下，在本文件規(guī)定的運行限制內，允許超出額定值的設計靜態(tài)最大有功功率，并且該功率使用時間限制為起飛過程中。應急額定值 EmergencyPowerRating最高、最低持續(xù)工作溫度 HighandMinimumContinuousWorkingTemperature主動放電 ActiveDischarge動力電機控制器與動力電源切斷后，切入專門的放電回路，控制器支撐電容快速放電的過程。被動放電 PassiveDischarge動力電機控制器與動力電源切斷后，不切入專門的放電回路，控制器支撐電容放電的過程。功率/推力控制喪失事件 LossofPower/ThrustControl(LOPC/LOTC)Event當電推進系統(tǒng)控制組件發(fā)生如下事件時，則認為產生了LOPC/LOTC事件：通過正常的油門桿移動，電推進系統(tǒng)推力無法在飛行慢車和90%最大額定推力（處于任何飛行狀態(tài)）之間進行調節(jié)；電推進系統(tǒng)推力不可接受的振蕩；c）通用要求安全性要求應當滿足預期航空器應用的安全目標，具有與預期安全目標一致的功率（或推力）控制喪失（LOPC/LOTC）事件；系統(tǒng)能容忍與LOTC/LOPCLOTC/LOPC分析存在無法滿足單點故障的電氣和電子失效，應通過分析表明；動力電機控制器的任何單點失效不會導致本條款定義的電推進系統(tǒng)危害性后果；（如適用、2以下失效定義適用于電推進系統(tǒng)：（和相關電機使用狀態(tài)），這種失效應認為是輕微電推進系統(tǒng)后果；電推進系統(tǒng)危害性后果：高能碎片非包容（如電推進系統(tǒng)引起的螺旋槳脫開）；與駕駛員指令的功率方向相反的較大的制動功率；不可控的火情；電推進系統(tǒng)安裝失效，導致非故意的電推進系統(tǒng)脫開；（或推進器的某些主要部分由于電推進系統(tǒng)引起松開，如適用；完全無法關停電機；重大電推進系統(tǒng)后果：嚴重程度介于本條a）和b）之間的后果是重大電推進系統(tǒng)后果。軟件動力電機控制器包含軟件，軟件應按照RTCA/DO-178C《機載系統(tǒng)和設備合格審定中的軟件考慮》的要求進行研制。軟件的研制保證等級應與本文件的4.1規(guī)定的安全性等級要求一致。電子硬件RTCA/DO-254行研制。硬件的研制保證等級應與本技術規(guī)范的4.1RTCA/DO-2541.6標志標記應為動力電機控制器設置永久清晰的標記，標記應包含以下內容：a）制造人名稱、設備件號、產品名稱、產品型號；動力電機控制器電氣參數：輸出額定電壓、頻率和相數、輸出額定容量、輸出額定電流；時，在件號中可為硬件、軟件和機載電子硬件各劃分一個單獨區(qū)域。引出線和接線端動力電機控制器的各相動力線或接線端的標志應符合GB/T1971-2021危險警告動力電機控制器應在醒目的位置按GB/T2894的規(guī)定設置“當心觸電”的警告標志，并在“當心觸電”的警告標志旁邊注明必要的安全操作提示。性能要求一般要求3外形和安裝尺寸a）控制器安裝的位置，安裝方法及安裝構件和相關結構的最大允許負載；b）包括總體尺寸的動力電機控制器輪廓圖。殼體機械強度動力電機控制器殼體機械強度應滿足GB/T18488.1—2015中第5.2.4kPa的壓強，不發(fā)生明顯的塑性變形。冷卻電機控制器冷卻應滿足以下要求：動力電機控制器的冷卻設計和構造應當使其能夠在預計運行的所有飛行姿態(tài)和大氣條件下都能提供足夠的冷卻；應當在安裝說明中聲明所依賴的安裝條件或安裝要求；所有批準的冷卻劑和添加劑應當在安裝和運行說明中聲明；GB/T18488.1-20155.2.5200kPa防火電機控制器防火應滿足以下要求：動力電機控制器的設計和構造及所使用的材料應當在控制器正常運行及失效條件下使著火和火焰蔓延的可能性減至最小，并且應當將此類火情的影響降至最低；動力電機控制器的設計和構造應當將可能導致失效或電推進系統(tǒng)危害性后果的內部火情發(fā)生電氣安全電機控制器電氣安全應滿足以下要求：416935.1-20085.1條電氣間隙、第5.2條爬電距離及后續(xù)版本的規(guī)定，海拔修正系數參考表A.2；安全接地。控制器中能觸及的可導電部分與外殼接地點處的電阻不應大于2.5mΩ；（工頻耐壓）。介電強度應符合GB/T18488.1-2015中5.2.8.2.3所述的技術要求，GB/T16935.1-2008（1～5表1 工頻耐壓限值（單位：V）最高工作電壓Udmax實驗電壓（均方根值）Udmax≤6050060＜Udmax≤1251000125＜Udmax≤2501500250＜Udmax≤5002000Udmax＞5001000+2×UdmaxKH修正：H=1/1.1/1000)，其中m；絕緣電阻。絕緣電阻應符合GB/T3585620184.2所述的技術要求，動力電機控制器主回路絕緣電阻不小于規(guī)定值100MΩ，控制回路絕緣電阻不小于50MΩ；GB/T18488.1-2015中5.5.3min；電機控制器有主動放電要求時，支撐電容放電時間應不超過3s。控制功能總則控制穩(wěn)定性動力電機輸出功率控制穩(wěn)定，不會產生不可接受的功率振蕩與自激振蕩；系統(tǒng)共振情況下的幅值、頻率的限制不能導致電推進系統(tǒng)危害性后果?？刂妻D換動力電機不會超出任何運行限制。動力電機不會出現任何不可接受的運行特性；不可接受的運行特性包括但不限于：1）2）停機。5工作特性輸出特性額定值和運行限制（或工作制a）最高、最低持續(xù)工作電壓；b）最高、最低持續(xù)工作溫度；c）額定工作電壓、電流、溫度；d）額定功率；e）短時工作電流和最大工作電流；f）瞬態(tài)最大電流和持續(xù)時間；最大過載電流和持續(xù)時間；額定最大持續(xù)功率、短時最大功率（峰值功率）；應急額定值和持續(xù)時間（如適用，與特定失效狀態(tài)相關）；如采用液冷，應限定冷卻液等級或規(guī)格：流量、流速及介質溫度；k）工作制和電壓范圍動力電機控制器應當聲明確定一個或多個工作制，參考GBT3859.1-2013 6.5進行工作制確定輸入電壓范圍滿足在80%額定電壓至115%額定電壓的范圍內達到額定功率輸出的要求。應急額定值可用性啟動特性饋電特性饋電特性應符合GB/T18488.1-2015中5.4.13所述技術要求，在電推進系統(tǒng)動力電機因慣性旋轉或溫升特性動力電機控制器在規(guī)定的額定工況下工作至溫度穩(wěn)定（當溫度變化不超過1K/h，即認為達到穩(wěn)定溫度GB/T3859.1—20137.4.226表2 逆變器各部分溫升限值部件或部位溫升限值（K）主電路半導體器件的有效結溫和外殼溫升專用產品標準規(guī)定主電路半導體器件與導體連接處裸銅45錫鍍層55銀鍍層70母線（非連接處）銅35鋁25過載能力動力電機控制器過載能力應滿足航空工業(yè)標準HB7284-1996或者GB/T12668.1-2002中第5.2.2條過載能力要求的規(guī)定。保護功能（信息安全保護（的設計和安裝應當確保其免受可能蓄意未授權的電子交互影響，導致不利的電推進系統(tǒng)危害性后果。對安保風險和漏洞應當識別、評估和進行必要的削弱。航空器提供的數據航空器提供的數據應滿足以下要求：航空器提供數據的丟失、中斷或損壞能夠被檢測和調節(jié)。調節(jié)后對動力電機輸出轉矩或功率、數據通訊傳輸數據通訊傳輸應滿足以下要求。動力電機轉速和電流；7動力電機控制器輸入電壓、電流；動力電機控制器運行狀態(tài)（正常運行、待機、停機等）；動力電機運行狀態(tài)（正常運行、容錯模式等）；動力電機及其控制器故障代碼。動力電機控制器應能夠接受來自航空器飛控系統(tǒng)的指令，指令包括但不限于：1）運行、待機、停機指令；重啟或容錯切換指令，如適用。環(huán)境適應性要求5DO-160G求，采用該設備適用的標準環(huán)境條件和試驗程序，選擇性地開展試驗，證明設備性能滿足要求。按照RTCA/DO-160G4、5、6、7、8、10、12、13、14、15、20、21、22、23、24、2526章的要求，包含溫度-高度、溫度變化、濕熱、振動、防塵防水、霉菌、鹽霧、磁影響、射頻敏感度、射頻能量發(fā)射、雷電感應瞬態(tài)敏感度、結冰、靜電放電、防火、可燃性等要求，進行試驗驗證。8參 考 文 獻[1]GB/T191 包裝儲運圖示標志[2]GB/T3859.2-2013 1-2[3]GB/T7251.1-2023 低壓成套開關設備和控制設備 第1部分：總則[4]GB/T12668.501-2013 5-1[5]GB/T18488.2-2015電動汽車用驅動電機系統(tǒng)第二部分：試驗方法[6]GB/T25122.1-2018軌道交通機車車輛用電力變流器第1部分：特性和試驗方法GB/T25123.4-2015 4GB/T35701-2017 船舶推進變頻器標準[9] GB/T35714-2017 船舶推進電動機GB/T39567-2020 多旋翼無人機用無刷伺服電動機系統(tǒng)通用規(guī)范HB6-73-1976 飛機電機基本技術要求HB8412-2014 民用飛機系統(tǒng)電搭接通用要求ASTMF2840-14輕型運動類飛機電推進裝置設計和制造的標準實施規(guī)程（StandardPracticeforDesignandManufactureofElectricPropulsionUnitsforLightSportAircraft）ASTMF3239-22a（AircraftElectricPropulsionSystems）ASTMF3338-21通用航空飛機用電動發(fā)動機設計標準規(guī)范（StandardSpecificationforDesignofElectricEnginesforGeneralAviationAircraft）EASASCE-19/混合動力推進系統(tǒng)（Electric/H