Tag: Convertitori elettronici

I-PRIMES: Intelligent Power Regulation using Innovative Modules for Energy Supervision

JTI-CS – Joint Technology Initiatives – Clean Sky
from 2012-06-01 to 2014-12-31

I-PRIMES è un progetto Europeo FP7-JTI del programma di ricerca Clean Sky, nel settore Aeronautico.

I partecipanti al progetto:

• Università degli studi della Campania “Luigi Vanvitelli”;
• Aeromechs: di cui i fratelli Rubino Guido e Luigi sono stati i responsabili della progettazione, realizzazione e test hardware e dei codici firmware delle SSPC (Solid State Power Controller) progettate.

Tutte le parti del progetto sono state sviluppate e realizzate presso il laboratorio dei fratelli Rubino, ora RubinoLab.

Fase di test del dispositivo I-PRIMES.

Descrizione

L’obiettivo principale è stato lo sviluppo di un dispositivo hardware/software in grado di implementare un sistema innovativo di gestione dell’energia (I-LPM) per una rete elettrica aeronautica.
I-PRIMES è un sistema avanzato “intelligente” per carichi elettrici, che ottimizza il consumo e uniforma le richieste di energia nei periodi transitori di potenza o al sopraggiungere di un guasto elettrico.

Il sistema utilizza una struttura modulare.

Ogni cella è composta da un dispositivo programmabile, uno stadio di interfacciamento e una innovativa parte di potenza che implementa una tecnica di filtraggio sulla linea dc a 270Vdc di dimenzioni contenute.
Il modulo “master” è stato in grado di implementare le I-LPM e comunicare ai moduli “slave” tramite CAN-BUS 2.0B la strategia di gestione dell’energia. Alcuni moduli “slave” sono a “potenza fissa”, altri a “potenza variabile” per la riduzione del consumo.

Caratteristiche:

• Tensione nominale: 270V (DC)
• Potenza massima per singolo dispositivo: 15kW
• Modalità operative: ON / OFF – buck converter
• Filtro di linea DC bus 270V @15kW
• CAN-BUS 2.0

TEST: RIG SAFRAN (Tolouse-Paris).

Inviti e presentazioni del progetto I-PRIMES

• CIRA “Centro Italiano Ricerche Aerospaziali” di Capua (12 Giugno 2014). Presentazione del dispositivo I-PRIMES nel meeting “Clean Sky GRA Annual Review”. Durante il meeting, sono stati esposti in una sala conferenza le funzionalità del dispositivo I-PRIMES con una demo in tempo reale ai responsabili del progetto Clean Sky e dirigenti di aziende del settore aeronautico.

• Stand “Clean Sky” al 49th Farnborough International Airshow (18 lug 2014 – 20 lug 2014). Selezionati per esporre e dimostrare le funzionalità del dispositivo I-PRIMES.

UPGRADE

Un aggiornamento del progetto I-PRIMES con estensione hardware/software è un EPC (Electrical Power Center) che è stato progettato e realizzato per test in volo “PERMIT TO FLIGHT LEVEL“.

EPOCAL: Electrical POwer Center for Aeronautical Loads

JTI-CS – Joint Technology Initiatives – Clean Sky
dal 2013-03-01 al 2015-07-31

EPOCAL è un progetto Europeo FP7-JTI del programma di ricerca Clean Sky, nel settore Aeronautico.

I partecipanti al progetto:

• Università degli studi della Campania “Luigi Vanvitelli”;
• Aeromechs: di cui i fratelli Rubino Guido e Luigi sono stati i responsabili della progettazione, realizzazione e test hardware e dei codici firmware delle SSPC (Solid State Power Controller) progettate ad hoc. Inoltre si sono occupati di tutte le comunicazioni interne (CAN-BUS 2.0b) e l’interfacciamento a dispositivi esterni di terze parti.

Tutte le parti del progetto sono state sviluppate e realizzate presso il laboratorio dei fratelli Rubino, ora RubinoLab.

Descrizione

L’obiettivo principale di questo progetto è stato lo sviluppo di un Electrical Power Center (EPC) cioè di un distributore di potenza per il “flight test” su AIRBUS ATR-72, da integrare con una consolle di controllo dedicata (CC), per valutare le strategie avanzate di gestione dell’energia (E -EM).

I principali punti chiave sviluppati sono stati:

1. Un EPC equipaggiato con Solid State Power Controllers (SSPC) progettato ad hoc che integra le protezioni hardware e software della sua funzionalità e regola la potenza dei carichi in base alla strategia di gestione dell’energia.
2. Le tecnologie più recenti sono state implementate nel distributore di energia, riferendosi alle più moderne tecniche, al fine di garantire la conformità con gli standard aeronautici.

Il progetto è stato realizzato procedendo secondo un tipico flusso di lavoro basato sull’analisi dei requisiti, sulle specifiche, sulla fase progettuale, sull’implementazione fisica, sulla fase di test, sull’analisi dei risultati rispetto alle simulazioni e alla convalida finale delle apparecchiature.

L’EPC è uno dei componenti fondamentali per il corretto funzionamento di tutte le parti elettriche ed elettroniche di un aereo, per questo motivo prima dell’installazione per il “test in volo” su AIRBUS ATR-72 (tenutosi a Tolosa nel mese di marzo 2016) sono stati richiesti severi test preliminari per la qualificazione fino a 10000mt, presso un laboratorio esterno qualificato per specifiche aeronautiche (più di 35 test).

I test di qualificazione di tutte le parti per il volo, sono stati condotti presso la azienda Celab (Latina) che ha certificato l’affidabilità del dispositivo secondo i più rigidi standard aeronautici.

Di seguito alcune foto dell’interno del dispositivo “Epocal”

Foto dell’equipaggiamento “Epocal” installato all’interno di un ATR-72.

Il dispositivo nell’ambito del progetto Clean Sky, nel mese di marzo 2016 si è classificato tra i primi
10 migliori lavori per tecnologia su oltre 300 progetti valutati. In futuro sarà riprodotto per la installazione di serie su nuovi velivoli.

Articoli:

1. Electrical Power Center for Aeronautical Applications

In questa pagina RubinoLab.com presenta diverse foto di un prototipo e prove sperimentali di un convertitore DC-DC risonante di tipo bidirezionale da 3kVA, realizzato per attività di ricerca.

Il lavoro è stato commissionato da AIRBUS, una importante azienda europea che opera nel settore aerospaziale e difesa, ed è stato parte della tesi di dottorato di Luigi Rubino, membro di RubinoLAB. Il convertitore è una evoluzione rispetto ai classici convertitori hard- switching a cui abbiamo partecipato nel 2008-2009 per un progetto Europeo chiamato “Moet” More Open Electrical Technologies.

Il convertitore LLC, ha richiesto moltissime ore di lavoro per sviluppare tutti i modelli matematici prima della realizzazione tenendo in conto anche degli effetti parassiti dei componenti. Inoltre tutte le parti difficili da reperire, quali trasformatore, capacità risonante, PCB ad alto spessore in rame, driver per pilotaggio mos fino a frequenze di 300kHz, board di misura e controllo sono stati realizzati nei nostri laboratori e confrontati con i modelli matematici. Il risultato, le misure sono identiche alle simulazioni.

Particolare accuratezza di progettazione è stata rivolta al trasformatore risonante e alle capacità risonanti non reperibili dai distributori di componenti.

Per il trasformatore sono state acquistate solo le parti magnetiche, mentre le spire sono lastre in rame opportunamente lavorate isolate tra loro.

Le capacità risonanti al primario e al secondario sono i componenti più critici nel sistema, poiché devono mantenere stabili il valore anche al variare della temperatura di lavoro. Una minima variazione del valore della capacità varia la frequenza di risonanza del circuito e quindi non avremo più il massimo trasferimento di potenza. Il numero di capacità SMD da parallelizzare è stato scelto tenendo presente il valore di capacità e la corrente di lavoro.

Per valutare la correttezza dei parametri di tutto il circuito è stata realizzata una interfaccia LabView dove è stato possibile caratterizzare il circuito risonante variando le frequenza del circuito.

In figura il prototipo durante le fasi di test.

Nel video possiamo vedere le tipiche misure al variare della frequenza di lavoro.

Articoli scientifici:

1. Complementarity Model for Steady-State Analysis of Resonant LLC Power Converters
2. LLC resonant converters in PV applications comparison of topologies considering the transformer design