TAOPA 0062-2024 电动航空器电推进系统动力电机控制器技术规范

ICS49.060CCSV40

团 体 标 准T/AOPA0062—2024Technicalspecificationforpropulsionmotorcontrollerofelectricpropulsionsystemsforelectricaircraft2024-06-06发布 2024-06-06实施中国航空器拥有者及驾驶员协会 发布T/AOPA0062-2024T/AOPA0062-2024目 次前言 II引言 III范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1通用要求 2安全性要求 2软件 3电子硬件 3标志 3性能要求 3一般要求 3控制功能 5工作特性 6保护功能 7信息安全保护 7航空器提供的数据 7数据通讯传输 7环境适应性要求 8参考文献 9I前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由中国航空器拥有者及驾驶员协会（中国AOPA）提出并归口。本文件起草单位：中国民航大学、宁波诺云驱动科技有限公司、卧龙电气驱动集团股份有限公司、广东汇天航空航天科技有限公司、沃兰特航空技术有限责任公司、四川沃飞长空科技发展有限公司、天津内燃机研究所、中国民用航空西南地区管理局、中国民用航空沈阳航空器适航审定中心。II引 言新能源电动航空器绿色环保、高效节能，为绿色航空提供了一条光明的技术途径，国内外对于电民航主管部门还没有专门针对电机控编写组充分调研国内电动航空器主机厂及电机控制器部件厂商的基础上，规范电机控制器的研制、ISO/IEC本文件适用于航空器的飞行提供或产生升力/推力的任何电推进系统动力电机相适配的电机控制器的研发、生产、安装及测试，输入直流电压不超过1500V，功率不超过200kW。本文件为首次发布。III电动航空器电推进系统动力电机控制器技术规范范围本文件规定了电推进系统中直流输入电压不超过1500V、功率不超过200kW的动力电机控制器的通用要求、性能要求。本文件适用于电动航空器电推进系统动力电机控制器设计、生产实践以及适航审定工作。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T1971-2021 旋转电机线端标志与旋转方GB/T2894-2008 安全标志及其使用导则GB/T3859.1-2013 1-1部分：基本要求规范GB/T12668.1-2002 调速电气传动系统第1定GB/T16935.1-2008 低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验GB/T18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统第一部分：技术条件GB/T35856-2018 飞机电气设备绝缘电阻和耐电压试验方法HB7284-1996 民用航空器发动机驱动的直流发电机和起动发电机及发电机控制器最低性能要求RTCA/DO-160G（EnvironmentalConditionsandTestProceduresforAirborneEquipment）RTCA/DO-178C机载系统和设备合格审定中的软件考虑（SoftwareConsiderationsinAirborneSystemsandEquipmentCertification）RTCA/DO-254机载电子设备硬件设计保证指南（DesignAssuranceGuidanceforAirborneElectronicHardware）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。逆变器 Inverter将直流（DC）变为交流（AC）的电力电子装置或电路。电机控制器通常与逆变器集成一起，驱动控制电机工作。动力电机控制器 PropulsionMotorController1动力电机 PropulsionMotor短时最大功率 Short-timeMaximumPower也称短时最大功率（或峰值功率），指的是标准海平面工况条件下，在本文件规定的运行限制内，允许超出额定值的设计静态最大有功功率，并且该功率使用时间限制为起飞过程中。应急额定值 EmergencyPowerRating最高、最低持续工作温度 HighandMinimumContinuousWorkingTemperature主动放电 ActiveDischarge动力电机控制器与动力电源切断后，切入专门的放电回路，控制器支撑电容快速放电的过程。被动放电 PassiveDischarge动力电机控制器与动力电源切断后，不切入专门的放电回路，控制器支撑电容放电的过程。功率/推力控制丧失事件 LossofPower/ThrustControl(LOPC/LOTC)Event当电推进系统控制组件发生如下事件时，则认为产生了LOPC/LOTC事件：通过正常的油门杆移动，电推进系统推力无法在飞行慢车和90%最大额定推力（处于任何飞行状态）之间进行调节；电推进系统推力不可接受的振荡；c）通用要求安全性要求应当满足预期航空器应用的安全目标，具有与预期安全目标一致的功率（或推力）控制丧失（LOPC/LOTC）事件；系统能容忍与LOTC/LOPCLOTC/LOPC分析存在无法满足单点故障的电气和电子失效，应通过分析表明；动力电机控制器的任何单点失效不会导致本条款定义的电推进系统危害性后果；（如适用、2以下失效定义适用于电推进系统：（和相关电机使用状态），这种失效应认为是轻微电推进系统后果；电推进系统危害性后果：高能碎片非包容（如电推进系统引起的螺旋桨脱开）；与驾驶员指令的功率方向相反的较大的制动功率；不可控的火情；电推进系统安装失效，导致非故意的电推进系统脱开；（或推进器的某些主要部分由于电推进系统引起松开，如适用；完全无法关停电机；重大电推进系统后果：严重程度介于本条a）和b）之间的后果是重大电推进系统后果。软件动力电机控制器包含软件，软件应按照RTCA/DO-178C《机载系统和设备合格审定中的软件考虑》的要求进行研制。软件的研制保证等级应与本文件的4.1规定的安全性等级要求一致。电子硬件RTCA/DO-254行研制。硬件的研制保证等级应与本技术规范的4.1RTCA/DO-2541.6标志标记应为动力电机控制器设置永久清晰的标记，标记应包含以下内容：a）制造人名称、设备件号、产品名称、产品型号；动力电机控制器电气参数：输出额定电压、频率和相数、输出额定容量、输出额定电流；时，在件号中可为硬件、软件和机载电子硬件各划分一个单独区域。引出线和接线端动力电机控制器的各相动力线或接线端的标志应符合GB/T1971-2021危险警告动力电机控制器应在醒目的位置按GB/T2894的规定设置“当心触电”的警告标志，并在“当心触电”的警告标志旁边注明必要的安全操作提示。性能要求一般要求3外形和安装尺寸a）控制器安装的位置，安装方法及安装构件和相关结构的最大允许负载；b）包括总体尺寸的动力电机控制器轮廓图。壳体机械强度动力电机控制器壳体机械强度应满足GB/T18488.1—2015中第5.2.4kPa的压强，不发生明显的塑性变形。冷却电机控制器冷却应满足以下要求：动力电机控制器的冷却设计和构造应当使其能够在预计运行的所有飞行姿态和大气条件下都能提供足够的冷却；应当在安装说明中声明所依赖的安装条件或安装要求；所有批准的冷却剂和添加剂应当在安装和运行说明中声明；GB/T18488.1-20155.2.5200kPa防火电机控制器防火应满足以下要求：动力电机控制器的设计和构造及所使用的材料应当在控制器正常运行及失效条件下使着火和火焰蔓延的可能性减至最小，并且应当将此类火情的影响降至最低；动力电机控制器的设计和构造应当将可能导致失效或电推进系统危害性后果的内部火情发生电气安全电机控制器电气安全应满足以下要求：416935.1-20085.1条电气间隙、第5.2条爬电距离及后续版本的规定，海拔修正系数参考表A.2；安全接地。控制器中能触及的可导电部分与外壳接地点处的电阻不应大于2.5mΩ；（工频耐压）。介电强度应符合GB/T18488.1-2015中5.2.8.2.3所述的技术要求，GB/T16935.1-2008（1～5表1 工频耐压限值（单位：V）最高工作电压Udmax实验电压（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；绝缘电阻。绝缘电阻应符合GB/T3585620184.2所述的技术要求，动力电机控制器主回路绝缘电阻不小于规定值100MΩ，控制回路绝缘电阻不小于50MΩ；GB/T18488.1-2015中5.5.3min；电机控制器有主动放电要求时，支撑电容放电时间应不超过3s。控制功能总则控制稳定性动力电机输出功率控制稳定，不会产生不可接受的功率振荡与自激振荡；系统共振情况下的幅值、频率的限制不能导致电推进系统危害性后果。控制转换动力电机不会超出任何运行限制。动力电机不会出现任何不可接受的运行特性；不可接受的运行特性包括但不限于：1）2）停机。5工作特性输出特性额定值和运行限制（或工作制a）最高、最低持续工作电压；b）最高、最低持续工作温度；c）额定工作电压、电流、温度；d）额定功率；e）短时工作电流和最大工作电流；f）瞬态最大电流和持续时间；最大过载电流和持续时间；额定最大持续功率、短时最大功率（峰值功率）；应急额定值和持续时间（如适用，与特定失效状态相关）；如采用液冷，应限定冷却液等级或规格：流量、流速及介质温度；k）工作制和电压范围动力电机控制器应当声明确定一个或多个工作制，参考GBT3859.1-2013 6.5进行工作制确定输入电压范围满足在80%额定电压至115%额定电压的范围内达到额定功率输出的要求。应急额定值可用性启动特性馈电特性馈电特性应符合GB/T18488.1-2015中5.4.13所述技术要求，在电推进系统动力电机因惯性旋转或温升特性动力电机控制器在规定的额定工况下工作至温度稳定（当温度变化不超过1K/h，即认为达到稳定温度GB/T3859.1—20137.4.226表2 逆变器各部分温升限值部件或部位温升限值（K）主电路半导体器件的有效结温和外壳温升专用产品标准规定主电路半导体器件与导体连接处裸铜45锡镀层55银镀层70母线（非连接处）铜35铝25过载能力动力电机控制器过载能力应满足航空工业标准HB7284-1996或者GB/T12668.1-2002中第5.2.2条过载能力要求的规定。保护功能（信息安全保护（的设计和安装应当确保其免受可能蓄意未授权的电子交互影响，导致不利的电推进系统危害性后果。对安保风险和漏洞应当识别、评估和进行必要的削弱。航空器提供的数据航空器提供的数据应满足以下要求：航空器提供数据的丢失、中断或损坏能够被检测和调节。调节后对动力电机输出转矩或功率、数据通讯传输数据通讯传输应满足以下要求。动力电机转速和电流；7动力电机控制器输入电压、电流；动力电机控制器运行状态（正常运行、待机、停机等）；动力电机运行状态（正常运行、容错模式等）；动力电机及其控制器故障代码。动力电机控制器应能够接受来自航空器飞控系统的指令，指令包括但不限于：1）运行、待机、停机指令；重启或容错切换指令，如适用。环境适应性要求5DO-160G求，采用该设备适用的标准环境条件和试验程序，选择性地开展试验，证明设备性能满足要求。按照RTCA/DO-160G4、5、6、7、8、10、12、13、14、15、20、21、22、23、24、2526章的要求，包含温度-高度、温度变化、湿热、振动、防尘防水、霉菌、盐雾、磁影响、射频敏感度、射频能量发射、雷电感应瞬态敏感度、结冰、静电放电、防火、可燃性等要求，进行试验验证。8参 考 文 献[1]GB/T191 包装储运图示标志[2]GB/T3859.2-2013 1-2[3]GB/T7251.1-2023 低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则[4]GB/T12668.501-2013 5-1[5]GB/T18488.2-2015电动汽车用驱动电机系统第二部分：试验方法[6]GB/T25122.1-2018轨道交通机车车辆用电力变流器第1部分：特性和试验方法GB/T25123.4-2015 4GB/T35701-2017 船舶推进变频器标准[9] GB/T35714-2017 船舶推进电动机GB/T39567-2020 多旋翼无人机用无刷伺服电动机系统通用规范HB6-73-1976 飞机电机基本技术要求HB8412-2014 民用飞机系统电搭接通用要求ASTMF2840-14轻型运动类飞机电推进装置设计和制造的标准实施规程（StandardPracticeforDesignandManufactureofElectricPropulsionUnitsforLightSportAircraft）ASTMF3239-22a（AircraftElectricPropulsionSystems）ASTMF3338-21通用航空飞机用电动发动机设计标准规范（StandardSpecificationforDesignofElectricEnginesforGeneralAviationAircraft）EASASCE-19/混合动力推进系统（Electric/H