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ORCHESTRA

Desarrollo de un kit de herramientas integral que allane el camino hacia una aviación más eléctrica.

Proyecto europeo que tiene como objetivo el desarrollo de un kit de herramientas integral que allana el camino hacia una aviación mucho más eléctrica. ORCHESTRA se propone desarrollar y suministrar un marco holístico de «bloques de construcción» modulares y escalables que incorporen tecnologías emergentes e ideas de diseño innovadoras. Para ello investiga todos los aspectos técnicos que se consideran significativos, incluidas las arquitecturas eléctricas, las máquinas, la gestión y el control de la energía, las soluciones de arneses, la gestión térmica, el almacenamiento de energía eléctrica, las pruebas experimentales y virtuales, así como la integración de sistemas.

El proyecto ORCHESTRA dispone de un presupuesto de más de 4,8 millones de euros por parte del programa Horizon 2020 de la unión europea.

  • Sector:
    Aeronáutica
  • Convocatoria:
    Horizon 2020
  • Financiación:
    Este proyecto ha recibido financiación de Horizonte 2020 en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención número 101006771.
  • Consorcio:
    University of Nottingham (coordinador), Leonardo, Safran Electrical & Power, Safran, C.I.R.A, Fraunhofer, Aeromechs, AIT (Austrian Institute of Technology), BSIM, Skylife Engineering, VR Aviation Safety Partnership
  • Estado:
    En desarrollo

Los antecedentes

La preocupación por el calentamiento global está empujando a la aviación a introducir tecnologías innovadoras para vuelos más ecológicos, ya que las partes interesadas de la aviación se comprometieron con objetivos ambiciosos de reducir las emisiones netas globales de carbono de la aviación en un 50% para 2050 en comparación con 2005. La propulsión híbrida-eléctrica es una de las soluciones propuestas para lograrlo. objetivo ambicioso. La introducción de esta solución abre nuevas oportunidades y también genera nuevos desafíos, como la necesidad de sistemas de gestión térmica (TMS) dedicados para enfriar las máquinas eléctricas. 

El proyecto

La Unión Europea ha cofinanciado el proyecto ORCHESTRA (Optimised electric network aRCHitEctures and SysTems for more-electric Aircraft) para diseñar nuevas tecnologías que permitan un aumento del 10% en la eficiencia y una reducción del 25% en el peso del sistema de energía eléctrica (EPS) en comparación con el estado del sistema. arte.

Dentro del proyecto ORCHESTRA, Skylife ha desarrollado un convertidor modular bidireccional Dual Active Bridge (DAB) para gestionar la transferencia de energía entre el bus de corriente continua de kilovoltaje (KVDC) (1-3KV) y el bus de corriente continua de alto voltaje (HVDC) ( 540V). 

Galería de imágenes

La solución

El convertidor de potencia diseñado por Skylife para este proyecto tiene una característica principal a considerar: la entrada de alto voltaje, ya sea 1 kV o 3 kV. Generalmente, para ese nivel de voltaje, las soluciones más típicas incluyen módulos IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) como semiconductores, por su capacidad de soportar alto voltaje y alta capacidad de corriente. Sin embargo, en este caso, el tamaño y el peso del convertidor también son críticos, y esa es la razón que motivó el aumento de la frecuencia de conmutación, haciendo imperativo el uso de dispositivos más rápidos como los SiC MosFET (Silicon Carbide Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), con buena resistencia a la tensión y capacidad de corriente.

La topología elegida para el convertidor DC/DC fue el convertidor Dual-Active Bridge. Esta elección se basó en las principales características de esta topología: flujo de potencia bidireccional, alta eficiencia, regulación de voltaje, aislamiento galvánico, armónicos reducidos y modularidad. Esta última característica fue la que permitió utilizar el convertidor en diferentes configuraciones modulares para trabajar a una tensión de entrada de 1 kV o 3 kV. Cuando la tensión de entrada es de 1 kV, los convertidores tienen su entrada conectada en paralelo en lo que se llama IPOP (Input Parallel, Output Parallel). Cuando la tensión de entrada es de 3 kV su entrada se conecta en serie, en lo que se denomina ISOP (Input Series, Output Parallel). Ambas conexiones están representadas en la siguiente imagen.

El diseño de los convertidores se realizó para alcanzar las características siguientes.

  • Nominal Power: 70kW
  • Nominal Voltage KVDC: 1kV
  • Nominal Voltage HVDC: 540V
  • Topology: Dual-active bridge

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Skylife Engineering S. L. es una empresa andaluza que desarrolla innovación tecnológica con una alta especialización en ingeniería aeroespacial aplicada a la industria de la aviación y otros sectores, con el objetivo de ofrecer soluciones con un impacto positivo en la sociedad.

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