ICS：C團體標準T/AOPAXXXX—XXXX電動航空器電推進系統動力電機控制器技術規范TechnicalSpecificationforPowerMotorControllerofElectricPropulsionSystemsforElectricAircraft(征求意見稿)2024-XX-XX發布2024-XX-XX實施中國航空器擁有者及駕駛員協會發布T/AOPAXXXX-2024電動航空器電推進系統動力電機控制器技術規范1范圍本文件描述了針對電動航空器電推進系統動力電機控制器技術規范的確定問題，提供了電推進系統動力電機控制器最低性能指標要求。本文件所提供的性能指標不是唯一的，也非強制性的。本文件適用于電動航空器電推進系統動力電機控制器，且該控制器滿足：a)僅考慮正常和緊急條件下，用于為航空器的飛行提供或產生升力/推力/動力的任何電推進系統動力電機相適配的驅動功率；b)該動力電機控制器的直流輸入電壓不超過1500V；c)該動力電機控制器的功率不超過200kW。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。CCAR-33-R2航空發動機適航規定;CCAR-21-R4民用航空產品和零部件合格審定規定：CCAR-23-R4正常類飛機適航規定:FAA-2022-1548AirworthinessCriteria:SpecialClassAirworthinessCriteriafortheArcherAviationInc.ModelMOO1Powered-Lift:FAA-2021-0638AirworthinessCriteria:SpecialClassAirworthinessCriteriafortheJobyAero,Inc.ModelJAS4-1Powered-lift:FAA-2020-0894SpecialConditions:magni350andmagni650ModelEngines;ElectricEngineAirworthinessStandards;EASASCE-19Electric/HybridPropulsionSystem;ASTMF3338-21StandardSpecificationforDesignofElectricEnginesforGeneralAviationAircraft;ASTMF2840-14StandardPracticeforDesignandManufactureofElectricPropulsionUnitsforLightSportAircraft;RTCA/DO-160G機載設備環境條件和試驗程序:RTCA/DO-254機載電子設備硬件設計保證指南：RTCA/DO-178C機載系統和設備合格審定中的軟件考慮：GB/T35856-2018飛機電氣設備絕緣電阻和耐電壓試驗方法：GB/12668.501-2013調速電氣傳動系統第5-1部分:安全要求電氣、熱和能量:GB/T12668.1-2002調速電氣傳動系統第1部分一般要求低壓直流調速電氣傳動系統額定值規定：GB/T3859.1-2013半導體變流器通用要求和電網換相變流器第1-1部分：基本要求規范：GB/T3859.2-2013半導體變流器通用要求和電網換相變流器第1-2部分：應用導則：GBT35701-2017船舶推進變頻器標準:GBT25122.1-2018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/T39567-2020多旋翼無人機用無刷伺服電動機系統通用規范；1T/AOPAXXXX-2024GB/T25123.4-2015電力牽引軌道機車車輛和公路車輛用旋轉電動機第4部分：與電子變流器相連的永磁同步電動機：GB/T18488.1-2015電動汽車用驅動電機系統第一部分:技術條件:GB/T18488.2-2015電動汽車用驅動電機系統第二部分:試驗方法:GB/T35714-2017船舶推進電動機:GB/T1971-2021旋轉電機線端標志與旋轉方向:G/B2894-2008安全標志及其使用導則:GB/T191包裝儲運圖示標志:HB6-73-1976飛機電機基本技術要求:HB8412-2014民用飛機系統電搭接通用要求:HB7284-1996民用航空器發動機驅動的直流發電機和起動發電機及發電機控制器最低性能要求：3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1逆變器Inverter將直流(DC)變為交流(AC)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。3.2動力電機控制器DriverMotorController控制動力電源與動力電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、動力電機控制電路、逆變電路、殼體等組成，用于啟動或關斷電機、控制電機轉向和轉速、調節或限制扭矩以及防止過載和故障，根據控制指令完成動力電機運行狀態的控制。3.3動力電機DriverMotor將電能轉換成機械能為電動航空器提供動力的裝置，可簡稱為電機。3.4工作制Duty動力電機控制器中的逆變器典型的工作制，包括連續、短時、周期性或非周期性幾種類型。周期性工作制包括一種或多種規定了持續時間的額定負載；非周期性工作制中的負載和轉速通常在允許的運行范圍內變化。3.5額定連續輸出電流RatedContinuousOutputCurrent在標準大氣條件下規定的高度，在規定工作條件下，能夠連續輸出而不超過規定極限的最大方均根電流。3.6瞬態最大電流TransientMaximumCurrent在標準大氣條件下規定的高度，在本文件規定的電機控制器運行限制內，很短時間內輸出超過額定值的方均根電流最大值。3.7最大過載電流(過載能力)MaximumOverloadCurrent(OverloadCapacity)在規定的時間內能夠輸出、但不超過規定運行條件下設定限值的最大電流。2

T/AOPAXXXX-20243.8額定最大持續功率RatedMaximumSustainedPower在標準大氣條件下規定的高度，本文件規定的電機控制器運行限制范圍內，經批準的靜止或飛行狀態下的有功功率，并且該功率無使用時間限制。3.9短時最大功率(額定起飛功率、峰值功率)Short-timeMaximumPower(RatedTake-offPower.PeakPower)標準海平面工況條件下，在本文件規定的電機控制器運行限制內，允許超出額定值的靜態最大有功功率，僅限于起飛期間并且使用時間不超過5分鐘。3.10應急額定值EmergencyPowerRrating指在故障導致螺旋槳、變速器等電機驅動輸出部件出現功率、推力或升力損失時，要求電機控制器應急輸出用于補償功率或者推力損失的額定功率值。3.11最高額定工作溫度MaximumRatedOperatingTemperature在標準大氣條件下規定的高度，在本文件規定的電機控制器運行限制內，允許使用的最高工作溫度。3.12最高、最低持續工作溫度HighandMinimumContinuousWorkingTemperature在標準大氣條件下規定的高度，在本文件規定的電機控制器運行限制內，持續工作而不損壞的最高和最低工作溫度。3.13最高、最低持續工作電壓MaximumandMinimumContinuousOperatingVoltage在標準大氣條件下規定的高度，在本文件規定的電機控制器運行限制內，正常工作而不損壞的持續輸入的最高和最低工作電壓。3.14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。3.15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。3.16電推進裝置ElectricPropulsionUnit在本文件中，一個電推進裝置由電機、相關的電子控制器、斷開裝置、接線和傳感器組成。3.17推力控制喪失事件(LossofThrustControl(LOTC)Event)當發動機控制系統發生如下事件時，則認為產生了LOTC事件：a)通過正常的油門桿移動，發動機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)之間進行調節：b)發動機推力不可接受的振蕩；c)無法滿足發動機可操作性要求。4動力電機控制器通用要求3

T/AOPAXXXX-20244.1安全性等級要求動力電機控制器應符合整機系統級分配到該設備級的安全性等級要求。設備的安全性等級要求取決于其在特定航空器中的預期用途，在設備設計時應該計算評估其可靠性指標。4.2安全性分析a)對動力電機控制器進行安全性分析，以評估可合理預期發生的所有失效條件。該分析必須考慮：1)預期航空器應用及典型安裝的假設；2)間接二次失效和潛在失效；3)導致4.2d)中定義的危險性電推進系統后果的多重失效。b)應當對可能導致危險性電推進系統后果的失效條件、后果及影響進行總結，并估計失效發生的概率，表明動力電機控制器的設計和結構滿足預期航空器應用，符合定性(包括研制保證)和定量安全目標。在總結中必須明確可能導致重大或災難性失效的任何零部件。c)如果安全性分析包含維護、檢測和運行要求，應對這些要求進行證實，并在技術使用手冊中予以明確。d)動力電機控制器故障：1)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;2)系統能容忍與LOTC/LOPC事件相關的電氣和電子單點故障，如果LOTC/LOPC分析存在無法滿足單點故障的電氣和電子失效，必須通過分析表明：3)動力電機控制器的任何單點失效不會導致本條款定義的危險性電推進系統后果：4)分析動力電機控制器安裝環境事件的影響，包括電弧、火災、過熱、維修失誤、冷卻液泄漏(如適用)、機械破壞事件，并且在這些事件下電機控制器即使發生失效或故障，也不會引起本條款中定義的危險性電推進系統后果。控制器單點失效定義的危險性電推進系統后果如下：除了在安全性分析中已聲明的情況之外，為以下失效定義適用于電推進系統：a)輕微電推進系統后果：一臺電動機失效，其唯一后果是該電動機部分或全部喪失推力或功率(和相關電動機使用狀態)，這種失效應認為是輕微電推進系統效應。b)危險性電推進系統后果：1)非包容的高能碎片(如電推進系統引起的螺旋槳脫開)：2)與飛行員操縱方向相反的較大驅動力；3)不可控的火情：4)電機安裝失效，導致電機意外脫開；5)螺旋槳、涵道風扇或螺旋槳、涵道風扇的某些主要部分由于電機引起松開，如適用；6)完全失去電機停車能力：7)由于觸電導致機組人員、乘客或地勤人員嚴重或致命傷害。c)重要電推進系統后果：嚴重程度介于本條a)和b)之間的后果是重要電推進系統后果。4.3軟件要求動力電機控制器包含軟件，軟件應按照RTCA/DO-178C《機載系統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第4.1節規定的安全性等級要求一致。4.4電子硬件要求4T/AOPAXXXX-2024動力電機控制器中包含復雜電子硬件，按照RTCA/D0-254《機載電子硬件設計保證指南》的要求進行研制。硬件的研制保證等級應與本技術規范的第4.1節規定的安全性等級一致。對于確定為簡單的機載電子硬件，可按RTCA/D0-254中第1.6節的要求處理。4.5標記標識4.5.1標記a)應為動力電機控制器設置永久清晰的標記，標記應包括CCAR-21-R4第21.423條(二)規定的所有信息。標記必須包含制造人名稱、設備件號、產品名稱、產品型號、輸出額定電壓、頻率和相數、輸出額定容量、輸出額定電流、最大工作高度、防護等級、重量、制造日期、安全儲運圖示標志、冷卻方式等；b)動力電機控制器中包含軟件和機載電子硬件，則件號必須能夠表明軟件和硬件的構型。件號編排時，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域：c)可以使用電子標記標識軟件和機載電子硬件，此標記可通過軟件寫入硬件部件內部，而不用將其標識在設備銘牌中。如果使用電子標記，則其必須容易讀取，無需使用特殊工具或設備。4.5.2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的規定；動力電機控制器動力輸入接口的正、負兩極，分別用“+”“-”標志，動力電機控制器與動力電機各相對應的動力線或動力接線端，應與動力電機各相動力線或接線端以及相應的三相順序的標志一致。4.5.3危險警告驅動電機控制器應在醒目的位置按GB/T2894的規定設置“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。5動力電機控制器性能要求電推進系統動力電機控制器用于控制動力電機運行的裝置，應由電子控制器和功率逆變器兩個基本部件組成：電子控制器：接受控制指令，根據傳感器提供的反饋信息，對轉矩/電流、速度、位置等進行動力電機閉環控制；功率逆變器：將直流(DC)變為交流(AC)的電力電子裝置或電路，通常集成逆變器向動力電機輸送功率。因此主要針對電推進系統動力電機控制器確定以下性能要求。5.1一般要求5.1.1外形和安裝尺寸動力電機控制器的外形和安裝尺寸應符合制造商和用戶之間協商確定的外形和安裝尺寸要求。安裝說明包含：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)包括總體尺寸的控制器輪廓圖。5.1.2殼體機械強度動力電機控制器殼體機械強度應能承受不低于10kPa的壓強，不發生明顯的塑性變形。5T/AOPAXXXX-20245.1.3冷卻a)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和大氣條件下都能提供足夠的冷卻；b)應當在安裝說明中聲明所依賴的安裝條件或安裝要求；c)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：如采用液冷，冷卻回路密封性能符合GB/T18488.1-2015中第5.2.5條液冷系統冷卻回路密封性能的規定：液冷動力電機控制器，應能承受不低于200kPa的壓力，無滲漏：d)如采用風冷的動力電機控制器，該動力電機控制器應該在技術文件聲明其冷卻風量的要求，能夠正常滿足動力電機控制器的性能要求，并且無報警和故障：e)如采用液冷和風冷相結合的冷卻方式，該動力電機控制器應該在技術文件聲明的冷卻液等級或規格，以及冷卻液的流量、流速及介質溫度，以及冷卻風量的要求，能夠正常滿足動力電機控制器的性能要求，并且無報警和故障。5.1.4防火a)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；b)動力電機控制器的設計和構造應當將可能導致失效或危險性電推進系統后果的內部火情發生的可能性降至最低。高壓電線互聯系統應當能夠防止電弧故障，對未保護的電線應當進行分析表明電弧故障不會導致危害性后果：c)動力電機控制器連接電線和電纜的絕緣層必須是自熄的，與電纜安裝有關且電路過載或故障時可能過熱的任何設備必須是阻燃的；d)如果使用易燃液體，應當表明安裝構件和安裝特性是防火的。應當在安裝手冊中說明使用了易燃液體，以便在飛機級決定是否需要建立其它防火區。同時必須有措施盡量減少液體和蒸氣被點燃的概率以及被點燃后的危害。5.1.5電氣安全a)絕緣電阻動力電機控制器主回路絕緣電阻不小于規定值100MΩ，控制回路絕緣電阻不小于50MΩ。b)介電強度(工頻耐壓)控制器應具有足夠的介電強度，應能承受下述規定的耐電壓測試，無擊穿和閃絡現象，峰值漏電流應不大于規定值(1~5mA)。漏電流不包括試驗設備電容所耗電流。工頻耐電壓耐受相應等級的電壓值參見下表1。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×Udmax考慮海拔高度對工頻耐壓的要求及高原環境運行條件下的耐壓，采用乘以校正系數K?修正；6T/AOPAXXXX-2024U矯正系數：K?=1/(1.1-H/10000),其中H為海拔高度,單位m。c)電氣間隙與爬電距離動力電機控制器中各帶電電路之間以及帶電部件、導電部件、接地部件之間的電氣間隙和爬電距離應滿足GB/12668.501-2013/IEC61800-5-1:2007第4.3.6.4條電氣間隙、第4.3.6.5條爬電距離及后續版本的規定。d)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。e)高壓放電要求電機控制器支撐電容放電時間滿足技術規定的要求。電機控制器有被動放電要求時，支撐電容放電時間應不大于5min；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。5.2控制功能動力電機控制器能夠在預期航空器應用的運行包線內實現預期的控制，不會出現任何不可接受的運行特性，或超出其任何運行限制；在動力電機允許的工作條件范圍內，以足夠的靈敏度響應飛行員指令，調節電動機功率；提供迅速關停電動機的方法，并能迅速隔離可能危害航空器的部件。5.2.1控制穩定性動力電機輸出功率控制穩定，不會產生不可接受的功率振蕩與自激振蕩；系統共振情況下的幅值、頻率的限制不能導致危險性電推進系統后果。5.2.2控制精度具有轉速、轉矩控制功能的動力電機控制器，轉速、轉矩控制精度應滿足聲明的技術文件規定。5.2.3控制響應具有轉速、轉矩控制功能的動力電機控制器，轉速、轉矩控制響應滿足聲明的技術文件規定。5.2.4控制轉換在正常運行及當故障或失效導致控制模式、通道或從主系統到備份系統的轉換時，應該確保以下滿足要求：a)動力電機不會超出任何運行限制；b)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)失控:2)停機。5.3工作特性5.3.1輸出特性5.3.1.1額定值和運行限制基于各種適用的運行條件(或工作制)確定動力電機控制器的額定值、運行限制和安全運行所必需的任何其它信息。7T/AOPAXXXX-2024動力電機控制器必須確保其不超過安全運行的任何限制，包括故障情況下、控制模式轉換及通道切換過程中，功率、電壓、電流、工作溫度及持續時間限制：a)最高、最低持續工作電壓；b)最高、最低持續工作溫度；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)瞬態最大電流和持續時間：g)最大過載電流和持續時間：h)額定最大持續功率、短時最大功率(峰值功率)：i)應急額定值和持續時間(如適用，與特定失效狀態相關)；j)如采用液冷，應限定冷卻液等級或規格：流量、流速及介質溫度：k)如采用風冷，應限定冷卻風量的條件。5.3.1.2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第6.5條進行工作制確定。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。5.3.1.3應急額定值可用性具有應急額定值的動力電機，應在動力電機控制器運行限制內提供應急額定值自動可用性，以及自動控制應急額定功率的方法或措施。5.3.2啟動特性帶負載起動的能力和動態工作時的性能，控制器應保證在額定負載下可靠啟動，應具有軟啟動特性，啟動電流不大于1.3倍額定電流，啟動時間根據動力電機負載特性確定。5.3.3饋電特性在電推進系統動力電機因慣性旋轉或被拖動旋轉時，電機運行于發電狀態，通過電機控制器應能向電源饋電，饋電電壓范圍、電流的大小和效率應保證電推進系統是安全的，不會造成本文件4.2(4)中定義的危險性電推進系統后果。5.3.4溫升特性動力電機控制器在規定的額定工況下工作至溫度穩定(當溫度變化不超過1﹡C/h，即認為達到穩定溫度)，主要部位的溫升滿足下表2中逆變器各部分的溫升限值及專用產品技術規定。表2逆變器各部分溫升限值部件或部位溫升限值(°C)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定主電路半導體器件與導體連接處裸銅錫鍍層銀鍍層4555708

T/AOPAXXXX-2024表2逆變器各部分溫升限值(續)部件或部位溫升限值(°C)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定母線(非連接處)銅鋁35255.3.5過載能力動力電機控制器過載能力應滿足航空工業標準HB7284-96或者GB/T12668.1-2002中第5.2.2條過載能力要求的規定。5.4保護功能動力電機控制器保護功能應當提供方法來測試或檢查為符合安全性分析要求所必要的保護，應當表明在測試/檢查和維護間隔內，保護功能可用。保護功能包括但不限于：a)超限保護：過壓、欠壓、過流、過熱、過載、超速保護。過壓、欠壓、過熱故障排除后應具備自動恢復工作的能力：b)故障保護：短路、反接保護、相序保護、故障保護(冷卻系統故障、軟件故障、功率器件模塊故障、傳感器信號故障)。5.5信息安全保護動力電機控制器(包括網絡、軟件和數據)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，導致不利的動力電機影響。對安保風險和漏洞應當識別、評估