Solid state power distribution

Modern aircraft are fitted with always more powerful electrical systems due to the trend to control as many loads as possible in a remote electrical way. The increasing number of electrical controlled loads on board, leads to the need of having always more protection devices installed to prevent flight-security faults from happening. Nowadays the most used devices to protect the electrical equipment from faults such as over-current or short circuit current are the electro-mechanical circuit breakers. The number of this protection devices is very high in a modern aircraft. There are hundreds of circuit breakers located in various panels installed in different places of the aircraft. Considering also that the wires have to pass through the circuit breakers before arriving to the loads, the total mass added by this protection system is considerable. The introduction of solid state power controllers, SSPCs, in the aeronautical field allows control and protection functions of the electrical loads through the use of the transistor technology. SSPCs are assembled in a single unit which is called remote power unit or simply RPU. Two microprocessors inside the RPU manage and control the various SSPCs. The entire system for managing the secondary power distribution is not made of the RPUs only. In fact the system consists of a touch screen display installed in the cockpit which is used by the pilot in order to control the state of the loads and a management computer which receives information from various sensors in the aircraft. The always more compact and reliable electronics allows the management of high level of power with reduced dimensions and weight, making a step forward in the power distribution process inside the aircraft. The aim of this work is to explain how this new technology works compared to the previous one provided by the classic circuit breakers. A possible way to install these power units on an aircraft is shown as well as the regulations that must be followed in order to obtain the airworthiness approval. Furthermore since the RPU provides the measurements of the currents absorbed by each controlled load, these kind of information can be used for diagnostics and prognostics of the electric loads. Particle filter algorithm is a possible solution to perform these functions.

I velivoli moderni sono dotati di impianti elettrici sempre più potenti a causa dell’esigenza di controllare elettricamente il maggior numero possibile di carichi. Il numero crescente di carichi controllati elettricamente presenti a bordo, ha portato alla necessità di installare sempre più sistemi di protezioni per prevenire possibili situazioni che potrebbero compromettere la sicurezza del volo. Oggigiorno i sistemi di protezione più comunemente usati a bordo dei velivoli per proteggere i carichi da sovracorrenti o correnti di corto circuito, sono gli elettromeccanici circuit breaker. In un velivolo moderno questi sono presenti in numero molto elevato. Ci possono essere centinaia di circuit breaker disposti in appositi pannelli che, a loro volta, sono installati in diversi punti del velivolo. Tenendo in conto il fatto che i cavi elettrici prima di arrivare ai rispettivi carichi devono “passare” per i circuit breaker, la massa aggiunta dai cavi grazie a questi dispositivi di protezione non è trascurabile. L’introduzione dei solid state power controller, SSPC, nel settore aeronautico permette di svolgere funzioni di protezione e controllo dei carichi elettrici grazie all’utilizzo della tecnologia derivante dai transistor. I vari SSPC sono riuniti in un unico contenitore il quale è chiamato remote power unit o semplicemente RPU. Due microprocessori all’interno della RPU permettono di controllare e gestire i vari SSPC. Il sistema di distribuzione della potenza a bordo, però, non è costituito soltanto dalle RPU. Sono presenti infatti anche un display touch screen installato in cabina, utilizzato dal pilota per monitorare la stato dei singoli carichi, e da un computer che riceve informazioni da vari sensori presenti nel velivolo. L’elettronica sempre più compatta e affidabile permette di gestire quindi potenze elettriche molto elevate attraverso dispositivi di dimensioni e peso ridotte, facendo fare un passo avanti alla distribuzione della potenza sui velivoli. Lo scopo di questo lavoro è quello di spiegare il funzionamento di questa nuova tecnologia confrontandola con quella precedente dei circuit breaker. Una possibile filosofia per installare questi dispositivi di gestione della potenza a bordo di un velivolo verrà spiegata, così come l’aspetto delle normative da seguire per poter certificare questo sistema. Inoltre grazie alla disponibilità delle misure delle correnti assorbite da ciascun carico fornite dalla RPU, è possibile utilizzare questo tipo di informazioni per svolgere attività di diagnostica e prognostica dei carichi. L’algoritmo di particle filter è una possibile soluzione per poter svolgere tali funzioni.