INTRODUCCION

1. La energía eléctrica de la aeronave, puede ser proveída de una variedad de fuentes; éstos se clasifican comofuentes primarias o secundarias.

2. Las baterías y los generadores son fuentes primarias de energía eléctrica; los inversores y la unidadtransformador rectificador (TRU) son fuentes secundarias de energía.

3. Esta potencia puede ser de corriente continua o alterna dependiendo de los requisitos del sistema.

4. Además de las fuentes a bordo, la mayoría de aeronaves pueden conectarse a una fuente de alimentaciónexterna para servicio o mantenimiento.

5. La fuente básica de energía eléctrica en la mayoría de los aviones es la batería, la batería entrega corrientedirecta (DC). Los generadores pueden suministrar, corriente directa o alterna; la salida de los generadoresnecesitan ser reguladas. Los generadores de corriente alterna también se les conoce como los alternadores.

6. Los inversores, son utilizados para convertir DC en AC, los TRU convierten AC en DC, la cual es usada paracargar la batería desde los generadores de AC.

INTRODUCCION

1. En algunas instalaciones, se utilizan transformadores para convertir AC en AC, típicamente para reducirdesde 115 VAC en 26 VAC.

2. Normalmente se utiliza un APU (auxiliary power unit), para iniciar los motores principales, por medio de unafuente de aire neumática, además el APU también provee energía eléctrica.

3. En caso de falla de los generadores, se puede proveer potencia continua por medio de una RAT (ram airturbine).

4. En esta parte del curso veremos las fuentes varias usadas en las aeronaves y sus aplicaciones típicas.

REGULADORES

1. Aprendimos por la teoría básica, que la salida de los generadores puede variar dependiendo de la velocidaddel eje de entrada, por lo que es necesario regular la salida de voltaje del generador.

2. El REGULADOR POR CONTACTO VIBRATORIO (vibrating contact regulator), comprende de regulador devoltaje y de corriente como se muestra en la Fig. 6.1. Estos son utilizados en los aviones pequeños deaviación general, los cuales tienen generadores con salida de potencia relativamente baja.

REGULADORES

1. Cuando el motor arranca, la salida devoltaje del alternador sube rápidamenteal nivel de voltaje nominal de laaeronave, siendo 14 V o 28 V DC.

2. Los contactos de ambos reguladores,permanecen cerradas para permitir quela corriente fluya a los bobinados delcampo.

3. Cuando el voltaje de salida del generadoraumenta más allá de 14/28 V, el contactode la bobina de voltaje se abre y conectala resistencia en el devanado del campo,reduciendo así la corriente de excitacióncampo, y por consiguiente se reduce lasalida del generador.

REGULADORES

1. Una vez que la salida cae debajo de 14/28 VDC, el contacto se cierra por acción de resorte y la resistenciaes omitida, permitiendo nuevamente máxima corriente de excitación al campo.

2. Este ciclo de apagado y encendido, se repite entre 50 y 200 veces por segundo, o sea 50 a 200 Hz, esteproceso regula la salida del generador a un nivel medio, típicamente 14 ± 0.5 VDC o 28 ± 1 VDC.

REGULADORES

1. La regulación de corriente se logra de una manera similar, es decir, controlando la corriente de campo,cuando las cargas son altas, la salida de voltaje puede ser insuficiente para abrir los contactos, el resultadoes que la salida continuará aumentando hasta que se alcanza la corriente máxima nominal.

2. En éste punto, los contactos del regulador de corriente se abren y la resistencia se conecta al devanado delcampo.

REGULADORES

1. La precisión de este tipo de regulación depende del valor de la resistencia y tensiones de los resortes,aunque simple, este tipo de regulador tiene la desventaja del desgaste de los contactos; un regulador decontacto vibratorio típico se muestra en la Fig. 6.2.

REGULADORES

1. El REGULADOR DE CARBÓN APILADO(carbón-pile regulator), es otro tipo deregulador electromecánico, el cual es usado ensistemas de generadores con salidas queexceden los 50 A, el cual provee unaregulación mas suave, comparada con elregulador de contacto vibratorio.

2. Los reguladores de carbón apilado, consistende una resistencia variable en serie con labobina del campo de un generador Shuntwound.

3. La resistencia variable es hecha de unapilamiento de discos de carbón (carbondisc), los cuales están contenidos un tubocerámico, que mantiene los discos alineados.La Fig. 6.3 muestra las partes de un reguladoren Cross-section.

REGULADORES

1. La superficie de cada disco es relativamente áspera, presionando los discos se crea mas superficie decontacto, reduciendo de esta manera la resistencia de la pila, cuando se reduce la presión ocurre el procesoinverso y la resistencia de la pila incrementa.

2. La presión a la pila es aplicada por una placa de resorte, esta compresión se opone a la acción de unelectroimán conectado a la salida del generador; la fuerza del flujo del electroimán varía en proporción conla tensión de salida del generador.

3. Una salida mas alta del generador, aumenta la corriente en el electroimán; esto atrae el centro de hierro delresorte, lo que reduce la compresión en la pila y provoca que aumenta su resistencia lo que reduce lacorriente al campo.

4. Menos corriente en el campo reduce el voltaje de salida del generador; la corriente en la bobina de tensiónreduce el efecto electromagnético y el resorte comprime la pila, reduciendo su resistencia.

5. La variación de la fuerza aplicada por el electroimán y el resorte, controla la resistencia de la pila, la cualcontrola la corriente del campo, la cual mantiene constante la salida de voltaje del generador.

REGULADORES

1. El regulador está contenido dentro de un cilindro,típicamente con un diámetro de 3 pulgadas y 6pulgadas de largo con aletas de enfriamiento, lafunción de cada componente es:

• Tornillo de compresión: Es el medio paraestablecer la compresión en la pila, y compensa laerosión de la pila durante su vida.

• Resorte de placa e inducido: Comprime la pila ala posición de mínima resistencia.

• Bobina de voltaje: Contiene un alambre de cobrecon muchas vueltas, y junto con el core screwforma el electroimán, cuando se conecta a lasalida del generador.

• Núcleo Magnético: Concentra el flujo de labobina, también es usado para ajustar el voltajedurante su mantenimiento.

• Arandelas Bi-metálicas: Proveen compensaciónpor temperatura.

REGULADORES

1. La figura 6.4, muestra el regulador de carbon apiladoconectado a un circuito de regulación del generador, laballast resistor tiene un coeficiente de bajatemperatura, y minimiza los efectos de la temperaturasobre la bobina de voltaje.

2. Las trimmer resistors (en serie con la Ballast resistor)permiten que el voltaje de salida del generador puedeser ajustado en la aeronave. la trimmer resistor puedeestar ubicada en el regulador o en una ubicación remotapara un fácil acceso durante el mantenimiento.

3. La Boost resistor está normalmente en cortocircuito; siel switch se abre, éste permite un ligero aumento en lasalida del generador para satisfacer aumentos de cargaa corto plazo, esto se consigue reduciendotemporalmente la corriente a través de la bobina devoltaje.

REGULADOR DE VOLTAJE ELECTRONICO

1. Existen muchos tipos y configuraciones de reguladores de voltaje electrónicos, un tipo representativo esmostrado en la Fig. 6.5.

REGULADOR DE VOLTAJE ELECTRONICO

1. El alternator master switch utilizado en los sistemas AC, energizan el relay del Field, el cual le dacorriente a la base de TR2 y al circuito de resistores formados por R1, R2 y RV1, este circuito, en conjuntocon el diodo zener Z, es usado para establecer el voltaje nominal de operación.

REGULADOR DE VOLTAJE ELECTRONICO

1. La corriente, fluye a través de la bobina del Field del alternador vía los transistores TR2 y TR3, permitiendoque la salida del generador se incremente, cuando la salida alcanza el valor especifico 14 VDC o 28 VDC, eldiodo zener entra en conducción lo que provoca que el transistor TR1 se sature, poniendo en estado decorte los transistores TR2 y TR3.

REGULADOR DE VOLTAJE ELECTRONICO

1. Debido a lo anterior, la salida de voltaje del generador disminuye y el diodo zener deja de conducir,mandando al transistor TR1 a condición de corte, lo que provoca que los transistores TR2 y TR3 vuelvan asaturación, permitiendo que la salida del generador incremente nuevamente.

REGULADOR DE VOLTAJE ELECTRONICO

1. Esta operación, es repetida muchas veces por segundo como en el regulador de contactos vibratorios, ladiferencia es que el circuito electrónico no tiene partes móviles, y no genera arco eléctrico en los contactos.

2. El diodo D1, provee protección contra la fuerza contra electromotriz que pueda generar el Field, cada vezque TR3 va a corte y saturación, el trimming resistor RV1 es utilizado para ajustar la salida, al voltajenominal en el regulador.

EXTERNAL POWER

1. Además del equipamiento a bordo descrito anteriormente, muchas aeronaves tienen la facilidad de serconectados a una fuente externa de potencia (external power) durante el servicio o para mantenimiento.

2. Esto permite, operar los sistemas sin tener que arrancar los motores o usar la batería, la fuente externa depotencia puede ser un Battery Pack, un GPU a motor y generador o por convertidores industrialesconectados a la red industrial.

3. Mayores detalles de las External Power y como son usadas la veremos en la parte 8 de este curso.

POWER CONVERSION

1. Los equipos utilizados para proveer a la aeronave de fuentes de alimentación secundarias, incluyen:

• Inversores.• Unidades Transformadores Rectificadores.• Transformadores.

POWER CONVERSION

1. Los equipos utilizados para proveer a la aeronave de fuentes de alimentación secundarias, incluyen:

• Inversores.• Unidades Transformadores Rectificadores.• Transformadores.

INVERSORES

1. Los inversores, son usados para convertir corriente directa en corriente alterna, la entrada de DCtípicamente es suministrada por la batería, la salida puede ser de bajo voltaje (26 VAC) para uso eninstrumentos, o alto voltaje (115 VAC mono fase o trifásico) para impulsar cargas, tales como bombas.

2. Las antiguas tecnologías de inversores rotativos, utilizaban un motor DC para impulsar un alternador comose muestra en la Fig. 6.6.

INVERSORES

1. Un inversor rotativo típico tiene un motor DC de cuatro polos, que impulsa un generador de AC condevanado en estrella. Las salida puede ser monofásico o trifásico; 26 V AC o 115 V AC.

2. La frecuencia de salida de 400 Hz, esta determinada por el voltaje DC de entrada, Se emplean variosmétodos de regulación, por ejemplo un trimming resistor (Rv) conectada en serie con el campo del motorDC establece la velocidad correcta cunado se conecta a 14 VDC o 28 VDC.

3. Las aeronaves modernas, están equipadas con inversores estáticos de estado solido, los cuales no tienenpartes móviles. Fig. 6.7.

INVERSORES

1. La fuente de alimentación DC, es conectada a un oscilador el cual produce una salida de bajo voltaje de ACde 400 Hz, ésta salida es aumentada vía transformadores al voltaje de salida deseado.

2. El inversor estático se puede utilizar como fuente única de alimentación de CA o para suministrar AC aequipos específicos en el caso de falla del generador principal.

3. Alternativamente, se utilizan para proporcionar energía para el uso del pasajero, por ejemplo, computadoraslap-top, la tensión de entrada de DC se aplica a un oscilador que produce una tensión de salida sinusoidal,ésta salida se conecta a un transformador que proporciona la tensión de salida requerida.

4. Los controles de frecuencia y de tensión están integrados en el inversor estático; por lo tanto, no tienemedios externos de ajuste.

INVERSORES

1. Un inversor típico, usado en aviones comerciales grandes puede producir hasta 1 kVA, los inversoresestáticos están localizados en la bahía de equipos electicos.

2. Un switch remoto en la cabina de vuelo, es usado para aislar el inversor en caso de ser requerido, la Fig. 6.8muestra la instalación de un inversor en una aeronave de aviación general.

TRANSFORMER RECTIFIER UNITS

1. Los TRU convierten AC en DC; éstos normalmente se utilizan para cargar las baterías desde losgeneradores de corriente alterna.

2. Un diagrama esquemático para una TRU se muestra en la figura. 6.9. La entrada trifásica de 115/200 VAC y400 Hz, está conectada al devanado primario en estrella de un transformador.

3. Los arrollamientos secundarios duales se enrollan en configuración estrella y delta, las salidas de cada unode los bobinados secundarios son rectificados y se conectan a las terminales principales de salida.

4. Un Resistor Shunt, se utiliza para medir la corriente de salida del TRU, además se proporciona aviso desobre temperatura mediante la localización de interruptores térmicos en puntos clave dentro de la TRU.

TRANSFORMERS

1. Los transformadores, son dispositivos que convierten o transfieren energía eléctrica de un circuito a otro através de conductores eléctricos acoplados inductivamente.

2. El transformador utilizado como una fuente de alimentación, debe considerarse que tiene una entrada pormedio de conductores o devanados primarios, y una salida por medio de los conductores o devanadossecundarios.

3. Una corriente cambiante en el bobinado primario crea un campo magnético cambiante; este campomagnético induce un voltaje cambiante en los secundarios.

4. Mediante la conexión de una carga en el devanado secundario, se produce un flujo de corriente en eltransformador.

5. El voltaje de salida del secundario del transformador, está determinado por el voltaje de entrada en elprimario y la relación de vueltas de los devanados primario y secundario.

6. En las aplicaciones prácticas, convertimos voltajes altos en voltajes bajos o viceversa; esta conversión sedenomina Step Down y Step Up.

TRANSFORMERS

1. Los circuitos que necesitan pequeñas relaciones de Step down o Step up, emplean autotransformadores,estos se forman a partir de un devanado único, arrollado en una forma especıfica para formar devanadosprimario y secundario.

2. Haciendo referencia a la fig. 6.10 (a), cuando se aplica un voltaje alterno al primario (P1-P2), el campomagnético produce un enlace en cada vuelta, lo cual induce un voltaje en cada vuelta, el voltaje de salida setoma a través de las terminales del secundario (S1-S2) las cuales pueden ser conectados en Step Down oStep Up.

TRANSFORMERS

1. En la práctica, los autotransformadores son más pequeños en tamaño y peso de los transformadoresconvencionales. Su desventaja es que, dado que los devanados primario y secundario están conectadosfísicamente, una falla en el aislamiento pondría todo el voltaje primario en el devanado secundario.

2. La disposición para un autotransformador trifásico se muestra en la figura. 6.10 (b), ésta es unaconfiguración en estrella Step Up.

3. El voltaje de entrada en el primario es 200 V AC desde el alternador de la aeronave, múltiples salidas sederivan del secundario: 270, 320, 410 y 480 V AC, las aplicaciones para este tipo de configuración incluyenel Windshield Heater.

AUXILIARY POWER UNIT (APU)

1. Un APU es un motor a turbina de gas relativamente pequeño, normalmente se encuentra en el cono de colade la aeronave. La APU comúnmente es un motor de compresor centrífugo de dos etapas con una solaturbina.

2. Se purga aire del compresor, el cual se conecta al sistema de distribución de aire de la aeronave, una vezarrancado, el APU funciona a velocidad constante, es decir, no existe un control de aceleración. El APU seapaga automáticamente en caso de mal funcionamiento.

3. La APU, se utiliza para arrancar los motores principales de la aeronave a través del sistema de distribuciónde aire.

4. Mientras el avión está en tierra, la APU también puede proporcionar:

• Potencia eléctrica.• Presión hidráulica.• Aire acondicionado.

AUXILIARY POWER UNIT (APU)

1. La APU en sí se arranca por medio de la batería principaldel avión, en algunos aviones, la APU también puedeproporcionar energía eléctrica en vuelo en caso de fallode los generadores principales.

2. El avión Boeing 787, cuenta con mas sistemas eléctricosque están reemplazando muchos sistemas neumáticos,debido a esto la APU sólo entrega energía eléctrica.

3. Las APU instalados en aviones bimotores aprobadospara Extended-range Twin-engine Operation Performance Standards (ETOPS), soncríticos para continuar el vuelo de manera segura, ya quesuministra energía eléctrica, presión hidráulica ysuministro de aire en el caso de falla de un generador oun motor principal.

4. Las APU instaladas en aviones grandes de cuatromotores, no están certificadas para ser utilizadas envuelo.

FUENTES DE POTENCIA DEEMERGENCIA

1. En el caso de fallo del generador, se proveepotencia continua por una turbina de aire deimpacto (RAT), también se conoce como ungenerador impulsado por aire, ésta es una fuentede energía de emergencia que puede ser usadacuando las fuentes de potencia normales no estándisponibles.

2. La RAT es un dispositivo accionado por aire queestá guardado en el ala o fuselaje, el cual puedeser desplegado cuando la aeronave pierde lapotencia normal.

3. Cuando se despliega, toma la energía del flujo deaire, la RAT típicamente es un ventilador de dospalas o hélices que impulsa el eje del generador,por medio de un gobernador y una caja deengranajes, la relación de los engranajesincrementa la velocidad del eje del generador.

FUENTES DE POTENCIA DE EMERGENCIA

1. La RAT puede ser desplegada a una velocidad del avión de 120 a 430nudos, algunas RAT tienen palas de paso variable operadas por unmotor hidráulico para mantener la RAT a velocidades típicas de 4.800rpm.

2. Los generadores típicos de RAT, producen una salida de AC de 7,5 kVApara alimentar un TRU, se instalan calentadores en el generador de laRAT para evitar la formación de hielo. Las RAT pueden llegar a pesarhasta 400 libras en aviones de transporte muy grandes, con diámetrosde las palas de entre 40 y 60 pulgadas, dependiendo de losrequerimientos de potencia.