El sistema eléctrico del avión

Transcripción

1 ETSEIAT Última revisión: El sistema eléctrico del avión 2. Estructura del sistema eléctrico Departament d Enginyeria Elèctrica

2 Un primer paso, necesario, para el estudio del sistema eléctrico de un avión, es el de conocer la estructura de dicho sistema. En el caso del avión, el sistema eléctrico se puede describir a partir de los siguientes elementos: Generación. Conversión. Distribución. Mando y control. Medida, señalización y visualización. Protección. Consumo (usuario).

3 Estructura del sistema eléctrico del avión.

4 Generación. Representa la parte principal del sistema eléctrico del avión. Tiene la misión de generar la energía necesaria para que todos los elementos que necesitan suministro eléctrico puedan funcionar. Además debe disponer de sistemas redundantes y de emergencia, de manera que bajo ninguna circunstancia los sistemas básicos del avión puedan quedarse sin suministro eléctrico. Por este motivo, el bloque de generación de un avión es una combinación de dispositivos generadores.

5 Generación. Generadores Principales Se encargan de producir la energía necesaria en el avión durante el régimen normal de vuelo. Son arrastrados por los motores principales del avión. Generadores auxiliares Son los encargados de suministrar la energía eléctrica en situaciones especiales: Operación de la aeronave en tierra o en situación de emergencia. APU (Auxiliary Power Unit). Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine). Baterías. GPU (Ground Power Unit).

6 A320

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8 Generadores auxiliares Generador del APU (Auxiliary Power Unit). 90 kva Oil-Cooled Generator

9 Generadores auxiliares Generador del APU (Auxiliary Power Unit). La APU suele ser un motor de combustión independiente, aunque en algún caso también pueden ir accionados por los motores principales. Suele aportar la energía necesaria para arrancar los motores principales. Genera la presión hidráulica, aire a presión y permite generar el aire acondicionado en cabina cuando el avión está en tierra. Es el encargado de mover un generador eléctrico auxiliar. Este sistema se suele utilizar en tierra, aunque también se utiliza en el aire en situaciones de emergencia. Existen aviones en los que este sistema sólo se puede utilizar en tierra.

10 2. Estructura del sistema eléctrico

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14 Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine): Suele ir escondido bajo el fuselaje del avión. Su uso es exclusivo para casos de emergencia en vuelo, en los que no exista suficiente suministro eléctrico ni por parte de los generadores principales ni por parte del generador del APU. Gracias a la velocidad del avión, la hélice es accionada por el viento que a su vez mueve el alternador que lleva asociado el RAT. Las hélices que incorporan estos sistemas suele ser de unos 80 cm de diámetro. If both Main AC busses lose power and the airspeed is 100 kts. ( 51 m/s) or more the RAT will automatically deploy.

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16 Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine).

17 Bloque de generación. Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine). A 380

18 Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine). M.Tooley and D. Wyatt, Aircraft Electrical and Electronic Systems. Principles, Maintenance and Operation. Elsevier, 2009.

19 GENERADORES EN AVIONES COMERCIALES Airbus A 320: 2 principales de 90 kva/400 Hz + 1 en el APU de 90 kva/400 Hz 1 alternador trifásico de emergencia de 5 kva/400 Hz en el RAT. Airbus A 340: 4 principales de 75 kva/400 Hz + 1 en el APU de 115 kva/400 Hz 1 alternador trifásico de emergencia de 5,5 kva/400 Hz. En este caso va accionado por el sistema hidráulico.

20 Airbus A 380: 4 generadores trifásicos principales de 150 kva a frecuencia variable ( Hz). 2 generadores trifásicos de 120 kva/400 Hz en el APU. 1 generador de emergencia de 70 kva/400 Hz en el RAT. (El Airbus A380 dispone de la hélice más grande para un RAT fabricada hasta ahora con 1.63 m de diámetro. Boeing 747: 4 generadores trifásicos principales de 60 kva/400 Hz. 2 generadores trifásicos de 90 kva/400 Hz en el APU. Boeing 777: 2 generadores trifásicos principales de 120 kva/400 Hz. 1 generador trifásico de 120 kva/400 Hz en el APU. 3 generadores trifásicos de emergencia, 2 de 20 kva a frecuencia variable colocados sobre los motores principales. 1 de 7 kva/400 Hz en el RAT.

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22 Conversión. En los aviones actuales, existen dispositivos que van alimentados tanto en DC como en AC. Además también es común encontrar diferentes niveles de tensión. Para poder obtener todas las tensiones necesarias desde cualquier elemento generador, es necesario disponer de todo tipo de módulos para la conversión de tensión. Suelen ser común que el avión se encuentre dividido en zonas, cada una de estas zonas tiene una tensión y una frecuencia concretas de trabajo. Para conseguir un alto grado de fiabilidad, deben existir equipos redundantes.

23 Conversión. Los equipos que permiten convertir la magnitud de tensión suministrada en otra de valores diferentes se clasifican en: Transformadores: AC AC Rectificadores: AC DC Inversores (onduladores): DC AC Choppers (troceadores): DC DC Convertidores de frecuencia.

24 Transformer Rectifier Unit

25 Transformer Rectifier Unit

26 Inverter

27 Inverter Square wave inverter Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]

28 Unipolar modulation Inverter PWM inverter En la rama A: vcontol > vtri TA+ = ON VAN = Vd vcontol < vtri TA = ON VAN = 0 En la rama B: vcontol > vtri TB+ = ON VBN = Vd vcontol < vtri TB = ON VBN = 0 Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]

29 Unipolar modulation Inverter PWM inverter ratio de modulación en amplitud m a V control V ratio de modulación en frecuencia m s f f tri S 1 Vo1 m Vd a Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]

30 Modulación unipolar Inverter PWM inverter Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]

31 Inverter 3 pahse PWM inverter Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]

32 Distribución. Una vez generada la energía necesaria y transformada en las condiciones de uso, es necesario llevar hasta todos los puntos de consumo. Para conseguir esto, la distribución de tensiones por el avión se realiza utilizando: Barras de distribución. El cableado. Accesorios (bandejas de soporte, elementos de sujeción, conectores, etc.)

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35 Bloque de mando y control. Los elementos del bloque de mando y control son los encargados de transmitir las ordenes al sistema de lo que debe realizarse en cada momento. Muchos de estos sistemas pueden funcionar de manera automática, pero también manual. Este bloque está estrechamente ligado al de medida, ya que las decisiones de mando o control que se tomen en cada momento, van a depender de la información disponible.

36 Medida, señalización y visualización. Para el correcto funcionamiento y control de la aeronave, es necesario disponer de una información completa en todo momento. Este implica medir correctamente todas aquellas magnitudes físicas y eléctricas. De ello depende que el sistema se comporte de la manera esperada. Esta información debe llevarse hasta los equipos de control con la mayor calidad posible (libre de cualquier tipo de interferencias). Además, debe mostrarse de una manera eficiente y efectiva. Su consulta debe ser lo más intuitiva posible.

37 Protección. Esta parte de la instalación eléctrica es básica y fundamental. Esta bloque de la instalación es el que debe proteger los equipos y a las personas de cualquier situación anómala. Los equipos destinados a la protección de la instalación eléctrica deben pasar, de manera especial, unos controles de calidad muy exhaustivos.

38 Consumo (usuario). En este bloque de la instalación se encuentran todos aquellos elementos destinados principalmente a dar confort a la aeronave. Podemos incluir como consumos: La iluminación de cabina. Climatización de la cabina. Todos los elementos destinados al entretenimiento. etc. Realmente, cualquier elemento que necesite ser alimentado, debería considerarse como una carga (consumo).

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40 Primary Power Centre Secondary Power Centre Emergency Power Centre

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