Sistemas Eléctricos de Aviación: Generadores de CA, Rectificadores, Inversores y Barras de Distribución

Generador de corriente alterna con excitación

El generador de CA con excitación (AC, 115-400 V y 400 Hz) es un generador de máquina síncrona, refrigerado por aire.

Presenta una bobina de excitación en el rotor, formada por pares de polos. La frecuencia de la onda de salida depende de las rpm del motor y del número de polos.

Tipos de excitación

Con colector, escobillas y autoexcitación

• El magnetismo remanente permite el arranque por sí solo.
• Se aplica corriente continua (DC) al rotor, que induce corriente alterna (AC) de 400 Hz en el estator.
• Antes de la nueva transferencia, la corriente se convierte en DC para llegar a la bobina de excitación.

Con colector y escobillas, excitación independiente

• La batería es la fuente que suministra la corriente de excitación.

Sin colector ni escobillas, autoexcitado (brushless)

• Compuesto por: 2 generadores (1 principal y 1 de excitación), 2 excitadores (sin escobillas ni delgas) y el inducido del generador principal en AC.
• La corriente se transfiere y se rectifica para alimentar el generador principal en DC.

Dispositivos de control y regulación

Disposición hidromecánica

Mantiene constantes las rpm y la corriente de las rpm del motor. Es independiente (CSD) y se encuentra fuera del IDG.

GCU (Generator Control Unit)

Un GCU por generador. Cierra o abre el relé de campo, del generador y de potencia.

BCPU (Bus Control Power Unit)

Situada en el rack de aviónica (RDC). Controla la intensidad (I) y la tensión (V), y el control de potencia de las barras, con 1 por avión.

Transformadores, rectificadores e inversores

Transformador

No trabaja en DC. Transforma la tensión o la intensidad de AC.

Rectificador

Convierte AC en DC. Circuitos:

• Media onda
• Onda completa
• Rectificador en puente monofásico y trifásico

Rectificador en puente: la onda alterna pasa a una onda positiva, que se corrige a través de condensadores hasta obtener DC.

Inversor

Transforma DC en AC.

Inversor estático

• Alimentación: batería o TRU.
• Conformación: onda cuadrada, impulsos de 400 Hz.
• Retardo del tiempo de encendido.
• Filtro armónico: elimina impulsos y transforma la onda cuadrada en senoidal.
• Sensor de tensión y corriente: regula la amplificación de la señal.

Inversor dinámico

• La frecuencia se controla con la excitación del generador AC.
• Un motor de DC acciona un alternador.
• El alternador entrega tensión y frecuencia reguladas.
• Salida: monofásica y trifásica, 115 V y 400 Hz.

El motor alterno se alimenta de una fuente de 28 V DC, proporcionando 115 V AC a 400 Hz.

Barras de distribución

Las barras pueden operar en AC o DC (conexión de los generadores en paralelo).

Aislamiento

Se dividen las barras para alimentar fuentes distintas, en 3 categorías:

• Vitales (cal)
• Esenciales (esnc)
• No esenciales (nesc)

Relé corte del inversor

Elemento que evita la circulación de corriente desde la barra al generador mientras se alcanza la tensión nominal (28 V).

La intensidad que pasa por la bobina es pequeña y mantiene el circuito abierto. Al alcanzar 28 V, la intensidad que circula por la bobina es suficiente para pegar los contactos y cerrar el circuito, permitiendo que la corriente llegue a la barra.

Solenoide de 2 bobinas

• Hilo fino y muchas espiras: salida del generador y masa.
• Hilo grueso y pocas espiras: generador y barra.

Circuito ecualizador

Está formado por 2 generadores y unos relés de compensación que se conectan entre los 2 generadores. Estos relés de compensación permiten mantener la tensión de salida de ambos generadores equilibrada y una tensión constante en la barra.

Cuando la tensión de salida del generador 1 sube, dicha corriente llega al relé de compensación 1, atraviesa su bobina en el mismo sentido que la barra del generador y llega al relé de compensación 2, pasando por su bobina en sentido contrario al generador 2. Así, en el generador 1 aumenta el campo magnético, aumenta la resistencia y disminuye la intensidad de excitación, por lo que la tensión de salida es menor.

En el generador 2, el campo magnético disminuye, así como la resistencia, lo que aumenta la intensidad de excitación y la tensión de salida del generador.

De esta forma se equilibra el sistema. Además, el sistema tiene un mecanismo de desconexión de 1 generador en caso de problema, y funciona con 1 generador.

Máquinas síncronas y asíncronas

• Síncrona: la velocidad de giro del campo magnético coincide con la velocidad de giro del eje.
• Asíncrona: la velocidad de giro del campo magnético y la del eje no coinciden (deslizamiento).

En un generador de AC, la fuerza electromotriz inducida en el estator depende de la velocidad de giro y de la intensidad.

Elementos generadores de energía eléctrica

Generador, batería, generador APU, CSD/IDG y toma GPU.

TRU (Transformer Rectifier Unit)

Transforma el nivel de tensión y, posteriormente, rectifica la corriente.