Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Sistema Elétrico Referencias Bibliográficas: A&P Technician Jeppesen Capitulo 7 – Seções A, B e C Prof. Erasmo Borja Sobrinho Disciplina: Sistemas de Aeronaves I Professor: Erasmo Borja Sobrinho Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 2 Índice Capitulo Página Aplicações da Eletricidade nas Aeronaves 3 Localização de Componentes 7 Geração de Energia 8 Baterias 18 Medidores 24 Comandos 25 Relés 26 Circuit Breakers 29 Limitadores de Corrente 30 Atuadores Elétricos 31 Hot Bus 33 AC Power 34 ACW Power 36 Boeing 787 36 Diagramas Elétricos 40 APU 44 GPU 47 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 3 Aplicações O sistema elétrico é, sem dúvida, o sistema mais importante da aeronave sem o qual nenhum outro sistema funciona. A eletricidade está presente em praticamente todos os demais sistemas como alimentação, controle, forma de acionamento, back-up ou indicação. Começando pela iluminação, utilização mais antiga da eletricidade e chegando aos sistemas eletrônicos cuja utilização é mais complexa, a eletricidade vem sendo cada vez mais utilizada nos aviões acompanhando o avanço da eletrônica. Este desenvolvimento, notadamente depois dos anos 80, possibilitou melhor controle com economia e precisão proporcionados pela miniaturização dos circuitos. Os Circuitos integrados (CI) reduziram peso e aumentaram muito a confiabilidade de vários sistemas. Luzes • Luzes de cabine: • Incandescentes • Fluorescentes. • Faróis: • Voo / Pouso • Luzes de Navegação: • Fixas • Estroboscópicas • Luzes de Painel: • Fluorescente • Incandescente • Indicadoras: • Apertar Cinto e “Não Fume” • Saída Nos projetos mais recentes, a iluminação incandescente vem sendo substituída gradativamente pela florescente nas cabines. A tecnologia atual possibilita a fácil conversão de energia DC em AC, necessária na iluminação fluorescente, através de circuitos eletrônicos inversores bem pequenos. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 4 Atuadores • Superfícies de Comando • Portas (Abertura e travamento) • Trem de Pouso ( Controle e Acionamento) • Escadas • Fly by Wire Instrumentos Aviônicos Galey • Forno Elétrico: aquecimento de refeições. • Geladeira: Item raro • Som: CD, DVD, MP3 • TV: Atualmente só LCD Conforto de Cabine • Ventilação • Refrigeração • Aquecimento Propulsão: • Motores de Partida • Bombas de Combustível (Auxiliar) • Válvulas de Controle de Abastecimento Sistema Hidráulico: • Bombas Hidráulica ( Auxiliar) • Acionamento de válvulas • Comandos do sistema Hidráulico Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 5 Controles de Pressurização Proteção contra Chuva e Gelo • Aquecimento de parabrisas • Desembaçadores • Aquecimento de Superfícies para degelo Sensores de Motores (Rotação, Torque, temperatura, pressão e etc) Com as possibilidades apresentadas pela micro eletrônica atual, que facilita o controle de dispositivos através de componentes cada vez menores, mais leves e mais baratos, existe uma grande tendência a utilização da eletricidade no funcionamento de dispositivos antes acionados mecanicamente. O Fly-by-wire é o maior exemplo desta tendência. Fly-by-wire Fly-by-wire é um tipo de controle das superfícies móveis de um avião por computador. Isso permite que qualquer modificação da direção e do sentido da aeronave feita pelo piloto seja "filtrada" e repassada para as superfícies móveis (aileron, profundor, leme). Com esse filtro, é possível aumentar a velocidade de reação, aumentar a capacidade de manobra de um avião ou impedir que se faça manobras fora do envelope de voo da aeronave. Esse sistema foi usado pela primeira vez no caça F-16 Lightning, tendo sofrido vários problemas na fase de seu desenvolvimento. No entanto, segundo os engenheiros que participaram do projeto do Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 6 F-16, seria impossível o próprio voo desta aeronave sem esse sistema, pois o projeto é aerodinamicamente instável e para manter-se no ar é preciso um controle eletrônico. A EMBRAER, utiliza essa tecnologia em seus aviões da família 170/190. Nos carros também é usado um sistema semelhante, denominado Drive-by-wire, onde um sistema de controle eletrônico administra os dispositivos de acionamento (acelerador, freio e direção de um automóvel). Esse foi desenvolvido inicialmente para carros de alta performance e hoje vem sendo utilizado cada vez mais, mesmo em carros populares. Este dispositivos veio substituir componentes mecânicos como cabos de aço, hastes, servos reduzindo, peso e custo de manutenção. http://www.youtube.com/watch?v=WCc-R4xXZPU Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 7 Localização Localização típica dos principais componentes de um Learjet 31 A localização dos equipamentos elétricos em um avião é determinada no projeto da aeronave em função de: • CG – Alguns itens, principalmente os mais pesados podem ser alocados mais a frente ou mais atrás para compensar alguma tendência da aeronave. • Argumentos Práticos – Ao se colocar o gerador próximo às baterias e aos reguladores de voltagem, menor quantidade de fios pesados serão necessários. • Regulamento Aeronáutico – O regulamento aeronáutico tem suas exigências por segurança economia e até leis ambientais. Ex: A bateria principal deve ficar distante da bateria de emergência por questões de segurança. • Facilidade de Manutenção – O Acesso ao item para a manutenção ou inspeção é traduzido imediatamente em custo operacional que é fator importante como opção de compara da aeronave. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 8 Geração de Energia: Geração de Eletricidade: Quando um imã é movido próximo a um fio uma corrente elétrica é gerada neste fio. O gerador é construído para aproveitar estes principio físico e gerar a energia elétrica. A rotação, a quantidade e a espessura do fio influenciam na corrente e na voltagem produzidas. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 9 A energia para a operação da maioria dos equipamentos elétricos nos grandes aviões e em alguns aviões pequenos é fornecida por um gerador. Um gerador é qualquer equipamento que converte a energia mecânica na energia elétrica pela indução eletromagnética. Os geradores projetados para produzir a corrente continua são chamados Geradores DC e aqueles que produzem a corrente alternada são chamados Geradores AC. • Geradores DC • Geradores AC Em aviões mais antigos, é comum que o gerador DC seja a fonte da energia elétrica principal. Neste tipo de sistema um ou mais geradores DC são tocados pelos motores para fornecer energia para todos os equipamentos como também para carregar as baterias. Na maioria de casos somente um gerador é movido por cada motor entretanto, alguns aviões maiores tem até dois geradores por motor. CONSTRUÇÃO DE GERADORES DC Os geradores usados em aviões diferem bastante em seus projetos porque são feitos por vários fabricantes. Entretanto, todos tem o mesmo principio geral de construção e operam de forma similar. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 10 CARCAÇA A carcaça do campo, constitui-se da estrutura para o gerador. A carcaça tem duas funções: 1) Completa o circuito magnético entre os pólos, 2) Fornece sustentação mecânica para as outras peças. Em geradores pequenos, o chassis é feito de ferro fundido; entretanto, em geradores maiores, é composto geralmente de duas porções parafusadas juntas. O Chassis deve ser altamente permeável (as linhas magnéticas do fluxo devem passar através dele livremente) e, junto com as partes do pólo, formam a maior parte do circuito magnético. A força magnética dentro de um gerador é produzidapor um eletroímã que consiste em uma bobina de fio chamada bobina de campo, e um núcleo chamado de pólo do campo ou sapata do pólo. As sapatas do pólo são parafusadas no interior da carcaça e laminadas geralmente para reduzir perdas da corrente de Eddy e para concentrar as linhas da força produzidas pelas bobinas de campo. As carcaças e as sapatas de pólo são feitas de ferro da alta qualidade ou de chapa de aço magnético. Há um pólo norte para cada pólo sul, assim existe sempre um número uniforme de pólos em um gerador. A carcaça do campo do gerador abriga normalmente 2 ou 4 sapatas de pólo. Estas sapatas não são ímãs permanentes e confiam nos enrolamentos de campo para produzir um campo magnético. Tentar produzir o campo magnético necessário somente com os ímãs permanentes aumentariam extremamente o tamanho físico do gerador e seu peso. Note que as sapatas de pólo se projetam da carcaça. A razão é que desde que o ar oferece a resistência a um campo magnético, a maioria de projetos de gerador reduz a largura do espaço vazio entre os pólos e a armadura ao mínimo. Isto aumenta a eficiência do gerador. Quando as partes do pólo são feitas para se projetar para dentro da carcaça, são chamadas pólos salientes. As Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 11 bobinas de campo são compostas de muitas voltas de fio isolado. As bobinas são feitas de forma a se moldarem e ficarem presas firmemente sobre o núcleo de ferro das sapatas do pólo. A corrente usada para produzir o campo magnético em torno das sapatas é obtida de uma fonte externa ou da corrente gerada pela própria unidade. O campo magnético é criado pelas bobinas de campo, e não há nenhuma conexão elétrica entre os enrolamentos das bobinas de campo e as sapatas do pólo. As sapatas do pólo servem para concentrar o campo magnético produzido pelos enrolamentos de campo. Field coils are form fitted around the pole shoes and are connected in such a manner that the north and south poles are in alternate polarity order. ARMADURA O conjunto da armadura consiste nas bobinas da armadura, no comutador e em outras peças mecânicas associadas. A armadura é montada em um eixo que gira nos rolamentos posicionados nas extremidades da carcaça do gerador. O núcleo da armadura age como um condutor quando está girado no campo magnético e está laminado para impedir a circulação de correntes de eddy. Uma armadura do tipo drum tem as bobinas colocadas nos entalhes do núcleo. Entretanto, não há nenhuma conexão elétrica entre as bobinas e o núcleo. As bobinas são mantidas geralmente nos entalhes por cunhas de madeira ou da fibra. As extremidades da bobina são trazidas para fora através dos segmentos individuais do comutador. Lap winding connects one end of two coils to each commutator segment, and the other ends of these coils to adjacent segments Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 12 A extremidade de cada bobina da armadura se liga a um segmento do comutador, enquanto a outra extremidade é soldada ao segmento adjacente. Nesta configuração, cada bobina sobrepõem sua vizinha anterior. Isto é conhecido como o “lap winding” enrolamento de regaço. Quando uma armadura girar na velocidade operacional, o campo magnético produz um retardo na velocidade da rotação. O enrolamento de regaço é um método para estabilizar o campo magnético da armadura. ESCOVAS Escovas funcionam na superfície da comutator e agem como o contato elétrico entre as bobinas da armadura e o circuito externo. Um condutor flexível de cobre, chamado de “rabo de porco”, conecta cada uma escova para o circuito externo. As escovas são feitas de material com alto grau de carbono e são mantidas pressionadas ao comutador através de molas isoladas da carcaça. As escovas são livres para deslizar para cima e para baixo em seus suportes para que elas possam seguir eventuais irregularidades na superfície do comutador e permitir o desgaste. A posição da escova, geralmente, é ajustável para que a pressão sobre o comutator poça ser variada e por isso a posição da escova com relação aos risers possam ser alteradas conforme necessário. Baixa tensão nas molas pode resultar em mau contato. O constante conecta e desconecta da armadura com as bobinas exige a utilização de escova de um material com uma resistência ao contato elevada. Este material também deve ter resistência ao atrito para evitar o desgaste excessivo. O alto grau de carbono utilizado para fazer escovas deve ser suave o suficiente para evitar o desgaste indevido do comutador e ainda ser forte o suficiente para fornecer razoável vida às escovas. A resistência ao contato do carbono é bastante elevada, devido à sua estrutura molecular, e a superfície dos comutadores é bem polida para reduzir a fricção, tanto quanto possível. Óleo ou graxa não deve nunca ser usado em um comutador, e o extremo cuidado deve ser tomado quando numa limpeza do comutador para evitar marcar ou arranhar sua superfície. Na maioria dos aviões, a saída de um gerador típico flui para barramento principal do avião de onde é distribuída para os diversos componentes elétricos. Neste tipo de sistema, a queda de tensão admissível na potência dos cabos principais próximos ao gerador é de 2 % da tensão ajustada quando o gerador está produzindo sua corrente nominal. Como acrescentado serve para certificar- se de que uma determinada carga elétrica não seja superior à capacidade de produção do gerador. A carga elétrica total contínua permitida em um determinado sistema é limitada a 80 por cento do total gerado de saída. Por exemplo, se uma aeronave tem um gerador de 60 ampéres instalado, a carga máxima contínua que pode ser colocado sobre o sistema elétrico é de 48 ampéres. Em caso de o gerador passar a produzir mais corrente do que a permitida, a maioria dos sistemas de aeronaves têm uma chave de gerador que permite o gerador ser desconectado do sistema elétrico. Esse recurso ajuda a evitar danos ao gerador ou ao resto do sistema elétrico. Em Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 13 aeronaves que utilizam mais de um gerador ligado a um sistema elétrico comum, o FAA exigem que cada gerador tenha sua chave independente que devem ser operadas a partir do cockpit. Uma gerador avariado pode, portanto, ser desligado para proteger o restante do sistema elétrico. • Alternador (AC) – Tem a vantagem de manter tensão constante independente da rotação. Gera corrente alternada, que depois tem que ser retificada para ser usada na aeronave. • Existem dois tipos de alternadores utilizados nas aeronaves de hoje: o Alternador DC e o Alternador AC. Alternadores DC produzem relativamente pequenas quantidades de corrente e portanto, são normalmente encontrados em aviões leves. Alternadores AC, por outro lado, são capazes de produzir uma grande quantidade de energia e, portanto, são normalmente encontrados em grandes aviões e aviões militares. Além disso, desde que a eletricidade AC pode ser transportada através de condutores menores, alternadores AC permitir significativa economia de peso. DC alternator AC alternator O Alternador DC tem a mesma função do Gerador DC. Ambos produzem corrente AC que depois é convertida em DC antes de ser fornecida ao sistema elétrico da aeronave. A diferença é que, em um alternador os pólos magnéticos giram e induzem a tensão em uma bobina fixa ou estacionária. Além disso, a corrente AC produzida é retificada por diodos solid- state em vez de um comutador. Todos os alternadores são construídos basicamente na mesma maneira. Os componentes de um alternador incluem: • Rotor, • Stator, • Retificador, • Conjunto de Escovas. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 14 A corrente contínua é usada como força elétrica principal para os aviões pequenos porque pode ser guardada e os motores destes aviões são acionados com o uso das bateria. Entretanto, oavião de grande porte requer facilidades do serviço de terra elaboradas e fontes de força externa. Consequentemente, podem trazer grandes vantagem com economias apreciáveis de peso usando a corrente alternada como sua fonte de força principal. Além da economia de peso, a corrente alternada tem vantagem sobre a corrente continua por sua tensão ser facilmente aumentada ou diminuída. Consequentemente, quando necessária, a AC carrega corrente a maiores distâncias, elevando-se a tensão com o uso de um transformador. Isto proporciona economias adicionais de peso desde que a AC de alta tensão é conduzida através dos fios relativamente finos. Uma vez que a tensão chega em seu destino, passa através de um transformador que abaixa a tensão novamente para ser usada. Em algumas situações, tais como baterias ou motores de velocidade variáveis, a corrente continua é necessária. Entretanto, passando-se AC por uma série de diodos de semicondutores ela é mudada facilmente para DC com relativamente pouca perda. Esta é uma outra vantagem da AC em comparação à DC. AC X DC Tipo de Avião Corrente Vantagens Desvantagens Pequeno DC Pode ser armazenada Conduzida por fios mais grossos. Grande AC Tensão poder ser facilmente aumentada ou diminuída. Conduzida por fios mais finos. Fácil de ser convertida em DC. Não pode ser armazenada GENERATOR RATINGS Um gerador é classificado de acordo com a sua potência de saída. Uma vez que um gerador é projetado para funcionar em uma determinada tensão, a classificação é normalmente dada como o número de ampères que o gerador pode fornecer em sua tensão nominal. Por exemplo, uma classificação típica de um gerador é 300 amperes a 28,5 volts. A classificação e dados de desempenho de um gerador são carimbadas no em uma placa anexa ao gerador. A rotação dos geradores é designada como no sentido horário ou sentido anti-horário, com vista pelo final do eixo. Se nenhuma direção é impressa na plaqueta, a rotação é marcado por uma seta Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 15 na tampa da placa das escovas. Para manter a polaridade correta, é importante a utilização de um gerador com o correto sentido de rotação. A velocidade do motor de uma aeronave varia da rotação da decolagem para a rotação da marcha lenta, no entanto, a maioria dos voos, é conduzida a uma velocidade de cruzeiro constante na qual o motor gira em rotação constante. O gerador instalado em um motor a pistão é geralmente operado entre 1 1/8 e 1 1/2 vezes a velocidade do virabrequim do motor. A maioria dos geradores de aeronaves tem uma velocidade em que elas começam a produzir a sua tensão. Esta é denominada de velocidade inicial e normalmente é de cerca de 1500 RPM. ALTERNATOR RATINGS Alternadores AC são classificados em volt-ampere, que é uma medida da potência aparente sendo produzida pelo gerador. Porque a maioria dos alternadores AC produz uma grande quantidade de energia, as suas notações são geralmente expressas em quilo-volt ampères, ou KVA. Um Boeing 727 AC alternador produz 45 KVA. Componente Unidade Usada Geradores X Amps a X volts Alternadores X KVA Starter Generator O Starter é um motor elétrico que é usado para girar o eixo do compressor e da turbina impulsionando-o a uma velocidade suficiente para que o motor inicie e sustente o funcionamento continuo. O Generator (gerador) é um componente semelhante ao starter que ao receber energia cinética no sentido de girar seu eixo produz energia elétrica. • Starter Generator – É um componente único que faz as duas funções partida e geração de energia elétrica. • Ausente em Motores a Pistão: Devido as características de alto torque necessário na partida de motores a pistão exigindo um motor de partida bem diferentes de um gerador ou alternador, não se utiliza o aproveitamento do mesmo componente para as duas funções. • Starter Generator – esta opção é utilizada em aeronaves a turbina como forma de economizar peso e custo de manutenção, já que é um componente relativamente pesado. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 16 Learjet 35 – Starter e Generator Componentes Agregados a Geração de Energia • Retificador. • Inversor • Regulador de Voltagem • Caixa de Paralelismo • Inversor – Converte corrente DC em AC para que possam ser usados em equipamento e aplicações que exijam corrente alternada como giroscópios , luzes florescentes e etc. Retificadores Retificadores convertem energia elétrica AC em DC. Os circuitos retificadores filtram a parte negativa da senoide como pode ser visto na figura ao lado. Regulador de Voltagem Regula a voltagem gerada pelos geradores ou Alternadores para mante-la constante mesmo com as constantes variações de velocidade do motores. Caixa de Paralelismo Usada em sistemas elétricos de geração múltipla para sincronizar a fazes das diversas fontes geradoras de energia. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 17 Baterias Funções Principais: • Partida nos motores • Funcionamento dos rádios e outros equipamentos no solo • Emergência na falha de geradores Tipos de Baterias Na aviação são usadas dois tipos de baterias, as Baterias Ácidas e as Baterias Alcalinas. As baterias ácidas podem ser do tipo seladas. Ácidas Alcalinas Ácida Selada Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 18 Baterias Ácidas Nas Baterias Ácidas as placas de chumbo imersas dentro de um eletrólito trocam íons provocando a corrente elétrica. Vantagens: • Custo mais baixo • Manutenção mais fácil • Segurança Desvantagens: • Não mantém voltagem constante no final da carga • Peso elevado • Em Caso de vazamento, prejuízo elevado. O pólo positivo é coberto com peróxido de Chumbo (PbO2) enquanto pólo negativo é de chumbo puro. Carga � PbO2 + 2H2SO4 + Pb � 2 PbSO4 + H2O Descarga O Eletrólito é uma solução de Ácido Sulfúrico (H2SO4) e água. Durante a carga o oxigênio é exalado no eletrodo positivo, enquanto o hidrogênio gerado no eletrodo negativo também exala fazendo com que a bateria perca hidrogênio e Oxigênio, água, que tem que ser completada Para se saber se a bateria está com a carga correta ou se o acido contem íons suficiente utiliza- se o decímetro para medir a densidade do acido. O decímetro para baterias já tem a escala que indica o nível de carga das mesmas. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 19 Densímetros Bateria Alcalina Bateria Alcalina – Eletrodos de materiais diferentes trocam íons entre si através do eletrólito. (Níquel-Cádmio) Vantagens: • A curva de fornecimento de energia mais constante. Mantém voltagem constante por mais tempo. • Baixo Peso Desvantagens: • Custo Elevado • Manutenção cara • Requer cuidados na operação As Baterias de níquel cádmio usam hidróxido de níquel como material ativo para a placa positiva e hidróxido de cádmio para a placa negativa. O eletrólito é a uma solução aquosa de hidróxido de potássio contendo pequena quantidade de hidróxido de lítio para melhorar o ciclo de vida e a operação em temperaturas altas. O eletrólito é usado somente como meio para transferência de íons, não sofre nenhuma alteração química durante o processo de carga/descarga. Cada célula fornece 1,2 Vdc Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 20 Baterias Seladas Chamadas de “Valve Regulated Bateries”, são baterias que não requerem manutenção e não têm eletrólito livre em seu interior. Elas re-combinam os gazes exalados no processo químico e podem ser utilizadas em qualquer atitude da aeronave já que não estão propicias a vazamentos. Vantagens: • Não vazam • Não requerem manutenção periódica • Não exalam gases. • Baixa queda de voltagem durante a descarga. Sistema Elétrico Sistemas deAeronaves I Página 21 Cuidados 1. Descarga/Recarga a) Não recarregar com GPU b) Cuidado para não descarregar completamente 2. Manutenção Periódica 3. Preservação em caso de inatividade Bateria de Emergência A bateria de emergência é um componente formado por um conjunto de baterias recarregáveis de Ni-Cd ou Ni Metal Hidreto, como as utilizadas em telefones celulares. Várias baterias ligadas em série até somarem os 12 ou 24 Vdc necessários a funcionar certos sistemas essenciais na aeronave. Quando não estão sendo usadas estão sendo constantemente recarregadas pelo sistema elétrico da aeronave. Função: Em caso de falha do sistema de elétrico onde não haja energia disponível nem dos geradores nem das baterias principais, a bateria de emergência propicia energia para Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 22 equipamentos essenciais ao vôo como horizonte de emergência, alguma luz de cabine e algum rádio. A bateria de emergência deve durar 2,5 horas com os equipamentos mínimos para a navegação noturna. A lista de itens alimentados varia com o tipo de avião e a capacidade e a quantidade de baterias a bordo. Voltagem 18-36 VDC (28 VDC nominal), 15A max. Composição: Várias baterias de 1,2 VDC cada, ligadas em série, fazendo uma malha para compor 12 ou 24V Teste: Algumas baterias dispõe de Led’s coloridos (verde e vermelhos que indicam seu estado quando se aperta o botão de testes. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 23 Medidores Alguns instrumentos são usados para medir o fornecimento de energia elétrica. • Amperímetros • Voltímetros • Temperaturas de baterias O amperímetro mede a corrente elétrica que esta passando do sistema para a bateria (Carga) ou da bateria para o sistema (Descarga). Indica o funcionamento correto do alternador/gerador e das baterias. O voltímetro mede a diferença de potencial do sistema e é muito útil para se saber a condição das baterias para partida dos motores e o correto funcionamento dos geradores/alternadores. - Voltímetros AC – (115 VAC) - Voltímetros DC – (12 a 16 VDC ou 24 a 33 VDC) Notem na figura ao lado que o amperímetro funciona em série e o voltímetro funciona em paralelo com o circuito. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 24 Medidores de temperatura das baterias: Usado somente para baterias alcalinas (Níquel-Cádmio), medem a temperatura interna já que o seu mau funcionamento pode causar aquecimento até a explosão. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 25 Comandos Starter Generator Switch: Na maioria das aeronaves a turbina, a chave tanto de starter como de gerador é mesma já que as duas funções nunca serão usadas ao mesmo tempo. Master Switch: Liga as baterias. Pode ser uma única chave ou uma para cada bateria. Seguem diversos tipos de chaves e seus símbolos. Este tipo de chave é muito utilizado com chave de teste para vários sistemas ao mesmo tempo. Em cada posição da chave um sistema é testado Inverter Switch: Liga os inversores que alimentarão a barra AC. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 26 Relés Um relé é um dispositivo eletromecânico utilizado para acionar/desligar dispositivos elétricos e eletrônicos. Normalmente, o relé é conectado a dois circuitos. Quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pelo dispositivo, um campo eletromagnético é gerado, acionando o relé e possibilitando o funcionamento do segundo circuito. Uma das características do relé é que ele pode ser energizado com correntes muito pequenas em relação à corrente que o circuito controlado exige para funcionar. Isso significa a possibilidade de controlarmos circuitos de altas correntes como motores, lâmpadas e máquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos eletrônicos fracos como transistores, circuitos integrados, fotoresistores etc. A função do relé é não sobrecarregar a chave de acionamento de um dado circuito elétrico. Assim a chave acionará apenas o circuito de comando do relé, que utiliza corrente bem menor que o circuito controlado. A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena potência da ordem de 0,1A não conseguiria controlar um motor ou uma lâmpada, mas pode ativar um relé e através dele controlar a carga de alta potência. Outra característica importante dos relés é a segurança dada pelo isolamento do circuito de controle em relação ao circuito que está sendo controlado. Não existe contato elétrico entre o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do relé, o que significa que não há passagem de qualquer corrente do circuito que ativa o relé para o circuito que ele controla. Se o circuito controlado for de alta tensão, por exemplo, este isolamento pode ser importante em termos de segurança. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 27 Circuit Brakers Função: Proteger o circuito ou o equipamento de possíveis sobrecargas. Tipos: � Descartáveis � Térmicos Distribuição e localização no Learjet 35 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 28 A corrente máxima permitida para cada circuit braker vem escrita no topo de cada unidade. Alguns circuit brakers costumam ser pintados indicando necessidade atenção em emergências ou procedimentos comuns em caso de aeronave no solo. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 29 Limitadores de Corrente Função: Proteger o sistema elétrico de mau funcionamento em geral em circuitos de alta corrente. Funcionamento: Interrompe a corrente pela queima de filamento. Em caso de rompimento, deve ser substituído. Não há recuperação. Atuadores Elétricos Sempre acionados através de motores elétricos • Atuadores Circulares – Usam roldanas e cabos para transmitir o movimento. • Atuadores Longitudinais – Usam engrenagens para transformar movimento circular em retilíneo. Nesta série de aeronaves o steering(direção) é comandado por um atuador elétrico ligado ao trem de pouso da Bequilha. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 30 Atuador de steering de Learjet 30 Atuadores de Solenoides Electricos A typical electric solenoid actuator is shown in Figure. It consists of a coil, armature, spring, and stem. The coil is connected to an external current supply. The spring rests on the armature to force it downward. The armature moves vertically inside the coil and transmits its motion through the stem to the valve. When current flows through the coil, a magnetic field forms around the coil. The magnetic field attracts the armature toward the center of the coil. As the armature moves upward, the spring collapses and the valve opens. When the circuit is opened and current stops flowing to the coil, the magnetic field collapses. This allows the spring to expand and shut the valve. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 31 Hot Bus (Barra Quente) É o circuito elétrico ligado diretamente na bateria e que não pode ser desligado por nenhuma chave no painel. Exemplos: • Luzes de porta • Fechadura elétricas • Alimentação de relógios • Iluminação de bagageiro • Comando da Bomba Hidráulica Auxiliar • Comando de Abastecimento • Controle de Stall AC Power Corrente Alternada: A Corrente Alternada é a forma mais eficaz de se transmitir uma corrente elétrica para longas distâncias. Por isto ela é usada nas linhas de transmissão e conseqüentemente em nossas residências. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 32 Nela os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo. No Brasil esta variação é de 60 Hz (60 ciclos a cada segundo). Na aviação sua utilização é na voltagem de 115V e na freqüência de 400Hz e se dá devido a aplicações especificas que exigemeste tipo de corrente para o funcionamento. Já que a corrente disponível é toda continua e precisa ser convertida em alternada para estas aplicações. Inversor (Inverter): Equipamento que converte corrente continua 28DC em alternada: • 115 VAC 400Hz • 26 VAC 400Hz Exemplos de Utilização: Iluminação Fluorescente de Cabine Instrumentos AC • Horizonte • Gyro • Fly Director • Pressão de óleo • Medidor de Torque dos Motores 26VAC (Turbo Hélices) Os motores AC são mais baratos, robustos, de baixa manutenção, versáteis, e de maior eficiência energética do que os motores DC, por isto são usados em algumas aplicações aeronáutica de alta precisão como os Gyros. Podemos ver um clássico exemplo de motores CA na figura a cima, onde temos um motor desse tipo em corte. Notem que seu rotor é constituído por um conjunto de barras não isoladas e interligadas através de anéis em curto-circuito. Essa é a principal característica desse motor, cujo rotor não é alimentado externamente, sendo que as correntes que nele circulam são induzidas eletromagneticamente pelo estator. Na verdade, é o estator que é ligado a rede de alimentação. Uma aplicação clássica da corrente alternada é a iluminação florescente que requer a vibração do gás dentro bulbo para a produção de luz. Esta vibração é produzida aproveitando a ciclagem da corrente. 110VAc – Outra aplicação é nas tomadas nos lavatórios, na cabine de passageiros e na galey para que possam ser utilizados eletrodomésticos convencionais como barbeadores computadores e fornos e etc. Neste caso conversores disponibilizam 110V Ac com 60Hz num circuito a parte. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 33 ACW Power Em algumas aeronaves é usada uma corrente chamada ACW (Wild) para funções onde não é necessária muita precisão na diferença de potencia como pro exemplo o aquecimento de superfícies contra gelo. Nesta tarefa, a corrente será usada em resistências elétricas para gerar calor e pode ter maiores variações de corrente e voltagem com a rotação do alternador e por isto é distribuída em uma barra diferente de AC. Ex: ATR e BAe Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 34 787 - The Present O uso de sistemas elétricos no novo avião reduzirá o uso de combustível e aumentará a eficiência operacional. Mike Sinnett, Director, 787 Systems O principal fator de diferenciação na arquitetura de sistemas do 787 é sua ênfase em sistemas elétricos, que substituem a maioria dos sistemas pneumáticos tradicionais encontradas em aviões comerciais. Uma das vantagens da arquitetura no-bleed de sistemas elétricos é o maior ganho de eficiência em termos de redução da queima de combustível. De acordo com as contas do projeto, haverá uma economia de combustível de cerca de 3%. O 787 também oferece aos operadores a eficiência operacional, devido às vantagens dos sistemas elétricos, em comparação com sistemas pneumáticos em termos de peso e os custos do ciclo de vida reduzida. Este artigo explora o sistema de arquitetura no-bleed do 787 e explica como acontece a eficiência deste avião. JUSTIFICATIVA DO PORQUE MUDAR PARA UM AVIÃO MAIS ELÉTRICO Os recentes avanços na tecnologia têm permitido a Boeing incorporar a nova arquitetura do sistemas sem sangria do 787, que elimina o tradicional sistema pneumático de múltiplas sangrias e converte a fonte de alimentação da maioria das funções anteriormente movidas pelo ar em movidas por energia elétrica (por exemplo, o ar-condicionado e sistemas anti-gelo da asa). A arquitetura do sistema sem sangria oferece uma série de benefícios, incluindo: • Menor consumo de combustível, devido à maior eficiência na extração, transferência e uso de energia secundária. • Custos de manutenção reduzidos, devido à eliminação da manutenção intensa do sistemas de sangria. • Maior confiabilidade devido à utilização da moderna eletrônica de potência e menos componentes na instalação do motor. • Alcance expandido e menor consumo de combustível devido ao menor peso geral. • Custos de manutenção reduzidos e maior confiabilidade, pois a arquitetura usa menos peças do que os sistemas anteriores. O 787 usa a arquitetura dos sistemas no-bleed que permitirá que os motores do avião produzam empuxo de forma mais eficiente - todo o ar de alta velocidade produzido pelos motores vai para o empuxo. Os sistemas pneumáticos que desviam o ar a alta velocidade dos motores dos aviões convencionais para algumas linhas aumentam o consumo de combustível do motor. A Boeing acredita que o uso de energia elétrica é mais eficiente do que a energia pneumática gerada pelo próprio motor e espera que a nova arquitetura vá extrair até de 35 % menos energia dos motores. Os sistemas pneumáticos convencionais geralmente desenvolvem mais potência do que o necessário na maioria das condições, causando excesso de energia a ser desperdiçada. • O duto usado para passar o ar pressurizado ao redor do avião emprega válvulas de retenção e pré-resfriadores e é feita de titânio, que acrescenta centenas de quilos de peso ao avião. O sistema elétrico também é intrinsecamente mais fácil de acompanhar e controlar e só produz a energia suficiente, conforme necessário. A força, que sai dos geradores em Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 35 freqüências variáveis, está condicionada na baía de eletrônicos, antes de ser distribuídas para os sistemas apropriados. O 787 usa um sistema elétrico que é um sistema híbrido de tensão constituído dos seguintes tipos de tensão: 235 volts de corrente alternada (VAC), 115 VAC, 28 volts de corrente contínua (VDC) e ± 270 VDC. A 115 VAC e 28 tipos de tensão VDC são tradicionais, enquanto que o VAC ± 235 e 270 tipos de tensão VDC são a conseqüência do não-sangramento arquitetura elétrica que resulta em um amplo sistema de geração elétrica duas vezes mais electricidade do que os modelos anteriores avião Boeing . O sistema inclui seis geradores - dois por motor e dois por APU - operando em 235 VAC para reduzir o peso do gerador de alimentação. O sistema também inclui os recipientes à terra de alimentação para a manutenção do avião no solo sem o uso da APU. Os geradores estão diretamente ligados a caixas de velocidades do motor e, portanto, operar em uma freqüência variável (360-800 hertz) proporcional à velocidade do motor. Este tipo de gerador é o mais simples eo método de geração mais eficiente, pois não inclui a unidade de velocidade constante complexa, que é o componente chave de um gerador de unidade integrada (IDG). Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 36 Como resultado, os geradores devem ser mais confiáveis, exigem menos manutenção, e reduzir os custos de reposição do que o IDGs * tradicional. The electrical system features two electrical/electronics (E/E) bays, one forward and one aft, as well as a number of remote power distribution units (RPDU) for supporting airplane electrical equipment. The system saves weight by reducing the size of power feeders. A limited number of 235 VAC electrical equipment is supplied from the aft E/E bay, while the majority of airplane electrical equipment, being either 115 VAC or 28 VDC, are supported by the forward E/E bay and RPDU’s as shown schematically in figure 3. The RPDU’s are largely based on solid-state power controllers (SSPC) instead of the traditional thermal circuit breakers and relays. The ±270 VDC system is supplied by four auto-transformer-rectifier units that convert 235 VAC power to ±270 VDC. The ±270 VDC system supports a handful of large-rated adjustable speed motors required for the no-bleed architecture. These include cabin pressurization compressor motors, ram air fan motors, the nitrogen-generation-system compressor used for fuel-tank inerting, and large hydraulic pump motors. The system, as shown in figure 3, features two forward 115 VAC external power receptacles to service the airplaneon the ground without the APU and two aft 115 VAC external power receptacles for maintenance activities that require running the large-rated adjustable speed motors. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 37 The 787's engine-start and APU-start functions are performed by extensions of the method that has been successfully used for the APU in the Next-Generation 737 airplane family. In this method, the generators are run as synchronous starting motors with the starting process being controlled by start converters. The start converters provide conditioned electrical power (adjustable voltage and adjustable frequency) to the generators during the start for optimum start performance. Unlike the air turbine engine starters in the traditional architecture that are not used while the respective engines are not running, the start converters will be used after the respective engine is started. The engine- and APU-start converters will function as the motor controller for cabin pressurization compressor motors. Normally, both generators on the APU and both generators on the engine are used for optimum start performance. However, in case of a generator failure, the remaining generator may be used for engine starting but at a slower pace. For APU starting, only one generator is required. The power source for APU starting may be the airplane battery, a ground power source, or an engine-driven generator. The power source for engine starting may be the APU generators, engine-driven generators on the opposite side engine, or two forward 115 VAC ground power sources. The aft external power receptacles may be used for a faster start, if desired. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 38 Esquema Elétrico Usado para treinamento de pessoal, para se entender o funcionamento geral de um sistema. Não traz detalhes suficiente para a localização de componentes e identificação de plugs e fiação. Diagramas Elétricos Os diagramas elétricos trazem detalhes suficientes para a localização de componentes e identificação de plugs e fios sem a qual seria impossível a localização de um problema principalmente em aeronaves. Codificação da Fiação Utilizada para que se possa localizar cada fio de acordo com o diagrama do sistema. Os códigos impressos em cada fio indicam sua localização e o sistema a que pertencem. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 39 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 40 Contem símbolos, numeração da fiação e indicação de posicionamento que permite ao técnico entender o sistema, achar solução para os problemas e encontrar cada ponto do diagrama no avião. Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 41 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 42 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 43 APU Auxiliar Power Unity Unidade de Potência Auxiliar. Definição: A Unidade de Potência Auxiliar é um equipamento de bordo movido a combustível (em geral o mesmo da aeronave). Nos aviões mais modernos é um pequeno motor a reação em cuja caixa de acessórios são fixados componentes de auxilio como geradores e bombas. Função: Proporcionar energia elétrica ou pneumática para a aeronave principalmente enquanto no solo para a partida dos motores e ar condicionado. Utilizado também em voo dependendo do projeto da aeronave e da necessidade. Funcionamento: Motor a turbina, de pequeno porte movido a querosene (JET-A1), o mesmo do avião. Onde é usado: É item opcional de alguns aviões a jato de médio porte e mandatário em aviões de grande porte. Por causa do peso e do custo é proibitivo em aeronaves de menor porte, mesmo que a jato. Localização: Em geral na parte traseira da fuselagem. Energia: 14V ou 28V DC 400A Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 44 Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 45 Muitas vezes localizado na parte traseira da aeronave por motivo de ruído e de direcionamento de seus gases de escape. 787 APU � As in a traditional architecture, the APU in the no-bleed electrical architecture is mounted in the airplane tail cone, but it provides only electrical power. Consequently, it is much simpler than the APU for the traditional architecture because all of the components associated with the pneumatic power delivery are eliminated. This should result in a significant improvement in APU reliability and required maintenance. Figure shows the APU for a 767-400 airplane, identifying the pneumatic portions that will be eliminated in a no-bleed electrical architecture. � Moreover, taking advantage of the variable frequency feature of the 787 electrical system, the APU operates at a variable speed for improved performance. The operating speed is based on the ambient temperature and will be within a 15 percent range of the nominal speed. Fabricante Limite deEGT Limites de Partida Autitude Máxiam de Usol Bleed and Eletrics Bleed Only Eletrics Only Garrett Maximo 760ºC 2º s/ espera 10.000ft 17.000ft 35.000ft Sudstreem Sem limite 1º ao 3º s/ espera 10.000ft 17.000ft 37.000ft Allied Signal Sem limite Sem limites 10.000ft 17.000ft 41.000ft Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 46 GPU Groud Power Unity Unidade de Potência de Solo Função: Proporcionar energia elétrica para a aeronave no solo economizando as baterias para o uso de rádios, ar condicionado e principalmente para a partida dos motores. A partida de alguns motores é feita com ar comprimido. Neste caso as unidades de apoio de solo também fornecem este item. Tipos: 1- Movidos por motor à Combustão (diesel ou gasolina). 2- Elétricos – alimentados em geral por corrente trifásica. Em muitos aeroportos existem tomadas disponíveis para GPU’s próximas aos “T”. Este modelo também é muito usado dentro dos hangares como apoio a manutenção. Saída: 14V ou 28V DC 400A Sistema Elétrico Sistemas de Aeronaves I Página 47 MAIN FEATURES: • Up to140KVA's, 400Hz A.C. • Up to 2.500 A (peak) at 28,5V D.C. • Digital display . • Only one diesel engine. • Tow tractor with 3.000 lbs draw-bar pull capacity. Algumas Vantagens: 1. Economia considerável nas baterias da aeronave. 2. Partida mais eficiente já que a carga fornecida ao motor de partida é constante. 3. Redução do custo operacional por causa do menor desgaste dos motores por provocar partidas mais frias 4. Pode fornecer energia para manter os sistemas de cabine em funcionamento por horas 5. Em algumas aeronaves, pode manter o ar condicionado em funcionamento para refrigerar a aeronave no solo.
Compartilhar