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ETSEIAT El sistema eléctrico del avión Departament d’Enginyeria Elèctrica 2. Estructura del sistema eléctrico Última revisión: 20130202
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ETSEIAT
El sistema eléctrico del avión
Departament d’Enginyeria Elèctrica
2. Estructura del sistema eléctrico
Última revisión: 20130202
J. Montanyà
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión 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 lossiguientes elementos:
Generación.
Conversión.
Distribución.
Mando y control.
Medida, señalización y visualización.
Protección.
Consumo (usuario).
2. Estructura del sistema eléctrico
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
2. Estructura del sistema eléctrico
Estructura del sistemaeléctrico del avión.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
Generación.
Representa la parte principal del sistema eléctrico del avión.
Tiene la misión de generar la energía necesaria para que todos los elementosque necesitan suministro eléctrico puedan funcionar.
Además debe disponer de sistemas redundantes y de emergencia, de maneraque bajo ninguna circunstancia los sistemas básicos del avión puedan quedarsesin suministro eléctrico.
Por este motivo, el bloque de generación de un avión es una combinación dedispositivos generadores.
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l avión
Generación.
Generadores PrincipalesSe encargan de producir la energía necesaria en el avión durante el régimen normal de vuelo.
Son arrastrados por los motores principales del avión.
Generadores auxiliaresSon los encargados de suministrar la energía eléctrica en situaciones especiales: Operación de laaeronave en tierra o en situación de emergencia.
APU (Auxiliary Power Unit).
Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine).
Baterías.
GPU (Ground Power Unit).
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
A320
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l avión
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l avión
Generadores auxiliares Generador del APU (Auxiliary Power Unit).
http://www.hs-powersystems.com/prodindex.htm
• 90 kVA Oil-Cooled Generator
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l avión
Generadores auxiliares Generador del APU (Auxiliary Power Unit).
La APU suele ser un motor de combustión independiente, aunque en algún caso tambiénpueden 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 encabina 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 ensituaciones de emergencia.
Existen aviones en los que este sistema sólo se puede utilizar en tierra.
http://www.boeing-727.com/Data/systems/infoapu.html
2. Estructura del sistema eléctrico
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
2. Estructura del sistema eléctrico
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
2. Estructura del sistema eléctrico
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l avión
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l avión
2. Estructura del sistema eléctrico
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
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 suficientesuministro eléctrico ni por parte de los generadores principales ni por parte del generadordel APU.
Gracias a la velocidad del avión, la hélice es accionada por el viento que a su vez mueveel alternador que lleva asociado el RAT.
Las hélices que incorporan estos sistemas suele ser de unos 80 cm de diámetro.
2. Estructura del sistema eléctrico
If both Main AC busses lose power and the airspeedis 100 kts. (51 m/s) or more the RAT willautomatically deploy.
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l avión
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l avión
Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine).
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l avión
Bloque de generación. Generadores auxiliares Generador de Emergencia. RAT (Ram Air Turbine).
A 380
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
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.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
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.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión Airbus A 380:
4 generadores trifásicos principales de 150 kVA a frecuencia variable (370 – 770 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 A380dispone 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.
2. Estructura del sistema eléctrico
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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l avión
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión Conversión.
En los aviones actuales, existen dispositivos que van alimentados tanto enDC como en AC. Además también es común encontrar diferentes niveles detensión.
Para poder obtener todas las tensiones necesarias desde cualquier elementogenerador, es necesario disponer de todo tipo de módulos para la conversión detensión.
Suelen ser común que el avión se encuentre dividido en zonas, cada una deestas zonas tiene una tensión y una frecuencia concretas de trabajo.
Para conseguir un alto grado de fiabilidad, deben existir equiposredundantes.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
Conversión.
Los equipos que permiten convertir la magnitud de tensión suministrada enotra de valores diferentes se clasifican en:
Transformadores: AC – AC
Rectificadores: AC – DC
Inversores (onduladores): DC – AC
Choppers (troceadores): DC – DC
Convertidores de frecuencia.
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2. Estructura del sistema eléctrico
Transformer Rectifier Unit
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2. Estructura del sistema eléctrico
Transformer Rectifier Unit
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Inverter
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Inverter
Square‐wave inverter
Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]
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l avión
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Inverter PWM inverter
Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]
Unipolar modulation
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
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l avión
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Inverter PWM inverter
Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]
Unipolar modulation
ratio de modulación en amplitud
m V
Va
control
tri
mffs
S1
ratio de modulación en frecuencia
)2/(1 VdmoV a
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Inverter PWM inverter
Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]
Modulación unipolar
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Inverter 3‐pahse PWM inverter
Figuras de [Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics. Converters, Applications, and Design, Willey, 1995 ]
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VdmV afase
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ulo 1: El sistema eléctrico de
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Distribución.
Una vez generada la energía necesaria y transformadaen las condiciones de uso, es necesario llevar hasta todoslos puntos de consumo.
Para conseguir esto, la distribución de tensiones por elavión se realiza utilizando:
Barras de distribución.
El cableado.
Accesorios (bandejas de soporte, elementos desujeción, conectores, etc.)
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión
Bloque de mando y control.
Los elementos del bloque de mando y control son losencargados de transmitir las ordenes al sistema de lo quedebe realizarse en cada momento.
Muchos de estos sistemas pueden funcionar de maneraautomática, pero también manual.
Este bloque está estrechamente ligado al de medida, yaque las decisiones de mando o control que se tomen encada momento, van a depender de la informacióndisponible.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
l avión Medida, señalización y visualización.
Para el correcto funcionamiento y control de laaeronave, es necesario disponer de una informacióncompleta en todo momento.
Este implica medir correctamente todas aquellasmagnitudes físicas y eléctricas. De ello depende que elsistema se comporte de la manera esperada.
Esta información debe llevarse hasta los equipos decontrol con la mayor calidad posible (libre de cualquiertipo de interferencias).
Además, debe mostrarse de una manera eficiente yefectiva. Su consulta debe ser lo más intuitiva posible.
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ulo 1: El sistema eléctrico de
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Protección.
Esta parte de la instalación eléctrica es básica yfundamental.
Esta bloque de la instalación es el que debe proteger losequipos y a las personas de cualquier situación anómala.
Los equipos destinados a la protección de la instalacióneléctrica deben pasar, de manera especial, unos controlesde calidad muy exhaustivos.
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Consumo (usuario).
En este bloque de la instalación se encuentran todosaquellos elementos destinados principalmente a darconfort 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 seralimentado, debería considerarse como una carga(consumo).
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l avión
http://www.hamiltonsundstrand.com/
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Primary Power Centre
Secondary Power Centre
Emergency Power Centre
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2. Estructura del sistema eléctrico
![6114467 Materiales Compuestos Aeronautica Airbus[1]](https://static.fdocuments.es/doc/165x107/55721355497959fc0b9218d8/6114467-materiales-compuestos-aeronautica-airbus1.jpg)
