¿Cómo funciona el A350/380 con generadores de CA de frecuencia variable?

Según Civil Avionics Systems , dicho sistema se encuentra en los aviones Airbus A350, A380, Boeing 787 y en los nuevos aviones comerciales. Pero solo ciertos sistemas usan la CA de frecuencia variable (VF). A saber, motores como en los sistemas de combustible e hidráulicos. Están diseñados para operar a diferentes velocidades con tolerancias permitidas para los modos de operación más lentos.

En resumen, los motores, calentadores, etc., están diseñados para operar con diferentes cargas de manera confiable.

Del manual del 787, los elementos como las pantallas de la cabina y los instrumentos utilizan alimentación de CC en su lugar. Las bombas de combustible de CC, los frenos y los encendedores también se utilizan en el 787.

La razón por la que no se implementó hace décadas es que los motores no se hicieron confiables fácilmente, especialmente los motores de CC. Otro motivo son los requisitos de refrigeración de los controladores de motor; en el 787, por ejemplo, se utiliza refrigeración líquida. Los relés de estado sólido reemplazaron a la mayoría de los interruptores automáticos tradicionales, lo que permitió la desconexión de carga automática. Una razón para ello es limitar aún más el calor generado.

Fragmento del manual del 787.

El sistema VF anterior es, con mucho, el más ligero y menos complicado. Entre este y el sistema IDG, estaba la frecuencia constante de velocidad variable (VSCF) de corta duración utilizada en el McDonnell Douglas MD-90. En sus primeros días, resultó problemático de mantener, pero finalmente logró una alta confiabilidad en el despacho. Al igual que con el VF, los generadores del motor emitieron VF, pero luego se usaron convertidores de derivación (un invento de mediados de los 80) para producir una frecuencia constante. A continuación se muestran las tomas de aire del MD-90 utilizadas para la refrigeración de este sistema que se coloca en compartimentos no presurizados:

Fuentes: airliners.net y un documento MD-90

Relacionado: ¿Por qué los impulsores del generador de velocidad variable del 737 son tan poco confiables?

No es específico para la aviación sino para equipos eléctricos en general: la CA con una frecuencia constante es importante siempre que transmita energía a través de solenoides alimentados directamente desde la red eléctrica. Ahora, tradicionalmente, esto incluía casi todo, excepto dispositivos primitivos basados ​​en calentamiento resistivo (incluidas las bombillas). Obviamente, los motores necesitan generar campos electromagnéticos alternos para empujar sus rotores, y la mayoría de los dispositivos electrónicos no solo pueden funcionar con el suministro dado, sino que necesitan algunos niveles de voltaje específicos: la forma más sencilla de lograrlo es un transformador. En cualquier caso, se necesita una frecuencia de CA confiable si desea que funcione de manera eficiente.

Pero estos dispositivos electromagnéticos tienen sus problemas: son grandes/pesados ​​(más en 50/60 Hz que en 400 Hz) e inflexibles. Si necesita cambiar la velocidad de un motor de CA, debe usar un modelo asíncrono que no tenga la precisión de uno síncrono, emplear técnicas de reducción ineficientes o incluso engranajes mecánicos. Del mismo modo, cambiar el voltaje en un transformador LF (o mantenerlo constante cuando fluctúa la entrada) solo es posible con derivaciones de bobina difíciles de operar o con un derroche de energía resistiva.

En las últimas décadas, hemos obtenido circuitos de estado sólido de conmutación de HF potentes, eficientes y compactos que pueden resolver en gran medida todos estos problemas y no dependen de ninguna entrada de CA fija (ni de frecuencia ni de voltaje). Básicamente utiliza siempre CC (primero rectificando la CA, si es necesario) y luego genera internamente CA de cualquier frecuencia que sea óptima para la aplicación. Esto permite acelerar rápidamente los motores paso a paso a cualquier velocidad y precisión en grados, así como alimentar componentes electrónicos sensibles con el voltaje justo, sin pérdidas significativas ni sensibilidad a la fluctuación de entrada.

Entonces, cuando a ninguno de los consumidores realmente le importen los 400 Hz, también puede permitir que esa frecuencia cambie, si eso significa que la energía necesaria se puede generar de manera más eficiente.

Un VFG en un A350 (Generador de frecuencia variable) varía de 360 ​​Hz a 800 Hz (inactivo al despegue) pero pesa menos que un IDG o CDS tradicional debido al hecho de que tiene menos componentes en su interior ya que no necesita convertir la frecuencia a 400Hz fijo. La mayoría de los componentes que usan CA convierten la frecuencia variable a 400 Hz fijos de todos modos.

La salida del generador es en realidad de 230 V CA, por lo que puede optar por un cableado de mayor calibre para reducir aún más el peso.

Al final del día, todo se trata de la reducción de peso. El A350 también tiene un sistema hidráulico de 5000 psi porque al aumentar la presión puede usar un diámetro más pequeño de tubería de titanio.