¿Qué tan estable es el poder del "cliente" en un avión comercial?

Hay un artículo bastante bueno sobre el diseño del sistema eléctrico del 777 aquí.

La energía para la aviónica debe estar limpia para garantizar que no haya picos o caídas que puedan causar fallas en la aviónica, ya que esto podría conducir a declaraciones de emergencia que de otro modo podrían evitarse.

Los sistemas de aviónica y energía de pasajeros son dos sistemas completamente diferentes. El sistema de alimentación del instrumento de 28 V se extrae directamente de la fuente ,

Los instrumentos de vuelo del 777 funcionan principalmente con 28 voltios CC. La energía de corriente continua es suministrada por unidades transformadoras-rectificadoras trifásicas. Hay cuatro unidades de este tipo, cada una con una capacidad nominal de 120 amperios.

Esto se extrae directamente de la salida del generador/alternador del avión . Todo, desde su clásico Cessna 152 hasta un 777, regula sus alternadores/generadores con reguladores de voltaje y fusibles para proteger contra sobrecargas de corriente. Estas cosas funcionan en conjunto para proteger la aviónica y los sistemas de energía internos del avión. El sistema de 28 V CC para la aviónica también está conectado al sistema de batería, lo que evita caídas en caso de que los generadores tengan problemas para generar suficiente energía o se apaguen por completo.

El resto del avión está alimentado por un sistema de 110/200V 400Hz.

El sistema eléctrico principal es un sistema trifásico, de 4 hilos, de frecuencia constante, 400 Hz, 115/200 voltios, que ha sido el estándar de la industria en los transportes de aviones comerciales desde el Boeing 707.

Curiosamente, son 400 Hz, todavía estoy buscando ver cómo llegan a 60 Hz.

Dado que el avión ya proporciona energía limpia a la aviónica, la energía que sale de los transformadores para reducirla a 110 V, 60 Hz para las salidas también debería ser bastante limpia.

El poder es bastante "limpio", pero tiene algunas suposiciones incorrectas aquí. El poder no se reduce realmente. Eso es algo que ocurre en la red eléctrica ya que la mayoría de las líneas eléctricas en la calle tienen un voltaje significativamente más alto que el que tienes en los enchufes de tu casa. En este caso, tenemos el lujo de elegir un sistema de alternador/generador que esté cerca (probablemente un poco por encima) de nuestro voltaje requerido. Diapositiva 4 de esta presentación de Boeingalude al hecho de que el sistema emite 115 V (y presumiblemente está acondicionado) y luego se divide en la cabina y en el bus de CC de 28 V. La energía no sale de los transformadores, sale del generador/alternadores, luego se acondiciona y transforma según sea necesario. La estabilidad se logra a través de numerosos acondicionadores y reguladores, consulte el artículo que vinculé para obtener más detalles sobre ellos.

No se preocupe, es seguro cargar su computadora portátil en un jet.

La conversión de CA a CA con cambio de frecuencia de 400 Hz a 50/60 Hz se obtiene primero transformando CA a CC (generalmente a 28 V CC para que sea compatible con las baterías) y luego usando un inversor de energía estático para convertir de CC a CA. El inversor realiza la transformación de tensión en el mismo paso.

Desde la perspectiva de la certificación EASA, la calidad de la electricidad se mide en la salida de los inversores de potencia estáticos.

Los requisitos se describen en ETSO-C73 , con la excepción de la frecuencia, ya que para las salidas de pasajeros, la frecuencia debe ser de 50 Hz o 60 Hz, según los países, en lugar de 400 Hz. Esta excepción se describe en este documento :

Desviarse del párrafo 2.3 de la norma ETSO-C73 adjunta para inversores de potencia de la FAA y proporcionar 50 Hz +/-1 % o 60 Hz +/-1 % en lugar de los 400 Hz requeridos.

El propio ETSO-C73 hace referencia a los requisitos de la FAA:

2.3 Frecuencia : La frecuencia del inversor en todas las condiciones de carga y entorno de prueba será de 400 ciclos por segundo ±1 por ciento a los voltajes de entrada especificados en 2.2a. y 2.2b.

2.4 Voltaje de Salida : El voltaje de salida de fase promedio, bajo las condiciones de entrada especificadas en 2.2a. y 2.2b. y bajo todas las condiciones del entorno de prueba, será de 115 voltios CA +5 por ciento -7 por ciento

2.5 Forma de onda : La forma de onda de salida debe ser sustancialmente sinusoidal y contener menos del 7 por ciento de distorsión armónica en todas las condiciones de carga que no superen el 110 por ciento de salida nominal.

¿Que significa eso?

• Tolerancia del valor de tensión +5%/-7%. Esto es bastante agradable y equivalente a lo que tenemos en casa en los países industrializados. Además, los dispositivos comunes son muy tolerantes a la variación de voltaje, ya que son fáciles de eliminar usando una capacitancia de alto valor.

• Tolerancia de frecuencia ±1% significa ±0,5 Hz. La mayoría de los dispositivos, si no todos , no dependen de una frecuencia de red muy estable. Fue el caso de los primeros relojes digitales para ahorrar el precio de un oscilador de cristal, pero ahora los cristales y PLL se utilizan en todas partes cuando se requiere un reloj estable.

• Forma de onda con un máximo de 7% de armónicos. Esta suele ser la tolerancia más importante. Describe cuánto puede diferir la onda de voltaje de una onda sinusoidal pura.
  Cualquier onda periódica de frecuencia f que no sea exactamente sinusoidal se puede descomponer en un conjunto de ondas senoidales puras cuyas frecuencias serán f, 2f, 3f, 4f, etc, e interproductos. El desglose se obtiene mediante un análisis de Fourier . Los múltiplos de f se denominan frecuencias armónicas , y en la práctica esto es lo mismo que si hubiera múltiples generadores monofrecuencia.

Algunas de esas frecuencias pueden interferir con los receptores o interrumpir otros circuitos debido al cambio de impedancia con la frecuencia. En este caso la amplitud de los armónicos debe ser inferior al 7% de la onda fundamental.

Para la red eléctrica donde vivo :

• La tolerancia de voltaje es de ±10%
• La tolerancia de frecuencia es de ±1%.
• Para los armónicos, esto es más complejo ya que la carga del cliente afecta los armónicos, hay compromisos mutuos que son respectivamente para órdenes 2, 3, 4, 5 y 7: 2 %, 5 %, 1 %, 6 %, 0,5 %, 5 % .

El voltaje de las tomas USB se define en el estándar USB :

• 5 V +0,25 V/−0,55 V (+5 %/-10 %) para USB 3.

No hay dificultad para obtenerlo de cualquier fuente de CC para minimizar las etapas de conversión, las pérdidas y el calor. Esto se puede hacer mediante un convertidor push-pull . Es probable que la alimentación USB se obtenga de 28 VCC .