Impianto elettrico. Utenze

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Bartolomeo Natali
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1 Impianto elettrico 1 Utenze 2

2 Utenze e tipi di corrente Motori Risclad. Illuminaz. Avionica Scorta AC DC 3 Generalità Generatori AC e DC (Accumulatori) CSD, IDG etc Accumulatori Fusibili Relè Breakers Cavi Motori elettrici Resistenze Apparati 4

3 Leggi di Ohm V R W = R I = ρ L S = V I V = tensione R = resistenza I = intensità ρ = resistività L = lunghezza cavo S = sezione cavo W = potenza S W ρ L = 2 V A pari potenza W, la sezione S decresce col crescere della tensione V 5 Tipi di corrente Tipo di corrente DC AC Tensione (V) /200 Frequenza (Hz) - Variabile o 400 6

4 Tipologie di impianto AC GENERATOR AC USES AC DC CONVERSION DC USES AC PRIMARY BATT DC PRIMARY BATT DC GENERATOR DC USES DC AC CONVERSION AC USES 7 Tendenze di installazione Grandi e medi velivoli civili (trasporto regionale, executive, airliners, grandi elicotteri), velivoli militari: impianto primario in AC e trasformazione in DC per batterie ed utenze specifiche Piccoli e medi velivoli civili (executive, elicotteri, aviazione generale): impianto primario in DC e trasformazione in AC per utenze specifiche 8

5 Architettura dei bus 9 Generazione DC 10

6 Generazione AC monofase con armatura rotante TENSIONE TEMPO con campo rotante 11 Generazione AC monofase con campo magnetico rotante Assenza di contatti striscianti Realizzazione pratica: Campo magnetico rotante, generato da generatore DC (eccitatore), induce AC in armature fisse 12

7 Generazione AC trifase Tre armature di avvolgimenti posizionate con uno sfasamento di Output AC FREQUENZA Frequenza f di output proporzionale a velocità angolare n e numero di poli p: n p f = 120 (n in rpm e f in Hz) TENSIONE Tensione di output proporzionale a numero di avvolgimenti, velocità angolare n e intensità di campo magnetico 14

8 Messa in parallelo alternatori Sono necessari generatori a frequenza costante ed in fase? 15 Sistemi a frequenza costante CSD 16

9 Sistemi a frequenza costante CSD (Constant Speed Drive): differenziale + sistema idraulico pompa-motore IDG (Integrated Drive Generator): alternatore + CSD 17 Sistemi a frequenza costante VSCF (Variable Speed Constant Frequency converter): componente elettronico allo stato solido che converte frequenze variabili a costante 400 Hz Vantaggi: alta affidabilità, auto-test, assenza di componenti mobili e di parti idrauliche 18

10 Esempi di installazioni 19 Conversioni AC DC AC DC: TRU (Transformer Rectifier Units) costituiti da avvolgimenti e ponti di diodi 20

11 Conversioni DC AC DC AC: inverter statici, basati su componenti elettronici con circuiti oscillanti 21 Motori elettrici Utilizzi principali Avviamento propulsori Azionamento flap e comandi di volo (non frequente) Alette di trimmaggio Comando valvole nell impianto pneumatico Azionamento pompe combustibile Strumenti giroscopici Peso/potenza = 3 kg/kw (aeronautici) 22

12 Motori DC Stesso principio di funzionamento dei generatori DC Reversibili Azionamento carrello, flap e avviamento motori su piccoli velivoli; controllo valvole su grossi velivoli 23 Motori AC Principio di funzionamento basato su elettromagnetismo indotto, come DC Generalmente minore peso/potenza rispetto DC Motori sincroni trifase usati per pompe idrauliche, pompe combustibile e ventole di raffreddamento Motori reversibili monofase usati per comandare valvole e piccole attuazioni 24

13 Principio di funzionamento motori sicroni trifase 25 Luci esterne 26

14 Fusibili e breaker Interruzione in caso di sovracorrente Fusibili: risposta pronta ma necessitano di sostituzione Breaker: risposta più lenta ma riattivabili 27 Accumulatori Scorta di DC Utilizzabile per periodi limitati: accensione APU e propulsori in assenza di assistenza a terra, o generazione elettrica di emergenza 2 tipi: Pb e Ni-Cd 28

15 Principio di funzionamento Se due barre di diversi materiali conduttori sono immerse in un elettrolita, si addensano cariche elettriche opposte alle due barre (Elettrolita: soluzione chimica che conduce corrente elettrica e da cui è decomposta) Batteria di celle collegate in serie 29 Parametri principali Capacità [Ah]: intensità di corrente per tempo di erogazione; decresce all aumentare dell intensità (attraverso l efficienza); es: 5 h 20 min 5 min A Ah A Ah A Ah Energia specifica [Wh/kg] 30

16 Accumulatori al Pb Celle da 2.1 V costituite da elettrodi di PbO 2 e Pb spugnoso e da elettrolita di soluzione acquosa di H 2 SO 4 Reazione: PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O Elettrodi: PbO 2 + 4H + + SO e - PbSO 4 + 2H 2 O Pb + SO 4 -- PbSO 4 + 2e - 31 Accumulatori al Pb Basso costo Bassa memoria di carica Energia specifica attorno ai 30 Wh/kg 32

17 Accumulatori al NiCd Celle da 1.2 V costituite da elettrodi di Cd e NiOOH e da elettrolita di soluzione acquosa di KOH Reazione: Cd + 2H 2 O + 2NiOOH 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 Elettrodi: Cd Cd e - Cd OH - Cd(OH) 2 2NiOOH + 2e - + 2H 2 O 2Ni(OH) 2 + 2OH - 33 Accumulatori al NiCd Bassa manutenzione Elevata efficienza ad elevate intensità di scarica e carica Tensione stabile durante la scarica Elevato numero di cicli Elevata energia specifica (60 Wh/kg) 34

18 Diagramma di scarica 35 Accumulatori all AgZn Solo per emergenza Costo elevato Cicli di vita limitati (< 100) Elevatissima energia specifica (200 Wh/kg) 36

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