Aviones multimotor ligeros
Los aviones multimotor suelen volar más rápido, más alto y más lejos que los monomotores. Las aeronaves multimotor están diseñadas para aumentar la seguridad y la redundancia y, por lo tanto, a menudo contienen un sistema de distribución de energía más complejo en comparación con las aeronaves ligeras monomotor. Con dos motores, estas aeronaves pueden accionar dos alternadores (o generadores) que suministran corriente a las distintas cargas de la aeronave. El sistema de bus de distribución eléctrica también se divide en dos o más sistemas. Estos sistemas de bus suelen estar conectados a través de una serie de protectores de circuitos, diodos y relés. El sistema de bus está diseñado para crear un sistema de distribución de energía que es extremadamente fiable al suministrar corriente a la mayoría de las cargas a través de más de una fuente.
Alternadores o generadores en paralelo
Dado que en los aviones bimotores se utilizan dos alternadores (o generadores), resulta vital garantizar que ambos alternadores compartan la carga eléctrica por igual. Este proceso de igualar las salidas de los alternadores se suele denominar conexión en paralelo. En general, la puesta en paralelo es un proceso sencillo cuando se trata de sistemas de alimentación de CC que se encuentran en aviones ligeros. Si ambos alternadores están conectados al mismo bus de carga y ambos alternadores producen la misma tensión de salida, los alternadores comparten la carga por igual. Por lo tanto, los sistemas en paralelo deben garantizar que ambos productores de energía mantengan la tensión del sistema dentro de unas pocas décimas de voltio. En la mayoría de los aviones bimotores, la tensión estará entre 26,5 y 28 voltios de CC con los alternadores en funcionamiento. En la figura se muestra un sencillo sistema de punto de vibración utilizado para poner en paralelo los alternadores.
Como puede verse en la figura, los reguladores de tensión izquierdo y derecho contienen una bobina de paralelismo conectada a la salida de cada alternador. Esta bobina en paralelo trabaja en conjunto con la bobina de tensión del regulador para asegurar la salida adecuada del alternador. Las bobinas en paralelo están conectadas en serie entre los terminales de salida de ambos alternadores. Por lo tanto, si los dos alternadores proporcionan tensiones iguales, la bobina en paralelo no tiene ningún efecto. Si uno de los alternadores tiene una salida de tensión más alta, las bobinas en paralelo crean la fuerza magnética adecuada para abrir/cerrar los puntos de contacto, controlando la corriente del campo y la salida del alternador.
Las aeronaves actuales emplean circuitos de control de estado sólido para garantizar el correcto paralelismo de los alternadores. Las aeronaves más antiguas utilizan reguladores de tensión de punto vibratorio o reguladores de pila de carbón para supervisar y controlar la salida del alternador. En su mayor parte, todos los reguladores de pila de carbón han sido sustituidos, excepto en los aviones históricos. Muchas aeronaves siguen manteniendo un sistema de puntos vibratorios, aunque estos sistemas ya no se utilizan en las aeronaves contemporáneas.
Distribución de energía en aviones multimotor
Los sistemas de distribución de energía que se encuentran en los aviones multimotor modernos contienen varios puntos de distribución (buses) y una variedad de componentes de control y protección para garantizar la fiabilidad de la energía eléctrica. A medida que las aeronaves emplean más componentes electrónicos para realizar diversas tareas, los sistemas de energía eléctrica se vuelven más complejos y más fiables. Una forma de aumentar la fiabilidad es garantizar que se pueda utilizar más de una fuente de energía para alimentar cualquier carga. Otro concepto de diseño importante es alimentar las cargas eléctricas críticas desde más de un bus. Los aviones bimotores, como los típicos aviones corporativos o de pasajeros, tienen dos generadores de corriente continua; también tienen múltiples buses de distribución alimentados desde cada generador.
Esta aeronave contiene dos unidades de generadores de arranque que se utilizan para arrancar los motores y generar energía eléctrica de CC. El sistema se suele definir como un sistema de distribución de energía de bus dividido, ya que hay un bus de generador izquierdo y otro derecho que dividen (comparten) las cargas eléctricas conectándose a cada sub-bus a través de un diodo y un limitador de corriente. Los generadores funcionan en paralelo y soportan las cargas por igual.
La energía primaria suministrada para este avión es CC, aunque se suministran pequeñas cantidades de CA mediante dos inversores. El diagrama de la aeronave muestra la distribución de la energía de CA en la parte superior y en el centro de la izquierda del diagrama. Un inversor se utiliza para la alimentación principal de CA y el segundo funciona en modo de espera y está listo como reserva. Ambos inversores producen CA de 26 voltios y CA de 115 voltios. Hay un relé de selección del inversor operado por un interruptor controlado por el piloto que se utiliza para elegir qué inversor está activo.
El bus de batería caliente (lado derecho de la figura) muestra una conexión directa a la batería del avión. Este bus está siempre caliente si hay una batería cargada en el avión. Los elementos alimentados por este bus pueden incluir algunos elementos básicos como la iluminación de la puerta de entrada y el reloj de la aeronave, que siempre deberían tener energía disponible. Otros elementos de este bus serían críticos para la seguridad del vuelo, como los extintores, los cierres de combustible y las bombas de combustible. Durante un fallo masivo del sistema, el bus de la batería caliente es el último bus de la aeronave que debería fallar.
Si el interruptor de la batería está cerrado y el relé de la batería activado, la energía de la batería se conecta al bus de la batería principal y al bus de aislamiento. El bus de la batería principal transporta la corriente para el arranque del motor y la alimentación externa. Por lo tanto, el bus de la batería principal debe ser lo suficientemente grande como para transportar las cargas de corriente más pesadas de la aeronave. Es lógico colocar este bus lo más cerca posible de la batería y de los motores de arranque y asegurarse de que el bus está bien protegido de los cortocircuitos a tierra.
El bus de aislamiento se conecta a los buses izquierdo y derecho y recibe energía siempre que el bus de la batería principal esté energizado. El bus de aislamiento conecta la salida de los generadores izquierdo y derecho en paralelo. La salida de los dos generadores se envía a las cargas a través de buses adicionales. Los buses de los generadores se conectan al bus de aislamiento a través de un fusible conocido como limitador de corriente. Los limitadores de corriente son fusibles de alto amperaje que aíslan los buses si se produce un cortocircuito.
En este sistema se utilizan varios limitadores de corriente para la protección entre buses. Como se puede ver en la figura, el símbolo de un limitador de corriente se parece a dos triángulos que apuntan el uno hacia el otro. El limitador de corriente entre el bus de aislamiento y los buses del generador principal tiene una capacidad nominal de 325 amperios y sólo puede ser sustituido en tierra. La mayoría de los limitadores de corriente están diseñados para ser sustituidos sólo en tierra y sólo después de reparar la avería que causó el exceso de consumo de corriente.
Los generadores de CC izquierdo y derecho están conectados a sus respectivos buses de generadores principales. Cada generador alimenta su respectivo bus, y como los buses están conectados en circunstancias normales, los generadores funcionan en paralelo. Ambos generadores alimentan todas las cargas a la vez. Si un generador falla o se abre un limitador de corriente, los generadores pueden funcionar de forma independiente. Este diseño permite la redundancia en caso de fallo y proporciona una batería de reserva en caso de fallo del generador doble.
Estos buses se consideran de doble alimentación ya que reciben energía de los buses del generador izquierdo y derecho. Si se produce un fallo, cualquiera de los dos buses generadores puede alimentar cualquiera o todas las cargas de un bus de doble alimentación.
Durante la fase de diseño de la aeronave, las cargas eléctricas deben distribuirse uniformemente entre cada uno de los buses de doble alimentación. También es importante alimentar los sistemas redundantes desde diferentes buses. Por ejemplo, la calefacción del parabrisas del piloto será alimentada por un bus diferente al que alimenta la calefacción del parabrisas del copiloto. Si uno de los buses falla, al menos una de las calefacciones del parabrisas sigue funcionando correctamente, y el avión puede aterrizar con seguridad en condiciones de hielo.
Observa que los buses de doble alimentación están conectados a los buses del generador principal a través de un limitador de corriente y un diodo. Recuerde que un diodo permite el flujo de corriente en una sola dirección.
La corriente puede fluir desde el bus del generador al bus de doble alimentación, pero la corriente no puede fluir desde el bus de doble alimentación al bus del generador principal. El diodo está colocado en el circuito de manera que el bus principal debe ser más positivo que el bus secundario para que fluya la corriente. Este circuito también contiene un limitador de corriente y un disyuntor.
El disyuntor está situado en la cabina de vuelo y puede ser reiniciado por el piloto. El limitador de corriente sólo puede ser sustituido en tierra por un técnico. El disyuntor tiene un valor nominal de corriente ligeramente inferior al del limitador de corriente; por lo tanto, el disyuntor debería abrirse si existe una sobrecarga de corriente. Si el disyuntor no se abre, el limitador de corriente proporciona una protección de respaldo y desconecta el circuito.
