Quão estável é a potência do “cliente” em uma aeronave comercial?

Há um ótimo artigo sobre o projeto do sistema elétrico 777 aqui.

Power for avionics needs to be clean to ensure there are no spikes or dips that would cause avionic failures as this could lead to otherwise avoidable emergency declarations.

Os sistemas de energia aviônica e de passageiros são dois sistemas completamente diferentes. O sistema de potência do instrumento de 28 V é retirado da fonte ,

Flight instruments on the 777 are primarily powered by 28 Volts DC. Direct current power is supplied by three-phase transformer-rectifier units. There are four such units each rated at 120 Amperes.

Isso puxa diretamente do saída do gerador / alternador do avião . Tudo que vai do seu clássico Cessna 152 até o 777 regula seus alternadores / geradores com reguladores de voltagem e fusíveis para proteger contra sobrecargas atuais. Essas coisas funcionam em conjunto para proteger os sistemas aviônicos e de energia interna do avião. O sistema de 28VCC para a aviônica também é conectado ao sistema de bateria, o que evita quedas caso os geradores tenham problemas de saída de energia suficiente ou que parem todos juntos.

O resto do avião é alimentado pelo sistema 110 / 200V 400Hz.

The primary electrical system is a 3-phase, 4-wire, constant frequency 400 Hz, 115/200 Volt system, which has been the industry standard on commercial jet transports since the Boeing 707

Curiosamente, é de 400Hz, ainda estou tentando ver como eles conseguem isso para 60Hz.

Since the plane is already providing clean power to the avionics, the power coming out of the transformers to step it down to 110V, 60Hz for the outlets should also be pretty clean.

O poder é bastante "limpo", mas você tem algumas suposições incorretas aqui. O poder não é realmente diminuído. Isso é algo que ocorre na rede elétrica, já que a maioria das linhas de energia na rua tem uma voltagem significativamente maior do que aquela que você tem nas tomadas da sua casa. Neste caso, temos o luxo de escolher um sistema alternador / gerador que esteja próximo (provavelmente acima de um pouco) da nossa tensão necessária. O slide 4 desta apresentação da Boeing alude ao fato de que o sistema gera 115V ( e é presumivelmente condicionado) e é então dividido para a cabine, bem como o barramento de 28V DC. A energia não sai dos transformadores que sai do gerador / alternadores, então é condicionada e transformada conforme a necessidade. A estabilidade é alcançada através de vários condicionadores e reguladores, consulte o artigo I para mais detalhes sobre eles.

Não se preocupe, é seguro carregar seu laptop em um jato.

A conversão de CA para CA com alteração de frequência de 400 Hz a 50/60 Hz é obtida transformando CA em CC primeiro (normalmente para 28 V CC para ser compatível com baterias) e depois usando um inversor de potência estática para converter de CC para CA . O inversor realiza a transformação de tensão no mesmo passo.

De uma perspectiva de certificação da EASA, a qualidade da eletricidade é medida na saída de inversores de potência estática.

Os requisitos estão descritos em ETSO-C73 , com uma exceção sobre a freqüência, como para saídas de passageiros, a freqüência deve ser de 50 Hz ou 60 Hz, dependendo dos países, em vez de 400 Hz. Esta exceção está descrita em este documento :

Deviate from ETSO-C73 attached FAA Standard for Power Inverters paragraph 2.3 and provide 50 Hz +/-1 % or 60 Hz +/-1 % instead of the required 400 Hz.

O próprio ETSO-C73 refere-se aos requisitos do FAA:

2.3 Frequency: The frequency of the inverter under all conditions of load and test environment shall be 400 cycles per second ±1 percent at the input voltages specified in 2.2a. and 2.2b.

2.4 Voltage Output: The average phase output voltage, under the conditions of input specified in 2.2a. and 2.2b. and under a ll conditions of test environment, shall be 115 volts a.c. +5 percent -7 percent

2.5 Waveform: The output waveform shall be substantially sinusoidal and contain less than 7 percent harmonic distortion under all load conditions not exceeding 110 percent rated output.

O que isso significa?

• Tolerância do valor de tensão +5% / - 7%. Isso é muito bom e equivalente ao que temos em casa nos países industrializados. Além disso, dispositivos comuns são muito tolerantes à variação de tensão, pois são simples de eliminar usando uma capacitância de alto valor.

• Tolerância de frequência ± 1% significa ± 0,5 Hz. A maioria, se não todos , dispositivos não dependem de uma frequência de rede muito estável. Foi o caso dos primeiros relógios digitais para salvar o preço de um oscilador de cristal, mas agora são usados cristais e PLL em todos os lugares quando é necessário um relógio estável.

• Forma de onda com um máximo de 7% de harmônicos. Esta é geralmente a tolerância mais importante. Descreve o quanto a onda de voltagem pode diferir de uma onda senoidal pura.
  Qualquer onda periódica de freqüência f que não seja exatamente sinusoidal pode ser decomposta em um conjunto de ondas senoidais puras cujas freqüências serão f, 2f, 3f, 4f, etc, e inter-produtos. O detalhamento é obtido por uma análise de Fourier . Os múltiplos de f são denominados freqüências harmônicas , e na prática isto é o mesmo que se houvesse múltiplos geradores de mono-freqüência.

Algumas dessas freqüências podem interferir nos receptores ou interromper outros circuitos devido à mudança de impedância com frequência. Neste caso, a amplitude dos harmônicos deve ser mais fraca que 7% da onda fundamental.

Para a rede elétrica onde moro :

• A tolerância de tensão é de ± 10%
• A tolerância de frequência é de ± 1%.
• Para harmônicos, isso é mais complexo, pois a carga do cliente afeta os harmônicos, há compromissos mútuos que são respectivamente para 2ª, 3ª, 4ª, 5ª, 7ª ordens: 2%, 5%, 1%, 6%, 0,5%, 5 %.

A voltagem dos soquetes USB é definida no padrão USB :

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

Não há dificuldade em obtê-lo de qualquer fonte DC para minimizar os estágios de conversão, perdas e calor. Isso pode ser feito por um conversor push-pull . A energia USB é provavelmente obtida a partir de 28 VDC .