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Come funzionano gli alternatori e regolatori di tensione.

 

Alternatore :fornisce alimentazione ai dispositivi elettrici (come luci ,flap elettrici e avionica) e carica anche la batteria dell'aereo.

Regolatore di tensione :monitora continuamente la tensione del bus o dei bus ( Il bus rappresenta il canale +12volt Bus Master ) e regola l'uscita dell'alternatore, più avanti approfondiremo l'argomento. Il regolatore funziona quando è alimentato da un bus tramite un cavo chiamato cavo di campo (controllo o field).


La scelta dell'alternatore e del regolatore di tensione corretti è una parte importante della pianificazione del sistema elettrico. Ci sono due tipi di alternatori da considerare nella progettazione: regolati internamente tipicamente usati nell'automotive gli alternatori regolati internamente sono più facili da cablare e non devi montare un regolatore di tensione separato e regolati esternamente come il DUCATI che viene tipicamente usato nei ROTAX. Gli alternatori regolati esternamente hanno il regolatore in una scatola separata fuori dall'alternatore.

Nella maggior parte delle configurazione Rotax abbiamo solo il generatore interno al motore con il regolatore esterno.

Figura 1. Regolatore di tensione Rotax C = ingresso cavo di campo, Battery + Red = 12 volt battery L = lampada di controllo G = dal Generatore


Figura 1.

Il regolatore di tensione fa semplicemente questo: regola la tensione ai cavi di campo nell'alternatore. La variazione della tensione di campo influisce sull'uscita dell'alternatore. Una tensione più alta significa un campo più forte per generare corrente, il che significa più uscita. Un alternatore regolato internamente svolge la stessa funzione, ma il regolatore è alloggiato nell'alternatore stesso.

La maggior parte dei regolatori di tensione fornisce solo la funzione di regolazione della tensione e alcuni consentono di regolare il livello di tensione.

L'alternatore e il regolatore di tensione lavorano insieme. "C" (Control or Field Circuit) sull'alternatore è il cavo di ingresso di campo e "B" è l'uscita di potenza.

L'ingresso di campo da circa 2 a 3 ampere, combinato con la potenza del motore, può erogare fino a 60 o 100 ampere a seconda della potenza dell'alternatore.

Quando l'interruttore di campo "field" (alternatore) è chiuso , il regolatore di tensione può leggere la tensione del bus ,nello schema Rotax non è previsto un'interruttore, vedremo cosa comporta più aventi non avere la possibilità di interrompere il campo "field" "C" . Se la tensione è bassa, l'uscita sul cavo di campo (al terminale C) viene aumentata. Ciò provoca un campo magnetico più forte all'interno dell'alternatore, che fa aumentare la tensione di uscita. La corrente fluisce dal cavo B al bus principale, provocando un aumento della tensione del bus. Il ciclo si ripete per mantenere la tensione desiderata (circa 14,2 volt). Interno o esterno? C'è un lungo dibattito nella comunità sperimentale sui vantaggi degli alternatori regolati internamente rispetto a quelli regolati esternamente e anche sull'uso di alternatori automobilistici.

Regolatori di tensione esterni 

Contro: Dispositivo esterno da cablare e installare , costo aggiuntivo

Pro: Separazione dei dispositivi che posso ricevere manutenzione in modo indipendente. Possibilità di rimuovere la potenza dal regolatore che chiude l'alternatore.

( figura 1 regolatore Ducati ) 

Regolatori di tensione interni ( componente 12 nella foto sinistra sotto )

Contro: I regolatori automobilistici hanno una modalità di guasto che causa una condizione di sovratensione e la rimozione dell'alimentazione del cavo di campo esterno non può arrestarla. Per questo motivo sconsiglio gli alternatori automobilistici, anche se sono meno costosi degli alternatori progettati per uso aereo.

Pro: Semplicità collegare e non hanno parti esterne. 

 



 

 


Nelle motorizzazione Rotax abbiamo la possibilità di avere un secondo alternatore che ha il regolatore di tensione interno.

Con due alternatori collegati a un unico bus, solo un alternatore alla volta dovrebbe essere acceso. Pertanto, ci riferiamo a un alternatore come primario e l'altro come secondario.

Se entrambi sono accesi non “contribuiscono” allo stesso modo all'alimentazione dei carichi. L'alternatore con il regolatore di tensione impostato sulla tensione più alta fornirà tutta la corrente (a volte chiamata hogging di corrente), forse sovraccaricando l'alternatore.

Qui sopra lo schema elettrico che si trova nel manuale originale Rotax 912 .

 
Gli aerei Experimental di oggi sono alimentati da sistemi a ( 12 - 14 volt ). Il motivo è perché la batteria ha una tensione nominale di 12 volt. Quando il motore è in funzione e l'alternatore è acceso, l'alternatore genera 14 volt, leggermente superiore alla tensione della batteria per mantenere la batteria carica.

Diversi metodi per rilevare una condizione di sovratensione (OV).


La Protezione da sovratensione causata da una condizione di sovratensione (OverVoltage) si genera da un guasto nel regolatore di tensione o nell'alternatore che fa salire la tensione al di sopra di un livello di sicurezza per l'avionica e per tutte le apparecchiature elettriche dell'aereo.

Solitamente il livello di sovratensione è impostato a 16,0 volt per un sistema a 14,0 volt.

La protezione da sovratensione è fornita dal regolatore di tensione (se integrato), o da un modulo di protezione da sovratensione separato. La condizione di sovratensione deve essere rilevata e risolta in meno di 1/10 di secondo, quindi non è qualcosa che puoi fare manualmente. Fortunatamente, molti alternatori specifici per aeromobili includono un sistema di protezione OverVoltage. Frequenti scatti del breaker di campo, se previsto, dell'alternatore possono indicare una condizione di sovratensione effettiva o potrebbe essere un filo allentato. Il primo posto da controllare è dove il cavo B e i cavi di campo si collegano all'alternatore.

Un collegamento allentato può causare sovratensioni che provocano lo scatto della protezione da sovratensione.

Esistono diversi modi per rilevare e disattivare una condizione di sovratensione. La Figura 2 ci aiuterà a spiegare come funziona quel tipo di protezione.


Figura 2.

Il sistema di sovratensione del breaker mette in cortocircuito il filo di campo a terra , facendo scattare l'interruttore di circuito , il breaker, interrompendo l'alimentazione di campo.

Lo stesso vale per i valori dell'alternatore. Una regola pratica sicura è pianificare il sistema elettrico in modo che non utilizzi più dell'80% della capacità nominale massima. Il modo migliore per verificare che il tuo alternatore possa supportare il carico elettrico del velivolo è eseguire un test reale in volo. Una volta che l'aereo è costruito e in volo, accendi tutti i carichi e osserva il voltmetro. Lascia tutto acceso per almeno 10 minuti e osserva se la tensione rimane costante. Se la tensione diminuisce, l'alternatore non può supportare i carichi. Se la tensione rimane costante, l'alternatore è dimensionato correttamente. Un altro punto da notare è che l'alternatore non sta sempre erogando la sua capacità nominale massima. Fornisce solo corrente sufficiente per alimentare i carichi (avionica, luci, ecc.) E per caricare la batteria secondo necessità. Il regolatore di tensione regola costantemente l'uscita in tempo reale mentre accendi e spegni le luci, i motori e altri dispositivi. Indicazione di bassa tensione durante il volo, la normale tensione del bus dovrebbe essere di circa 14,2 volt. Una condizione di bassa tensione è molto probabilmente dovuta a una delle seguenti condizioni: L'alternatore o il regolatore di tensione si è guastato causando la caduta della tensione del bus da 14,2 V a 12,4 V o meno .

  • I carichi elettrici sull'aereo superano la capacità dell'alternatore, che non è in grado di mantenere la batteria completamente carica. La tensione del bus diminuirà lentamente fino a quando non scatta l'allarme di bassa tensione
  • L'alternatore è spento
  • L'interruttore del circuito dell'alternatore è scattato. Suggerimento: Se hai un EFIS (Eletronic Flight Istrument System ) impostare l'allarme di bassa tensione a 13,0 volt e riceverai un allarme di bassa tensione quando l'alternatore si guasta

Sebbene sia importante identificare la condizione di bassa tensione quando si verifica, non vi è alcun senso di immediatezza come in una condizione di sovratensione. Il velivolo continuerà ad essere alimentato dalla batteria per un certo periodo di tempo (a seconda delle dimensioni della batteria e dei carichi). Spegnere semplicemente l'interruttore dell'alternatore, spegnere i carichi non essenziali e accendere l'alternatore di riserva, se installato. Con l'avionica moderna dovresti essere in grado di ridurre il carico per ottenere l'assorbimento di corrente totale al di sotto della capacità dell'alternatore di riserva, fornendo così un'alimentazione indefinita. Se l'impianto elettrico è progettato correttamente, un guasto dell'alternatore non dovrebbe diventare una condizione di emergenza. Rilevamento corrente alternatore è possibile installare opzionalmente un dispositivo di rilevamento della corrente per misurare la corrente in uscita dall'alternatore o la carica e la velocità di scarica della batteria. Hanno la funzione di Amperometro. (shunt)

Il dispositivo di rilevamento della corrente è tipicamente un sensore ad effetto shunt o hall . Per semplicità, utilizzeremo la parola "shunt" per riferirsi a entrambi i tipi di sensori. Uno shunt può essere installato ovunque si desideri misurare la corrente. Tipicamente uno shunt è installato sul cavo B (il filo grande) proveniente dall'alternatore al bus principale. Fig3.

Tre possibili posizioni per installare uno shunt. Le frecce mostrano la direzione del flusso di corrente.

Lo shunt "A" La Figura 3 è installata sul cavo B e misura l'uscita dell'alternatore in ampere. Lo shunt "A" è l'uso più comune e fornisce le informazioni più utili. Non è necessario uno shunt per sapere se l'alternatore sta funzionando.

Lo shuntB” è montato sull'alimentazione al bus principale e misura l'assorbimento di corrente di tutti i dispositivi sul bus. 

Lo shuntC” misura la carica della batteria e la velocità di scarica, in ampere.

 

Figura 3.


Puoi capire se l'alternatore funziona correttamente semplicemente guardando la tensione. Se vedi 14 (o giù di lì) volt con il motore acceso e l'alternatore acceso, allora funziona. Se vedi 12 (o giù di lì) volt con il motore acceso, l'alternatore non funziona o non è acceso, o il carico elettrico totale è superiore all'uscita dell'alternatore. Il voltmetro (tipicamente visualizzato sull'EFIS) è lo strumento che ti aiuterà ad interpretare tale valore. A velivolo spento, la tensione della batteria è intorno ai 12,4 volt. Se il motore è acceso e l'alternatore è acceso e funzionante correttamente, il voltmetro arriva fino a 14,2 volt. Dopo l'avvio del motore, accendere l'alternatore e osservare come la tensione sale da 12 a circa 14 volt per verificare che l'alternatore funzioni correttamente. Quando l'alternatore si guasta, la tensione scende nuovamente a 12, attivando l'allarme di bassa tensione se presente. Pertanto, l'allarme di bassa tensione è spesso sinonimo di un alternatore guasto. Se il breaker del circuito di campo , se presente, scatta frequentemente, è spesso una condizione di sovratensione.

Tensioni di riferimento tipiche di un impianto aeronautico :

  • 16.0 volts sovra alimentazione ( possibile danno elettronico )
  • 14.2 volts alternatore ON ( situazione normale funzionamento del motore e dell'alternatore)
  • 13.0 volts allarme basso voltaggio ( possibile guasto all'alternatore o alternatore spento se avete un EFIS impostare un allarme a questa tensione
  • 12.4 volts solo batteria ( normale tensione della batteria mentre non è in carica )

Importanti livelli di tensione da conoscere. Raddoppiare i valori per i sistemi a 28 volt.

Quando accendere l'alternatore su un ultraleggero ?

Una domanda che spesso sorge è se accendere l'alternatore prima dell'avviamento del motore. Molti piloti hanno una preferenza in base a ciò a cui sono abituati negli anni. Dal punto di vista elettrico, avere l'alternatore acceso durante l'avvio del motore non fa altro che assorbire corrente. Quando il motore è spento e l'alternatore è acceso, il regolatore di tensione rileva una bassa tensione del bus (circa 12,4 volt) e cerca di aumentare la tensione del bus a 14,2 volt aumentando l'uscita al filo di campo alla sua capacità massima. Poiché il motore non gira, non accade nulla e la tensione rimane a 12,4 volt mentre il regolatore di tensione è alla massima potenza, assorbendo circa 4 ampere di corrente. Ciò rende anche l'alternatore più difficile da girare e aggiunge resistenza all'avvio del motore (quanta resistenza viene aggiunta, non lo so). Sulla base di questa valutazione, non consiglio di accendere l'alternatore fino a dopo l'avvio del motore.

  1. Fai girare il motore,
  2. quindi accendi l'alternatore,
  3. quindi accendi l'avionica.

Per fare questo l'interruttore Master deve avere tre posizioni utilizzando uno a levetta DPDT on/on/on :

  1. ALL OFF
  2. MAIN DC CONTACTOR ON
  3. MAIN DC CONTACTOR ON - ALTERNATOR ON

In questo caso sarà necessario un interruttore Master DPDT invece che un interruttore Master  SPDT . 

 

 

                                                                                                                               To MASTER RELAY

 

Un' alternativa ad un interruttore a tre posizione è l'interruttore Cessna S1994-1-1 , questo versatile interruttore principale rosso diviso è stato utilizzato praticamente su tutti i modelli Cessna monomotore dal 1970 e può essere utilizzato nella maggior parte dei velivoli ultraleggeri con sistemi a singolo alternatore.

L'interruttore di sinistra è normalmente utilizzato per l'alternatore e quello di destra per la batteria, nella foto si mette in evidenza anche il breaker ALT  FLD

( Alternator Field) menzionato nell'articolo.

 

 Spero che questo articolo ti abbia aiutato a capire il funzionamento dell'alternatore e come leggere i livelli di tensione per aiutarti con la risoluzione dei problemi.