Na tentativa de simplificar e melhorar a produção de potência CA para aeronaves e eliminar a necessidade de acionamentos de velocidade constante hidromecânicos, foram desenvolvidos diversos sistemas para produzir energia elétrica trifásica de 400 Hz usando circuitos eletrônicos.
Isso é possível graças aos avanços significativos na tecnologia de estado sólido nos últimos anos.
Os geradores de velocidade variável e frequência constante costumam ser chamados de sistemas de VSCF (va- riable-speed constant-frequency).
Basicamente, os sistemas empregam um gerador acionado a uma velocidade variável, pro- duzindo, assim, uma saída de frequência variável.
A velocidade rotacional do gerador é uma função direta do rpm do motor.
Não é necessário usar um mecanismo de acionamento de velocidade constante (CSD) para sistemas de VSCF.
A eliminação do CSD mecânico melhora a confiabilidade dos sistemas e flexibiliza a instalação do gerador.
A corrente de saída de frequência variável do gerador é convertida em uma corrente alternada de 400 Hz de frequência constante por meio de circuitos de estado sólido.
Isso torna a energia elétrica apropriada para uso em aeronaves.
Várias aeronaves modernas usam sistemas de VSCF atualmente como fontes de energia ca primárias e secundárias.
Os sistemas de VSCF são usados em praticamente todas as aeronaves de transporte projetadas nos últimos 20 anos e em muitas aeronaves corporativas e de voos regionais.
Utilizando componentes eletrônicos de última geração, os sistemas de VSCF aumentam a confiabilidade em relação às unidades mecânico-hidráulicas do acionamento de velocidade constante.
O sistema de VSCF produzido pela Sundstrand Cor- poration contém apenas duas peças móveis, a bomba de óleo e o rotor gerador.
Não há outras peças que possam se desgastar ou precisar de recondicionamento periódico.
Um avanço importante no projeto de componentes para os sistemas de VSCF foi o desenvolvimento do transistor de potência de 600 A mostrado na Figura Abaixo.
O transistor possibilitou a criação de sistemas de VSCF capazes de produzir 110 kVA.
Os sistemas de VSCF também oferecem maior flexibili- dade do que a configuração de CSD e gerador típica.
O gerador ainda deve ser montado no mecanismo de acionamento do motor, mas agora as unidades de controle do sistema de VSCF podem ser montadas praticamente em qualquer ponto da aeronave.
Assim, a eliminação do CSD permite a criação de uma nacele do motor mais compacta.
A Figura Seguinte mostra uma unidade integrada típica, a Figura Seguinte mostra os principais subconjuntos, a Figura Seguinte mostra o conjunto do inversor de alta potência e a Figura Seguinte mostra a visão inferior do inversor e o polo
de potência modular. Como vemos na figura, os transistores de potência de 600 A são montados em uma pilha e, nesse caso, são capazes de produzir 60 kVA.
A Figura Abaixo é um diagrama em blocos que mostra os principais elementos de um sistema de VSCF em uma aeronave Boeing 737.
O gerador CA sem escovas é semelhante àqueles descritos anteriormente; contudo, como ele é acionado diretamente pelo motor, sua velocidade rotacional e frequência de saída variam com a velocidade do motor.
A energia trifásica variável é transmitida para o retificador de onda completa dentro do conversor VSCF, onde é transformada em corrente contínua e filtrada. Essa corrente contínua alimenta o circuito inversor, onde é formada em saídas de onda quadrada que são separadas e somadas para produzir a corrente alternada trifásica de 400 Hz. As funções do conversor de VSCF são semelhantes àquelas de um inversor estático típico.
A unidade de controle do conversor gerador (GCCU) permite controle e proteção de VSCF por meio do uso de um regulador de tensão e circuitos de teste integrados.
A manutenibilidade do sistema de VSCF é melhorada com o uso do sistema anunciador de panes da aeronave e equipa- mentos de teste integrados localizados diretamente no conjunto conversor.
O recurso de teste integrado (BIT, built-in test) é pro- jetado para operar em dois níveis.
Os técnicos de linha de voo usam o primeiro nível de teste ativando uma chave na unidade. Adjacente à chave ficam duas luzes, marcadas “pane de VSCF detectado” e “Fase aberta na aeronave”. Esse teste informa o técnico se a pane ocorreu nos componentes de VSCF ou na fiação da aeronave.
O segundo nível de teste é utilizado pelos técnicos para consertar o sistema de VSCF depois que este foi removido da aeronave.
Atualmente, os sistemas de VSCF estão em uso limitado; se as projeções de confiabilidade e custos operacionais estive- rem corretas, no entanto, os sistemas de VSCF serão a próxima geração dos sistemas de fornecimento de energia elétrica nas aeronaves modernas.