גנרטורים, אלטרנטורים וויסות מתח

עיקרון הגנרטור

מוליך שזז בשדה מגנטי (או שדה שזז סביב מוליך) – נוצר בו מתח (השראה). המתח תלוי ב:

1. עוצמת השדה המגנטי.
2. מהירות התנועה (סל״ד).
3. מספר המוליכים / הכריכות.

במטוס הסל״ד משתנה עם המנוע, ולכן כדי לשמור על מתח קבוע – משנים את עוצמת השדה. זה תפקיד מווסת המתח.

כלל יד ימין לגנרטור (Fleming): אגודל – כיוון התנועה, אצבע – כיוון השדה, אמה – כיוון הזרם המושרה (זרם קונבנציונלי).

גנרטור DC

מבנה

סוגי חיבור שדה

מגנטיות שארית ו״הבזק שדה״

גנרטור עם שדה עצמי מתחיל לייצר בזכות המגנטיות השארית בנעלי הקוטב. אם היא אבדה – ״מבזיקים את השדה״ (Flashing the field): מחברים לרגע מקור DC לשדה בקוטביות הנכונה.

תופעות

• ריאקציית אמרטורה: השדה של האמרטורה מעוות את השדה הראשי. מתקנים בקטבי ביניים (Interpoles).
• ניצוץ בפחמים – פחמים שחוקים, קומוטטור מלוכלך או לא עגול, לחץ קפיץ לא נכון, ריאקציית אמרטורה.

אחזקה

• אורך פחמים – מחליפים מתחת לגבול.
• לחץ קפיצים.
• קומוטטור – צבע חום-שוקולד אחיד הוא תקין. ניקוי בנייר זכוכית עדין – לא בנייר שיוף רגיל (חלקיקים מוליכים).
• התאמת פחמים חדשים (Seating) – בנייר זכוכית עדין שעוטף את הקומוטטור.

מתנע-גנרטור (Starter-generator)

יחידה אחת במטוסי טורבינה קטנים: מנוע בהתנעה, גנרטור אחריה. בדרך כלל כולל שדה טורי (מומנט התנעה) ושדה מקבילי (ייצור).

בקרת גנרטור DC

מווסת מתח (Voltage regulator)

שומר על מתח קבוע על ידי שינוי הזרם בשדה:

ממסר זרם הפוך (Reverse current cutout / relay)

מנתק את הגנרטור מהפס כשהמתח שלו נמוך מהמצבר (למשל בסל״ד נמוך) – כדי שהמצבר לא ייפרק דרך הגנרטור (ויסובב אותו כמנוע).

מגביל זרם (Current limiter)

מגביל את זרם הגנרטור למקסימום המותר.

הגנה ממתח יתר (Overvoltage protection)

מנתקת את השדה במתח גבוה מדי.

חלוקת עומס בין גנרטורים (Paralleling / Load sharing)

במטוסים רב-מנועיים, מעגל השוואה (Equalizing) מחלק את העומס בשווה בין הגנרטורים.

אלטרנטור (Alternator)

במטוסים קלים

• השדה מסתובב (רוטור), והסלילים שבהם נוצר המתח קבועים (סטטור).
• מוצא תלת-פאזי AC שמיושר ל-DC בשש דיודות בתוך האלטרנטור.
• טבעות החלקה (Slip rings) ופחמים – מעבירים זרם קטן לשדה (לא את זרם המוצא – לכן פחות שחיקה).

יתרונות על גנרטור DC

• קל יותר.
• מספק זרם גם בסל״ד נמוך – בסרק.
• פחות אחזקה – אין קומוטטור.
• הדיודות מונעות זרם הפוך – אין צורך בממסר זרם הפוך.

חיסרון

צריך מתח מהמצבר כדי לעורר את השדה. אלטרנטור לא יתחיל לעבוד עם מצבר ריק לגמרי (בדרך כלל).

נורת ״ALT״ ומד זרם

• מד זרם (Ammeter) בין המצבר לפס: חיובי – המצבר נטען; שלילי – נפרק.
• מד עומס (Loadmeter) – מציג את הזרם מהגנרטור.

גנרטורים AC במטוסים גדולים

מבנה – Brushless

גנרטור בלי פחמים – שלושה גנרטורים על ציר אחד:

1. מחולל מגנט קבוע (PMG) – מספק חשמל לבקר.
2. מעורר (Exciter) – AC שמיושר בדיודות מסתובבות ומזין את השדה הראשי.
3. גנרטור ראשי – מוצא תלת-פאזי.

תדר קבוע

גנרטור AC חייב להסתובב במהירות קבועה כדי לשמור על 400Hz:

חיבור גנרטורים AC במקביל

חייבים להתאים: מתח, תדר, פאזה וסדר פאזות. יחידת בקרת גנרטור (GCU) ומפסק גנרטור (GCB) מנהלים את זה.

הגנות

• מתח יתר ומתח חסר.
• תדר יתר וחסר.
• הגנה דיפרנציאלית – זרם שנכנס שונה מזרם שיוצא = קצר בכבל.

נקודות למבחן

• מתח הגנרטור – עוצמת שדה, סל״ד, כריכות; מווסת משנה את השדה.
• קומוטטור – מיישר מכני.
• הבזק שדה – כשאבדה המגנטיות השארית.
• ממסר זרם הפוך – מונע פריקת מצבר.
• אלטרנטור – שדה מסתובב, שש דיודות, זרם בסל״ד נמוך; צריך מצבר לעירור.
• CSD/IDG – 400Hz; לא מחברים שוב בטיסה.
• מקביל AC – מתח, תדר, פאזה.