¿Cómo el hecho de ir a frecuencias más altas como 400 Hz (utilizado en aviones) hace que los equipos sean más livianos?

Answer 1

Potencia generada en aviones a 400hz

Ecuación
E = 4.44 * phi * f * Tph * Kw

Si se mantiene el contacto de E y se aumenta f, entonces el flujo de espacio de aire sería menor y el material requerido también disminuirá

Como las respuestas anteriores lo explican mejor, voy a agregar algunas cosas más:

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La ventaja de ejecutar un sistema eléctrico a 400 Hz en lugar de 60 Hz es que las fuentes de alimentación son más pequeñas y livianas. Este beneficio es importante a bordo de la aeronave ya que el espacio siempre es limitado y es imprescindible minimizar el peso para maximizar el rendimiento. Sin embargo, esta reducción de peso tiene un precio, ya que los sistemas eléctricos de alta frecuencia son menos eficientes.

Los generadores proporcionan corriente alterna utilizando un alternador que suministra 115 voltios a una frecuencia de 400 Hz. La ventaja de los alternadores de alta frecuencia es que requieren menos bobinas de cobre para generar la corriente eléctrica necesaria. Esta reducción en el material permite que el alternador se vuelva mucho más pequeño de modo que ocupe menos espacio y pese mucho menos de lo que lo haría de otra manera.
Una regla general común en el diseño de un avión dice que eliminar una libra de peso puede reducir el peso total en al menos cinco libras debido a toda la estructura extra y el combustible que ya no es necesario para transportar esa libra sobre el alcance del avión. Esta reducción de peso significa que el avión necesita menos combustible para recorrer la misma distancia, de modo que el avión sea más económico de operar. Dado que ahorrar peso es muy importante para reducir los costos de un avión, el uso de generadores eléctricos de 400 Hz más pequeños y livianos es una ventaja significativa sobre los sistemas eléctricos de 60 Hz.
Uno de los primeros variadores de velocidad constante de 400 Hz desarrollado para la aviación.
Uno de los primeros variadores de velocidad constante de 400 Hz desarrollado para la aviación.
El inconveniente de operar a 400 Hz es que los sistemas de alta frecuencia son más propensos a sufrir caídas de voltaje. La más significativa de estas pérdidas resulta de caídas reactivas. Las caídas reactivas son causadas por las propiedades inductivas de los cables o alambres conductores a través de los cuales se transmite la corriente eléctrica. Este tipo de pérdida se ve afectada tanto por la longitud del conductor como por la frecuencia de la energía que fluye a través de él. A medida que aumenta la frecuencia, mayor es la caída de voltaje. A una frecuencia alta de 400 Hz, las caídas reactivas pueden ser hasta siete veces mayores que a una frecuencia baja de 60 Hz.
Esta diferencia en las características operativas ayuda a explicar por qué la red eléctrica de EE. UU. Opera a 60 Hz en lugar de los sistemas de 400 Hz utilizados a bordo de los aviones. Una frecuencia más baja reduce las pérdidas a largas distancias, como las que se producen entre una planta de energía y su hogar u oficina. Las distancias de transmisión a bordo de un avión son muy pequeñas en comparación, por lo que las pérdidas de potencia son mucho menos significativas en comparación con la reducción de peso del equipo de generación.

Fuente :
www.aerospaceweb.org/question/electronics/q0219.shtml

Answer 2

No recuerdo cómo, pero durante mi pasantía de verano con HAL aprendí esto:
“La generación de potencia de frecuencia de 400Hz es universalmente aceptada para los aviones porque todos los instrumentos deberían ocupar menos espacio y deberían tener menos peso en los aviones, especialmente en el generador, y a medida que la frecuencia aumenta, el tamaño del generador disminuye.
Esto se debe a que la frecuencia de generación de energía y el área de la armadura mantienen una relación inversa.
Pero si seguimos aumentando la frecuencia, las pérdidas y los factores de calor entran en escena, por lo que 400 Hz es la frecuencia óptima que se utilizará y esto está estandarizado “.

PD: Las tesis son las oraciones exactas de mi cuaderno que escribí durante mi entrenamiento. Disculpe los errores gramaticales si hay alguno, espero que esto ayude.

Answer 3

1.N = 120f / p
2.E = 4.44 * phi * f * Tph * Kw

F = frecuencia
Phi = flujo (flujo de espacio de aire)
Tph = vueltas del estator por fase.
Kw = constante del motor.
E = emf

En la segunda ecuación, si mantenemos constante el voltaje terminal y aumentamos la frecuencia, entonces el flujo de espacio de aire requerido sería mucho menor para las mismas características.
Si el flujo de espacio de aire requerido es menor, entonces el material requerido sería menor (núcleo del estator, devanado).
Por lo tanto, la máquina es pequeña para las mismas características (par-velocidad).

Answer 4

La razón es que cuando usamos frecuencias más altas, la cantidad de hierro y cobre utilizada en alternadores y transformadores se reduce significativamente.
Ya que ,
X = w * L ,
X = reactancia
w = frecuencia angular
L = inductancia
Ahora aumentar la frecuencia requiere menos inductancia para la misma reactancia (o la misma transformación de potencia), necesitamos menos no. Número de vueltas de cobre y núcleo de hierro.
Ahora, el aumento de la frecuencia tiene sus propios inconvenientes, como el aumento de las pérdidas del núcleo, por lo que requerimos materiales magnéticos caros para reducir las pérdidas del núcleo en los aviones y es por eso que no se utiliza comercialmente.

Answer 5

Se pueden generar muchas cosas en DC 28 V. AC 115 V 400 Hz se pueden generar con un generador más pequeño que 50 o 60 Hz. Transmitir 400 Hz sobre las distancias pequeñas involucradas no es un gran problema. Hay un gran ahorro en el peso de los imanes y los filtros en los convertidores en casi todos los equipos.

En el asiento, la potencia se convierte en CA 110 V 60Hz 150 VA, por lo que, con suerte, el ladrillo de potencia no se incendiará en altitud. DC 15 V 75 W o DC 5 V USB en otras aeronaves. El poder es peso y menos poder cuanto más puedan transportar.

Los imanes de 400 Hz son más pequeños, se pueden hacer con un generador para que no dependa de dispositivos electrónicos sensibles para hacer CA.

Hay un cambio a la frecuencia salvaje de conmutación de transición abierta, por lo que los generadores son solo trifásicos en algún lugar alrededor de alternadores de 400 Hz. No hay inversores sensibles o arreglos de sincronización.

El peso es un problema mayor que la eficiencia, ya que tiene el poder para volar el peso. Entonces APU es una pequeña turbina de gas mucho más ligera que un grupo electrógeno normal.

Answer 6

A 400Hz, los transformadores son mucho más pequeños que sus equivalentes de 60Hz. 60 Hz es tremendo para una red eléctrica, pero no tanto en términos de peso / eficiencia.

Piense en cambiar las fuentes de alimentación. Transformadores pequeños, a menudo un suministro de CC simple relativamente no regulado, y un dispositivo de conmutación accionado por un circuito regulado que genera una salida muy estable, pero la conmutación puede ser de muy alta frecuencia y el transformador muy pequeño.

¡Menos peso en el avión!