מושגי יסוד

מתח חשמלי - הפרש פוטנציאלים חשמלי אשר אם ישרור על מוליך - יזרום דרך המוליך זרם חשמלי.

זרם חשמלי - תנועת אלקטרונים חופשיים בצורה סדירה ובכיוון ידוע דרך המוליך.

התנגדות - תכונה הקיימת בכל מוליך, אשר מקיימת את הקשר המתמטי שבין המתח החשמלי הקיים משני קצות המוליך, לבין הזרם הזורם דרכו.

חוק אום - הנוסחה המקשרת בין המתח, הזרם וההתנגדות:

 זרם שווה היחס שבין המתח להתנגדות -  I = V/R,  V=I x R ו-  R=V/I

אימפדנס (עכבה חשמלית) -  התנגדות (מדומה) למעבר זרם חילופין דרך מעגל חשמלי המכיל, לפחות, קבל או סליל. האימפדנס תלוי בתדירות. 

במעבר זרם דרך מעגל שיש לו אימפדנס, מתקיים הפרש פאזה בין המתח לבין הזרם הזורם במעגל.

תגיבות (reactance) - התנגדות מדומה של קבל או של סליל.

תגיבות של סליל, עולה עם עליית התדר ותגיבות של קבל, יורדת עם עליית התדר.

מוליך חשמלי - תווך. חומר שדרכו ניתן להעביר זרם חשמלי. ע"מ שזה יתקיים, המבנה האטומי של החומר צריך להיות כזה, שבו אלקטרונים מה"קליפה החיצונית" של האטומים ממנו החומר עשוי, יכולים להתנתק מהאטום, תחת השפעת הפרש פוטנציאלים חשמלי, ולנוע בסדר ידוע בין שני קצות המוליך. 

לכל מוליך ישנה התנגדות מסוימת, התלויה בסוג החומר ממנו הוא עשוי, מאורכו של המוליך ומשטח החתך של המוליך. ככלל, ככל שהמוליך ארוך יותר התנגדותו גדולה וככל שהוא בעל שטח חתך גדול יותר, התנגדותו קטנה.

מבודד - חומר שאינו מוליך חשמלי (למשל, אוויר יבש, וואקום, זכוכית, פלסטיק וכד')

וולט - יחידת המתח החשמלי.

אמפר - יחידת הזרם החשמלי.

אוהם - יחידת ההתנגדות החשמלית. (קילו-אוהם = אלף אוהם. מגה-אוהם = מליון אוהם)

עבודה - כמות האנרגיה המשתחררת (או נדרשת) במעבר אנרגיה מצורה אחת (למשל, אנרגיה חשמלית) לצורה אחרת (למשל, חום)

ג'אול - יחידת האנרגיה (1 ג'אול מתקבל כאשר על מוליך שורר מתח של 1 וולט וזורם בו זרם של 1 אמפר למשך שנייה אחת. כל שנייה שהזרם ימשיך לזרום יתווסף עוד 1 ג'אול)

הספק חשמלי - כמות העבודה המתבצעת ביחידת זמן.

וואט - הספק חשמלי השווה לעבודה של 1 ג'אול למשך שנייה אחת. (אם במשך חמש שניות תתבצע עבודה של 25 ג'אול, ההספק יהיה 5 וואט)

מאמ"ת (Circuit Breaker) - התקן אלקטרו-מכאני, המנתק את הזרם, כאשר ערכו של הזרם עולה מעל ערך ידוע. ניתוק מעגל הזרם מתבצע או ע"י חום הנוצר באלמנט המדידה או ע"י שדה מגנטי הנוצר עקב הזרם הזורם בו. לאחר ניתוק מעגל הזרם ניתן "לרסט" (reset) את ההתקן (אם ע"י לחיצה על כפתור מתאים או ע"י הרמת ידית מפסק).

נתיך  (Fuse) - רכיב חשמלי המנתק את מעגל הזרם, אם עלה על ערך נתון ע"י שריפה עצמית של חוט בעובי ידוע. לאחר ניתוק הזרם יש להחליף את הנתיך.

מקור האנרגיה החשמלית במטוס הוא המצבר. אולם, כאשר מנוע המטוס פועל, האלטרנטור הוא זה שבפועל מספק את האנרגיה החשמלית. 

כאשר האלטרנטור מספק את הזרם, המצבר משמש מעין מאגר אשר תפקידו לייצב את המתח במקרה של צריכת זרם רגעית גבוהה של אחד הצרכנים וכן לשמש אוגר בכוננות למקרה של תקלה באלטרנטור או הפסקת פעולת המנוע.

טרם התנעת המנוע, המצבר הוא המספק את הכוח למתנע ועומד לטייס אם וכאשר במהלך הטיסה המנוע פסק מלפעול וברצונו לנסות התנעה מחדש.

פס צבירה - מערכת כבלים מעבירי זרם חשמליף המקשרת בין ספקי החשמל (מצבר ואלטרנטור) לצרכני החשמל במטוס.

מערכת החשמל במטוסי אז,מ ותעופה כללית פועלת במתח ישר 12 V או 24 V. ערכים הלו הם גנריים כי למעשה המטוס פועל במתח ממוצע  14 V או 28 V.

מצבר אלקטרו-כימי:

המצבר משמש כמקור אנרגיה חשמלית צבורה. פעולתו העיקרית היא הפעלת מערכת ההתנעה והפעלת מערכות החשמל כאשר המנוע אינו פועל

לאחר ההתנעה  המצבר משמש כמייצב מתח

המצבר בנוי ממספר תאים - שישה במצבר V12 אשר מחוברים בטור

והלוח השלילי בנוי מעופרת (PbO2) בכל תא יש מספר לוחות חיוביים ושליליים, וביניהם נוזל (אלקטרוליט). הלוח החיובי בנוי מדו-תחמוצת העופרת

שלד הלוחות בנוי בצורת רשת העשויה חומר קשיח לשמירה על מבנה הלוח. את הרשת מצפים בחומר הלוח. אחד החומרים המרכיבים את השלד הוא אנטימון, אשר יוצר גזים רעילים כאשר התהליך האלקטרו-כימי בפעולה 

הנוזל (אלקטרוליט) הוא בעצם חומצה גופרתית מהולה במים מזוקקים ביחס 1:2 

תכונת האלקטרוליט היא של חומר מוליך בעל התנגדות נמוכה. כושר התנגדות האלקטרוליט נמדד על פי משקלו הסגולי

המשקל המינימלי לנוזל במצבר תקין הוא 1.25 גרם לסמ"ק. התנגדות התמיסה יורדת עם עליית הטמפרטורה

תיבת המצבר עשויה חומר פלסטי מבודד העמיד בפני חומצה גופרתית וחום. הלוחות מוכנסים לתיבה תוך השארת מרווח מסוים בתחתית 

במכסה המצבר ישנם פתחים שדרכם ניתן להוסיף מים מזוקקים במידת הצורך. במצבר ללא פתחים אלה נאטמים לאחר המילוי הראשוני

המצבר מחולק לתאים המחוברים בטור, וכל תא מורכב ממספר לוחות חיוביים ושליליים, כשביניהם חומר מבודד. קיבולת המצבר תלויה בגודל ומספר הלוחות שיש בכל תא. מצבר של 12 וולט מורכב משישה תאים בני 2.2 וולט כל אחד. לכן מתח ההדקים במצבר חדש יהיה 13.2 וולט בקירוב 

קוטבי המצבר עשויים עופרת ומסומנים בפלוס (+) ומינוס (-). על הקוטב החיובי יהיה כיסוי בידוד בד"כ בצבע אדום

במצבר חשמל יש שלושה מרכיבים עיקריים

קתודה - (מסומנת  + ) בה מתרחש תהליך חיזור שבו נקלטים אלקטרונים מהמעגל החיצוני.

אנודה - (מסומנת - ) בה מתרחש תהליך חמצון שבו נמסרים אלקטרונים למעגל החיצוני.

אלקטרוליט - תווך המפריד בין האנודה לקתודה ומאפשר הפרש פונציאלים ביניהן. מכיל בסיס או חומצה או סוג של תמיסת מלח.

בתוך המצבר, היונים (הזרם החשמלי) זורמים מהקוטב העשוי עופרת - אנודה Pb,  אל הקוטב העשוי דו תחמוצת העופרת - קטודה PbO2,  והאלקטרונים בכיוון ההפוך. 

מחוץ למצבר  - הזרם החשמלי זורם מהפלוס אל המינוס והאלקטרונים בכיוון ההפוך. 

במעגלים חשמליים, מדברים על הזרם החשמלי ולכן מדובר בזרימה מהפלוס אל המינוס. 

קיבולת המצבר נמדדת ביחידות של אמפר שעה

הקיבולת מציינת למעשה את כמות האנרגיה שבמצבר

לדוגמה: מצבר שקיבולו 70 אמפר יוכל לספק זרם של 35 אמפר, למשך זמן של 2 שעות

במצברים של רחפנים הקיבולת מצוינת בד"כ במילי אמפר/שעה. אם התצרוכת מצוינת באמפר, נדרש להתאים היחידות. לחלק הקיבולת ב - 1000 או להכפיל התצרוכת ב - 1000.

לדוגמה: מצבר שקיבולו 70000 mAh  יוכל לספק זרם של 35 אמפר, למשך זמן של 2 שעות.

תכנון אנרגטי עבור כטב"מ:

קיבולת המצבר מחולקת בתצרוכת הממוצעת תיתן את זמן הפעולה של כלי טיס המונע בחשמל וניזון ממצבר נישא.

מהירות כלי הטיס כפול זמן פעולה ייתן את מרחק הטיסה המקסימלי, תוך הכללת השפעת הרוח לקבלת מהירות קרקע.

באם תכנון הטיסה הנו הלוך וחזור יש לחשב מהירות קרקע שונה עבור נתיב הלוך וחזור. מאחר שהמהירויות שונות, זמני הטיסה הלוך וחזור יהיו שונים.

בנוסף, הטמפ' והגובה משפיעים על הרחפן ככול כלי טיס אחר (למעט המנוע משום שאינו נושם אוויר). יום חם וגובה רב יגרעו מביצועי הרחפן.

מצבר חשמל

מערכת החשמל מטוס אז"מ סיירה 

רכיבי המערכת הראשיים הם –

אלטרנטור – מספק מתח של 12V – 14V בטווח סיבובי מנוע גבוה.

מצבר – מספק מתח של 12V וזרם של 0.9 אמפר למשך זמן של 20 שעות.

מערכת התנעה – מפתח התנעה המפעיל את מנוע ההתנעה שמחובר עם מצמד למנוע המטוס.

צרכנים – נחלקים לצרכני כוח כגון מדפים,מקזז ותאורה וצרכני מחוונים.

פס הזנת מתח ראשי/פס צבירה – המחלק המתח לצרכנים.

נתיכים – מגינים על הצרכנים וממוקמים בד"כ בתא הטייס על מנת לאפשר גישה קלה ואף במהלך הטיסה.

אתרעות – מנורת גנרטור המציינת טעינה (מנורה כבויה) ואי טעינה (מנורה דולקת). מד מתח המצבר.

מערכת החשמל ססנה 152

ספק המתח הינו אלטרנטור המקבל הנעה מהמנוע ומספק זרם 60 אמפר ומתח 28V.

המצבר הנו של 24V.

לפרוט מערכת החשמל, ראה ספר המטוס -  Information Manual, Saction 7.

המצבר:

המצבר משמש כמקור אנרגיה חשמלית צבורה. פעולתו העיקרית היא הפעלת מערכת ההתנעה והפעלת מערכות החשמל כאשר המנוע אינו פועל

.לאחר ההתנעה  המצבר משמש כמייצב מתח

(המצבר בנוי ממספר תאים (שישה במצבר V12 אשר מחוברים בטור

והלוח השלילי בנוי מעופרת (PbO2) בכל תא יש מספר לוחות חיוביים ושליליים, וביניהם נוזל (אלקטרוליט). הלוח החיובי בנוי מדו-תחמוצת העופרת

שלד הלוחות בנוי בצורת רשת העשויה חומר קשיח לשמירה על מבנה הלוח. את הרשת מצפים בחומר הלוח. אחד החומרים המרכיבים את השלד הוא אנטימון, אשר יוצר גזים רעילים כאשר התהליך האלקטרו-כימי בפעולה 

הנוזל (אלקטרוליט) הוא בעצם חומצה גופרתית מהולה במים מזוקקים ביחס 1:2 

תכונת האלקטרוליט היא של חומר מוליך בעל התנגדות נמוכה. כושר התנגדות האלקטרוליט נמדד על פי משקלו הסגולי

המשקל המינימלי לנוזל במצבר תקין הוא 1.25 גרם לסמ"ק. התנגדות התמיסה יורדת עם עליית הטמפרטורה

.תיבת המצבר עשויה חומר פלסטי מבודד העמיד בפני חומצה גופרתית וחום. הלוחות מוכנסים לתיבה תוך השארת מרווח מסוים בתחתית 

במכסה המצבר ישנם פתחים שדרכם ניתן להוסיף מים מזוקקים במידת הצורך. במצבר ללא פתחים אלה נאטמים לאחר המילוי הראשוני

המצבר מחולק לתאים המחוברים בטור, וכל תא מורכב ממספר לוחות חיוביים ושליליים, כשביניהם חומר מבודד. קיבולת המצבר תלויה בגודל ומספר הלוחות שיש בכל תא. מצבר של 12 וולט מורכב משישה תאים בני 2.2 וולט כל אחד. לכן מתח ההדקים במצבר חדש יהיה 13.2 וולט בקירוב 

קוטבי המצבר עשויים עופרת ומסומנים בפלוס (+) ומינוס (-). על הקוטב החיובי יהיה כיסוי בידוד בד"כ בצבע אדום

בסוללה יש שלושה מרכיבים עיקריים

קתודה - (קוטב שלילי) בה מתרחש תהליך חיזור שבו נקלטים אלקטרונים מהמעגל החיצוני.

אנודה - (קוטב חיובי) בה מתרחש תהליך חמצון שבו נמסרים אלקטרונים למעגל החיצוני.

אלקטרוליט - תווך המפריד בין האנודה לקתודה ומאפשר הפרש פונציאלים ביניהן. מכיל בסיס או חומצה או סוג של תמיסת מלח.

.קיבולת המצבר נמדדת ביחידות של אמפר שעה

.הקיבולת מציינת למעשה את כמות האנרגיה שבמצבר

.לדוגמא: מצבר שקיבולו 70 אמפר יוכל לספק זרם של 35 אמפר, למשך זמן של 2 שעות

במצברים של רחפנים הקיבולת מצוינת בד"כ במילי אמפר/שעה. אם התצרוכת מצוינת באמפר, נדרש להתאים היחידות. לחלק הקיבולת ב - 1000 או להכפיל התצרוכת ב - 1000.

לדוגמא: מצבר שקיבולו 70000 mAh  יוכל לספק זרם של 35 אמפר, למשך זמן של 2 שעות.

תכנון אנרגטי עבור כטב"מ:

קיבולת המצבר מחולקת בתצרוכת הממוצעת תיתן את זמן הפעולה של כלי טיס המונע בחשמל וניזון ממצבר נישא.

מהירות כלי הטיס כפול זמן פעולה ייתן את מרחק הטיסה המקסימלי, תוך הכללת השפעת הרוח לקבלת מהירות קרקע.

באם תכנון הטיסה הנו הלוך וחזור יש לחשב מהירות קרקע שונה עבור נתיב הלוך וחזור. מאחר שהמהירויות שונות, זמני הטיסה הלוך וחזור יהיו שונים.

מה ההבדל בין גנרטור לאלטרנטור ?

אלטרנטורים וגנרטורים הם שני מכשירים המייצרים חשמל. אלטרנטור יכול להיקרא סוג של גנרטור. למרות ששני המכשירים הללו משרתים את אותה פונקציה, הם שונים למדי בכל היבט אחר

אלטרנטור הוא מערכת טעינה למכוניות המייצרת חשמל. גנרטורים משמשים לייצור חשמל בקנה מידה גדול. גם אלטרנטורים וגם גנרטורים ממירים אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. ההבדל העיקרי ביניהם הוא לגבי מה מסתובב ומה קבוע

באלטרנטור, חשמל מיוצר כאשר שדה מגנטי מסתובב בתוך הסטטור (פיתולי תיל). בגנרטור, לעומת זאת, האבזור או פיתולי החוט מסתובבים בתוך שדה מגנטי קבוע כדי לייצר חשמל

אלטרנטורים נחשבים יעילים יותר מגנרטורים. אלטרנטורים חוסכים באנרגיה על ידי שימוש רק באנרגיה הדרושה, בעוד שהגנרטורים משתמשים בכל האנרגיה המופקת. אלטרנטורים יש תפוקה גבוהה יותר מאשר גנרטורים

כשמדובר בקיטוב, האלטרנטורים והגנרטורים שונים מאוד. בעוד שגנרטורים צריכים להיות מקוטבים לאחר ההתקנה, אין צורך בקיטוב באלטרנטורים

מברשות אלטרנטור מחזיקות מעמד זמן רב יותר מאלה של גנרטורים. הסיבה לכך היא שהמברשות באלטרנטור משמשות רק להובלת זרם כדי להפעיל את הרוטור וטבעות ההחלקה עליהן רוכבות חלקות

יש הבדל נוסף בין גנרטורים לאלטרנטורים בכל הנוגע לטעינה. אלטרנטור לא יטעין סוללה מתה ואם תנסו להטעין אותה, יש אפשרות שהיא תישרף. עם זאת, גנרטור יכול לשמש לטעינת סוללה מתה

ש גם הבדל בגודל שכן אלטרנטורים יכולים להתאים לחלל קטן, בעוד שהגנרטורים גדולים יותר

סיכום

באלטרנטור, חשמל מיוצר כאשר שדה מגנטי מסתובב בתוך הסטטור (פיתולי תיל). מצד שני, האבזור או פיתולי החוט בגנרטור מסתובבים בתוך שדה מגנטי קבוע כדי לייצר חשמל

אלטרנטורים חוסכים באנרגיה על ידי שימוש רק באנרגיה הדרושה. גנרטורים משתמשים בכל האנרגיה המופקת

אלטרנטורים מייצרים מתח בעת הצורך והגנרטורים מייצרים מתח בכל עת

עבור מחוונים