Controle e Proteção do
Sistema de Geração da Aeronave

A tensão da barra precisa ser constante

• O equipamento da aeronave opera numa tensão definida.
• A operação eficiente depende de tensão constante do gerador.
• Mas a tensão de saída de um gerador não é constante por natureza.
• Duas perturbações a fazem derivar: a carga, que muda a cada instante, e a rotação do motor.
• Daí as duas frentes: regular a tensão e proteger contra o que a afasta do valor.

Como se controla a tensão: a excitação de campo

• Só um fator da tensão de saída é controlável: a corrente de campo.
• Exemplo da fonte: um reostato no circuito de campo.
• Mais resistência → campo fraco → tensão cai.
• Menos resistência → campo forte → tensão sobe.
• Controla-se a excitação; a tensão é o efeito.

corrente de campo → fluxo magnético → tensão induzida

O cenário: a geração elétrica na aeronave

• O gerador entrega à barra pelo contator de linha — os contatos ligam e desligam a máquina.
• A barra equalizadora liga um gerador ao outro: é o canal de comparação.
• Quem segura a tensão da barra é o regulador de voltagem, que mora junto ao gerador.
• No começo, esse regulador era uma peça física separada: uma caixa pequena, com contatos que abriam e fechavam dentro dela.

Antes da unidade eletrônica: como se regulava a tensão

• Regular é sempre o mesmo: medir a saída, comparar com uma referência, corrigir o erro.
• O que mudou não foi a lógica — foi quem executa a correção.
• Nos primeiros reguladores, era um contato que abria e fechava, movido por uma bobina.
• A sequência: contato → pilha de carvão → vibratório → amplificador magnético → transistor → unidade eletrônica.

Gerador CC e alternador: duas máquinas, dois reguladores

• Gerador CC é o dínamo: corrente contínua por comutação e escovas.
• Alternador é o gerador CA: sem escovas, corrente alternada, que vira contínua na TRU.
• As duas entregam 28 V na mesma barra — mas cada uma tem o seu regulador.
• Do dínamo: pilha de carvão, vibratório, amplificador magnético. Do alternador: transistorizado.

Pilha de carvão: o princípio

• Reguladores de contato não servem à corrente de campo alta: os contatos furam ou queimam.
• Grande carga de campo exige outro tipo: a pilha de carvão.
• Discos de carvão sobrepostos, em série com o enrolamento de campo.
• A pilha governa a corrente de campo — e a tensão de saída.
• A resistência varia inversamente com a pressão: aperta → cai.
• Pressão reduzida → mais ar entre discos → resistência maior.

resistência da pilha cai quando a pressão aumenta

Pilha de carvão: as duas forças e o ciclo

• Duas forças opostas sobre a pilha:
• mola comprime a pilha → mais pressão, menos resistência;
• eletroímã alivia a pressão → mais resistência.
• O eletroímã é excitado pela tensão a regular — isso fecha a malha.
• Tensão sobe → eletroímã cresce → resistência sobe → menos campo → tensão cai.

em equilíbrio: força da mola = força do eletroímã, para a tensão ajustada

Pilha de carvão: ajuste e conservação

• O botão de regulagem é o reostato pequeno: desloca o ponto de equilíbrio.
• Instrumento de precisão: limpar terminais e contatos, checar rachaduras, firmar ligações.
• Voltímetro portátil de precisão é obrigatório — perde precisão sob vibração ou choque.
• Ajuste: máquina aquecida, voltímetro do terminal "B" à massa, ajustar até 28 V.
• Inspeção final: a barra deve indicar 28 V ± 0,25 V; fora disso, reajustar.

ajuste final da barra = 28 V ± 0,25 V

Regulador vibratório: princípio e ciclo

• Em vez de variar resistência, insere e retira um reostato (resistor com ajuste) do campo.
• Um contato abre e fecha muitas vezes por segundo; a tensão é a média do ciclo.
• Com "K" aberto, ajusta-se o reostato de campo para que a máquina dê cerca de 60% da tensão nominal.
• Fechar "K" curto-circuita o reostato: a corrente de campo e a tensão sobem.
• Acima do crítico, o solenoide abre o contato; abaixo, a mola o fecha.

tensão regulada = valor médio do ciclo abre-fecha

Vibratório: amortecedor, centelha e limites

• Amortecedor (pistão "P"): operação suave; evita ultrapassar o equilíbrio.
• Capacitor "C" no contato: elimina as centelhas do circuito indutivo.
• Limite: não serve a geradores de alta corrente de campo — os contatos furam.
• Item crítico: a vida do contato. Inspecionar superfícies queimadas, a mola e o capacitor.
• Contato em mau estado produz vibração irregular e tensão instável.
• O que decide o uso é a corrente que o contato interrompe.

Regulador com amplificador magnético

• É um regulador estático: sem partes móveis — a estabilidade é elétrica.
• A ponte de referência gera um erro com polaridade; os estágios magnéticos o amplificam.
• O contato mecânico é trocado por enrolamentos de controle em malha fechada.
• Mantém a variação da tensão de saída na ordem de 1%.
• O preço: é mais pesado e maior que o de pilha de carvão.

variação da tensão de saída ≈ 1% da tensão regulada

Os três reguladores comparados

• Pilha de carvão: resistência em série com o campo — aperta, cai.
• Vibratório: um contato abre e fecha; a tensão é a média.
• Amplificador magnético: estático, sem partes móveis — ~1%.
• No sistema CA, a amostra chega ao regulador por transformador trifásico redutor e retificador de onda completa; a bobina de voltagem recebe 28 V.
• O regulador de alternador usa um transformador antioscilante (ou de amortecimento) — abafa a oscilação da voltagem do excitador.
• Decide o uso a corrente de campo e a precisão exigida.

Por que o transistor substitui o vibratório

• O único fator controlável comodamente é a corrente de campo.
• No vibratório, um contato abre e fecha inserindo e retirando resistência do campo.
• É a corrente que o contato interrompe que limita o vibratório: alta, os contatos furam.
• O transistor troca esse contato por chaveamento eletrônico.
• Não há contato que abre sob corrente — o modo de falha desaparece.
• Nos alternadores, a regulação age no campo do excitador.

O que o transistor muda no circuito de campo

• Nos eletromecânicos, a corrente de campo se ajusta inserindo ou retirando resistência.
• No transistorizado, a corrente flui por um diodo e um transistor até o campo.
• Ao atingir o nível de voltagem, o transistor entra em corte.
• A comutação é interna, por sinal elétrico: não há contato que abre sob corrente.
• Três terminais — emissor, base, coletor: um sinal pequeno na base controla a corrente de coletor.
• Construção: transistores, diodos, resistores, capacitores e um termistor.

O diodo Zener: a referência de tensão

• O regulador precisa de uma tensão que não varie: o padrão de comparação.
• O Zener, polarizado inversamente, mantém constante a tensão sobre ele.
• Quem absorve a variação é o R2 em série; no esquema, é o CR5 entre C e D.
• Ele define a referência — não a saída do gerador.
• 28 V e 6,2 V de Zener → V_R2 = 28 − 6,2; I_Zener = (28 − 6,2) ÷ R2.

A ponte de referência

• CR1 retifica a saída de T1 e alimenta a ponte.
• Primeira perna: R2 até C; o Zener CR5 de C a D.
• Segunda perna: R9 e o cursor de R7 com o compensador RT1.
• Se a voltagem cai, só a queda em R2 muda; o Zener fica constante.
• As pernas reagem de forma desigual; a diferença é o sinal de erro → V_R2 = V_CR1 − V_Zener e erro = V_C − V_cursor(R7).

A detecção do erro: o ponto C contra o cursor de R7

• A ponte entrega a saída (entre C e A) à base de Q1.
• Saída caiu: C fica negativo em relação ao cursor de R7.
• Saída subiu: a polaridade entre os dois pontos se inverte.
• Saída baixa polariza Q1 direto; a corrente emissor–coletor cresce.
• Erro com polaridade: o módulo diz quanto; o sentido, para onde corrigir.
• O cursor de R7 fixa o equilíbrio — a tensão de barra que o regulador mantém.

O transistor de potência no circuito de campo

• O campo do excitador fica no coletor: o transistor de saída Q3 conduz a corrente de excitação.
• Essa corrente é muito maior que o sinal na base: por isso Q3 é de potência.
• Ele suporta a corrente contínua do campo e dissipa calor entre coletor e emissor.
• Um diodo no caminho define o sentido da corrente de excitação.
• Diferente do vibratório, não há contato que abra sob corrente de campo elevada.

P_dissipada = V_CE × I_campo

A cadeia amplificadora: o sinal pequeno vira comando

• O sinal da ponte é pequeno: não comandaria sozinho a corrente do campo.
• A cadeia de transistores o amplifica em etapas — cada estágio entrega o sinal maior ao seguinte.

O elo entre os estágios: o resistor de emissor

• O elo entre um estágio e o outro é o resistor de emissor: a corrente que passa nele cria a tensão que abre a base do transistor seguinte.
• Por isso a sequência traz dois nomes no meio (Q1 → R11 → Q4 → R10 → Q2 → R4 → Q3): os transistores amplificam, os resistores repassam o sinal.
• Cada estágio conduz mais corrente que o anterior; o último (Q3) é quem controla a corrente de campo.
• Um transistor em curto ou aberto corta o elo: o sinal não chega ao fim e a regulação cai.

O transistor de saída e a excitação do alternador

• Q3 conduzindo mais: mais corrente no campo do excitador, que responde com voltagem maior.
• Essa voltagem vai ao campo do rotor do alternador — fecha-se a malha.
• Atingida a referência, o transistor entra em corte e a saída volta ao ajustado.
• A resposta é rápida: comando elétrico, sem massa mecânica a deslocar.
• Na partida, a barra de 28 V CC alimenta o campo do excitador.
• Quando a máquina produz, o relé K1 abre esse circuito inicial.

O transistor como chave: a corrente média

• Em regime, o transistor de saída só faz duas coisas: conduz ou entra em corte.
• O que regula é o tempo em condução a cada ciclo: mais tempo, maior a corrente média de excitação.
• O campo se comporta como indutância: responde à corrente média, não aos degraus.
• Por isso a tensão de saída fica praticamente constante.
• Modulação por largura de pulso (PWM): nome genérico do controle, sem frequência nem ciclo de trabalho.

Estabilização e excitação inicial

• A corrente média de excitação resulta do tempo em condução — o que o campo enxerga.
• Estabilização: no transistorizado não há bobina; o amortecimento vem da realimentação do regulador.
• Na partida, a barra de 28 V CC alimenta o campo por R27, R28 e R29 (resistores que limitam a corrente de excitação), com os contatos de K1.
• Quando a máquina produz, K1 abre o circuito inicial e o regulador assume.
• Interruptor de baixa velocidade: bloqueia a excitação com frequência baixa e libera quando sobe.

Da caixa de relés para a caixa eletrônica: a GCU

• A GCU — Generator Control Unit — é o passo mais recente da sequência.
• Ela aparece nas aeronaves a turbina, onde a geração em corrente contínua é a do sistema elétrico.
• Antes, regulação, sensoriamento e proteção eram peças separadas, com seus relés.
• Na GCU, tudo isso passa a morar dentro de um único módulo eletrônico.

O que é o GCU e o que ele reúne

• GCU é a sigla de Generator Control Unit: em português, Unidade de Controle de Geração.
• É o módulo que, nas aeronaves a turbina, reúne regulação, sensoriamento e proteção da geração CC.
• Antes, cada uma dessas funções era um componente separado.
• Reúne: regulação de tensão, operação em paralelo, tensão diferencial, corrente reversa, sobretensão e sobre-excitação.

O GCU por dentro: o que vigia e o que comanda

• Entradas: tensão de saída do gerador, barra de carga e barra equalizadora.
• Saídas: comando da excitação de campo e do contator de linha.
• A saída da GCU não é a corrente de carga.
• Ela comanda o circuito de excitação e a lógica do contator.
• Quem liga, desliga e regula a geração são esses dois elementos.

O princípio da regulação: amostra, referência e erro

• A regulação mede a saída e compara com uma referência.
• Se a diferença sai dos limites, ajusta-se quem gera.
• No GCU: a tensão é sensoriada e o erro é amplificado até o controle da excitação.
• O ajuste vai até a tensão voltar à faixa aceitável da barra.
• É um laço fechado: a saída volta à entrada.

erro = tensão amostrada − tensão de referência

Função 1: regulação de tensão

• É a mais básica das funções da GCU.
• A tensão de saída é sensoriada e comparada à referência.
• Abaixo da referência → a excitação é aumentada.
• Acima da referência → a excitação é reduzida.
• A falha do próprio circuito de regulação causa a sobretensão.

Função 2: operação em paralelo

• Dois ou mais conjuntos GCU/gerador trabalham em esforço compartilhado.
• As diferenças são amplificadas e ajustam a regulação até equalizar a carga.
• Sem a barra equalizadora, o sistema não sabe quem carrega mais.
• Sem a função, um gerador assume a maior parte da carga.

Os relés do contator: o antecessor da GCU

• Esta figura é do sistema de corrente contínua antigo, com dínamo e escovas.
• Três relés eletromecânicos faziam o serviço: relé de voltagem, relé diferencial e corrente reversa.
• Os três atuavam sobre o contator principal, que liga e desliga o gerador da barra.
• Na GCU, essas mesmas funções continuam — mas passam a ser executadas por eletrônica, sem peça móvel.

Função 3: tensão diferencial e o contator de linha

• O contator só fecha se o gerador exceder a barra em 0,35 a 0,65 V.
• Fora da faixa, não entra na barra.
• "Diferencial" aqui é diferença de tensão, não de corrente.
• No esquema eletromecânico, essa comparação era feita pelo relé diferencial — o da figura anterior.
• Na GCU, a mesma comparação passa a ser feita por eletrônica, dentro do módulo.

Fechamento: +0,35 a 0,65 V sobre a barra

Função 4: sensoriamento de corrente reversa

• Um gerador que não sustenta a tensão passa a consumir corrente.
• O sistema o vê como carga e o remove da barra.
• No esquema eletromecânico, o relé de corrente reversa abria o contator principal.
• Na GCU, o mesmo sentido de corrente é detectado eletronicamente.

Abertura por corrente reversa: V_gerador < V_barra

Proteção de sobretensão: a lógica

• A proteção de sobretensão raciocina como a regulação: mede a saída e compara com uma referência.
• Muda o limiar: a referência fica acima da tensão nominal da barra.
• Passado o limiar, age sobre a excitação de campo.
• Sem excitação, a máquina não gera: a tensão cai.
• Fonte: a causa mais comum é a falha do próprio circuito de regulação.

A referência de desarme fica acima da tensão nominal da barra.

Sobretensão no esquema eletromecânico: o desarme e o rearme

• No esquema antigo, o relé de sobrevoltagem fecha aos 32 V e alimenta a bobina de desarme.
• O campo abre; o resistor de desarme o recompleta em paralelo — a tensão cai.
• Abrem o interruptor do gerador e a equalização; acende a luz. Rearme: o RESET.
• Na GCU não existe essa bobina: o módulo abre a saída de campo por eletrônica.

Subtensão: o que a documentação sustenta

• Não há, na documentação, uma proteção de subtensão dedicada, com limiar próprio.
• O que existe são três situações reais de tensão insuficiente:
• Tensão diferencial: o contator não fecha fora da tolerância da barra. Corrente reversa: o gerador que não sustenta a tensão é removido da barra.
• Interruptor de baixa velocidade: impede a excitação com frequência baixa.

Proteção de sobre-excitação

• Um gerador em paralelo tenta carregar mais do que sua parte quando uma GCU falha.
• Onde é sensoriada: na barra equalizadora.
• A cadeia: desequilíbrio → desexcitação → sobrevoltagem → abre a excitação de campo.
• O módulo se desliga ao receber o sinal; o desarme é do circuito de sobrevoltagem.
• Diferença da sobretensão: compara a divisão de carga, não a tensão.
• A causa está no próprio módulo; o gerador é vítima.

As proteções em conjunto

• Mesma estrutura: amostrar, comparar com a referência e agir fora dos limites.
• Sobretensão: tensão de saída — desliga a excitação no limiar.
• Tensão diferencial: olha a tensão contra a barra e trava o contator.
• Corrente reversa: olha o sentido da corrente e tira o gerador que consome.
• Sobre-excitação: divisão de carga — desliga o módulo em falha.
• O efeito final é sobre a excitação; o contator tira a máquina da barra.

Do que é feita uma malha de regulação

• Toda regulação encadeia quatro operações — as mesmas em qualquer regulador, do contato mecânico à GCU.
• Sensoriamento: uma amostra da tensão de saída e uma da corrente.
• Comparação: cada amostra é confrontada com uma referência estável.
• Amplificação do erro: a pequena diferença vira sinal de comando de potência.
• Atuação: ajusta a excitação do campo, único fator controlável da tensão.
• Malha fechada: gerador → sensor → comparador → amplificador → excitação → campo → gerador.

O sensor de tensão

• Função: produzir, da tensão da barra, um sinal proporcional de baixa potência para o comparador.
• É a bobina de tensão: muitas espiras de fio fino, em paralelo com os terminais.
• Corrente pequena, mas magnetiza o núcleo em proporção da tensão.
• Nos sistemas com GCU, é um circuito derivador; a amostra é retificada e vai ao comparador.
• Sensor não é voltímetro: o sensor alimenta a malha; o voltímetro só indica.

Barra: 28 V ± 0,25 V.

O sensor de corrente

• Função: medir a corrente do gerador sem queda significativa em série com a carga.
• Solução clássica: bobina de corrente — poucas espiras de fio grosso, em série com a linha.
• Mesma ideia como derivação calibrada: um resistor que produz 0,5 V na saída máxima.
• A queda é proporcional à corrente: medir a queda é medir a corrente.
• Com GCU, a leitura sustenta sobrecarga, divisão de carga e corrente reversa.

E = I × R.

A tensão de referência

• A referência é o padrão contra o qual a amostra é comparada: o alvo da regulação.
• Se a referência varia, todo o sistema varia.
• Nas versões eletromecânicas, a referência é mecânica: a tensão de uma mola calibrada.
• Na pilha de carvão, é elétrica, ajustada por um reostato que desloca o ponto de equilíbrio.
• Nas eletrônicas, é um elemento de tensão constante: no transistorizado, o diodo Zener.
• Duas exigências: estabilidade com a temperatura e ajuste fino.

O comparador e a amplificação do erro

• O comparador subtrai amostra e referência e produz um sinal de erro.
• O erro precisa ter polaridade: um sentido diz "abaixo", o outro, "acima".
• No caminho magnético, o enrolamento de corrente se soma ou se opõe ao de tensão.
• No caminho eletrônico, a ponte gera uma diferença cujo sentido depende da tensão.

erro = amostra − referência.

O que falha num sistema de regulação

• O sistema de regulação não é um componente só: a pane nasce em quatro naturezas.
• O regulador ou a unidade de controle de geração — GCU (Generator Control Unit).
• O circuito de excitação e o campo da máquina.
• Os instrumentos de indicação: voltímetro, amperímetro e luzes de aviso.
• A fiação e as conexões que ligam tudo à barra e à massa.
• A falha do circuito de regulação dentro da GCU é a causa mais comum da sobretensão.

Classificar a pane por bloco, antes de desmontar

• Antes de condenar a máquina, teste o instrumento: confira por outro gerador.
• Instrumento bom: verifique fiação, escovas e acionamento.
• Sem falha visível, o excitador pode ter perdido o magnetismo residual (campo magnético que sobra no ferro e serve de semente).
• Sem tensão ainda, a máquina é a suspeita.
• O curto entre os terminais "A" (do regulador) e "B" (à massa), na rotação de ensaio, separa gerador de regulador.

Falha de regulação: tensão alta

• Sintoma: a barra fica acima do ajustado, ou sobe com a carga.
• Desfecho típico: a proteção atua e o gerador sai da barra.
• Ajuste incorreto: a referência deslocada entrega excitação maior que o devido.
• Curto entre "A" e "B": o controle é contornado e o campo recebe excitação máxima.
• Regulador defeituoso: descartados o ajuste e o curto, substitui-se o regulador.
• A proteção não é o defeito: é o aviso de que a regulação falhou.

Falha de regulação: tensão baixa

• Sintoma: a barra fica abaixo do ajustado.
• Numa máquina que entraria em paralelo, o contator de linha só fecha dentro da tolerância da barra.
• Fora dela, o gerador não entra na barra.
• Onde procurar: ajuste inadequado do regulador e ligações frouxas.
• Tensão que cai após um tempo de operação indica regulador não aquecido antes do ajuste.
• Rotação baixa: o interruptor de baixa velocidade bloqueia a excitação de propósito — não é falha.

O GCU que não excita: a cadeia de excitação

• A excitação é o último elo da cadeia: amostra, referência, erro, ajuste no campo.
• Sem tensão não há erro a corrigir: a partida exige excitação inicial.
• No arranque, a barra de 28 V CC alimenta o campo; o relé K1 abre esse circuito ao subir a tensão.
• No alternador sem escovas, ímãs permanentes entre os polos elevam a tensão residual.
• O interruptor de baixa velocidade condiciona a excitação; sem ela o gerador não entra na barra.

O GCU que não excita: o que verificar, em ordem

• Ordem: voltímetro primeiro; depois fiação, escovas e acionamento.
• Não resolvido, suspeitar do magnetismo residual do excitador.
• Recuperação: remover o regulador e ligar o terminal "A" (do regulador) à bateria, com o motor em cruzeiro.
• FLASHER (botão de excitação): ON momentâneo — não o segure; mantê-lo ligado danifica as bobinas.
• Persistindo zero, procurar curtos e massas; sem tensão ao excitar, trocar a máquina.
• Relé de corrente reversa: fechar ao acelerar e sair da barra; senão, defeituoso.

A árvore de diagnóstico: eliminar um bloco por vez

• As decisões são encadeadas: cada resposta descarta um bloco e reduz o universo a investigar.
• O valor está na ordem — onde parar —, não em adivinhar o defeito.

Os critérios de cada nível da árvore

• Indicação confiável? Testar o voltímetro contra outro gerador ou contra outro instrumento.
• Existe tensão? Não: fiação, escovas, acionamento, magnetismo residual; persistindo zero, máquina defeituosa.
• Valor na faixa? Alto: ajuste ou curto "A"-"B"; baixo: ligações frouxas; instável: fiação.
• Entra na barra? Não fecha: tensão diferencial ou corrente reversa; desarma depois: sobretensão e sobre-excitação.

A sequência de verificação e ajustagem

• Máquina aquecida; voltímetro de precisão do terminal "B" à massa.
• Ajustar em 28 V, repetir para todos, acelerar os motores e fechar os interruptores.
• Aplicar carga: metade da carga de um gerador em sistema de dois.
• Comparar os amperímetros: a diferença entre maior e menor segue o fabricante.
• Divisão desigual: baixar a velocidade do mais alto e elevar a tensão do mais baixo.

faixa aceitável da barra = 28 V ± 0,25 V, isto é, de 27,75 V a 28,25 V.

A barra equalizadora: dividir carga e denunciar falha

• Sobre-excitação: percebida na barra, gera sinal de desexcitação; a sobretensão abre a saída do campo.
• Corrente reversa: o gerador que consome sai da barra e só retorna com as falhas sanadas.
• A bobina de equalização auxilia a voltagem de um regulador e se opõe à do outro, até as quedas igualarem.
• O RESET da cabine rearma o relé de controle de campo; o rearme da GCU não é descrito.

divisão igual ⇔ ΔV₁ = ΔV₂, isto é, I₁ = I₂ no resistor calibrado.

O GCU no sistema elétrico da aeronave: regular, equalizar, proteger

• Do contato mecânico à caixa eletrônica: a mesma tarefa, cada vez mais precisa.
• O que regula mantém a tensão; o que protege retira a máquina da barra quando a regulação falha.
• O que equaliza divide a carga e denuncia a máquina que passou a consumir ou a sobre-excitar.
• Sobretensão: abre a saída da excitação. Tensão diferencial: só autoriza o contator dentro da tolerância.
• Corrente reversa: retira o gerador que consome. Sobre-excitação: desexcita a GCU com falha.

Por que isso importa para o técnico de célula

• O equipamento da aeronave opera numa tensão definida e, no CA, numa frequência definida.
• Tensão fora de faixa não é imprecisão: é falha de função e risco ao que depende dela.
• Por isso o sistema regular, equaliza e protege.
• O técnico de célula diagnostica por bloco — instrumento, ligação, excitação, regulação, proteção — antes de trocar peça.
• Só afirmar o que a documentação sustenta é postura de serviço.