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Coordinare i Carichi per Correggere un Basso Fattore di Potenza

(PQToday - Vol. 1 n°2 - Estate 1995)

Le armoniche su un carico provocano forme d'onda non sinusoidali che si ripercuotono in un fattore di potenza basso. Le compagnie di distribuzione dell'energia elettrica, spesso, assegnano delle penali ai loro clienti che manifestano un basso fattore di potenza. Che questo sia causato da carichi reattivi o da carichi armonici, poco importa. Per correggere il fattore di potenza, comunque, è necessario conoscere a fondo le cause che lo hanno generato. In genere se il fattore di potenza è basso, si rimedia inserendo in rete una batteria di condensatori di rifasamento (che contrastano la reattanza del carico) ; se però il fattore di potenza basso è dovuto alle armoniche, esso deve essere corretto utilizzando apparecchiature (come reattori, filtri passivi, trasformatori zig-zag e filtri attivi a retroazione) che mitigano il problema. Lo stesso risultato si può ottenere bilanciando con cura i diversi tipi di carico sui diversi conduttori dell'alimentazione. Il processo di bilanciamento del carico viene mostrato nello schema seguente. In esso un trasformatore triangolo stella fornisce l'alimentazione a tre tipi diversi di carico (resistivo, alimentatore switching e alimentatore a 6 impulsi). I carichi resistivi sono dei riscaldatori o un impianto di illuminazione. Gli alimentatori switching (SWM) si trovano installati sui comuni carichi elettronici monofase (personal computer, strumentazione biomedicale, forni a microonde, ecc.) Gli alimentatori a 6 impulsi si trovano installati nei motori a velocità variabile ed in alcuni alimentatori trifase per computer. Il duty-cicle o l'angolo di conduzione dei tre carichi è variabile. Le fig. 1, 2 e 3 mostrano la corrente assorbita dai carichi resistivi. Il duty-cicle di un carico resistivo è uguale al duty-cicle della tensione applicata ; in questo caso si è in una condizione ideale (Fig. 1). Il duty-cicle dell'alimentatore switching è molto più breve rispetto a quello della forma d'onda applicata (Fig. 2). Il duty-cicle del carico a 6 impulsi è ancora più corto, anche se sono presenti due intervalli di conduzione per ogni mezzo ciclo della tensione applicata (Fig. 3). La Fig. 4 mostra la forma d'onda combinata dei tre carichi. Come si può notare il risultato è una forma d'onda quasi sinusoidale. Il fattore di potenza complessivo è 0.93 in confronto al valore 0.6 del fattore di potenza dell'alimentatore switching, e il fattore K dei carichi combinati è 4.33, da confrontare con il valore 27.3 dell'alimentatore switching. I benefici apportati dalla combinazione di diversi tipi di carico è ancora più appariscente quando un trasformatore triangolo stella alimenta i carichi. Le Fig. 5, 6 e 7 mostrano le caratteristiche dei diversi carichi sul primario di un trasformatore triangolo stella. La corrente del carico resistivo attraversa il trasformatore senza interagire, mentre le correnti impulsive degli alimentatori switching e a 6 impulsi sono sottoposte a notevoli trasformazioni. Per entrambi questi carichi, la corrente assorbita dal carico diventa incredibilmente complessa quando attraversa il trasformatore. La Fig. 6 mostra la corrente dell'alimentatore switching mentre la Fig. 7 mostra la corrente assorbita dal carico a 6 impulsi dopo essere passata attraverso il trasformatore triangolo stella. Grazie ad una felice coincidenza, l'angolo di conduzione del primo carico è complementare all'altro, per cui la combinazione dei carichi permette di avere una forma d'onda più o meno sinusoidale (Fig. 8). Combinando uniformemente i diversi tipi di carico si può ridurre il livello di distorsione, quindi il fattore di potenza ed il fattore K migliorano. Le armoniche sono presenti a diverse fasi, per cui, combinando assieme diversi carichi, si riesce ad ottenere una forma d'onda con duty-cicle migliore e forma sinusoidale. La differenza dell'angolo di fase è il complemento dello sfasamento del neutro tra carico linea-linea (alimentatore 6 impulsi) e carico linea neutro (alimentatore switching). Per tale motivo, l'impatto dei singoli carichi sul sistema di distribuzione viene minimizzato. Questo è il concetto che si sta utilizzando per i trasformatori con secondario a "zig-zag". Nei prossimi articoli presenteremo il modo di rilevare la direzione delle armoniche di corrente, l'impatto delle armoniche sull'impedenza del sistema di distribuzione e la riduzione delle armoniche di carico attraverso l'uso di dispositivi di attenuazione dei disturbi. (Le figure mancanti verranno inserite appena possibile. Ci scusiamo per il disguido)

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