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Ottimizzare il Power Factor Correction

Ottimizzare Il Power Factor Correction

Cos'è il fattore di potenza, come eliminare i problemi legati ad esso e utilizzare al meglio l'energia. Metodi e consigli per ottimizzare il power factor, induttori e progettazione.

L'uso eccessivo di energia elettrica e un utilizzo poco consono non sono più accettabili. Eliminando i fattori di potenza "poveri" si potrà ottenerere una maggiore efficienza elettrica e ridurre l'utilizzo complessivo di energia elettrica. Fino ad oggi, la maggior parte degli induttori utilizzati per il Power Factor Correction sono stati progettati appositamente per la loro applicazione, con conseguente aumento dei costi e tempi più lunghi. Con l'utilizzo di tool di progettazione online e un corretto raggruppamento dei parametri del circuito si possono ottenere induttori standard che utilizzabili per risolvere i problemi legati al fattore di potenza.

Eliminare i problemi di fattore di potenza è una priorità che può essere gestita in molti modi diversi. Tuttavia, non tutte le correzioni del fattore si adattano ad ogni problema. Senza sapere correttamente cos'è il Power Factor però è impossibile comprende a pieno ciò che significa ridurre i problemi legati ad esso. Vediamo dunque insieme cosa si intende per fattore di potenza.

Fattore di potenza.

Il fattore di potenza è sostanzialmente una misura di quanto efficiente o inefficiente è l'energia elettrica che viene utilizzata. Il fattore di potenza è espresso come una frazione tra 0 e 1 ed è il rapporto tra potenza reale e potenza apparente.

La potenza apparente è in funzione della impedenza totale (Z) del circuito, ed è la somma vettoriale di potenza reattiva e reale. Per definire ulteriormente le due componenti di potenza apparente possiamo affermare che il vero potere è costituito da elementi dissipativi del circuito, di solito le resistenze (R), mentre la potenza reattiva è costituita dagli elementi reattivi di un circuito (X) (condensatori e bobine). Poiché la potenza apparente è il prodotto di tensione di un circuito e corrente, senza riferimento ad angolo di fase, si misura in Volt-Ampere (VA).

Il Fattore di potenza è la misura pratica dell' efficienza del consumo energetico in un circuito. I circuiti contenenti elementi puramente resistivi hanno un fattore di potenza di 1,0 mentre i circuiti contenenti elementi induttivi e capacitivi hanno un fattore di potenza inferiore a 1.0. Per due circuiti che utilizzano la stessa quantità di potere reale il sistema con il fattore di potenza inferiore avrà maggiori correnti circolanti a causa dell'energia che ritorna alla fonte. Queste correnti superiori producono maggiori perdite e riducono l'efficienza complessiva. Un circuito con minore fattore di potenza avrà un potere apparente superiore e maggiori perdite per la stessa quantità di potere reale.

Una delle maggiori ragioni per risolvere i problemi legati al fattore di potenza è quella di conformarsi alle normative internazionali, specialmente se avete intenzione di vendere la vostra attrezzatura in Europa. L'Unione europea (UE) ha stabilito dei limiti di correnti armoniche che possono apparire sulla rete (rete elettrica) di alimentatori a commutazione. EN61000-3-2 si applica agli alimentatori con potenza in ingresso di 75 watt o superiore. Per Alimentatori con circuiti PFC che soddisfano EN61000-3-2 si hanno fattori che sono in genere di 0,97 o migliori.

Induttori

Un induttore o reattore è un componente passivo che può immagazzinare energia in un campo magnetico creato dal passaggio di corrente elettrica attraverso di esso. La capacità di un induttore di immagazzinare l'energia magnetica si misura dalla sua induttanza, in unità di Henries. In genere un induttore è un filo conduttore a forma di bobina, i loop contribuiscono a creare un forte campo magnetico all'interno della bobina a causa della Legge di Ampere. Gli induttori sono uno dei componenti di base usati in elettronica dato il variare della corrente e della tensione con il tempo. Glinduttori chiamati anche induttanze sono utilizzati come filtri nelle alimentazioni elettriche o per bloccare i segnali AC passanti in un circuito.

Quasi ogni tipo di induttore di potenza può essere utilizzato per correggere il Power Factor ma per questa analisi gli induttori toroidali risultano esserei mogliori. Gli induttori toroidali offrono prestazioni superiori rispetto ad altri tipi di induttori in quanto occupano meno volume, pesano meno ed emettono interferenze elettromagnetiche più basse (EMI).

Questo tipo di induttori è disponibile in molti materiali: acciaio al silicio, ferro-nichel, molibdeno-permalloy polvere, polvere di ferro amorfo, ferriti, e altri ancora.
Un criterio utile per la selezione del materiale è la gamma di frequenza. In maniera del tutto ottimale l'induttore dovrebbe essere piccolo e poco costoso. Tuttavia, l'affidabilità o le prestazioni dell'induttore non possono essere sacrificate.

Il Montaggio di un induttore toroidale è diventato più semplice con il passare degli anni in quanto l'industria si è standardizzata su vettori e modelli. A seconda delle dimensioni del toroide lo stesso potrebbe essere fissato con resina epossidica, viti di montaggio o anche fascette.

A supporto dei progettisti la "Chou's PL Product calculation, Precision, Inc." ha sviluppato un calcolatore on-line di prodotti PL, un software user-driven utilizzato per caratterizzare induttori PFC su una gamma di potenza di uscita. Sulla base dei parametri del circuito desiderato i progettisti possono calcolare il prodotto necessario per la loro applicazione e correlarlo alle curve PL di diversi induttori PFC. Questo non solo per semplificare il processo di progettazione ma anche la selezione dell'induttore più adatto.

Uno dei motivi per cui i circuiti PFC pussono essere difficili da progettare è che gli ingegneri devono comprendere pienamente le caratteristiche di funzionamento dell'induttore PFC e i suoi effetti sul circuito PFC. La selezione dell' induttore è ancora estremamente personalizzata sulla base delle scelte del progettista e sulle modalità di funzionamento, la gamma di frequenza, la potenza massima di uscita, l' efficienza, max e min tensione alternata, tensione e corrente dell'ondulazione. In genere il fattore più importante nella scelta finale sono le dimensioni e i costi. I progettisti devono bilanciare questi requisiti, anche se la maggior parte di questi parametri si muovono in direzioni opposte, lavorando l'uno contro l'altro.

Il Low Power Factor continua a essere un problema in crescita. L'Unione europea ha già individuato questa situazione e ha sviluppato regolamenti volti a colmare il Power Factor Correction. I progettisti del circuito continueranno a dover affrontare difficili scelte progettuali, compreso il prezzo e le prestazioni dei componenti magnetici. Utilizzare gli strumenti adeguati e gli induttori standard del settore è la chiave per ottenere soluzioni più efficaci. Comprendere le tecniche adeguate per la correzione del fattore di potenza contribuirà ad aumentare l'efficienza elettrica.

Per maggiori informazioni vi consiglio di visitare la fonte dalla quale è stato tratto l'articolo. Nella source trovate anche delle tabelle riassuntive, molto interessante quella riguardante le linee guida per la selezione dei materiali.

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ritratto di PFC

Un altro splendido articolo

Un altro splendido articolo sull'Elettronica Open Source! Finalmente un bel articolo sul power factor correction! Il PFC è, di solito, trattato in maniera semplicistica. Questo articolo parla in maniera chiara del PFC con definizioni ed esempi per aiutare il progettista a capire le tecniche adeguate per la correzione del fattore di potenza per aumentare l'efficienza elettrica.

ritratto di Emanuele

PFC e induttori

Si, il focus è l'induttore, elemento fondamentale per un corretto pfc attivo

ritratto di Ser_gio

Grazie per i complimenti all'articolo.

Non è mai semplice scrivere di questi argomenti, ancora meno trovare degli esempi pratici... Senza dubbio l'induttore gioca un ruolo fondamentale per il pfc

ritratto di cgengineering

Ok l'induttore è importante ma...

Nessuno parla di come si fa a calcolare questo induttore!
Innanzitutto va scelto il controllore adeguato: ci sono molti integrati prodotti dalle maggiori case (Linear, ON Semiconductors, Fairchild Semiconductors, ecc.), così si fissano alcuni dei parametri fondamentali per il calcolo (es. frequenza di lavoro e tipo di zero-cross detection), dopodichè ho trovato molto utile questo programma http://www.micrometals.com/downloads/MicroRelease_March2010.exe , creato dai maggiori produttori al mondo di nuclei magnetici, che contiene un tool per il calcolo di questo induttore (che in molti casi deve avere, appunto, un avvolgimento aggiuntivo per lo zero-cross detection) e delle indicazioni fondamentali per la realizzazione.
Molto importante l'induttore, è vero, ma come per ogni convertitore boost, è fondamentale lo switch, il diodo e le reti di snubber, specie nel caso sia richiesto un PFC per potenze elevate.
Se poi la tensione in ingresso non è la classica monofase, la realizzazione del PFC si complica, in particolare per la rete di zero-cross, che deve essere realizzata o fase per fase (come se fosse un convertitore interleaved a 3 fasi) oppure per mezzo di un derivatore dopo al ponte raddrizzatore più uno zero-cross (difficilmente sarà utilizzabile quello integrato nei chip più diffusi).

Saluti
CG

ritratto di Dide67

Non è semplice calcolare

Non è semplice calcolare l'induttanza di un PFC ma nemmeno poi così difficile.
Entrano in gioco il ripple di corrente che si vuole ottenere la corrente max che si vuole prelevare dalla linea oltre poi alla frequenza di switch del dispositivo.
Oggi si trovano un sacco di applicazioni sui pfc e guaradandole un po' tutte si riesce a definire il valore dei componenti che lo compongono.
Come al solito poi è sul campo la prova definitiva .
Oltre al fottere di potenza comunque io non tralascerei anche la distorsione armonica , vaolre questo che detremina la bontà dell'apparecchio.

ritratto di Alessandro82

RIPPLE

Una domanda riguardante le conseguenze di un Alimentatore con PFC attivo, qualcuno mi sa spiegare il legame che esiste tra il controllo Attivo del PFC ed il valore di Ripple in un alimentatore, se esiste un legame?

ritratto di Sacco davide

Cambiamo i parametri di partenza

Continuiamo a valutare la classe energetica in funzione del consumo di una corrente trasportata da una tensione obsoleta, se tutte le case venissero convertite a 12V (come nelle barche per esempio) elimineremmo tutte le dispersioni prodotte dai trasformatori, addirittura i sistemi fotovoltaici non dovrebbero più invertire a 220 la corrente delle batterie a dodici e sarebbe possibile utilizzare direttamente l energia prodotta dai pannelli, ogni elettrdomestico puo essere convertito a 12 volt anche l aria condizionata , sostituendo semplicemente il motore elettrico del compressore a 220 con uno a 12 volts

 

 

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