Affrontare insieme Power Quality e EMC è fondamentale per garantire conformità e prestazioni ottimali. Sottovalutare l'importanza del rapporto tra qualità dell'energia e compatibilità elettromagnetica non è più un'opzione praticabile in un mondo sempre più elettrificato e in cui affrontarli entrambi è essenziale per la moderna qualità della vita
Quando i progettisti lavorano allo sviluppo di nuovi prodotti o componenti elettronici, spesso hanno difficoltà a considerare la questione della compatibilità elettromagnetica (EMC), e cosa ciò significhi in termini di interferenze elettromagnetiche (EMI). Il modo migliore per affrontare questo problema è, ovviamente, incorporare filtri nel processo di progettazione originale e Schaffner lavora con i progettisti di tutto il mondo per aiutarli a comprendere perché i filtri siano tanto importanti.
Tuttavia, ciò che spesso non viene pienamente apprezzato è il ruolo che la qualità dell’energia svolge in questo processo, in particolare l’importanza del rapporto tra qualità dell’energia e EMC. È imperativo che i progettisti, che sono già abbastanza consapevoli e concentrati sui problemi EMC/EMI, anche quando lavorano sui prodotti considerino la rilevanza della qualità dell’energia utilizzata. Se tutti e tre i fattori non vengono affrontati correttamente, e allo stesso tempo, il risultato saranno quasi certamente danni ai prodotti o ai dispositivi con i quali interagiscono.
Il motivo per cui la qualità dell’energia è sempre più importante
Viviamo in un mondo sempre più elettrificato. La continuità dell’energia, la qualità stessa dell’energia, e la sua disponibilità sono già molto importanti oggi, ma diventeranno essenziali in futuro. Ecco perché è utile che gli ingegneri comprendano come massimizzare tutti questi aspetti, e avere ben chiaro quali siano le soluzioni disponibili.
In parole povere, se si desidera avere un utilizzo affidabile ed efficiente dell’energia, è necessario abbracciare il concetto di EMC e combinarlo con una fornitura di energia di buona qualità. È essenziale per la nostra vita moderna che alla qualità dell'energia sia data la massima priorità. In caso contrario, i dispositivi elettronici su cui tutti facciamo e faremo affidamento, molto semplicemente non funzioneranno ai livelli di affidabilità ed efficienza di cui abbiamo bisogno e sui quali facciamo affidamento.
Guardando a una prospettiva più ampia, l'energia sarà così sprecata (qualcosa che nessuno di noi può più permettersi di fare), e l'efficienza delle reti e delle linee elettriche sarà compromessa, i tempi di inattività delle apparecchiature aumenteranno, e si verificheranno danni. Inoltre, da un punto di vista finanziario, è stato stimato che i problemi di qualità dell'energia costano alle imprese e alle organizzazioni dell’UE circa 10 miliardi di euro all'anno. Ciò fornisce chiaramente un potente incentivo per gli ingegneri di tutto il mondo ad affrontare con determinazione il problema.
Quando si cerca di apprezzare la relazione che intercorre tra EMC e qualità dell’energia, è importante capire che le differenze tra loro si riferiscono alle frequenze di alimentazione. In Europa, le frequenze di alimentazione di solito partono da 50 Hz e arrivano fino a diversi MHz, a seconda dell'applicazione. In termini di qualità dell'alimentazione, la gamma importante su cui concentrarsi è compresa tra 50 Hz e circa 2,5 KHz e questo intervallo è coperto dallo standard europeo di qualità dell'alimentazione, EN 50160. Le EMC/EMI di solito diventano un problema quando si arriva ai 2,5 KHz.
La distorsione armonica
Quando la qualità dell’energia non è così elevata come dovrebbe, ciò è dovuto principalmente alla problematica della distorsione armonica (HD) del sistema di alimentazione elettrica. La HD è ciò che si verifica quando la forma d’onda di un segnale viene alterata, introducendo armoniche indesiderate. Può interrompere i sistemi elettrici, causando surriscaldamento, danni alle apparecchiature e inefficienze nella trasmissione e nel consumo di energia. Più la potenza è distorta, meno l'energia diventa efficiente e affidabile. In molti paesi, i livelli massimi di HD sono stabiliti dalla Legge.
Nell'industria, un numero significativo di problemi e malfunzionamenti sono causati da una scarsa qualità dell’energia. I dispositivi, ad esempio, possono surriscaldarsi più di quanto dovrebbero, e rendere anzitempo necessaria la loro sostituzione, rendendo necessario sostenere costi che sarebbero invece evitabili. Se l’azionamento di un motore in un impianto di produzione dovesse guastarsi, ad esempio, ciò potrebbe significare il dover arrestare l'intero processo di produzione. Anche quando non si verificano guasti, una scarsa qualità dell’alimentazione degli impianti può far sì che le macchine funzionino in modo meno efficiente e diventino meno affidabili, causando ritardi, rallentamenti, interruzioni e soprattutto spese indesiderate. Affrontando la distorsione delle armoniche ed eliminando le perdite, i proprietari delle aziende produttrici possono mantenere le loro strutture al massimo dell'efficienza riducendo al minimo i costi.
Nel XXI secolo, gli azionamenti di motori sono di gran lunga i dispositivi più utilizzati nell'elettronica e gli azionamenti a velocità variabile e a risparmio energetico sono ormai ampiamente utilizzati nelle fabbriche. Infatti, ben il 50% di tutti i consumi energetici odierni riguarda i motori. Il rovescio della medaglia è che la proliferazione dei motori aumenta inevitabilmente il livello di distorsione armonica presente nelle reti di alimentazione. Mentre i singoli azionamenti a velocità variabile possono essere controllati rispetto agli standard in un laboratorio, la sfida è ciò che accade quando 100 o più di essi devono operare insieme in un unico, grande impianto di produzione.
Affrontare insieme EMC e qualità dell'energia
Sfortunatamente, molti ingegneri oggi vedono ancora il rapporto tra qualità dell'energia ed EMC come una sorta di mistero, difficile da comprendere appieno. Tuttavia, non vi è alcun mistero nel fatto che gli ingegneri dovrebbero sempre cercare di mitigare il rischio di interruzioni, migliorare l'efficienza e migliorare la qualità complessiva dell'energia elettrica e degli ambienti elettromagnetici. Per fare questo, si devono affrontare fattori di vitale importanza come la stabilità della tensione, la distorsione della forma d'onda, la compatibilità elettromagnetica e l'immunità alle interferenze.
Detto più semplicemente, non è possibile trascurare la questione della qualità dell’energia, sia che si tratti di progettare un singolo prodotto che di realizzare una fabbrica intera. EMC e qualità dell'energia devono sempre essere affrontati insieme per ridurre al minimo le perdite. Mentre gli ingegneri devono guardare al quadro più ampio piuttosto che concentrarsi solo sull'affrontare l'EMI o il miglioramento della qualità dell’energia, ci sono pochissimi fornitori di soluzioni a livello globale che possono aiutarli a gestire l'intero spettro.
L’utilizzo del simulatore per studiare qualità dell’Energia e soluzioni EMC
Da molti anni, la specializzazione di Schaffner è stata di trovare soluzioni che affrontassero insieme i problemi di qualità dell’energia e EMC. Queste includono filtri di ingresso e uscita, filtri armonici passivi e attivi, reattori e simulatori di qualità dell’energia.
I filtri di ingresso garantiscono l’erogazione di energia stabile e pulita gestendo le armoniche e la potenza reattiva, riducendo l’EMI, livellando le tensioni di alimentazione e filtrando il rumore indesiderato. Un filtro di uscita rimuove il rumore e l'ondulazione da un segnale, garantendo un'uscita di tensione regolare e stabile, migliorando le prestazioni e l’affidabilità. I filtri di uscita di Schaffner non solo riducono le perdite di potenza, ma consentono anche ai clienti di utilizzare cavi di alimentazione più lunghi, che possono essere cruciali in applicazioni come il mining.
I filtri armonici passivi attenuano frequenze specifiche, mentre i filtri attivi annullano “attivamente” le armoniche, migliorando la qualità dell’alimentazione e riducendo la distorsione. I reattori, tipicamente utilizzati in combinazione con altri filtri come parte di un'intera soluzione, migliorano la qualità dell'alimentazione e proteggono le apparecchiature dai danni controllando il flusso di corrente, riducendo l'HD e stabilizzando i livelli di tensione.
Un'area in cui Schaffner si distingue particolarmente è lo sviluppo di simulatori della qualità dell’energia. Ci sono molte applicazioni in cui la simulazione è l'unica opzione praticabile, l’esempio classico è quando una fabbrica non è ancora stata costruita, ma devono comunque essere effettuati calcoli sulle attrezzature in modo tale da poter concordare investimenti e budget. La soluzione Schaffner perette agli ingegneri di avere uno strumento che consente loro di calcolare il numero di filtri che saranno necessari. Si inseriscono nel simulatore di qualità dell'energia fattori come il numero di azionamenti, le fonti di alimentazione, i carichi e le lunghezze dei cavi e il simulatore elabora il livello di distorsione e propone la soluzione di filtro ottimale, incluso il numero di filtri necessari e dove sono necessari.
Anche nel momento in cui una apparecchiatura è stata installata, il simulatore può essere utilizzato per verificare se i calcoli eseguiti in simulazione corrispondono alla realtà. Questo strumento è molto potente ed è simile all'ingegneria dell'intelligenza artificiale.
Affidabilità ed efficienza dipendono dalla qualità dell’energia
Riassumendo, avere disponibile energia di buona qualità e dispositivi elettronici compatibili sotto il profilo elettromagnetico sono fattori essenziali nel mondo moderno. Volendo un utilizzo affidabile ed efficiente dell’energia, diventa doveroso raggiungere i massimi livelli di EMC e di qualità della potenza erogata. Sfortunatamente, nel mondo reale la situazione non è mai così buona come dovrebbe essere e come la si vorrebbe; ci sono ancora troppi problemi associati ad alti livelli di distorsione ed è essenziale che questi vengano correttamente affrontati. Diversamente non ci si può aspettare che i dispositivi e gli impianti funzionino in modo affidabile ed efficiente.
