La correzione del fattore di potenza, o Power Factor Correction, indica una particolare tecnologia dell’ingegneria elettrica per ridurre i consumi e le dissipazioni di energia all’interno degli alimentatori switching industriali, migliorandone l’efficienza e le prestazioni.
Per capire di cosa si tratta e di come gli alimentatori con PFC migliorino il rendimento di un sistema elettrico industriale, iniziamo definendo alcuni termini principali quali fattori di potenza ed efficienza.
Fattore di potenza: cos’è il Power Factor
Nella rete di distribuzione elettrica, la corrente alternata può subire degli sfasamenti rispetto alla tensione di alimentazione, causando un’asincronia nella frequenza e nel raggiungimento di picchi e valli. Questo sfasamento produce una perdita di potenza più o meno importante, a seconda dell’ampiezza dell’angolo di sfasamento tra i due vettori, definito come fattore di potenza.
Il fattore di potenza, o Power Factor, è costituito dai seguenti elementi:
- Potenza attiva: l’energia realmente utilizzata dagli apparecchi elettrici;
- Potenza reattiva: un quantitativo di energia che viene dissipato all’interno del sistema, ma che risulta comunque fondamentale per garantire il funzionamento dell’apparecchio elettrico;
- Potenza apparente: rappresenta il totale effettivamente impiegato di energia elettrica.
Nello specifico, possiamo definire quindi il fattore di potenza come il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente, in grado di individuare la perdita di potenza causata dalla potenza reattiva.
Il valore, espresso in scala decimale o in percentuale, aumenta al diminuire della potenza reattiva, indicando che il sistema di alimentazione ha un alto livello di efficienza. Viceversa, più il fattore di potenza sarà basso e più la potenza reattiva sarà maggiore, indicando un alto livello di inefficienza.
Infatti, se non viene gestita e smaltita correttamente, la potenza reattiva può causare potenziali rischi, guasti o malfunzionamenti del sistema elettrico. Inoltre, a differenza degli impianti domestici in cui il livello di potenza reattiva è basso e non viene pagato, nell’industria può rappresentare un serio problema dai costi molto elevati che può peggiorare l'efficienza dell’intero sistema di alimentazione.
Efficienza negli alimentatori switching
A questo proposito, l’efficienza elettrica esprime la capacità dell’alimentatore di convertire al meglio la potenza in ingresso alla potenza in uscita che fornisce ai dispositivi. Un buon livello di efficienza è importante per ridurre il consumo di energia e la perdita di calore ad ogni utilizzo dell’alimentatore.
L’efficienza di un alimentatore switching dipende da due fattori:
- Il sistema di raffreddamento dell’alimentatore: alcuni alimentatori enclosed vengono raffreddati da una ventola incorporata, altri sono raffreddati per convenzione ad aria libera.
- Il fattore di potenza dell’alimentatore: più è elevato, minori sono le perdite di trasmissione dell’energia e migliore è la regolazione della tensione sulla corrente elettrica.
In sintesi, quanto più un fattore di potenza si avvicina ai valori ideali di 100% o 1, maggiore è l’efficienza dell’alimentatore che sarà in grado di utilizzare la maggior parte dell’energia prelevata.
Al contrario, un alimentatore non efficiente con Power Factor basso impiegherà più potenza da generatori e linee di corrente, che però sarà rimbalzata e non verrà effettivamente utilizzata.
Per questo motivo, negli alimentatori switching moderni si utilizzano tecnologie di Power Factor Correction che contribuiscono ad aumentare il fattore di potenza dell’alimentatore elettrico.
Power Factor Correction: alimentatori con PFC attivo o passivo
La tecnologia PFC, conosciuta anche come correzione del fattore di potenza, ha quindi lo scopo di correggere la perdita di potenza ed aumentare l’efficienza dell’alimentatore. Esistono due tipi di PFC: attivo o passivo, la cui differenza risiede nella composizione del circuito e dei componenti elettrici.
In un alimentatore con PFC attivo vengono utilizzati circuiti elettronici avanzati composti da convertitori boost, raddrizzatori a ponte e condensatori di ingresso, in grado di distribuire in modo ottimale l’alimentazione ai dispositivi collegati. Si tratta della soluzione più moderna ed efficace.
Un alimentatore con PFC passivo utilizza invece condensatori e induttori posti in serie per migliorare la distribuzione dell’energia. È un metodo meno complesso e costoso, ma anche meno efficiente.
Confrontando l’efficienza di alimentatori con e senza PFC, possiamo fare alcuni esempi:
- Un alimentatore senza PFC può raggiungere un fattore di potenza tra il 50% e il 60%;
- Un alimentatore con PFC passivo può arrivare ad un Power Factor di massimo 70% o 80%;
- Un alimentatore switching moderno con PFC attivo arriva ad un fattore di potenza oltre il 90%
Di fatto, gli alimentatori switching industriali a più alta efficienza presentano un fattore di potenza almeno superiore all’80%, nei migliori casi arrivando ad un Power Factor di 93% o 95%.
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I vantaggi di un alimentatore industriale con PFC
Considerato tutto ciò, è semplice comprendere cosa può comportare per le industrie un sistema di alimentazione con fattore di potenza basso. Guasti degli apparecchi, surriscaldamenti degli impianti, funzionamenti instabili del sistema elettrico, per non parlare di un alto spreco di corrente che viene assorbita e dissipata inutilmente, assieme ad un generale aumento dei costi di energia industriale.
Un moderno sistema di alimentazione elettrico, composto da alimentatori industriali switching con PFC attivo, offre numerosi vantaggi competitivi per le aziende:
- Riduzione dei costi di gestione dell’energia, aumentando la qualità dell’efficienza;
- Riduzione del tempo medio tra i guasti dei dispositivi alimentati (motori, macchinari, etc);
- Riduzione delle cadute di tensione, degli sbalzi di corrente e della richiesta di energia elettrica.
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