L’importanza del fattore di potenza

ALIMENTATORI –

La correzione del fattore di potenza riveste un ruolo fondamentale all’interno dei dispositivi utilizzati per l’alimentazione dei Led.

In prima analisi, un adeguato fattore di potenza negli alimentatori Led Ac/Dc serve ad aumentare l’efficienza. Capita spesso perciò che gli utenti lo confondano con il rendimento di un alimentatore. È pertanto un errore comune ritenere che gli alimentatori con un fattore di potenza di 0,5 impieghino quasi il doppio della potenza degli alimentatori con un fattore pari a 0,95. In realtà non è proprio così. Per chiarire le conseguenze di un fattore di potenza scarso, è necessario analizzare innanzi tutto il funzionamento di base di un alimentatore.

Il problema del raddrizzatore
A differenza del filamento, gli alimentatori Led non rappresentano un carico puramente ohmico. La tensione alternata in ingresso viene innanzi tutto raddrizzata e quindi livellata per mezzo di un condensatore relativamente grande. Quest’ultimo viene caricato al massimo con ciascuna semionda e cede una parte dell’energia accumulata durante il semiciclo successivo. La corrente può fluire unicamente quando il valore della tensione nel raddrizzatore è superiore a quello nel condensatore, si ottiene un breve flusso di corrente pulsante ad elevata ampiezza. L’ampiezza può essere 5 o 6 volte maggiore rispetto a quella che ci si può aspettare dal convertitore. Il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente sarà, senza misure correttive all’incirca 0,7 anche per carichi puramente resistivi. È facilmente intuibile che i picchi di corrente generati dal processo di rettificazione hanno ripercussioni notevolmente maggiori sulla rete, rispetto a un andamento più regolare e sinusoidale, sebbene nel complesso non venga impiegata maggiore potenza. Per valutarne gli effetti viene misurato il contenuto delle armoniche. Un andamento puramente sinusoidale presenta soltanto la sua frequenza base, detta anche prima armonica. Il flusso di corrente pulsante, nel nostro esempio, contiene anche frequenze più elevate con una frequenza 3, 5, 7, 9, 11, 13 e 15 volte superiore, un aspetto importante per l’emissione spuria dell’alimentatore.
Il problema è dovuto unicamente al fatto che la tensione alternata in ingresso deve essere raddrizzata e livellata. Connettendo un alimentatore switching che alimenta un drive a corrente costante la situazione peggiora drasticamente. La soluzione consiste nell’adottare una circuiteria che consenta di ridurre le armoniche al minimo. Invece di collegare il condensatore direttamente al raddrizzatore, viene collegato un modulatore ad ampiezza di impulsi in posizione intermedia. Il modulatore genera diversi impulsi di corrente sincronizzati con la tensione in ingresso e regola la corrente di carica in modo che si avvicini alla forma d’onda sinusoidale. Un buon circuito di PFC è in grado di portare il fattore di potenza a “0,95”, come minimo, e nel contempo ridurre le armoniche al minimo.
 
PFC e Fattore di Potenza
L’esempio ha evidenziato come la correzione attiva del fattore di potenza consenta di eliminare le armoniche. Questo non è tuttavia l’unico motivo per cui gli utenti insistono su un buon fattore di potenza. I convertitori con un fattore di potenza scarso assorbono maggiore energia dalla rete e ne riflettono una parte. Ciò non significa necessariamente che abbiano un rendimento scarso, ma che parte della potenza viene indirizzata in direzione sbagliata. Confrontando  l’assorbimento di corrente di una lampadina a incandescenza da 100 watt e una lampada a Led da 25 watt, si nota che entrambe hanno la stessa luminosità. La lampadina a incandescenza ha un fattore di potenza pari a 1 e assorbe dalla rete di alimentazione a 230 V una corrente costante di 0,45 A. Una lampada a Led da 25 watt con un analogo fattore di potenza 1 assorbirebbe circa 0,11 A. Se si utilizza un alimentatore con un fattore di potenza peggiore, l’assorbimento di corrente aumenta proporzionalmente. Con un fattore di potenza di 0,25, vengono prelevati dalla rete 100 watt, sebbene alla lampada a Led ne arrivino sempre solo 25. Che fine fanno i restanti 75 watt? Tornano alla rete nella posizione di fase sbagliata. L’energia non va in realtà del tutto persa, il rendimento dell’alimentatore continua ad essere elevato. Il fattore di potenza scarso non è visibile nella bolletta elettrica, poiché il contatore non registra la corrente reattiva. Dato che i produttori di corrente sono però tenuti a fornire una corrente pulita, essi devono adottare le misure necessarie che vengono indirettamente addebitate ai clienti. La norma EN61000-3-2 prevede la correzione obbligatoria del fattore di potenza per gli alimentatori Led a partire da 25 watt. La direttiva Energy Star prevede inoltre un fattore di potenza pari a 0,9 per le applicazioni commerciali. Molti alimentatori Led, tra cui quelli della serie LightLine di Recom, raggiungono attualmente valori effettivi attorno a 0,95. Poiché la curva di corrente  ha un andamento quasi piatto in presenza di un fattore di potenza elevato, non ha molto senso insistere con soluzioni tecniche dispendiose per portare il fattore di potenza ad un valore pari a 1. Non sarebbe infatti probabilmente possibile ammortizzare i costi maggiori da ciò derivanti. Considerando che nei prossimi anni nei nostri uffici e nelle nostre abitazioni, verranno installati milioni di alimentatori, la correzione del fattore di potenza sarà importante quanto un buon rendimento. La correzione del fattore di potenza non riguarda tanto i costi quanto il controllo dell’inquinamento della rete causato dalle armoniche.

Ampia gamma di prodotti da 3 a 60 watt
Recom dispone di un’ampia gamma di alimentatori Led Drive con potenza da 3 watt a 60 watt. Nella fascia di bassa potenza 3 watt e 6 watt il Pfc non è previsto. Con questi valori di potenza l’energia delle armoniche è così bassa che i drive incontrano la Emc Direttiva EN61000-3-2 senza addizionali costi per la circuiteria di Pfc. Per gli alimentatori con potenza di 12 watt e 20 watt RACD12 & RACD20 il circuito di Pfc è stato implementato anche se la direttiva non lo richiede, mentre per il RACD60, con 60 watt di potenza, il Pfc è mandatorio. Grazie a un attento studio, questo modello ha dimensioni pari alla metà di quelle di molti dei prodotti concorrenti.

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