Alimentatori a corrente costante in applicazioni industriali

SISTEMI DI POTENZA –

TDK-Lambda ha sviluppato diverse soluzioni di alimentazione “Constant Current” rivolte alle applicazioni industriali.

Nel vasto mondo degli alimentatori è possibile identificare due principali categorie: a tensione costante e a corrente costante. Nei primi l’anello di regolazione mantiene costante la tensione al variare del carico (corrente), nei secondi la variabile controllata sarà la corrente che rimarrà costante al variare del carico applicato all’alimentatore. Poichè il flusso di corrente è strettamente correlato al flusso di carica nel tempo, avere il controllo della corrente permette di controllare la velocità di alcuni processi chimici, catalizzarli, renderli più veloci o addirittura renderli reversibili. Nelle applicazioni industriali le correnti in gioco sono molto elevate e le applicazioni le più varie. Per questo motivo, nello sviluppo dei sistemi di alimentazione connessi, servono patner industriali con conoscenza delle applicazioni ed elevato know-how delle tecnologie e problematiche ad esse connesse. In questo articolo focalizzeremo la nostra attenzione sui seguenti processi di elettrodesalinizzazione delle acque, di elettrolisi, di deposizione e di controllo attivo della corrosion.

L’elettrodesalinizzazione delle acque
Uno dei sistemi più validi per l’ultra-purificazione dell’acqua, anche per applicazioni industriali, è mediante l’uso di membrane a scambio ionico. Questo metodo permette, dopo diversi stadi di filtraggio, di ottenere acqua priva di Ioni, con bassissima conduttività e priva di impurezze. L’acqua, precedentemente filtrata con filtri meccanici ed osmotici, viene immessa in filtri contenenti speciali membrane a scambio ionico che necessitano di una alimentazione esterna. Dipendentemente dalla portata e dal grado di purificazione voluto, possono essere richiesti anche fino a 600 Vdc e correnti di diverse decine di Ampere. Applicando una tensione tra l’anodo e il catodo della membrana, gli ioni disciolti nell’acqua vengono estratti perchè attratti e costretti a passare attraverso le mebrane anioniche/cationiche. Il grado di purificazione dipende dalla corrente applicata. Essendo la conduttività dell’acqua molto variabile, il sistema necessita di un controllo del flusso di corrente per conoscere la quantità di carica e quindi il livello di purificazione che si vuole raggiungere. Se il contenuto ionico dell’acqua dovesse essere eccessiva (elevata conduttività), un alimentatore a tensione costante potrebbe causare danni alle membrane per via della elevata corrente che vi scorrerebbe. Il controllo a corrente costante evita che questo avvenga. L’utilizzo di alimentatori a corrente costante programmabili permette un elevato controllo del processo di purificazione dell’acqua. Inoltre l’utilizzo di alimentatori altamente efficenti permette un notevole risparmio in termini di costi operativi.

L’elettrolisi
Un processo industriale largamente in uso per la purificazione dei metalli (specie l’alluminio ed il rame) è l’elettrolisi. Il materiale da purificare viene immerso in una “vasca elettrolitica”. Viene applicata una differenza di potenziale tra il campione da purificare (nella figura rame che funge da anodo) e il catodo ove si raccoglierà il materiale puro. Anche in questo processo la quantità di rame purificato è direttamente correlata alla corrente applicata. L’utilizzo di Alimentatori a Corrente costante permette il perfetto controllo dell’evolversi del processo. Questi processi utilizzano correnti nell’ordine delle migliaia di ampere e basse tensioni operative. L’utilizzo di alimentatori ad alta efficienza permette un risparmio significativo in termini di bolletta energetica e costi operativi.

La deposizione
La deposizione è un processo che viene correntemente utilizzato per ricoprire di un sottile strato di materiale pregiato (Oro, Cromo, Titanio, ecc) su di un substrato “tecnicamente povero” o con caratteristiche meccaniche differenti.Questo renderà il substrato + trattamento superficiale idoneo agli usi più gravosi, resistente alla corrosione, brillante od opaco dipendentemente dalle necessità. Esistono diversi metodi di deposizione, il principio base consta sull’evaporazione sottovuoto del materiale da depositare che, accelerato da un campo elettrico opportunamente applicato, verrà depositato sul substrato. L’utilizzo di alimentatori a corrente costante semplifica il processo di evaporazione che può essere attuato mediante “Electron Beam Evaporation”. Il processo avviene in una camera sottovuoto. Un filamento viene riscaldato applicando ai suoi capi una tensione Dc dove, raggiunta una opportuna temperatura, sarà possibile estrarre elettroni. Questi verranno accelerati da un campo elettrico applicato tra il filamento e il crogiuolo contenente il materiale da far evaporare. Il fascio viene focalizzato da dei campi magnetici generati da spire presenti in prossimità della sorgente e del crogiuolo. L’utilizzo di alimentatori a corrente costante per l’alimentazione del filamento e dei magneti di deflessione e di fuoco, si rivela efficace nei seguenti casi: mantenere la temperatura del filamento costante evitando oscillazioni che potrebbero causare variazione nel flusso di emission; mantenere costante il flusso magnetico di focalizzazione (la programmazione della corrente permette di variare la focalizzazione del fascio); mantenere costante il flusso magnetico di deflessione (la programmazione della corrente permette di variare la deflessione del fascio)
Il controllo di tutti questi parametri, insieme all’utilizzo di alimentatori di alta qualità, con basso ripple ed elevata risposta dinamica, permettono di ottenere una deposizione di elevatissima qualità ed uniformità. Un miglior processo riduce quindi gli scarti e aumenta l’affidabilità del prodotto.

Il controllo attivo della corrosione
Ponti, Pale Eoliche offshore e Navi sono tre esempi dove la prevenzione della corrosione della struttura è particolarmente importante e riduce notevolmente i costi operativi di queste strutture. Le attuali leggi di salvaguardia dell’ambiente, hanno fatto in modo che sia sempre meno utilizzata la tecnologia passiva ad “Anodo Sacrificale”, a favore di quella attiva di prevenzione a “Corrente Impressa”. Nella prima un Anodo di metallo diverso, opportunamente scelto, viene “sacrificato” per fare in modo che la struttura venga salvaguardata dalla corrosione. Nella seconda un sofisticato sistema di controllo elettronico della corrente farà in modo di iniettare una corrente inversa a quella generata dalla corrosione per salvaguardare la struttura. Nel primo caso è facile evincere che bisognerà sostituire periodicamente l’anodo sacrificale (con conseguenti costi e dispersione di metalli nell’acqua), nel secondo caso l’unico costo sarà quello del sistema e il costo energetico. Elevata efficienza e capacità di controllo della corrente e tensione nel più ampio range possibile sono le principali caratteristiche richieste negli alimentatori per queste applicazioni.

Le soluzioni TDK-Lambda
TDK-Lambda, da oltre di 65 anni leader mondiale nella ricerca tecnologica nel campo degli alimentatori, ha sviluppato diverse soluzioni “Constant Current”. Le tre serie denominate ZUP, Z+ e Genesys permettono un pieno controllo della corrente e della tensione di uscita oltre che un feedback sugli stessi parametri. La disponibilità di interfacce analogiche anche isolate, digitali RS232/485, IEEE488, Lan, permette una elevata flessibilità di integrazione. Le potenze variano da 200 W a 15 KW con la possibilità di porre in parallelo fino a 4 unità, per potenze fino a 60 KW e correnti fino a 4000 A. Per sistemi Oem che necessitano di alimentatori con capacità di funzionare in ambienti ad elevato grado di inquinamento, TDK-Lambda ha appositamente sviluppato la serie HWS/HD per applicazioni industriali pesanti. Essa gode di garanzia a vita e di range esteso di temperatura operativa oltre che di una protezione “Conformal Coating” sui circuiti stampati. Le potenze disponibili vanno da 15 a 1500 W. In aggiunta, TDK-Lambda ha la capacità di ottimizzare i prodotti standard o realizzare prodotti custom per soddisfare particolari specifiche o particolari applicazioni.

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