Correzione del fattore di potenza

Progettare, regolare e verificare gli algoritmi di correzione del fattore di potenza usando le simulazioni

Il fattore di potenza di un circuito CA è il rapporto tra la potenza reale istantanea usata da un carico elettrico e la potenza apparente che scorre nel circuito. È una misura dell’efficacia con cui la potenza viene trasmessa e utilizzata dai carichi collegati a una rete elettrica.

\[Fattoredipotenza = \frac{Potenzareale \; (kW)}{Potenzaapparente \; (kVA)}\]

In un circuito puramente lineare,

\[Fattoredipotenza = cosθ\]

dove \(θ\) è l’angolo tra la potenza reale e la potenza apparente nel triangolo delle potenze qui sotto.

Triangolo delle potenze.

Un fattore di potenza più vicino a 1 indica l’utilizzo massimo della potenza estratta dalla rete. Un fattore di potenza basso indica che degli elementi capacitivi o induttivi nel circuito determinano uno sfasamento tra corrente e tensione, riducendo la potenza reale istantanea disponibile per il carico e consumando capacità di corrente non necessaria sui cavi.

Profilo di potenza media per fattori di potenza in anticipo e ritardo.

Per i circuiti non lineari, il fattore di potenza è influenzato da una componente di distorsione aggiuntiva che risulta dalle armoniche presenti nella corrente di linea.

\[Fattoredipotenza = cosθ * \frac{1} {\sqrt {1 + Distorsionearmonicatotale^2}}\]

Per esempio, i carichi come gli alimentatori a commutazione vengono ampiamente utilizzati per via dei vantaggi che offrono in termini di dimensioni, costi ed efficienza. Tuttavia, uno svantaggio di un alimentatore a commutazione senza correzione del fattore di potenza consiste nel fatto che introduce queste armoniche nella corrente di carico a causa della commutazione dai dispositivi a semiconduttore, come i MOSFET. Ciò aumenta la distorsione armonica totale della corrente di carico e si riduce, così, la qualità dell’energia.

Gli ingegneri usano diverse tecniche per aumentare la qualità dell’energia di tali impianti elettrici. Il miglioramento del fattore di potenza per i carichi lineari può essere raggiunto tramite la compensazione della potenza reattiva, per compensare VAR in anticipo o in ritardo. Tuttavia, i carichi non lineari che generano armoniche necessitano di tecniche di correzione del fattore di potenza come i filtri attivi o accordati per le armoniche che mitigano le armoniche stesse e aumentano la qualità dell’energia. Tali tecniche di correzione del fattore di potenza si basano sull’uso dell’elettronica di potenza, controllata con l’impiego di controller analogici o digitali.

La progettazione del controllo della correzione del fattore di potenza digitale con Simulink® ti permette di usare simulazioni multirate per progettare e regolare gli algoritmi di controllo digitale, in modo da personalizzare le forme d’onda della corrente in ingresso. Tutto ciò ti consentirà di ridurre al minimo le perdite e di portare la qualità dell’energia al valore desiderato. Questo approccio ti permette anche di testare e verificare i controller in presenza di tensioni in ingresso e carichi variabili, prima di distribuire gli algoritmi di controllo sull’hardware.

Modello Simulink di correzione del fattore di potenza boost a controllo digitale.

Distorsione armonica nella corrente di linea (blu) e dopo la correzione del fattore di potenza (giallo).

Con Simulink, puoi:

  • Costruire modelli di simulazione accurati degli alimentatori a commutazione, di motori CA e di altri carichi presenti nei sistemi di distribuzione
  • Condurre analisi delle armoniche per determinare la distorsione armonica totale presente nel circuito
  • Dimensionare i componenti passivi per i convertitori di potenza per accertarti di ottenere le caratteristiche di segnale desiderate, come l’ondulazione (ripple) della tensione in uscita
  • Progettare i controller digitali per questi convertitori di potenza usando l’analisi in frequenza (AC Sweep) e la regolazione PID automatica
  • Generare automaticamente codice C ANSI, ISO oppure ottimizzato per processori specifici e HDL per la prototipazione rapida e l’implementazione di produzione dei controller

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