Mitigazione armonica efficiente con i filtri attivi Danfoss Drives

Pubblicato il 18 settembre 2023

La gamma delle soluzioni di azionamento sviluppate da Danfoss Drives garantisce agli utilizzatori prestazioni al top di gamma. Le avanzate funzionalità di cui dispongono, consentono infatti di massimizzare la disponibilità degli impianti e minimizzare i costi operativi.

La tecnologia inverter applicata al controllo di velocità dei motori, ad esempio nelle grandi applicazioni HVAC, in ambito di ventilazione forzata o nel comando di pompe per il sollevamento acque, consente di ottenere notevoli risparmi energetici, che in alcuni casi possono addirittura arrivare a superare il 60-70%.

Azionare elettricamente un motore mediante l’impiego di un variatore di velocità è dunque molto conveniente, in quanto i rapidi tempi di ritorno, in termini di risparmio energetico, ripagano l’investimento, consentendo per di più di prolungare la vita utile dell’applicazione.

Il fenomeno della distorsione armonica

A fronte dei numerosi vantaggi che offrono, gli azionamenti elettrici possono però trasformarsi in una potenziale fonte di disturbi, originando fenomeni di distorsione armonica che, incidendo sulla qualità della linea elettrica, riducono l’efficienza del sistema, apportando tra l’altro una serie di problematiche soprattutto nei casi in cui le potenze in gioco iniziano ad assumere valori rilevanti.

Il fenomeno della distorsione armonica non è legato solamente agli ambienti industriali, all’utilizzo dei motori elettrici e dei convertitori di frequenza, ma riguarda anche altri ambiti e apparecchiature. Tra queste ve ne sono molte di uso comune, come ad esempio le fotocopiatrici, i PC o tutti quegli elettrodomestici che dispongono di sistemi di alimentazione switching, ovvero di tipo elettronico a commutazione.

In generale, le armoniche vengono generate dalla presenza sulla rete di carichi non lineari. La loro comparsa genera distorsioni della forma d’onda sinusoidale che, sia essa di tensione o di corrente, produce sui carichi allacciati alla rete una serie di effetti indesiderati. L’incidenza delle armoniche sulla forma d’onda “pura” viene espressa in valore percentuale dal parametro THD (Total Harmonic Distorsion): quanto più il valore di THD è basso, quanto maggiore è la qualità della forma d’onda.

Un problema da non sottovalutare

Oltre al maggiore stress a cui, in via generale, è sottoposto l’impianto, tra gli effetti più comuni generati dalle armoniche di rete si annoverano l’aumento della potenza assorbita, l’incremento delle perdite, l’amplificazione delle correnti di risonanza, nonché l’invecchiamento precoce delle apparecchiature allacciate alla rete, come i motori elettrici. I fenomeni armonici causano infatti surriscaldamenti e vibrazioni degli organi rotanti, situazioni che possono causare l’intervento dei circuiti di protezione, nonché accorciare notevolmente la vita utile del sistema, con conseguenti ricadute economiche legate a fermi impianto imprevisti.

Senza contare l’incremento dei costi energetici che, a causa delle componenti elettriche spurie che interferiscono negativamente, possono lievitare di una cospicua percentuale. La presenza di fenomeni di distorsione armonica rappresenta dunque un ostacolo per il risparmio e l’incremento dell’efficienza energetica.

Mitigare la componente armonica delle linee di alimentazione è una necessità quanto mai concreta: non solo nelle applicazioni industriali, ma anche in quelle civili, ad esempio in tutti quegli edifici o infrastrutture dove si trovano installati impianti HVAC, sistemi di ventilazione forzata e, in generale, motorizzazioni di potenza rilevante.

Come intervenire per mitigare le armoniche?

Al fine di incrementare l’efficienza energetica e non influenzare negativamente le linee di alimentazione, gli standard di riferimento europei identificano precisi limiti ai valori di distorsione massimi consentiti che, a seconda dell’applicazione, possono essere molto stringenti (max. 3%) o decisamente più permissivi (max. 10%). I progettisti possono fare riferimento a normative, ad esempio la EN6100-3-12, e raccomandazioni, come la IEEE 519.1992, per raggiungere questo obiettivo, che può essere perseguito in più modalità, la più comune delle quali si basa sull’impiego dei filtri attivi.

Utilizzati in alternativa ai filtri passivi o agli inverter di tipo AFE (Active Front End, azionamenti dotati di capacità di recupero e reimmissione in rete dell’energia), i filtri attivi si dimostrano una soluzione particolarmente efficace nella riduzione delle armoniche di rete fino a 3 kHz, ovvero fino al 60° ordine nelle reti elettriche a 50 Hz (60 x 50 Hz = 3.000 Hz).

Ma come opera un filtro attivo?

Il principio di funzionamento dei filtri attivi è del tutto similare a quello delle cuffie che effettuano la cancellazione del rumore: analizzata la forma d’onda, esse generano segnali uguali e contrari alle armoniche da sopprimere, così da annullarle.

Analogamente, il filtro attivo rileva le armoniche presenti sulla linea di alimentazione e, allo stesso modo, genera forme d’onda antagoniste alle armoniche da cancellare. L’unica differenza è che, in questo caso, non parliamo di mA, ma di decine se non addirittura di centinaia di ampère.

La soluzione Danfoss: il filtro attivo VLT AAF 007

Nel portafoglio delle soluzioni Danfoss, il filtro attivo VLT Advanced Active Filter AAF 007 consente di elevare la qualità dell’alimentazione e incrementare l’efficienza del sistema, mitigando in modo mirato le armoniche sulla base delle specifiche esigenze dell’applicazione.

Il filtro attivo VLT AAF 007 può essere utilizzato in modo sia centralizzato che decentralizzato. È possibile installarlo per intervenire su un singolo specifico convertitore di frequenza, ma all’evenienza anche come soluzione compatta stand-alone in un punto della rete per compensare più carichi contemporaneamente.

In un cabinet dal design compatto e modulare, il filtro attivo Danfoss VLT AAF 007 rappresenta la soluzione ideale per garantire una rete di alimentazione di qualità, essendo possibile effettuare, oltre alla mitigazione armonica, la correzione del fattore di potenza e la compensazione dello sbilanciamento, tutto con un unico prodotto.

Disponibile per tensioni 3 x 380-480 Vca e correnti nominali fino a 55 A, il filtro AAF 007 è configurabile mediante Setup Tool, che consente di monitorare la rete di alimentazione e di effettuare le opportune regolazioni in base ai parametri del filtro. È ad esempio possibile regolare caratteristiche come la posizione del sensore e il setup del trasduttore di corrente, la priorità e l’intensità della compensazione.

La mitigazione armonica selettiva (dal 2° al 60° ordine) e il rilevamento automatico della risonanza garantiscono un’ampia libertà di configurazione e flessibilità di impiego, che consentono di rispondere in modo mirato ai requisiti tecnici di ciascuna specifica applicazione.

Il filtro Danfoss VLT AAF 007 può essere installato in operazioni di retrofit senza alcuna necessità di sezionare o intervenire sull’impianto esistente, in quanto è un dispositivo che opera parallelamente alla rete elettrica e che può quindi essere opportunamente dimensionato, installato e configurato in funzione del carico e della mitigazione armonica che è necessario raggiungere.

Il filtro VLT AAF 007, progettato per minimizzare la distorsione armonica dei convertitori di frequenza Danfoss, è compatibile con tutti i modelli dell’intera gamma dei prodotti Danfoss.
La regolazione dinamica che il filtro opera sulla base del carico istantaneo e delle condizioni della rete di alimentazione consente di ottenere un’efficienza di mitigazione armonica tale da guadagnare in media un ulteriore 2-3% di efficienza rispetto agli inverter tradizionali, portando così l’efficienza globale del sistema ad un valore addirittura superiore al 98,2%.



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