Che cos'è un generatore statico di var (SVG)?

La qualità dell'alimentazione è un argomento importante nel campo della ingegneria elettrica. Una fornitura costante e affidabile di elettricità è necessaria per la vita quotidiana e per il funzionamento efficace di diverse imprese.

L'esistenza di armoniche è uno dei problemi che i sistemi elettrici incontrano frequentemente. Queste armoniche possono causare diversi problemi, come un aumento dei costi energetici, danni alle apparecchiature e una riduzione dell'efficienza del sistema elettrico.

Per risolvere questi problemi sono state sviluppate molte tecnologie e soluzioni e il generatore statico di var (SVG) è uno dei principali protagonisti di questo settore.

Principio di funzionamento del generatore statico di Var

Per apprezzare l'importanza di SVG, è necessario comprenderne il funzionamento. Il sistema elettrico distorsione armonica e i fattori di potenza sono gestiti da un generatore statico a tasso variabile. Una componente chiave dell'efficienza di un sistema elettrico è il fattore di potenza, che misura il grado di trasformazione dell'energia elettrica in lavoro utile.

 ​Correzione del fattore di potenza

Prima di parlare dei principi di funzionamento dei generatori statici di tensione, diamo una breve occhiata al fattore di potenza. La correzione del fattore di potenza è il processo di aumento del fattore di potenza di un sistema elettrico. Un'efficienza ideale di 1 è rappresentata da un fattore di potenza pari a 0 su una scala standard. Un fattore di potenza pari a 1 significa che tutta l'energia fornita al sistema viene utilizzata in modo efficace, mentre un fattore di potenza inferiore a 1 indica un'inefficienza dovuta a fattori quali carichi induttivi o capacitivi.

In molte applicazioni industriali e commerciali, carichi come motori, trasformatori e illuminazione fluorescente possono creare carichi induttivi che portano a un fattore di potenza in ritardo (in genere inferiore a 1). Un fattore di potenza in ritardo si traduce in potenza reattiva, che non contribuisce al lavoro utile ma deve comunque essere fornita dall'azienda. Questo non solo comporta un aumento dei costi energetici, ma riduce anche l'efficienza complessiva del sistema elettrico.

Attenuazione della distorsione armonica

La distorsione armonica si riferisce alla presenza di frequenze armoniche indesiderate nel sistema elettrico. Queste armoniche sono solitamente multipli interi della frequenza fondamentale (ad esempio, 60 Hz negli Stati Uniti). La distorsione armonica è causata principalmente da carichi non lineari come azionamenti a velocità variabile, raddrizzatori e alimentatori a commutazione. Quando le armoniche sono presenti, possono causare una serie di problemi, tra cui la distorsione della tensione, l'aumento del calore delle apparecchiature e la riduzione della loro durata.

Analizziamo ora il funzionamento di SVG per risolvere questi problemi.

SVG come dispositivo di correzione del fattore di potenza

I generatori statici varici sono utilizzati principalmente per la correzione del fattore di potenza. Sono progettati per gestire il flusso di potenza reattiva nei sistemi elettrici, assicurando che venga fornita o assorbita secondo le necessità per mantenere un fattore di potenza quasi unitario. Ciò significa che gli SVG possono contribuire a ridurre l'onere della fornitura di potenza reattiva e a migliorare l'efficienza complessiva del sistema.

Il componente chiave di un SVG è il suo convertitore elettronico di potenza, che può generare o assorbire potenza reattiva a seconda delle necessità. Quando il sistema ha un fattore di potenza in ritardo, che indica un eccesso di potenza reattiva, l'SVG assorbe questo eccesso, riducendo il fattore di potenza in ritardo verso l'unità. Al contrario, quando il sistema ha un fattore di potenza in eccesso, che indica una carenza di potenza reattiva, l'SVG può generare potenza reattiva per bilanciare il sistema e mantenere un fattore di potenza prossimo a 1.

 SVG come filtro armonico

I generatori statici di var possono anche fungere da filtri armonici. In questa veste, mitigano attivamente la distorsione armonica nel sistema. Il convertitore elettronico di potenza nell'SVG può iniettare una corrente di compensazione nel sistema per neutralizzare le correnti armoniche create da carichi non lineari.

A tal fine, l'SVG monitora continuamente il contenuto di armoniche del sistema e produce una corrente di compensazione della stessa ampiezza ma di fase opposta per annullare le armoniche. Questa regolazione dinamica contribuisce a mantenere una forma d'onda sinusoidale pulita e a proteggere le apparecchiature sensibili dagli effetti negativi delle armoniche.

Vantaggi del filtro armonico attivo

L'uso di filtri armonici attivi, di cui gli SVG sono un ottimo esempio, offre diversi vantaggi notevoli ai sistemi elettrici e alle strutture che servono.

 Miglioramento della qualità dell'alimentazione

Il vantaggio più evidente dei filtri armonici attivi è il miglioramento della qualità dell'alimentazione. Attenuando attivamente le armoniche e correggendo i fattori di potenza, questi filtri garantiscono una fornitura elettrica stabile e pulita. Ciò si traduce in una significativa riduzione della distorsione di tensione, riducendo al minimo il rischio di malfunzionamenti delle apparecchiature e migliorando le prestazioni complessive dei dispositivi sensibili.

Efficienza energetica

I filtri armonici attivi possono contribuire a migliorare l'efficienza energetica in diversi modi. Riducendo il fabbisogno di potenza reattiva da parte dell'azienda, riducono le perdite di energia. Inoltre, consentono alle apparecchiature di funzionare in modo più efficiente mantenendo un fattore di potenza prossimo all'unità. Ciò si traduce in bollette energetiche più basse e in una riduzione dell'impatto ambientale.

 Protezione delle apparecchiature

La presenza di armoniche può essere dannosa per le apparecchiature elettriche. Può provocare surriscaldamento, riduzione della durata di vita delle apparecchiature e, in alcuni casi, guasti catastrofici. I filtri attivi per le armoniche svolgono un ruolo cruciale nel proteggere le apparecchiature da questi effetti dannosi, assicurando che le risorse dell'impianto rimangano in buone condizioni di funzionamento.

​Conformità agli standard

In molti paesi e regioni sono in vigore norme e standard rigorosi per garantire la qualità dell'alimentazione. I filtri armonici attivi aiutano le strutture a soddisfare questi requisiti controllando efficacemente il fattore di potenza e la distorsione armonica. La conformità non solo evita potenziali sanzioni, ma garantisce anche un'alimentazione affidabile e stabile.

Risparmio sui costi

Sebbene l'installazione di filtri armonici attivi come gli SVG comporti un costo iniziale, i risparmi a lungo termine possono essere notevoli. Bollette energetiche più basse, riduzione dei costi di manutenzione e prolungamento della durata di vita delle apparecchiature sono tutti fattori che contribuiscono a un interessante ritorno sull'investimento.

Applicazioni tipiche dei filtri armonici attivi

I filtri attivi per le armoniche, compresi gli SVG, trovano applicazione in una serie di settori e impianti in cui la qualità dell'alimentazione e l'efficienza sono fondamentali. Alcune applicazioni tipiche includono:

 ​Impianti di produzione

Gli ambienti di produzione hanno spesso una moltitudine di carichi non lineari, come azionamenti a frequenza variabile, saldatrici e macchine CNC. Questi carichi sono noti per la creazione di armoniche che possono causare problemi di qualità dell'alimentazione. I filtri attivi per le armoniche vengono impiegati per garantire una qualità dell'alimentazione stabile, ridurre al minimo i tempi di fermo delle apparecchiature e ottimizzare l'utilizzo dell'energia.

 Centri dati

I data center sono molto sensibili ai disturbi della qualità dell'alimentazione. Qualsiasi interruzione dell'alimentazione può causare perdite di dati e guasti al sistema. I filtri armonici attivi sono utilizzati per proteggere dalla distorsione della tensione e garantire il funzionamento continuo delle infrastrutture IT critiche.

 Edifici commerciali

Negli edifici commerciali, numerosi carichi, tra cui illuminazione, sistemi HVAC e ascensori, possono causare problemi di qualità dell'alimentazione. I filtri armonici attivi aiutano a mantenere la qualità dell'alimentazione, a ridurre i costi energetici e a proteggere i sistemi dell'edificio.

Sistemi di energia rinnovabile

Con la crescente diffusione di fonti di energia rinnovabili come il solare e l'eolico, i filtri armonici attivi svolgono un ruolo fondamentale nel garantire la qualità dell'energia generata e immessa in rete. Contribuiscono a regolare la produzione di queste fonti energetiche intermittenti, rendendole più affidabili ed efficienti.

 Grandi impianti industriali

I grandi impianti industriali con un'ampia gamma di macchinari e processi devono spesso affrontare sfide legate alla qualità dell'alimentazione. I filtri attivi per le armoniche sono utilizzati per gestire i fattori di potenza e mitigare le armoniche, migliorando l'efficienza e la protezione delle apparecchiature.

Conclusione

In un mondo in cui la domanda di elettricità è in costante aumento, il mantenimento della qualità e dell'efficienza dell'energia è di fondamentale importanza. Il generatore statico di var (SVG) e altri filtri armonici attivi svolgono un ruolo fondamentale nel raggiungimento di questi obiettivi. Gestendo attivamente i fattori di potenza e attenuando la distorsione armonica, questi dispositivi migliorano l'affidabilità dei sistemi elettrici, riducono i costi energetici e proteggono le apparecchiature sensibili.

I vantaggi dei filtri armonici attivi si estendono a diversi settori, dalla produzione ai data center, dagli edifici commerciali ai sistemi di energia rinnovabile. Garantiscono il rispetto degli standard di qualità dell'alimentazione, consentendo alle strutture di funzionare senza problemi, di ridurre i costi operativi e di contribuire a un futuro più sostenibile.

Con l'avanzare della tecnologia, possiamo aspettarci soluzioni sempre più sofisticate ed efficienti per la gestione della qualità dell'energia e la mitigazione delle armoniche. L'SVG e le sue controparti sono all'avanguardia in queste innovazioni, con un impatto significativo sul modo in cui sfruttiamo e utilizziamo l'energia elettrica.

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