Come “difendersi” dalla rete elettrica?

L'ESPERTO RISPONDE Luca Stanzani (Packaging and Processing Bosch Rexroth Italia) risponde ai quesiti posti dai lettori, circa le problematiche tecnologiche e di mercato relative all’automazione. Dalla rubrica pubblicata su ItaliaImballaggio di settembre 2013.

Domande
C’è modo di ridurre gli effetti degli sbalzi di tensione della rete elettrica sulle prestazioni della macchina? M.F
In caso di caduta di tensione, cosa bisogna prevedere per garantire un arresto sincronizzato delle macchine automatiche? G.A.

Le due domande hanno, di base, un unico comun denominatore: la rete elettrica.
Prima di rispondere è bene però ricordare che, a livello mondiale, la fornitura e l’erogazione di “energia elettrica” non segue standard univoci, bensì cambia sensibilmente (per tensione e frequenza) da paese a paese. A questo si aggiunge il fatto che anche la sua “qualità” è un elemento di forte criticità in molti paesi.
I costruttori di macchine e gli stabilimenti produttivi in genere convivono, o per meglio dire, subiscono queste difficoltà. Purtroppo non esiste una soluzione unica e definitiva a tutti i problemi, ma segnaleremo invece alcuni accorgimenti da adottare e che potrebbero risultare utili.

La tensione di rete è spesso disturbata, sporca e soggetta a oscillazioni di tensione anche importanti (+/- 10/15%), con effetti e rischi che possono coinvolgere direttamente i componenti, non solo in termini di guasti ma anche di performance e ripetibilità applicativa dell’impianto.
Per ridurre o eliminare questi rischi è possibile utilizzare sistemi che, intrinsecamente, limitino o riducano questi effetti.

Anzitutto è importante chiarire l’importanza dell’utilizzo di filtri di rete adeguati. Dato che inverter e servo azionamenti sono dei veri e propri generatori di disturbi elettromagnetici, il filtro di rete ha il compito di ridurre l’emissione dei disturbi verso l'alimentazione. Attenzione però: un filtro non adeguato può causare effetti e anomalie non ripetitive, e quindi non facilmente identificabili, che possono anche manifestarsi non nel breve periodo ma molto spesso anche a distanza di mesi o anni, con le ovvie difficoltà di individuazione.

L'uso di reattanze induttive è particolarmente rilevante nei casi in cui sia necessario attenuare armoniche di corrente,  aumentare il fattore di potenza (PFC), limitare le correnti di avviamento e di inserzione, limitare brusche variazioni di tensione e picchi di corrente della rete di alimentazione. Importante è inoltre riuscire a limitare i disturbi presenti in rete, come i picchi di corrente e i buchi di tensione, garantendo il prolungamento del tempo di vita dei semiconduttori di potenza (diodi, IGBT).
L’utilizzo di sistemi o alimentatori stabilizzati invece produce diversi vantaggi.
Innanzitutto la tensione sul bus in continua (DC Bus) è stabilizzata. Questo significa che il DC Bus è indipendente dalla tensione di alimentazione in ingresso e da sue eventuali oscillazioni e sbalzi. I sistemi stabilizzati portano anche un altro grande beneficio: il DC-bus ha una tensione mediamente superiore (750 V) rispetto ai sistemi dissipativi (550V), rendendo così disponibile una maggior energia.
Un esempio nella gamma dei prodotti Rexroth è l’alimentatore rigenerativo stabilizzato serie HMV-R o il nuovo Smart Energy, alimentatore rigenerativo  stabilizzato, che è anche in grado di immagazzinare temporaneamente energia da utilizzare nei cicli successivi, riducendo la richiesta di energia dalla rete elettrica.
 
L’arresto sincronizzato in caso di caduta di tensione si basa sul semplice concetto di equilibrio tra l’energia generata dai motori durante la frenata di emergenza e quella necessaria agli stessi per garantire il funzionamento. L’alimentatore stabilizzato a questo proposito garantisce due ordini di vantaggi: un DC bus con tensione (e quindi energia) più elevata sarà utile per alimentare i drive/inverter durante l’arresto; un DC bus stabilizzato consente di impostare nel software un valore definito di soglia da utilizzare per scatenare l’arresto sincronizzato della macchina in caso di black-out. L’utilizzo di capacità, se necessario, potrebbe garantire ulteriore apporto di energia.

Infine va ricordato che, in caso di caduta di tensione, deve essere previsto un UPS della bassa tensione che alimenti PLC/controllore Motion e drives, in modo da assicurare che l’elettronica sia attiva nei primi istanti di black-out e quindi in grado di pilotare l’arresto sincronizzato di tutta la macchina.

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