L’elettronica di potenza è ovunque e copre una vastissima gamma di applicazioni. Le potenze in gioco spaziano dal nanowatt al kilowatt, ma in tutti i progetti che coinvolgono l’elettronica di potenza, l’obiettivo comune più importante è sempre lo stesso: migliorare l’efficienza.

Strumenti per visualizzare ed analizzare la forma d’onda della corrente

Ma quali sono gli strumenti di misura che possono aiutare il progettista di sistemi elettronici di potenza a raggiungere l’obiettivo? Oltre agli strumenti di base universali, come oscilloscopi, multimetri e wattmetri, sono molto utili strumenti più specifici, come ad esempio quelli per visualizzare la forma d’onda della corrente, analizzare la forma d’onda della corrente, misurare il fattore di distorsione, identificare le armoniche elettriche e analizzare l’andamento delle potenza nel tempo, oppure simulare la carica e la scarica delle batterie di alimentazione per stimare i consumi dei dispositivi portatili.

A seconda dell’applicazione finale, possono essere molto utili anche strumenti per verificare la conformità alle norme, ad esempio norma IEC61000 sulla compatibilità elettromagnetica di motori elettrici e altri dispositivi di potenza, oppure la norma Energy Star sui consumi elettrici., oppure ancora la conformità allo standard MIL 1399 per le apparecchiature destinate all’ambito navale.

Vediamo nel seguito alcuni casi specifici, con riferimenti ad alcuni strumenti di misura elettronici che possono concretamente aiutare il progettista a sviluppare un sistema di elettronica di potenza in modo efficace.

Rispettare le norme internazionali sul risparmio energetico

Analizzatori di potenza digitale per conformità alle normative

Come risposta ai cambiamenti climatici, molti governi stanno imponendo il rispetto di nuovi standard più stringenti sui consumi energetici. Sfortunatamente, il passo frenetico a cui questi standard vengono rilasciati ed il numero di parti coinvolte, sono abbastanza da mettere in confusione anche il progettista più esperto. Conoscere solo le norme Energy Star non basta più.

Consideriamo, ad esempio, gli standard di efficienza energetica che riguardano gli alimentatori esterni, spesso indicati con la sigla EPS (External Power Supplies), in pratica gli adattatori e convertitori chi si collegano alla rete elettrica AC.

Nel 2016, il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti ha pubblicato i nuovi standard sul risparmio energica. Ora l’Europa sta andando oltre, come dimostra la definizione di regolamenti “Ecodesign” molto stringenti applicabili sugli alimentatori commercializzati nell’Unione Europea.

Pertanto, i progettisti devono impegnarsi per raggiungere valori di efficienza energetica molto più alti che in passato, con la conseguente necessità di eseguire molti più test e misure, soprattutto per quanto riguarda gli alimentatori.

E la corsa degli standard non si limita ai soli alimentatori esterni. Nuovi norme e aggiornamenti vengono pubblicati regolarmente per molti tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche, così come sui diversi tipi di motori a induzione in corrente alternata (motori AC) che vengono utilizzati nelle applicazioni industriali e nel condizionamento degli edifici.

Le norme vengono definite da molteplici enti, ognuno con la propria giurisdizione. Agli enti americani ed europei più moti si è recentemente aggiunto anche il China Quality Certification Centre, mentre California Energy Commission è nota per definire azioni proattive sui consumi energetici che sono persino più stringenti di quelle definite dal Dipartimento di Energia Americano. Ognuno di questi standard è un documento che cambia nel tempo, pertanto i progettisti devono rimanere aggiornati affinché i loro prodotti siano conformi alle norme.

Pertanto, quando si decide ad esempio di usare un motore AC, è indispensabile testare non solo la sua compatibilità elettromagnetica, verificando la sua conformità alla norme di riferimento del settore, come la norma IEC61000, ma anche i suoi consumi energetici ai vari livelli di potenza di utilizzo secondo le normative sul risparmio energetico.

In questo contesto risultano utili in laboratorio strumenti come l’analizzatore di potenza digitale, che può aiutare a valutare l’efficienza di un motore a induzione, ottimizzarne il progetto e garantirne l’ottimizzazione.