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Stabilizzatori: una rete a tensione fissa

Cosa significa stabilizzare e cosa permette di fare uno stabilizzatore?

Proviamo qui di seguito a capire meglio il valore e l'utilità degli stabilizzatori di tensione monofase e trifase.
I fornitori di energia elettrica, in Italia l'Enel, assicurano il valore della tensione erogata entro il ± 10% del valore nominale.
Il valore nominale normalizzato per le reti elettriche europee è di 400 V come concatenata e 230 V come tensione di fase con una frequenza di 50 Hz.
I costruttori di macchine o apparecchiature, che siano televisori o frigoriferi ecc..., garantiscono il buon funzionamento dei loro prodotti entro i parametri normali della rete; in molti casi, però, per svariati motivi le tolleranze della tensione di alimentazione di alcune apparecchiature sono più ristrette, pertanto se le tensioni raggiungono o il limite inferiore o quello superiore queste apparecchiature possono presentare dei problemi di funzionamento.

In altri casi è la rete che, per motivi che analizzeremo sommariamente in seguito, non rimane entro i limiti di norma del ± 10% per cui molti carichi presentano dei seri problemi di funzionamento arrivando in alcuni casi a guastarsi.
Uno dei casi più frequenti di rete molto bassa si verifica quando l'utente è alla fine di una linea elettrica molto lunga; nei momenti di maggior assorbimento le cadute lungo la linea stessa divengono tali che all'utenza non vengono forniti i 400 V ±10%, ma valori molto inferiori.
Aumenti di tensione oltre i limiti detti si possono verificare se, per ragioni fortuite o di mal funzionamento dei sistemi di rifasamento, rimane inserito un carico capacitivo al trasformatore di distribuzione.
In zone mal servite o in modo molto più vistoso nei paesi in via di sviluppo questo problema è, e diventa ogni giorno di più, un fatto estremamente serio.
L'aumento dell'industrializzazione, l'aumento degli elettrodomestici nelle abitazioni portano ad un aumento delle richieste di energia elettrica superiore alle possibilità della fornitura; l'adeguamento delle linee e della distribuzione non segue l'aumento della domanda se non in tempi estremamente lunghi.
Questo inconveniente si risolve, da parte dell'utilizzatore, in un modo molto semplice, installando un apparecchio di stabilizzazione che, automaticamente, mantenga la tensione entro limiti del ±10% o, di solito, anche più ristretti.
Queste apparecchiature sono denominate stabilizzatori di tensione e sostanzialmente si possono suddividere in due categorie; stabilizzatori a regolazione serie e stabilizzatori a gradini.

Ambedue svolgono la medesima funzione anche se con caratteristiche e parametri differenti.
La Varat costruisce sia gli uni che gli altri ed ha aggiunto una novità rivoluzionaria nella gamma degli stabilizzatori con regolazione serie.
In cosa consiste? Da un sistema di controllo elettromeccanico è passata ad un controllo completamente statico - digitale e ne ha fatto oggetto di un brevetto internazionale. Visitando gli "Stabilizzatori Elettronici" potrete vedere e capire l'innovazione che è stata realizzata e non abbiamo timore a definirla la stabilizzazione del XXI secolo.

*Se le reti di distribuzione dell’energia elettrica fossero ideali non ci sarebbe bisogno di stabilizzatori.
Proprio poiché le reti elettriche hanno una impedenza, tanto maggiore quanto più queste sono lunghe, la tensione che si presenta all’uscita dei contatori delle utenze è quanto mai variabile.
Le cause possono essere molteplici: la lunghezza delle linee, la non adeguatezza della portata delle linee stesse alle richieste sempre maggiori degli utenti, ai trasformatori delle cabine di trasformazione al limite della loro potenza e tanti altri ancora.
Molti carichi, come ad esempio compressori per frigoriferi, condizionatori, grossi elettromagneti, macchine utensili, pompe sommerse, centraline idrauliche ecc., quando vengono avviati hanno degli assorbimenti di corrente molto elevati fino a 6 volte i valori nominali; questo si tramuta in una caduta di tensione sulla linea d’alimentazione ed un conseguente abbassamento della tensione.
Il fenomeno provoca sovente il mal funzionamento di macchine che non sopportano variazioni elevate della tensione d’alimentazione in particolar modo i controlli elettronici.
Per evitare e prevenire questi problemi si inserisce sulla linea di distribuzione dell’officina o dell’appartamento uno stabilizzatore di tensione monofase o trifase.
Sul mercato si trovano molti tipi di stabilizzatori, ogni tipologia di macchina ha caratteristiche differenti con pregi e difetti.
Negli anni 50’/60’ per alimentare i televisori, ad esempio, si utilizzavano degli stabilizzatori a "ferro saturo", adatti per piccole potenze, di peso considerevole, con basso rendimento e, difetto non trascurabile, introducevano una distorsione di terza armonica nella forma d’onda.
Similari ai ferro saturo si costruiscono tuttora quelli denominati a "ferro risonanza", migliore è la forma d’onda d’uscita, ma di peso ed ingombro considerevole e costo elevato, pertanto hanno una bassa diffusione sul mercato.
Con l’avvento dell’elettronica, e con la diffusione dei personal computer, sono stati creati gli stabilizzatori definiti "elettronici".
Di dimensioni ridotte, con un’elevata velocità di ripristino, di costo molto contenuto hanno avuto una grande diffusione sul mercato proprio per l’alimentazione dei computer; i difetti più importanti sono la potenza limitata che possono raggiungere con costi contenuti, la inadeguatezza, ad esempio, per alimentare lampade in quanto provocano sbalzi di luminosità fastidiosi, la bassa capacità di sopportare spunti di corrente in quanto gli elementi elettronici di commutazione devono portare tutta la corrente del carico, bassa precisione della stabilizzazione, normalmente ±3% e non da ultimo l’introduzione di piccole distorsioni d’onda.

Parallelamente ai tipi elencati sono sempre stati costruiti stabilizzatori definiti "elettromeccanici" in quanto il sistema di regolazione si avvale di parti meccaniche.
Sono senza dubbio gli stabilizzatori con le caratteristiche elettriche migliori che siano stati costruiti fino ad ora; molto robusti, precisi nella regolazione, di dimensioni e pesi non elevati in rapporto alla potenza, di facile realizzazione e, fattore molto importante, possono raggiungere potenze considerevoli dell’ordine dei MVA.
Il principio di funzionamento è semplice: un trasformatore in serie alla linea provvede a sommare o sottrarre il giusto valore di tensione tale per cui la tensione d’uscita resti costante al variare della tensione di rete. Questo si ottiene pilotando con un variatore di tensione (Variag) servocomandato da un motore il trasformatore serie il quale fornisce in tal modo sempre il valore esatto di tensione da sommare o sottrarre per mantenere l’uscita costante.
Nel 1999, la VARAT s.r.l., che gia costruiva stabilizzatori elettromeccanici dal 1983, ha presentato sul mercato uno stabilizzatore che racchiude in se tutti i pregi degli "elettromeccanici" e degli "elettronici" e lo ha denominato "Digistab".

Sulla base del principio di funzionamento degli stabilizzatori elettromeccanici, ha realizzato e brevettato una macchina con un sistema si regolazione della tensione ad elementi statici che non lavorano sulla corrente di linea, ma unicamente sulla percentuale necessaria a mantenere la tensione d’uscita stabilizzata.
Un sistema molto semplice che elimina tutte le parti meccaniche in movimento, assicura elevati spunti di corrente, una elevata velocità di ripristino e quasi assoluta silenziosità in esercizio.
Uno dei pregi da sottolineare è che l’elevata velocità di ripristino rimane costante sia per le macchine di piccola potenza sia per quelle di elevata potenza; questo non è raggiungibile coi sistemi elettromeccanici che devono rallentale le velocità di rotazione man mano che le masse meccaniche aumentano.
Il limite di potenza non è ristretto come in quelli "elettronici" in virtù del fatto che la corrente di linea non viene interessata dagli elementi di commutazione; perciò si possono raggiungere agevolmente potenze dell’ordine dei MVA..
Il sistema meccanico di regolazione degli stabilizzatori "elettromeccanici", se è molto sollecitato, come avviene ad esempio nei casi di rete o carichi molto variabili, ha una vita inevitabilmente breve; il sistema statico non risente di usura ed in presenza di variazioni continue sia della rete elettrica che del carico lavora sempre perfettamente ed alla medesima velocità non subendo logorii.
La VARAT s.r.l., coniugando un principio ormai consolidato negli anni con una elettronica di alto livello, ha posto le basi di una evoluzione veramente innovativa nella realizzazione della nuova generazione di stabilizzatori di tensione .
I tempi di risposta di queste macchine, come si può vedere nella fig. A, sono elevati e praticamente lineari in quanto il gradino più piccolo è dell’ordine dell’1%.
I sistemi elettromeccanici, ritenuti erroneamente lineari, sono invece anche loro a gradini, in quanto il variatore di tensione, per sua propria costruzione, ha una variazione con salti di circa 1 V.
Il rendimento degli stabilizzatori statici denominati "Digistab" o "Megadigistab" è molto elevato; a differenza degli elettromeccanici, in cui gli elementi resistivi (spazzole di prelievo) aumentano le loro perdite col quadrato della corrente erogata (Pp=RxI²), gli elementi di commutazione invece aumentano le perdite con funzione lineare (Pp=VtxI).
I trasformatori serie di nostra produzione hanno un rendimento molto elevato: è questa la qualità che contraddistingue tutti i prodotti VARAT.
L'uscita stabilizzata è esente da distorsioni, non risente del fattore di potenza del carico e sopporta sovraccarichi fino a 5 volte la corrente nominale (5x In); non presenta il difetto degli stabilizzatori elettromeccanici di sovraelevazione della tensione di uscita quando l'apparecchiatura, spenta a tensione di rete bassa, si riaccende con la rete sul valore nominale o, addirittura, superiore.

Lo stabilizzatore "Digistab" si accende sempre presentando in uscita la stessa tensione presente all'ingresso, verifica se il valore della tensione d'uscita è corretto, se non rientra nei giusti parametri provvede, in una frazione di secondo, a portarla al valore esatto.
L’elettronica di comando e controllo è stata concepita in modo semplice ed essenziale; il controllo e la supervisione del sistema di stabilizzazione è gestito da un microprocessore, con un software di altissimo livello che analizza sia lo stato della tensione sia la pulizia della stessa e discrimina le vere variazioni dai picchi anomali. Rileva automaticamente e costantemente se si sta lavorando a 50 o 60 Hz, e, come nei casi delle sale prova, se si passa da una frequenza all’altra istantaneamente rileva il cambiamento ed adatta il suo ciclo al nuovo valore.

Filtri EMC sono inseriti di serie sia sull’ingresso sia sull’uscita al fine di proteggere l’apparecchiatura da eventuali distrurbi provenienti dalla rete e dal carico.
Gli stabilizzatori trifase controllano sempre in modo indipendente le tre fasi ed è pertanto necessario avere il Neutro in ingresso; qualora non sia presente, un Neutro stabile viene generato internamente. Se il Neutro della rete non è presente, ma il carico necessita di esso per alimentare carichi monofase, è possibile su richiesta fornirlo in uscita anche per la piena potenza.
Possiamo tranquillamente affermare che questi stabilizzatori rappresentano il meglio che il mercato ora, all’inizio del terzo millennio, può offrire.
La staticità e la qualità con cui sono costruiti ne fanno delle macchine estremamente affidabili nel tempo, senza manutenzione anche in ambienti gravosi, silenziose per installazioni in uffici, tecnicamente avanzate e quasi senza limite di potenza e tensioni di lavoro.

 

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