{"id":1701,"date":"2005-08-16T00:00:00","date_gmt":"2005-08-15T22:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"1701","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/1701\/","title":{"rendered":"Salve, vorrei sapere quali sono le applicazioni dell’inverter elettronico e in quale modo operano gli inverter inseriti nei condizionatori odierni al fine di consentire un risparmio energetico sulla bolletta.\r\nGrazie"},"content":{"rendered":"

Il termine \u201cinverter\u201d descrive, in elettronica,
\ndue differenti circuiti solitamente ben definiti a seconda del contesto: la
\nprima accezione, impiegata in elettronica industriale, indica un sistema in
\ngrado di convertire una tensione continua (genericamente abbreviata
\ndall\u2019acronimo inglese DC) in tensione alternata sinusoidale (AC); si parla in
\nquesto caso di conversione DC\/AC.<\/span><\/p>\n

Con il secondo significato di inverter, ci si
\nriferisce, in elettronica digitale, al circuito che implementa a livello
\nelettrico la funzione logica booleana NOT (negazione).<\/span><\/p>\n

La domanda fa chiaramente riferimento alla prima
\ndelle due accezioni ma questa breve puntualizzazione \u00e8 necessaria per evitare
\nconfusioni. La trattazione di base che segue \u00e8 valida in generale per inverter destinati a qualunque applicazione: dagli elettrodomestici (condizionatori ad esempio), agli alimentatori UPS per computer, ai controlli industriali.<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Lo schema di principio di un convertitore DC\/AC
\ninverter monofase, in grado cio\u00e8 di erogare una sola tensione alternata, \u00e8
\nmostrato in figura 1: la tensione continua (DC) alimenta un \u201cponte\u201d costituito
\nda quattro interruttori (A1, A2, B1, B2), mentre la tensione alternata di
\nuscita si sviluppa tra i nodi centrali (VOUT <\/sub>= VX <\/sub>– VY
\n<\/sub>= VXY<\/sub>).
<\/span><\/p>\n

\"ponte<\/o:p><\/span><\/p>\n

Figura 1 \u2013
\nSchema di ponte monofase adottato negli inverter.<\/span><\/div>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

\n

Supponiamo che all\u2019istante iniziale di riferimento
\nt = 0, un circuito di controllo chiuda gli interruttori A1-A2 e apra B1-B2: in
\nquesta condizione il nodo X \u00e8 collegato all\u2019alimentazione VDC<\/sub> tramite
\nA1 mentre A2 connette il nodo Y al riferimento di massa (potenziale 0 V). La
\ntensione di uscita raccolta \u00e8 allora: <\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

VOUT <\/sub>= VXY <\/sub>= VDC<\/sub>
\n\u2013 0 = VDC<\/sub><\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

All\u2019istante t = T\/2 il circuito di comando degli
\ninterruttori apre A1 ed A2 e, contemporaneamente, chiude B1 e B2. La situazione
\n\u00e8 allora invertita nel senso che il potenziale VDC<\/sub> \u00e8 ora applicato
\nal nodo Y mentre il nodo X si trova connesso a massa. Pertanto la tensione di
\nuscita dopo l\u2019istante t = T\/2 \u00e8:<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

VOUT<\/sub> = VXY<\/sub> = 0 – VDC<\/sub>=
\n– VDC
<\/sub><\/span><\/p>\n

<\/sub><\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

\"Fasi\u00a0\u00a0 <\/div>\n


<\/span><\/p>\n

Figura 2 \u2013
\nConfigurazione del ponte nella primo semiperiodo (sinistra) e nel secondo
\nsemiperiodo (destra).<\/span><\/div>\n

<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Il funzionamento \u00e8 periodico, cio\u00e8 all\u2019istante t
\n=T il circuito di comando ripristina la prima configurazione di interruttori com\u2019era
\ndopo l\u2019istante t = 0 ed un ciclo di commutazione \u00e8 concluso (figura 2). La
\ncommutazione ciclica degli interruttori genera una tensione di uscita come in
\nfigura 3, di periodo T o, equivalentemente, frequenza F = 1\/T.<\/span><\/p>\n

\"Uscita<\/p>\n<\/div>\n

Figura 3 \u2013
\nOnda quadra in uscita dal ponte<\/span><\/p>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

Sebbene l\u2019uscita sia ora alternata (infatti assume
\nvalori uguali e contrari in istanti sfasati di mezzo periodo, T\/2), non ha
\nancora il profilo sinusoidale desiderato.<\/span><\/p>\n

A questo proposito ricordiamo che ogni segnale
\nperiodico di frequenza F = 1\/T pu\u00f2 essere visto come somma di un segnale
\ncontinuo e di infiniti segnali sinusoidali a frequenza multipla di F
\n(scomposizione di serie di Fourier). Il segnale continuo corrisponde al valor
\nmedio dell\u2019onda periodica considerata mentre le ampiezze dei contributi
\nsinusoidali a frequenze multiple (chiamate \u201carmoniche\u201d) dipendono dalla forma
\ndell\u2019onda periodica scomposta.<\/span><\/p>\n

Nel caso dell\u2019inverter, la tensione di uscita \u00e8
\nperiodica (onda quadra) con valor medio nullo: se riuscissimo ad isolare una
\nsola delle armoniche dell\u2019onda quadra otterremmo l\u2019uscita sinuosoidale
\ndesiderata.<\/span><\/p>\n

L\u2019operazione \u00e8 compiuta da un semplice circuito
\nchiamato \u201cfiltro elettronico\u201d, generalmente composto da soli resistori,
\ninduttori e condensatori, che permette il \u201cpassaggio\u201d della sola componente a
\nfrequenza minore, \u201csmorzando\u201d fortemente tutte le altre armoniche superiori.<\/span><\/p>\n

Un esempio semplice di filtro \u00e8 mostrato in figura
\n4: scegliendo opportunamente la coppia resistore-condensatore (R-C) \u00e8 possibile
\n\u201ctarare\u201d il filtro, cio\u00e8 scegliere quali frequenze di segnale possono attraversare
\nla rete e quali vengono attenuate.
<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

\"\"\/<\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Figura 4 \u2013
\nEsempio di filtro passivo RC per la soppressione della armoniche a frequenza elevata..<\/span><\/div>\n
\n<\/div>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

L\u2019uscita del filtro in risposta ad un ingresso ad
\nonda quadra \u00e8 un\u2019onda sinusoidale: \u00e8 come se le brusche variazioni dell\u2019onda
\nquadra venissero \u201crallentate\u201d dal filtro fino a generare un\u2019onda sinusoidale
\ncon variazioni pi\u00f9 dolci , figura 5.<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

\"Tensione<\/div>\n

Figura 5 \u2013
\nOnda sinusoidale generata dal filtro posto in uscita del ponte dell\u2019inverter.<\/span><\/p>\n

\n<\/div>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

E\u2019 fondamentale osservare che la frequenza
\ndell\u2019onda sinusoidale in uscita \u00e8 uguale alla frequenza dell\u2019onda quadra: a sua
\nvolta essa dipende solo dalla velocit\u00e0 con cui vengono commutati gli
\ninterruttori, cio\u00e8 dal periodo T imposto dal circuito di controllo:
\nsemplicemente variando la durata del ciclo \u00e8 possibile generare onde
\nsinusoidali con frequenza desiderata. <\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Come curiosit\u00e0 si pu\u00f2 aggiungere che gli
\ninterruttori elettronici utilizzati negli inverter sono scelti in base alla
\npotenza ed alla velocit\u00e0 del sistema: in generale tanto maggiore \u00e8 la potenza
\nda erogare al carico, tanto minore sar\u00e0 la velocit\u00e0 di commutazione che
\nl\u2019interruttore pu\u00f2 raggiungere, cio\u00e8 tanto pi\u00f9 limitato il campo di variazione
\ndella frequenza in uscita. Questo effetto di \u201cinerzia elettrica\u201d \u00e8 quantificato
\ndai dati raccolti in tabella:<\/span>
<\/span><\/div>\n

\n

\n\n\n\n<\/tr>\n\n<\/tr>\n\n<\/tr>\n\n<\/tr>\n\n

<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n<\/div>\n
<\/div>\n

\n

\"Tabella
<\/span><\/p>\n

La conversione DC\/AC \u00e8 l\u2019operazione inversa della
\nconversione AC\/DC operata da tutti i comunissimi alimentatori di ogni
\napparecchiatura elettronica (TV, personal-computer, telefono cellulare). Come
\ninformazione si tenga presente che la conversione DC\/AC presenta, in generale,
\nmolti pi\u00f9 problemi e difficolt\u00e0 di una conversione AC\/DC da alimentatore anche
\nse i moderni alimentatori hanno circuiti piuttosto complessi per minimizzare
\ngli sprechi energetici.<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Le applicazioni degli inverter sono molteplici:
\nstoricamente si sono sviluppati come metodo di controllo della velocit\u00e0 dei motori
\nelettrici asincroni (diffusissimi in ogni applicazione industriale): variando
\nla frequenza dell\u2019onda che alimenta il motore si varia con continuit\u00e0 la sua
\nvelocit\u00e0. Lo schema a blocchi, che pu\u00f2 fare uso di un inverter trifase (in grado,
\ncio\u00e8, di erogare tre tensioni sinusoidali opportunamente sfasate tra loro), \u00e8
\nil seguente, figura 6:<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n


<\/span><\/p>\n

\"controllo<\/div>\n


Figura 6 \u2013
\nApplicazione degli inverter per il controllo di velocit\u00e0 dei motori asincroni:
\nla frequenza della tensione che alimenta il motore \u00e8 indipendente dalla
\nfrequenza di rete ed \u00e8 regolabile.<\/span><\/p>\n

\n<\/div>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

Altra notevole applicazione degli inverter si
\ntrova all\u2019interno dei sistemi di fornitura di energia in caso di black-out
\ndella rete elettrica noti con il nome comune di \u201cgruppi di continuit\u00e0\u201d. Sono
\nmolto diffusi in impianti industriali, ospedali, centrali telefoniche ma anche
\nnegli uffici per l\u2019alimentazione dei personal-computer (in questo caso i
\n\u201cgruppi\u201d si chiamano UPS). Gli UPS (Uninterrupted Power System) possono
\nsopperire al black-out generalmente per un periodo di 15-60 minuti (in realt\u00e0
\ndipende da molti fattori) e si limitano a fornire il tempo necessario al
\nsalvataggio dei dati e del lavoro sul PC. Lo schema \u00e8 quello in figura 7.<\/span><\/p>\n

\"schema<\/div>\n


<\/span><\/p>\n

Figura 7 \u2013
\nElementi base di un gruppo di continuit\u00e0 UPS; in figura non \u00e8 mostrato il
\nrilevatore di linea che riconosce black-out o sovratensioni pericolose.<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n

<\/span><\/p>\n


Al contrario, i gruppi di continuit\u00e0 di industrie ed ospedali
\nfanno uso di veri e propri generatori elettrici alimentati da motori a
\ncombustione interna (tipicamente diesel) come in figura 8; la coppia batteria-inverter
\nha lo scopo di fornire energia solo per i pochi minuti necessari al motore
\ndiesel per raggiungere il funzionamento di regime.<\/span><\/p>\n

\"Schema\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

Figura 8 \u2013
\nSchema a blocchi di gruppo di continuit\u00e0 per utilizzatori industriali.<\/span><\/p>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n

I moderni climatizzatori\/condizionatori impiegano inverter elettronici per la regolazione di velocit\u00e0 del motore elettrico
\nall\u2019interno del compressore. Come noto, quest\u2019ultimo ha il compito di mantenere
\nin moto il gas refrigerante che raffredda l\u2019aria emessa nell\u2019ambiente climatizzato,
\nfigura 9.<\/span><\/p>\n

\"circuito<\/p>\n

<\/span><\/p>\n

Figura 9 \u2013
\nCircuito refrigerante di condizionatore d\u2019aria: controllo della velocit\u00e0 del
\ncompressore mediante inverter.<\/span><\/p>\n

\u00a0<\/span><\/span><\/p>\n

I primi condizionatori (e tuttora i modelli pi\u00f9
\neconomici) controllavano il compressore con un ciclo ON\/OFF cio\u00e8 accendendolo e
\nspegnendolo continuamente per mantenere la temperatura impostata. La continua
\naccensione del motore del compressore \u00e8, nel tempo, altamente dispendiosa in
\ntermini di energia e di costi perch\u00e9 prevede elevati assorbimenti di corrente
\ndalla rete elettrica (fenomeno di \u201cspunto\u201d del motore). Ci\u00f2 si traduce in un
\naumento dei costi sulla bolletta per l\u2019energia e, \u00e8 bene non dimenticarlo mai,
\nin un inutile sovraccarico della rete elettrica. <\/span><\/p>\n

Considerata la sempre pi\u00f9 elevata diffusione dei
\ncondizionatori nelle case e negli uffici, una politica di riduzione dei consumi
\n(favorita in questo caso dai sistemi ad inverter) pu\u00f2 limitare alcune cause degli
\nspiacevoli black-out, purtroppo sempre pi\u00f9 frequenti nei mesi
\nestivi. Inutile dire che un utilizzo consapevole e moderato dei condizionatori
\n\u00e8 condizione indispensabile per un consumo razionale dell\u2019energia. <\/span><\/p>\n

\u00a0<\/o:p><\/span><\/p>\n


<\/span><\/div>\n

<\/span><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

[…]<\/p>\n","protected":false},"author":300,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[46],"tags":[],"class_list":["post-1701","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-elettronica-e-segnali"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1701","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/users\/300"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1701"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1701\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1701"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1701"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1701"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}