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PFC Chi è costui ?

PFC : chi è costui ?

PFC è acronimo dell' inglese Power Factor Correction, ovvero Correzione del Fattore di Potenza. 
In italiano si potrebbe usare anche la parola "rifasamento", anche se, come vedremo, non è perfettamente adeguata.

Con "Correzione del Fattore di Potenza" si intende l' operazione di modificare il fattore di potenza di un carico in modo da portarne il valore quanto più vicino all' unità.
Infatti, quanto più il valore del fattore di potenza si discosta da 1 tanto più sarà alta la percentuale di potenza non attiva, ovvero di potenza reattiva, impegnata dal circuito.
L' espressione "correzione del fattore di potenza" o "rifasamento" si riferisce, dunque, alla riduzione della componente reattiva della potenza che un carico presenta carico alla linea di alimentazione a corrente alternata. PFC rappresenta, matematicamente, il rapporto fra la Potenza Attiva e quella Apparente, assorbite in ingresso dal carico. 

La Potenza Apparente è il prodotto della tensione per la corrente in entrata nel dispositivo e comprende sia la componente Attiva sia quella Reattiva; la Potenza Attiva è la parte che svolge il lavoro richiesto. La Potenza Reattiva è la componente che si scambiano i campi magnetici e de elettrici ed è relativa alla presenza ed alle caratteristiche di induttanza e/o capacità nel carico.
In questo senso si può intendere, anche se non è proprio corretto, che il Fattore di Potenza sia un indicatore del rendimento elettrico del carico rispetto alla linea di alimentazione.

Detto così, può soddisfare un tecnico, ma dice poco a tutti gli altri. Tentiamo allora una spiegazione di quanto sopra, ricordando che, in ogni caso, occorre un minimo di conoscenze di elettrologia e matematica, al livello delle scuole superiori, per potersi almeno orientare. Certamente è possibile un pour parler senza alcun riferimento a formule, diagrammi e simili, ma sarebbe solamente una esposizione di dati di fatto da prendere come atti di fede, mentre è probabile che con un poco di sforzo sia possibile arrivare ad una migliore comprensione.

Prima di iniziare, è opportuno chiarire con decisione che 

PFC riguarda e può riguardare solo ed esclusivamente la linea di alimentazione elettrica in corrente alternata

ovvero quella fornita dall' Enel e 

non ha niente a che vedere con il rendimento, il principio di funzionamento o le caratteristiche di uscita intrinseche dell' apparecchiatura su cui si applica.

Inoltre deve essere chiaro che la correzione del fattore di potenza non riguarda solo gli alimentatori per PC, ma qualunque genere di apparecchiatura che la possa richiedere, dai motori delle macchine utensili all' illuminazione stradale, dal forno ad induzione alla lavapiatti e al televisore . In generale la funzione di correzione del fattore di potenza consiste nell' inserimento, tra la rete di alimentazione ed il carico, di un qualche dispositivo idonea ad effettuare questa correzione. In tal caso l' apparecchiatura non viene modificata per nulla nella sua essenza.
Diverso potrò essere il caso in cui la gestione del PFC sia in qualche modo parte integrante dell' apparecchiatura, ovvero, in fase di progettazione, il costruttore abbia realizzato uno schema che, per la natura intrinseca dei componenti, svolga le sue funzioni con un fattore di potenza elevato.
Vedremo che questo, al momento, non è sempre è il caso degli alimentatori per personal computer, dove, invece, per motivi di costo e di mercato, la gestione PFC è parte "aggiunta".
 
Va ben puntualizzato che, modificando il fattore di potenza di un carico costituito da una lampada, non se ne cambia la quantità di luminosità emessa; correggendo il fattore di potenza di un motore con l' aggiunta di condensatori di rifasamento non se ne cambia la quantità di potenza prodotta. 
Se vogliamo fare un esempio, possiamo paragonare il rifasamento alla marmitta catalitica dell' auto : abbatte l' inquinamento, ma non modifica il funzionamento del motore (se non molto marginalmente).

Così pure per un alimentatore elettronico, la pura correzione del fattore di potenza non influisce se non molto marginalmente sul funzionamento dello switching che converte la corrente alternata in continua. Se il funzionamento dell' alimentatore vero e proprio sta al di fuori del sistema di controllo PFC, questo risulta una aggiunta, come lo sono i condensatori di rifasamento per il motore o la marmitta catalitica. 

Infatti, fino a poco tempo fa, per la maggior parte dei costruttori, il controllo PFC si è risolto, come vedremo, nell' aggiunta di qualche componente alle strutture ben collaudate già esistenti, senza minimante modificarle. 

Questo punto è una delle principali incomprensioni sull' argomento PFC : si fa una confusione tremenda tra correzione del fattore di potenza e prestazioni dell' alimentatore, che dipendono invece dai progetti, rivisti anche alla luce di nuove esigente e alla disponibilità di nuove tecnologie e componenti.

Se torniamo all' esempio dell' auto, per ottenerne una che non inquini, consumi meno, abbia maggior rendimento, ecc, la soluzione non è aggiungere la marmitta catalitica : questa modifica provvederà ad abbattere più o meno l' inquinamento atmosferico, adattando il veicolo alle esigenza di una nuova normativa e non altro.
Per ottenere di più occorrerà rivedere l' intero progetto del motore, adottando principi diversi. Non si fa un' auto Euro4 prendendone una Euro2 e aggiungendoci una pezza !
Così pure per l' alimentatore : l' aggiunta del PFC, anche "attivo", ad un progetto vecchio di anni, porta magari il cos phi a 1, ma non migliora per niente le prestazioni dell' alimentatore sul lato delle tensioni in corrente continua.

E' solo da non molto tempo che lo schema base dell' alimentatore PC, dopo anni di stasi, è stato oggetto di novità, anche consistenti, alla luce delle mutate necessità di potenza dei sistemi attuali; in questi nuovi progetti il controllo PFC è divenuto parte integrante e non solo come sistemazione sul circuito stampato principale dei componenti che prima stavano su un sub assembly, ma come elemento di controllo del funzionamento dello switch primario. Allora, in questi casi, è probabile che il complesso del sistema si comporti in modo migliore dei suoi predecessori; ma questo non grazie al solo PFC .

Scopo del PFC, dunque, è esclusivamente quello di migliorare il rapporto tra la potenza complessiva impegnata dalla rete (Potenza Apparente) e quella che effettua il lavoro richiesto (Potenza Attiva), riducendo quindi la componente non attiva che interessa le caratteristiche specifiche di quel particolare circuito (Potenza Reattiva) : questo migliora il rendimento della produzione e della distribuzione dell' energia elettrica.

Quanto sopra è valido non solo per il PC, ma per qualsiasi altro dispositivo elettrico, dal motore del tornio all' illuminazione stradale, perchè il problema della produzione di energia elettrica è strettamente legato a quello della disponibilità di sorgenti non rinnovabili (carbone, petrolio) o non sempre disponibili (energia idraulica, geotermica) o pericolose (energia atomica) o non sfruttate che minimamente (eolica, solare, ecc).

Infatti è da lungo tempo che esistono normative che impongono limitazioni alla componente reattiva dell' energia consumata dalle utenze. Il problema del rifasamento è affrontato e risolto quotidianamente nell' industria. Quindi non si tratta minimamente di una novità.
Solamente, le più recenti norme europee relative al risparmio energetico sono diventate più restrittive e rendono obbligatoria una correzione del fattore di potenza di tutte le apparecchiature collegate alla rete elettrica e quindi anche dei personal computer.  

Si tratta piuttosto di una novità quando necessita applicarlo a carichi costituiti da componenti elettronici che lavorano in modalità a commutazione (switch mode), ovvero a carichi non lineari. Qui, al problema dello sfasamento tra corrente e tensione indotto dalle componenti capacitive, se ne aggiungono altri relativi al fattore di forma ed alla generazione di armoniche e correnti impulsive che rendono più complesso il problema. Infatti, a causa delle forme d' onda non sinusoidali presenti nel circuito, è possibile che l' angolo di sfasamento tra corrente e tensione sia nullo, ma ugualmente ci sia un basso valore del fattore di alimentazione.
In questi casi, con l' introduzione di particolari circuiti integrati che hanno il primario scopo di correggere il fattore di potenza, si ottiene pure una correzione della forma d' onda e quindi la riduzione delle componenti armoniche.

Qui, il PFC assume un aspetto diverso dal pro rifasamento inteso come compensazione dell' angolo di fase.

Su questi argomenti cercheremo per quanto possibile di fare luce.