INFORMAZIONI TECNICHE

PFC

E a noi cosa interessa ?

Personalmente, potremmo dire ben poco : è un fenomeno che non vediamo e sul quale non abbiamo alcun controllo diretto.
In pratica questo interessa moltissimo le aziende produttrici di energia, in quanto la produzione di energia elettrica richiede che vengano consumate altre risorse, dai combustibili fossili (centrali termoelettriche) a quelli "naturali" (geotermica, idraulica, eolica, ecc). Ovviamente queste conversioni hanno un certo rendimento e, dato che le materie prime e gli impianti hanno un costo, maggiore è questo rendimento, minore sarà il costo dell' energia prodotta. Inoltre, questa energia è prodotta in luoghi spesso lontani da quelli di consumo ed anche le linee elettriche che la trasportano hanno costi e rendimenti.

E qui veniamo al punto centrale del problema, ovvero alla produzione ed al trasporto dell' energia elettrica.

La distribuzione dell' energia elettrica fa fronte, a parte casi speciali, essenzialmente a tre ambiti : illuminazione, riscaldamento e movimento. Nel caso di illuminazione, buona parte è prodotta con lampade ad incandescenza, caso in cui, come abbiamo già accennato, il fattore di potenza è vicino a 1. (diverso è il caso di altri sistemi di illuminazione, come lampade a fluorescenza, a gas, ecc). Lo stesso discorso si può fare per il riscaldamento elettrico. 
Diverso, invece, il caso di movimento, in quanto la maggior parte dei motori elettrice sono carichi fortemente induttivi, ovvero nei quali la componente principale non è la resistenza, ma l' induttanza degli avvolgimenti. ed in cui il fattore di potenza può scendere anche a bassi valori, con una evidente prevalenza della componente "reattiva" della potenza.
Questa potenza reattiva non compie un "lavoro" e , teoricamente, non corrisponderebbe neppure ad un costo di produzione. In effetti, però i generatori elettrici alle centrali devono comunque girare e l' energia , anche se reattiva, viaggia sulle linee di distribuzione e quindi ha un costo per le società produttrici. 

Queste società recuperano i costi (e l' utile !) attraverso un metodo di tariffazione di quanto consumato dagli utenti che avviene attraverso la lettura di "contatori". Questi contatori misurano la potenza (in watt o kilowatt) per il tempo e , nella vecchia versione elettromeccanica (quella con la finestrella di vetro dove si vede un disco girare e i  numerini del conteggio che salgono inesorabilmente), fanno riferimento ad una misura di potenza attiva, escludendo quella reattiva.
Quindi, se la mia utenza consumasse, per assurdo, solo potenza reattiva, il contatore sarebbe fermo e la bolletta a zero, anche se la centrale elettrica e le linee di distribuzione dovrebbero essere comunque in piena funzione.

E' ovvio che questo non accade ad un comune utente "domestico" e il suo fattore di potenza medio sarà accettabile; in pratica gli apparecchi per uso domestico presentano generalmente fattori di potenza con un limite minimo di 0,75.
Il fattore di potenza, senza una "correzione" sarà sempre minore di 1, a volte molto minore di 1, quando le componenti reattive sono fortemente prevalenti in una direzione. Solitamente si ritiene che un carico con cosphi da 0,7 in su sia un buon carico, anche se, attraverso il "rifasamento" si possono raggiungere facilmente valori di 0,9 e oltre.

Si può qui fare un inciso : tra le varie amenità reperibili in rete, risulta pure l' affermazione che non è raggiungibile il Fattore di Potenza = 1 perchè si tratterebbe di "moto perpetuo".
La cosa è ampiamente priva di senso perchè non stiamo parlando di generazione dell' energia, ma di conversione della stessa energia da un rapporto tensione/corrente ad un altro. Quindi, PF = 1 indica solo che la trasformazione non ha alcuna perdita, non che si inneschi un ciclo di moto perpetuo, in quanto la potenza in uscita è uguale a quella in entrata e se se quella in entrata è 0, anche quella in uscita lo è.
Non stiamo neppure parlando di rendimento delle fasi successive della trasformazione da 230V a 5V, bensì del rapporto che esiste tra la Potenza Attiva, che genera il lavoro, e quella Reattiva, che i campi magnetici si scambiano tra di loro. PF viene infatti misurato sul lato dell' alimentazione alternata e non come rapporto tra la potenza richiesta in rete e quella resa sul lato a corrente continua; in questo caso non avrei solo a che fare con il PF, ma anche, e sopratutto, con il rendimento del circuito switching che effettua la conversione. Ma questo circuito opera già alimentato in corrente continua e quindi nulla ha a che fare con il PFC.
Quindi, potendo compensare totalmente la componente reattiva, cosa del tutto possibile, anche se difficoltosa su carichi variabili, il cos phi = 1 è possibile e non ha niente di magico.

Nel caso di utenti speciali, come industrie manifatturiere, processi chimici, siderurgici, ecc., tutte cose che si presentano come carichi fortemente sfasati e che quindi consumano una rilevante potenza reattiva, il fattore di potenza si abbassano anche a 0,2.
Allora la società di distribuzione dell' energia provvederà a piazzare misuratori di energia reattiva (ed emettere le relative bollette salate), il che costringerà l' utente a installare sistemi di "rifasamento", ovvero dispositivi che intervengono momento per momento per correggere il fattore di potenza, mirando a portarlo quanto più possibile vicino a 1 e a non fare avanzare i contatori della potenza reattiva.
In generale, essendo i carichi costituiti da motori (induttivi) il sistema di rifasamento è effettuato con batterie di condensatori. Per contro, se si deve rifasare un carico capacitivo, la soluzione consisterà nell' aggiunta di una uguale componente induttiva, ovvero una bobina.

E' qui evidente che il rifasamento non ha niente a che vedere con il funzionamento dei motori, non li modifica, nè ne modifica le caratteristiche, il rendimento, il calore prodotto, la velocità o la durata. Si tratta solamente di aggiungere esternamente ad un carico che è "sbilanciato" verso una componente (in questo caso induttiva) l' equivalente opposto (in questo caso capacitivo) che la compensi e riporti in fase corrente e tensione.
Questo va ben compreso e tenuto a mente.

In sostanza, anche se si tratta di una conclusione molto riduttiva, un carico a fattore di potenza 1 è preferibile in quanto migliora il rendimento generale della produzione/distribuzione dell' energia e quindi, indirettamente, ha anche una valenza di risparmio energetico ed ambientale-ecologico. Da queste considerazioni globali e per altre ragioni, la normativa nazionale ed europea tende a emettere leggi in questa direzione.

ma non basta...

Va aggiunto, tanto per complicare le cose, che, sopratutto in presenza di circuiti elettronici, le forma d' onda si discostano molto da quella teorica sinusoidale e questo introduce una ulteriore complicazione nella valutazione della reale potenza attiva assorbita dal circuito.
Inoltre, la deformazione delle sinusoidi equivale all' introduzione di componenti armoniche a frequenze maggiori che hanno come effetto immediatamente percepibile il disturbo delle radio comunicazioni e, in senso più ampio, un peggioramento dell' inquinamento elettromagnetico dell' ambiente.