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POWER 15 -
GENNAIO/FEBBRAIO 2018
POTENZA
“REVERSIBILE”
è attualmente disponibile in moduli bi-direzionali, ren-
dendo in tal modo necessario qualche re-instradamento
del percorso di alimentazione, per consentire l’impiego
di un unico regolatore in entrambe le direzioni.
Un’esatta analogia tra una rete di trasmissione di ener-
gia elettrica e una “super-rete” si può riscontrare nel
quarto caso, riportato in figura 2. Un convertitore è col-
legato in modalità step-up per trasmettere la potenza a
una tensione superiore, a una certa distanza, ed è segui-
to da un’unità identica connessa in modalità step-down,
all’estremità. L’obiettivo è, naturalmente, ridurre le per-
dite I²R nei cavi. Proprio come gli Enti preposti all’e-
rogazione trasformano la tensione AC aumentandone il
valore a centinaia di kV per la trasmissione, il progettista
di una rete di distribuzione AC può utilizzare il trasfor-
matore DC per lo stesso fine. Mentre questo impiega la
reversibilità dei moduli NBM, il flusso di energia in un
tale scenario potrebbe, o no, essere bi-direzionale. Un
caso insolito, in cui questa strategia è stata impiegata è
quella di un drone vincolato a un filo (tethered drone)
o UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Non tutti i droni vo-
lano “liberi” ma potrebbero essere veicoli per svolgere
determinati tipi di mansioni (ad esempio per condurre
ricognizioni sul campo o per fotografia architettonica).
L’alimentazione può essere fornita a tali macchine attra-
verso un sistema a filo. Chiaramente, è auspicabile che
il peso risparmiato per l’assenza di batterie a bordo non
venga annullato dal peso del cablaggio, pertanto è in-
dicato un alimentatore di piccole dimensioni. Un caso
di studio messo a punto da Vicor utilizzava una alimen-
tazione per motore di bordo da 50V, valore aumentato
fino a 400V (con un convertitore di 8:1) in modo da po-
ter utilizzare un cavo sottile con impedenza di 2 Ohm.
Elettrificazione di veicoli
Un settore in rapida evoluzione come quello dei veicoli
elettrici e di quelli ibridi permetterà di implementare
un gran numero di ap-
plicazioni per le quali
un flusso di potenza
bidirezionale tra i più
disparati bus DC si rive-
lerà senz’altro utile. Le
architetture di veicoli a
doppia tensione (12V
e 48V) richiedono, a
seconda del grado di
“ibridazione” (ad esem-
pio
completamente
ibridi o a propulsione
ibrida “leggera” – mild
hybrid) una pluralità
di interconnessioni di
bus e flussi di potenza tra batterie e varie unità come
starter e generatori integrati. I rail di alimentazione da
centinaia di Volt tipici della trazione dei veicoli full EV si
traducono in un aumento della complessità, andando a
interessa applicazioni quali la frenatura rigenerativa e il
recupero dell’energia.
Tutti questi casi possono essere esaminati utilizzando il
PowerBench Whiteboard online di Vicor. Questo con-
tiene modelli comportamentali completi (tipo “black-
box”) di moduli convertitori NBM. I reali parametri di
un’applicazione possono essere inseriti rapidamente e il
software è pronto per il funzionamento diretto o inverso
del convertitore. Viene anche fornita in tempi brevi una
previsione accurata delle tensioni, correnti e perdite ef-
fettive, sia all’interno dei convertitori sia esternamente.
È anche prevista la possibilità di connettere i moduli
in parallelo, configurazione che può essere utilizzata
anche nel caso di bi-direzionalità. Utilizzando moduli
bi-direzionali è possibile gestire potenze nell’intervallo
compreso tra 200W e 20 kW, con tensioni nominali su-
periori a 400V.
La disponibilità di componenti di conversione di poten-
za bi-direzionali permette di realizzare immediatamente
applicazioni abbastanza semplici, come ad esempio bat-
terie di backup/riserva di energia. Ma la comprensione
dei principi base permette di allargare notevolmente il
campo dei possibili utilizzi.
Se un sistema prevede accumulo e recupero di energia,
esiste l’opportunità di utilizzare questi prodotti bi-dire-
zionali. Non si tratta solo di energia elettrica, potrebbe
essere infatti energia cinetica (come con un’auto elet-
trica o ibrido-elettrica), energia potenziale, o qualsiasi
altra forma di energia che possa essere convertita in
energia elettrica. I progettisti di sistemi di alimentazione
dovrebbero guardare oltre le catene di potenza (power
chain) e domandarsi come utilizzare questo approccio
per migliorare il loro sistema.
Fig. 4
– Flusso di tensione DC bi-direzionale nei test di batterie