Direttiva Azionamenti elettrici: 61800-3

Per gli azionamenti elettrici il CENELEC ha emesso la seguente norma di prodotto: CEI EN 61800-3 “Azionamenti elettrici a velocità variabile. Parte 3: Norma di prodotto relativa alla compatibilità elettromagnetica ed ai metodi di prova specifici”. La presente norma specifica i requisiti di compatibilità elettromagnetica per sistemi di azionamento elettrico a velocità variabile con motori in corrente continua o corrente alternata. I requisiti EMC sono stabiliti per azionamenti (o PDS: Power Drive System) collegati ad alimentazioni con tensione nominale fino a 1000 V c.a. di valore efficace. Per tensioni di alimentazione superiori a 1000 V di valore efficace, i requisiti EMC sono in fase di studio e, finché non uscirà una nuova pubblicazione, saranno oggetto di accordo tra il

costruttore/fornitore e l’utilizzatore. I PDS trattati in questa Norma sono quelli installati in ambienti industriali e residenziali con esclusione delle applicazioni per trazione e per veicoli elettrici. La Norma non prende in considerazione eventuali variazioni del comportamento EMC di un PDS, risultanti da condizioni di guasto. Scopo di questa Norma è definire i limiti e i metodi di prova per un PDS; essa include i requisiti di immunità nonché i requisiti contro le emissioni elettromagnetiche.

Per evidenti ragioni economiche, i requisiti di emissione e di immunità dovranno essere opportunamente equilibrati fra di loro e rispetto all’ambiente effettivo del PDS. La presente Norma di prodotto EMC per i PDS ha la precedenza su tutti gli aspetti delle norme generiche e non sono richieste né necessarie prove di EMC supplementari. Se un PDS costituisce un componente di un’apparecchiatura, soggetta ad una diversa norma di prodotto EMC, si applica la Norma EMC relativa all’apparecchiatura completa.

La normativa differenzia sia gli ambienti in cui verrà utilizzato il PDS, sia le modalità di commercializzazione. Per primo ambiente si intende l’ambiente che comprende le utenze domestiche e le utenze industriali collegate direttamente (senza trasformatori intermedi) ad una rete di alimentazione elettrica a bassa tensione che alimenta edifici adibiti a scopi domestici. Il secondo ambiente comprende tutte le utenze industriali diverse da quelle collegate direttamente a una rete di alimentazione elettrica a bassa tensione che alimenta edifici adibiti a scopi domestici. La distribuzione non ristretta è la modalità di commercializzazione in cui la fornitura degli apparecchi non dipende dalla competenza del cliente o dall’utilizzatore in materia di EMC per l’applicazione di azionamenti. La distribuzione ristretta è la modalità di commercializzazione in cui il costruttore limita la fornitura di apparecchi a fornitori, clienti o utilizzatori che, separatamente o congiuntamente, abbiano competenza tecnica dei requisiti EMC per l’applicazione di azionamenti.

A seconda delle combinazioni tra ambiente e distribuzione si avranno diversi requisiti EMC. La combinazione di primo ambiente e distribuzione non ristretta porta alla conclusione che l’azionamento deve essere immune e deve mostrare emissioni contenute entro i limiti richiesti. La combinazione secondo ambiente e distribuzione ristretta permette l’utilizzo di azionamenti anche non protetti (purché sia esplicitamente indicato quali siano gli eventuali accorgimenti da utilizzare per rientrare entro i limiti consentiti) a condizione che si indichi chiaramente l’avvertenza “Da non collegare a reti pubbliche di distribuzione a bassa tensione di zone residenziali. Può provocare interferenze a radiofrequenza”.

Un sistema di azionamento elettrico (PDS) consiste in un motore e un gruppo di alimentazione, conversione e controllo indicato d’ora in poi CDM (Complete Drive Module). Il PDS non include l’apparecchiatura azionata dal motore. Il CDM consiste in un modulo di conversione e controllo indicato con BDM (Basic Drive Module) e le sue possibili estensioni come la sezione di alimentazione o alcuni ausiliari (es. ventilazione). Nelle applicazioni di maggior potenza (ad esempio nel caso del PDS di una macchina industriale), il CDM si presenta come un quadro elettrico a se stante, oppure è contenuto in un quadro dedicato anche ad altre funzioni. Il BDM comprende le funzioni di conversione, controllo e autoprotezione. Nelle applicazioni più semplici, il BDM assume spesso la forma di una cassetta (modulo convertitore) interposta tra la linea c.a. di alimentazione in bassa tensione ed il relativo motore; nel caso di un semplice azionamento monorotore, spesso coincide in pratica con il CDM. La Fig. 2.11 mostra il confine tra il PDS e il resto dell’installazione e/o processo di fabbricazione. Se il PDS ha un proprio trasformatore dedicato, questo trasformatore è incluso come parte del CDM.

I limiti fisici di un PDS sono costituiti dai terminali di ingresso dell’alimentazione c.a. ad esso dedicata e dall’asse meccanico del motore elettrico (o dei motori) che esegue la trasformazione elettromeccanica. Un PDS comprende tutti i circuiti (componenti e dispositivi) impiegati sia per le trasformazioni energetiche (organi di manovra e protezione, trasformatori, convertitori, motori, etc.), sia per gli scopi ausiliari associati all’azionamento elettrico (filtraggi, dissipazione del calore, comando e regolazione, segnalazione e programmazione, etc.).

Come illustrato in Fig. 2.12, vengono definite tutte le interfacce del PDS, sia verso l’esterno che all’interno del PDS stesso; le definizioni date sono molto importanti per definire le interazioni tra le diverse sezioni dell’azionamento ed effettuare le prove EMC in modo corretto.

Fig. 2.12: Interfacce interne del PDS ed esempio di porte

In questa sezione si presentano i punti essenziali della norma di prodotto CEI EN 61800-3 per la EMC negli azionamenti elettrici, con particolare riferimento alle prove di tipo prescritte. Tale norma fa esplicito riferimento a sistemi più o meno complessi che comprendono motori e relativi convertitori o inverter, nonché la parte riguardante l’alimentazione, l’eccitazione ed i circuiti ausiliari.

In generale, un sistema è composto da più sottosistemi ciascuno dei quali, dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica, può avere due prerogative: emissione ed immunità.

In tale ottica appare realistico perciò effettuare l’analisi EMC di un sistema tenendo conto delle caratteristiche dei segnali di ciascun sottosistema, del livello di immunità dei circuiti critici (es. regolazioni di velocità), dei test di valutazione tecnica e di considerazioni sull’ambiente elettromagnetico in cui il sistema deve operare, sia nei

riguardi delle interazioni tra sottoinsiemi, sia tra il sistema completo e l’ambiente. L’obiettivo dell’analisi EMC di un sistema è quindi quello di fornire, sia all’utilizzatore/installatore sia al progettista nella fase di sviluppo, regole e procedure per assicurarsi che il sistema stesso soddisfi alle esigenze della Compatibilità Elettromagnetica. A tale proposito la norma di riferimento definisce i requisiti di immunità e di emissione per gli azionamenti elettrici, stabilendo una serie di test applicabili a:

- Azionamenti completi (PDS – Power Drive System) composti da motore e relativo drive, compresi trasduttori e sensori;

- Gruppi di conversione completi (CDM – Complete Drive Module) composti da azionamenti privi di motore;

- Convertitori e inverter (BDM – Basic Drive Module) comprensivi sia della parte di regolazione e controllo, sia della parte di potenza.

Non essendo possibile stabilire a priori una configurazione standard di un PDS non è ragionevole né raccomandato testare ogni possibile applicazione per diversi motivi: per le diverse sezioni di alimentazione o dei circuiti ausiliari, per i diversi motori e trasformatori che lo compongono e per la differente natura delle macchine e degli impianti asserviti.

Tutti le prove prese in esame in questa norma, sia per le emissioni che per l’immunità, devono essere condotte alla tensione nominale di rete, in condizioni di carico minimo ed in modo ben definito e riproducibile. Dove non specificato dal costruttore i test devono essere condotti applicando a convertitori e inverter un motore di taglia corrispondente, rispettando le regole di cablaggio e di messa a terra specificate dal costruttore stesso. Tuttavia non è sempre possibile ricondursi alle configurazioni nominali di rete e di carico; è consentito perciò l’utilizzo di un carico passivo (ohmico o induttivo), purché il carico sia chiuso in un contenitore metallico che simuli la carcassa del motore. Durante il test si dovrà tener conto delle diverse capacità parassite tra carico e terra, soprattutto per la valutazione di emissioni condotte in alta frequenza.