Per coprire le esigenze di vari settori (da quello industriale a quello della ricerca), si devono avere ben presenti le necessità dei vari reparti, da quello della ricerca e sviluppo, alle sale prove oppure alla produzione; è necessario avere una vasta gamma di soluzioni, sia standard che personalizzabili.
Vediamo, settore per settore, le soluzioni per il power supply:
R&D industriale
Per il mondo industriale, all’interno delle necessità della ricerca, particolare attenzione è dedicata alle applicazioni nell’ambito dell’elettrificazione; questo settore vede coinvolti molti mercati, non solo l’automotive.
Si può trattare di unità in corrente continua multicanale per basse potenze (classico per alimentare schede elettroniche o device di piccola potenza); di modelli AC per le prove di tipo alle tensioni di rete, base e medie potenze. Ad esempio, si utilizza un simulatore di rete monofase o trifase programmabile, che genera tensioni di rete distorte e variabili. Il sistema può riprodurre forme d’onda con armoniche, flicker, variazioni di frequenza, sovratensioni e cadute tipiche delle reti elettriche reali. Con questa apparecchiatura si possono eseguire test di compatibilità elettromagnetica (EMC) e qualità della potenza conformi a normative IEC 61000-4-11 (variazioni di tensione, flicker), IEC 61000-4-13 (analisi delle armoniche), IEC 61000-4-14 (misura delle armoniche), IEC 61000-4-27 e IEC 61000-4-28 (variazioni di frequenza e tensione). Il simulatore permette di riprodurre sequenze di eventi personalizzati utilizzando forme d’onda preimpostate o definite dall’utente, consentendo di valutare la resistenza e la stabilità dei dispositivi sotto test in presenza delle più svariate anomalie di rete.
A titolo di esempio mostriamo la nuova serie di alimentatori GAC di TDK-Lambda:
1. TDK-Lambda GAC Series – Introduction & Overview
Ottenete una panoramica della nuova serie di sorgenti CA programmabili GAC di TDK-Lambda e del suo software di controllo VCP. Questo video introduttivo presenta in anteprima l’intera serie di tutorial in 8 parti.
2. TDK-Lambda GAC Series Overview – Models & Key Specs
Acquisisci familiarità con la nuova serie GAC, che va dai modelli da 2 kVA a 9 kVA, comprese le specifiche per le versioni GAC standard e GAC-PRO avanzate.
Guarda i video dedicati alla serie GAC: clicca qui
Prodotti in evidenza
Possono essere molto richieste anche le unità DC bidirezionali dei più svariati tagli di corrente, tensione e potenza. Ecco alcuni esempi pratici sintetici di utilizzo dell’alimentatore DC bidirezionale in diversi settori di ricerca e sviluppo industriale:
• Automotive
Test di sistemi di batterie e ricarica rigenerativa per veicoli elettrici e ibridi (HEV, EV). Permettono sia la carica che la scarica, simulando condizioni di guida e rigenerazione energia in frenata. Prendiamo ad esempio la famiglia EA PSB 10000, alimentatore DC bidirezionale che può avere 1 o 3 canali con potenza fino a 30 kW totali (per la singola unità, configurabile in parallelo con altre unità); viene impiegato per simulare condizioni reali di carica e scarica delle batterie di trazione. Grazie alla capacità di operare in modalità bidirezionale, può agire sia come sorgente di energia per la batteria (ricarica) sia come carico rigenerativo durante la scarica rigenerativa, restituendo energia alla rete o all’alimentazione di laboratorio. In un ciclo tipico di test, il PSB 20000 esegue cicli di carica/scarica sincronizzati con controllo di tensione, corrente e potenza, ottenendo dati precisi sul comportamento della batteria sotto stress dinamico e condizioni operative realistiche. La gestione integrata del CAN FD e EtherCAT consente l’integrazione con sistemi di controllo avanzati e l’acquisizione dati in tempo reale. Questo approccio permette di validare la durata, l’efficienza e la sicurezza del sistema batteria, replicando le condizioni di funzionamento in veicoli EV/HEV, fornendo un ambiente di test flessibile e ad alte prestazioni.
• Energie rinnovabili
Simulazione e test di sistemi fotovoltaici con accumulo in batterie, gestendo flussi bidirezionali di energia tra batteria, carico e rete elettrica, per ottimizzare l’efficienza del sistema. Se prendiamo come esempio il bidirezionale con capacità di rigenerazione N35500 della NGI possiamo apprezzarne l’utilizzo per emulare il comportamento elettrico di un array fotovoltaico. Grazie alla funzione di simulazione della curva I-V del pannello fotovoltaico (software dedicato), può riprodurre profili di tensione e corrente tipici di un modulo reale sotto diverse condizioni di irraggiamento e temperatura. Durante il test, il dispositivo simula il punto di massima potenza (MPP) attraverso inseguimenti dinamici, fornendo al sistema sotto test (ad esempio un inverter o un sistema di gestione energetica) valori realistici di ingresso fotovoltaico. Inoltre, può agire sia come sorgente che come carico rigenerativo, permettendo di testare la risposta del sistema sia in condizioni di generazione che di assorbimento di energia. Questa simulazione permette a laboratori di ricerca e sviluppo di valutare l’efficienza, il controllo e le performance dei sistemi fotovoltaici in modo sicuro, ripetibile e con alta precisione, senza dover impiegare un vero pannello solare.
Le unità bidirezionali non sono le uniche scelte per le energie rinnovabili. Per testare inverter fotovoltaici è necessario avere delle unità di potenza DC molto veloci come il CHROMA 62000H
Leggi anche: Come testare rapidamente l’inverter fotovoltaico con il simulatore solare Chroma 62000H
• Test batterie industriali
Test di carica/scarica ciclica e simulazione batterie per validare performance, durata ed efficienza di celle e moduli in laboratorio o produzione.
• Automazione industriale e laboratorio
Alimentazione precisa e recupero energia in test di componenti elettronici, motori DC, e convertitori bidirezionali per validazione di sistemi di potenza. In precedenza abbiamo trattato la funzione PSNIK che consente una rapida programmazione a vuoto in condizioni di assenza di carico, per il test di motori elettrici.
Leggi anche: Power Sink per alimentatori DC programmabili Genesys™ per testare motori elettrici
Leggi anche: Alimentatori DC programmabili GENESYS+™ Fast Speed per la simulazione di test automobilistici
Ci sono anche applicazioni che richiedono l’utilizzo di alimentatori AC (o anche versioni AC+DC) in grado di fungere da Grid Emulator, lavorando su 4 quadranti.
Ecco alcuni esempi sintetici di test in sala prove per alimentatori AC con principio bidirezionale:
• Test di burn-in a pieno carico
L’alimentatore AC viene fatto funzionare a carico costante elevato per un lungo periodo per eliminare guasti precoci e garantire affidabilità duratura. Questo viene fatto con carichi resistivi o elettronici simulati che possono anche recuperare energia. Per fare un esempio concreto, Chroma 61815, un simulatore di rete rigenerativo ad alta potenza, viene programmato per fornire una tensione di alimentazione stabile e precisa per un periodo prolungato a un dispositivo sotto test (DUT). Durante il burn-in, il sistema mantiene condizioni operative costanti o cicliche per stressare il DUT, rilevando e monitorando parametri critici quali tensione, corrente, potenza e temperatura. Lo strumento permette di simulare carichi dinamici e condizioni transitorie, integrando funzioni per analizzare armoniche, flicker e disturbi di rete, garantendo così che il DUT superi i test di affidabilità e conformità alle normative di qualità energetica.
• Simulazione di condizioni reali
Utilizzo di forme d’onda arbitrarie per riprodurre variazioni di carico, distorsioni, fenomeni transitori, e verificare comportamento e stabilità dell’alimentatore sotto varie condizioni dinamiche.
• Test di efficienza e recupero energia
In alimentatori AC bidirezionali si può testare la capacità di reimmettere energia nella rete AC durante scariche o alimentazioni rigenerative, tipico ad esempio in sistemi con motori elettrici o frenata rigenerativa.
• Test di sicurezza e protezioni
Verifica delle protezioni interne contro sovratensioni, sovraccarichi, cortocircuiti sia lato AC che DC, assicurandosi che l’alimentatore operi in sicurezza anche in condizioni operative estreme.
• Test di compatibilità e interoperabilità
Collaudo dell’alimentatore in combinazione con altri dispositivi di rete o sistemi di accumulo per assicurare corretto funzionamento nel sistema industriale complessivo.
Prodotti in evidenza
Parlando sempre di 4 quadranti, ma in DC, le SMU (source Mearuring Units) le troviamo in varie applicazioni, ed in particolar modo in quelle che necessitano grande precisione nella misura e in altre che vedono coinvolte celle e batterie.• Test batterie industriali.
Di seguito alcuni esempi di utilizzo di una SMU (Source Measure Unit) come il Keithley 2450 o 2651A nella ricerca e sviluppo industriale:
• Caratterizzazione I-V di semiconduttori
Misure precise di corrente-tensione per wafers, film sottili, nanomateriali e dispositivi a geometria ridotta come transistor, diodi e LED, per studiarne le proprietà elettriche e ottimizzarne il design.
• Analisi e test di materiali organici ed elettronica stampata
test di caratteristiche elettriche per dispositivi a basso consumo e materiali flessibili, utilizzando la capacità di generare e assorbire corrente (modalità quattro quadranti).
• Test e caratterizzazione di batterie e celle energetiche
Cicli di carica/scarica precisi per studiare durata, efficienza e comportamento elettrochimico, con capacità di controllo fino alla scala di nanoampere e microvolt.
• Misure di alta precisione e resistività
Inclusi test di resistori, sensori e componenti passivi con bassissime correnti di fuga e alta risoluzione, utili anche in analisi di effetti Hall e resistività di materiali.
• Test automatizzati e scripting avanzato
Utilizzo di comandi SCPI e TSP per creare sequenze di test customizzate, integrazione in bench automatici e possibilità di test paralleli per ricerca ad alto throughput.
• Prove elettrochimiche avanzate
Cicli di voltammetria ciclica, deposizione elettrochimica e studi di reazioni in soluzioni elettrolitiche con alta precisione.
Questi esempi mostrano la versatilità delle SMU come strumenti chiave per R&D su semiconduttori, materiali avanzati, dispositivi energetici e test di componenti elettrici con elevata precisione e controllo.
Concentriamoci su un esempio specifico di utilizzo di una SMU per la simulazione e caratterizzazione di batterie:
La SMU viene programmata per simulare il comportamento di una batteria tramite modelli di scarica e carica, replicando parametri come la tensione a circuito aperto (VOC), la resistenza interna (ESR) e lo stato di carica (SOC). Utilizzando software dedicati come il Keithley KickStart Battery Simulator App, l’unità può eseguire cicli di test di carica e scarica in modo automatico, monitorando con precisione corrente e tensione per caratterizzare il rendimento e l’efficienza della batteria in diverse condizioni operative. Questo tipo di simulazione permette di sostituire fisicamente la batteria con un modello virtuale controllato, rendendo i test più veloci, ripetibili e sicuri, utile in ambito automotive, industriale e IoT per valutare dispositivi alimentati a batteria o sistemi di gestione energetica. In sintesi, la SMU agisce sia come sorgente che carico controllato, emulando il comportamento elettrico della batteria per test realistici e precisi senza dover utilizzare la batteria reale fisicamente durante la sperimentazione.
Guarda il video: Simulazione di un profilo di scarica di una batteria
Guarda il video: Curva di consumo di un dispositivo IoT a bassa potenza con Keithley
Prodotti in evidenza
Sale prove e controllo qualità
Nelle Sale prove sono molto utilizzati alimentatori AC con potenze medio-alte, in grado di salire in frequenza: le nostre soluzioni possono arrivare a 5 kHz; le unità bidirezionali in DC sono molto presenti in apparati come banchi freno motori e molto altro.
Il Grid Simulator può essere parte della sala prove ed è uno strumento fondamentale per simulare le condizioni più impegnative di rete e testare con successo dispositivi come, ad esempio, le colonnine di ricarica. Sono integrabili con opzioni di carico AC o simulazione d’impedenza LCR.
Ecco alcuni esempi sintetici di utilizzo di un grid Simulator (simulatore di rete) in ambiente di ricerca e sviluppo industriale:
• Test di inverter e sistemi fotovoltaici
Simulazione della rete elettrica con variazioni di frequenza, tensione e forme d’onda distorte per validare la risposta e la stabilità degli inverter in condizioni reali e dinamiche.
• Validazione di caricatori veicoli elettrici (EV chargers)
Verifica del comportamento del caricatore in scenari di rete reali, inclusi transitori veloci, cadute di tensione e condizioni di rete squilibrate.
Leggi anche: Fast Charger per EV
• Simulazione condizioni di rete complesse per microgrid e sistemi ESS (Energy Storage System)
Capacità di generare e assorbire potenza nei quattro quadranti, con gestione rigenerativa per test approfonditi di sistemi di accumulo e reti distribuite.
• Test di resilienza e conformità normativa
Prove in conformità a standard internazionali (IEEE 1547, UL 1741, IEC 61000-3/4) per valutare la robustezza dei dispositivi in presenza di armoniche, disturbi e variazioni anomale della rete.
• Automazione test con interfacce PHIL (Power Hardware-in-the-Loop)
Per simulazioni in tempo reale integrate in sistemi di prova avanzati e sistemi automatizzati di controllo qualità.
Questi emulatori sono strumenti fondamentali per sviluppare e testare dispositivi di potenza e sistemi complessi che devono interagire con la rete elettrica in modo affidabile, efficiente e sicuro.
Produzione
In produzione invece le principali necessità sono quelle di effettuare prove di serie efficaci secondo le norme di riferimento, simulando tutte le possibili condizioni di rete dei vari Paesi, permesse come tolleranze delle rispettive normative locali.
In base ai prodotti da testare, si va da sistemi monofase con potenze medio-basse, in grado di impostare la frequenza a 50 o 60 Hz, tensione variabile; si passa poi a sistemi con potenze molto più alte, trifase, con la possibilità di variare la frequenza su un range più ampio. Il range di tensione può in alcuni casi essere personalizzato, così come altre caratteristiche; la gestione da remoto è in linea di principio sempre possibile, per integrare l’alimentatore in un sistema di test.
Ecco alcuni esempi di utilizzo di alimentatori di potenza AC come test di serie o di fine linea di produzione:
• Test di alimentazione e burn-in
Alimentatori AC programmabili e ad alta potenza (fino a 9 kVA o più) vengono usati per sottoporre i prodotti finiti a cicli di alimentazione stabili e stress prolungati per verificarne affidabilità e durata, tipici nei settori automotive, aerospaziale e industriale.
• Test funzionali automatizzati
Alimentatori AC con controlli remoti e interfacce SCPI o Modbus vengono integrati in linee di test automatico per fornire alimentazione precisa e simulare differenti scenari di carico e tensione, con monitoraggio in tempo reale dei parametri. Le soluzioni MCB Power BOOST offrono un’ampia gamma di potenze e sono anche personalizzabili
• Verifica della conformità a norme EMC e sicurezza
Alimentatori con funzioni di generazione arbitraria di forme d’onda sono utilizzati per testare la risposta del dispositivo ai disturbi elettrici e aumentare la copertura dei test normativi.
• Test della risposta dinamica
Carichi variabili e simulazioni di transienti alimentano i dispositivi per valutare la loro reazione a variazioni rapide di tensione e corrente, fondamentale in apparecchiature di potenza e elettronica industriale.
• Configurazioni modulari e parallele
Alimentatori di potenza possono essere combinati in parallelo per coprire fasce di carico più ampie o configurati trifase, adattandosi a varie esigenze di produzione su scala industriale.
Questi alimentatori di potenza AC sono strumenti fondamentali per garantire qualità e affidabilità nella produzione industriale di massa.
Centri di ricerca e Università
In ambito di ricerca, gli alimentatori utilizzati sono prevalentemente in DC, spesso con richiesta di specifiche molto elevate in termini di precisione e rumore. Ci sono anche soluzioni con alta tensione, molto specifiche del settore dei rivelatori ed in genere della fisica delle alte energie.
Ecco alcuni esempi di utilizzo di alimentatori DC in ambito di ricerca universitaria e centri di ricerca, in particolare per alimentazione di sorgenti e magneti, nonché per lavorazioni come deposizione di materiali:
• Alimentazione di magneti per esperimenti di fisica e fisica delle particelle
Alimentatori DC ad altissima precisione (fino a 5 ppm) e alta corrente sono usati per alimentare magneti di laboratorio, magneti di confinamento plasma, o magneti per acceleratori, garantendo stabilità e accuratezza della corrente.
• Deposizione di materiali e rivestimenti
Alimentatori regolati forniscono corrente continua stabile per processi di sputtering, deposizione chimica da vapore (CVD), elettrodeposizione e galvanica, controllando accuratamente i parametri elettrici per ottenere film omogenei.
• Sorgenti di potenza per dispositivi elettrochimici e batterie
In laboratorio si usano alimentatori DC programmabili per simulare condizioni di carica/scarica, test di celle, monitoraggi e sviluppo di nuove tecnologie di accumulo energetico.
• Ricarica wireless e studi su convertitori AC/DC per elettronica di consumo
Alimentatori AC/DC ad alta efficienza sono applicati per testare e sviluppare sistemi di ricarica senza fili e convertitori di potenza.
• Applicazioni biomedicali e dispositivi a semiconduttore
Alimentatori switching DC sono impiegati in piattaforme di test per componenti innovativi come semiconduttori a banda larga (SiC, GaN), garantendo regolazione e isolamento necessari in ricerca avanzata.
In sintesi, gli alimentatori DC trovano ampio impiego in R&D per la loro capacità di fornire tensioni e correnti stabili, regolabili e con basso rumore, essenziali per esperimenti di precisione, processi di produzione scientifica e sviluppo di nuove tecnologie materiali ed energetiche.
Non solo hardware di qualità ma anche semplicità di utilizzo del software. Diamo uno sguardo al Virtual Control Panel degli alimentatori TDK Lambda, sia AC che DC:
1. How to Install VCP Software
Una guida passo passo all’installazione del software di controllo e monitoraggio VCP per la sorgente AC programmabile GAC.
2. Using the Arbitrary Waveform Generator Function
Scopri come creare, salvare e riutilizzare facilmente forme d’onda personalizzate utilizzando il generatore di forme d’onda arbitrarie integrato nel GAC.
3. Creating Modulated Lines with the VCP Modulation Sequencer
Genera rapidamente modulazioni di tensione e frequenza utilizzando l’intuitiva funzione Modulation Sequencer nel software VCP.
4. Building Test Sequences with VCP – Step, Pulse & List Modes
Scopri come creare sequenze di test da forme d’onda utilizzando il sequencer VCP nelle modalità Step, Pulse e List.
5. Pre-loaded Test Sequences & Automated Reporting in VCP
Esplora le librerie di test predefinite per gli standard avionici, militari e IEC e scopri come vengono generati i report automatici.
6. Using Basic Control Monitor Functions in VCP
Scopri gli strumenti di monitoraggio di VCP, tra cui il ridimensionamento automatico dell’oscilloscopio e la misurazione in tempo reale di corrente, tensione, frequenza e armoniche.
7. Single to Multi-phase Configuration with VCP
Scopri come le funzioni VCP funzionano senza soluzione di continuità da configurazioni monofase a configurazioni multifase e parallele, con controllo di fase indipendente o comune.
Guarda i video dedicati alla nuova serie GAC: clicca qui
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