I convertitori di potenza marini sono dispositivi elettrici che convertono e regolano tensione, corrente e frequenza per soddisfare i requisiti di alimentazione dei sistemi marini e sottomarini. Le configurazioni disponibili includono raddrizzatori CA-CC, convertitori CC-CC, inverter CC-CA, convertitori bidirezionali e convertitori di frequenza CA-CA.
Questa pagina presenta i produttori di convertitori di potenza marini, che supportano la propulsione, la distribuzione dell’energia, la gestione delle batterie e l’elettronica di bordo su imbarcazioni con o senza equipaggio.
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Alimentatori e convertitori resistenti per sistemi marittimi e navali
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I convertitori di potenza marini sono dispositivi elettrici che convertono e regolano la tensione, la corrente o la frequenza per soddisfare i requisiti di alimentazione delle apparecchiature a bordo delle imbarcazioni, degli impianti offshore e dei sistemi subacquei. Consentono alle apparecchiature elettriche di funzionare con diverse fonti di alimentazione, tra cui generatori, batterie, collegamenti alla rete elettrica da terra e sistemi di energia rinnovabile.
CWA003 di Aegis Power Systems
Tra le configurazioni più comuni figurano i raddrizzatori da corrente alternata a corrente continua (AC-DC), i convertitori CC-CC, gli inverter marini CC-CA e i convertitori di frequenza CA-CA. Questi dispositivi supportano la propulsione, la strumentazione scientifica, le infrastrutture sottomarine e la distribuzione elettrica marina; alcune installazioni richiedono inoltre isolamento galvanico, stabilizzazione della tensione, protezione ambientale e monitoraggio integrato.
I convertitori di potenza marini sono disponibili in vari tipi e configurazioni, ciascuno progettato per svolgere specifiche funzioni di conversione di potenza per i sistemi elettrici marini e sottomarini.
| Tipo di convertitore di potenza | Caratteristiche |
| Raddrizzatori CA-CC | Convertono la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC) per la ricarica delle batterie, la distribuzione di corrente continua, le apparecchiature elettroniche e altri carichi di bordo che richiedono un’alimentazione in corrente continua. |
| Convertitori CC-CC | Convertono un livello di tensione CC in un altro, consentendo alle batterie o ai sistemi di distribuzione CC di alimentare apparecchiature che richiedono tensioni di funzionamento diverse. I modelli possono prevedere conversioni elevatrici, abbassatrici, isolate o non isolate. |
| Inverter marini CC-CA | Convertono l’energia in corrente continua proveniente dalle batterie o dagli impianti elettrici in corrente continua in energia in corrente alternata per apparecchiature progettate per funzionare con corrente alternata. La tensione e la frequenza di uscita dipendono dall’inverter e dai requisiti dell’applicazione. |
| Convertitori di frequenza CA-CA | Convertono la corrente alternata da una frequenza all’altra, con conversione di tensione ove necessario. Vengono utilizzati nei casi in cui le caratteristiche dell’alimentazione di bordo o di terra differiscano dai requisiti delle apparecchiature nautiche collegate. |
| Convertitori CC-CC bidirezionali | Trasferiscono la corrente continua in entrambe le direzioni tra batterie, bus CC e altri impianti elettrici, supportando le operazioni di carica, scarica, accumulo di energia e gestione dell’alimentazione ibrida-elettrica. |
| Inverter bidirezionali | Supportano sia la conversione di potenza da corrente continua a corrente alternata che da corrente alternata a corrente continua, consentendo il flusso di energia tra i sistemi di accumulo a batteria e le reti elettriche in corrente alternata. Le applicazioni includono la propulsione ibrida, la ricarica delle batterie e la gestione dell’energia navale. |
| Azionamenti a frequenza variabile (VFD) | In genere combinano un raddrizzatore, un circuito di collegamento in corrente continua e un inverter per fornire tensione e frequenza in corrente alternata regolabili ai motori elettrici. Controllano la velocità e la coppia dei motori di propulsione, delle pompe, dei propulsori e di altri macchinari navali. |
| Convertitori di potenza sottomarini | Forniscono funzioni di conversione di potenza CA-CC, CC-CC o di altro tipo in prossimità delle apparecchiature subacquee, convertendo spesso tensioni di distribuzione più elevate ai livelli richiesti dagli strumenti subacquei, dai sistemi di controllo e dai sistemi azionati a distanza. Le soluzioni progettuali possono prevedere l’utilizzo di alloggiamenti resistenti alla pressione o di componenti elettronici tolleranti alla pressione. |
Le navi da ricerca e da rilevamento idrografico utilizzano convertitori di potenza per fornire energia elettrica stabile a sistemi sonar, strumenti scientifici, apparecchiature di navigazione e hardware per l’acquisizione dei dati. I convertitori CC-CC regolano le tensioni di alimentazione a bordo per i singoli dispositivi, mentre gli inverter marini forniscono corrente alternata dai sistemi di batterie in corrente continua. In presenza di strumentazioni sensibili, uscite a basso rumore, filtraggio e un adeguato isolamento elettrico possono contribuire a limitare le interferenze con le misurazioni e le comunicazioni.
Le imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV), i veicoli subacquei autonomi (AUV) e i veicoli telecomandati (ROV) utilizzano sistemi di conversione di potenza per distribuire l’energia elettrica tra la propulsione, l’elettronica di controllo, i sensori e le apparecchiature di comunicazione. I convertitori CC-CC compatti forniscono le tensioni richieste dai singoli sottosistemi, mentre gli inverter CC-CA supportano le apparecchiature che necessitano di corrente alternata. L’efficienza di conversione, la gestione termica e la densità di potenza sono particolarmente importanti per i veicoli alimentati a batteria che operano in missioni di lunga durata.
I convertitori di potenza sottomarini forniscono uscite elettriche controllate per la strumentazione subacquea, i sistemi di monitoraggio, le apparecchiature di controllo e le infrastrutture telecomandate. Nei sistemi ROV collegati via cavo, l’energia elettrica trasmessa a tensioni elevate attraverso un cavo ombelicale può essere convertita localmente in tensioni inferiori per le apparecchiature di bordo, riducendo così le perdite di trasmissione lungo il cavo. Le installazioni in acque profonde possono avvalersi di convertitori alloggiati in involucri resistenti alla pressione o in gruppi appositamente progettati per tollerare la pressione.
Gli impianti di energia rinnovabile marina utilizzano apparecchiature di conversione di potenza per collegare fonti elettriche variabili a batterie, reti di distribuzione di bordo e sistemi di alimentazione esterni. Le applicazioni eoliche offshore, mareomotrici, ondosei e solari possono richiedere operazioni di raddrizzamento, inversione o regolazione della tensione, mentre i convertitori bidirezionali sono in grado di gestire il trasferimento di energia tra l’accumulo in batteria e le reti di distribuzione in corrente continua. Nei sistemi marini ibridi, i convertitori di potenza supportano inoltre il coordinamento di generatori, batterie e altre fonti elettriche per migliorare la flessibilità operativa.
I sistemi di propulsione elettrici e ibridi-elettrici si avvalgono di convertitori di potenza per regolare l’energia elettrica fornita ai motori di propulsione e alle apparecchiature associate. Gli inverter CC-CA e i variatori di frequenza (VFD) controllano la velocità e la coppia del motore regolando le caratteristiche di uscita elettrica, mentre sistemi di azionamento bidirezionali adeguati possono supportare il funzionamento rigenerativo laddove l’architettura di propulsione consenta il recupero di energia. I convertitori marini ad alta potenza richiedono un raffreddamento adeguato, protezione dai guasti e integrazione con i sistemi di distribuzione elettrica dell’imbarcazione.
I convertitori di potenza marini svolgono specifiche funzioni di conversione elettrica all’interno di sistemi di alimentazione più ampi, sia a bordo che in mare aperto. Le apparecchiature correlate possono fornire isolamento elettrico, ricarica, regolazione della tensione, accumulo di energia o controllo dei motori; alcuni dispositivi incorporano circuiti di conversione come parte di un sistema più ampio.
La scelta delle apparecchiature dipende quindi dal fatto che un’installazione richieda la conversione elettrica, la trasformazione di tensione, l’accumulo di energia, la ricarica, il controllo dei motori o una combinazione di queste funzioni.
I convertitori di potenza marini devono essere selezionati e installati in conformità ai requisiti di sicurezza elettrica, ambientali e di compatibilità elettromagnetica (EMC) applicabili all’uso previsto. Tra le norme pertinenti della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) figurano:
Ulteriori norme delle società di classificazione e requisiti specifici del progetto possono essere applicabili ai convertitori installati su navi classificate o infrastrutture offshore. La conformità dipende dalla funzione del convertitore, dall’ambiente di installazione, dall’ambito di approvazione applicabile e dai requisiti specifici della nave o del progetto.
Gli sviluppi nella tecnologia dei semiconduttori di potenza, nel controllo digitale e nelle architetture elettriche modulari stanno influenzando la progettazione dei convertitori di potenza marini, in particolare laddove l’efficienza, la densità di potenza, l’affidabilità e il monitoraggio remoto rivestono un ruolo importante.
Questi sviluppi favoriscono la realizzazione di sistemi di alimentazione marini più efficienti, flessibili e sottoposti a un monitoraggio accurato, mentre la scelta del convertitore continua a dipendere dalle prestazioni elettriche, dai requisiti ambientali, dall’architettura del sistema e dai vincoli di integrazione.
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