Ecco Come Scegliere il Migliore Alimentatore 24V nei Quadri Elettrici

Introduzione

L’alimentatore industriale 24V è uno dei componenti più importanti di qualsiasi quadro elettrico di automazione.

PLC, HMI, sensori, relè, elettrovalvole, moduli I/O e switch Ethernet dipendono tutti dalla corretta alimentazione a 24V DC. Eppure, durante la progettazione, spesso viene considerato un semplice componente accessorio.

In realtà un alimentatore sottodimensionato, installato in un ambiente troppo caldo o scelto senza considerare i picchi di corrente può causare blocchi macchina, riavvii improvvisi del PLC e fermate produttive molto costose.

In questa guida vedremo come funziona un alimentatore industriale, come dimensionarlo correttamente e quali criteri utilizzare per scegliere il modello più adatto al proprio impianto.

Approfondimento: Quadri elettrici: guida completa a tipologie, componenti, funzionamento, normativa e progettazione

Cos’è un Alimentatore Industriale

Un alimentatore industriale è un dispositivo elettronico che converte la tensione alternata della rete elettrica in una tensione continua stabilizzata, normalmente 24V DC.

Il suo compito è fornire energia in modo stabile e affidabile a tutti i dispositivi di automazione presenti nel quadro elettrico.

In un moderno impianto industriale la maggior parte dei dispositivi utilizza proprio l’alimentazione a 24V DC:

• PLC
• HMI
• Sensori induttivi
• Sensori fotoelettrici
• Encoder
• Moduli remoti I/O
• Relè di interfaccia
• Contattori elettronici
• Switch Ethernet industriali
• Elettrovalvole
• Sistemi di sicurezza

Senza una corretta alimentazione l’intero sistema di controllo smette di funzionare.

Perché il 24V DC è lo Standard nell’Automazione

La tensione 24V DC si è affermata negli anni come standard internazionale dell’automazione industriale.

I motivi principali sono:

Sicurezza

Il 24V DC rientra nelle tensioni considerate a bassissima tensione di sicurezza (SELV), riducendo notevolmente i rischi per gli operatori.

Compatibilità

Quasi tutti i costruttori di componenti industriali progettano dispositivi compatibili con alimentazione a 24V.

Facilità di distribuzione

La distribuzione della tensione continua all’interno del quadro è semplice e consente di alimentare contemporaneamente numerosi dispositivi.

Immunità ai disturbi

Rispetto ad altre soluzioni, il 24V DC offre una buona resistenza ai disturbi elettrici tipici degli ambienti industriali.

Come Funziona un Alimentatore Switching

Gli alimentatori industriali moderni sono quasi tutti di tipo switching.

Il principio di funzionamento può essere riassunto in quattro fasi:

1. Raddrizzamento della tensione alternata.
2. Conversione ad alta frequenza.
3. Trasformazione della tensione.
4. Stabilizzazione dell’uscita continua.

Questo sistema consente di ottenere:

• elevato rendimento;
• dimensioni ridotte;
• minore produzione di calore;
• maggiore affidabilità.

Rispetto ai vecchi alimentatori lineari, gli switching risultano molto più efficienti e compatti.

Dove Viene Installato l’Alimentatore nel Quadro Elettrico

Nella maggior parte dei quadri elettrici l’alimentatore viene installato sulla guida DIN.

Generalmente viene posizionato:

• nella zona superiore del quadro;
• vicino ai dispositivi di protezione;
• separato da inverter e azionamenti;
• in una zona ben ventilata.

Una corretta disposizione migliora il raffreddamento e riduce il rischio di interferenze elettromagnetiche.

Come Dimensionare Correttamente un Alimentatore

Uno degli errori più comuni consiste nel sommare semplicemente gli assorbimenti nominali dei dispositivi e scegliere un alimentatore con corrente equivalente.

Questo approccio spesso porta a problemi durante l’avviamento della macchina.

Metodo corretto

Occorre sommare:

• assorbimenti continui;
• correnti di spunto;
• futuri ampliamenti;
• margine di sicurezza.

Vediamo un esempio pratico.

Esempio di Calcolo

Dispositivo	Corrente
PLC	0,8 A
HMI	0,6 A
Switch Ethernet	0,3 A
20 sensori	0,4 A
Moduli I/O	0,4 A
8 elettrovalvole	2,0 A
Totale	4,5 A

Molti sceglierebbero un alimentatore da 5 A.

In realtà sarebbe più corretto utilizzare un modello da 6 A o addirittura da 10 A.

Questo garantisce:

• minore stress termico;
• maggiore affidabilità;
• capacità di gestire i picchi di corrente;
• possibilità di future espansioni.

La Regola del 70%

Una buona pratica progettuale consiste nel non utilizzare mai un alimentatore oltre il 70-80% della sua capacità nominale.

Esempio

Alimentatore da 10 A:

• carico consigliato: 7 A
• carico massimo continuo: 8 A

Lavorare costantemente al limite comporta:

• maggiore temperatura interna;
• riduzione della vita utile;
• minore affidabilità nel tempo;
• aumento delle probabilità di guasto.

Molti problemi apparentemente attribuiti a PLC o sensori derivano in realtà da alimentatori costantemente sovraccaricati.

Correnti di Spunto: Il Problema che Molti Ignorano

Quando si alimentano contemporaneamente più dispositivi, la corrente richiesta all’accensione può essere molto superiore a quella nominale.

Questo fenomeno è particolarmente evidente con:

• moduli elettronici;
• switch Ethernet;
• pannelli HMI;
• moduli I/O remoti;
• azionamenti elettronici.

Se l’alimentatore non possiede sufficiente riserva di potenza possono verificarsi:

• riavvii del PLC;
• blocchi dell’HMI;
• allarmi casuali;
• mancata partenza dell’impianto.

Per questo motivo è fondamentale verificare sempre le caratteristiche di overload dichiarate dal costruttore.

Alimentatori Monofase e Trifase

Gli alimentatori industriali possono essere alimentati sia da rete monofase che trifase.

Alimentatori Monofase

Sono i più diffusi.

Vengono utilizzati in:

• macchine automatiche;
• quadri PLC;
• impianti di piccole e medie dimensioni.

Alimentatori Trifase

Vengono impiegati quando:

• sono richieste elevate correnti;
• il quadro è particolarmente complesso;
• si desidera una migliore distribuzione del carico sulla rete.

Sono molto comuni nei grandi impianti industriali.

Alimentatori Compatti e Alimentatori Modulari

I costruttori propongono normalmente due famiglie principali.

Alimentatori Compatti

Ideali per:

• piccoli quadri;
• automazioni semplici;
• cassette di comando.

Vantaggi:

• dimensioni ridotte;
• costo contenuto;
• semplicità di installazione.

Alimentatori Modulari

Pensati per:

• linee automatiche;
• impianti complessi;
• sistemi con elevata disponibilità.

Consentono l’integrazione con:

• UPS DC;
• moduli ridondanti;
• moduli selettivi;
• sistemi di diagnostica avanzata.

Alimentatori Ridondanti: Quando un Solo Alimentatore Non Basta

In alcuni impianti industriali un fermo macchina di pochi secondi può provocare perdite economiche significative.

Per aumentare l’affidabilità del sistema si utilizzano alimentatori ridondanti.

La ridondanza consiste nell’installare due alimentatori che lavorano contemporaneamente sulla stessa linea 24V DC.

Se uno dei due si guasta, il secondo continua ad alimentare il sistema senza interruzioni.

Dove Vengono Utilizzati

La ridondanza è particolarmente diffusa in:

• impianti continui;
• linee di produzione automatiche;
• impianti chimici;
• impianti farmaceutici;
• sistemi di supervisione SCADA;
• infrastrutture critiche.

Vantaggi

• maggiore disponibilità dell’impianto;
• riduzione dei fermi macchina;
• manutenzione semplificata;
• elevata affidabilità.

Naturalmente il costo iniziale aumenta, ma spesso è ampiamente giustificato dal rischio economico legato a un fermo produzione.

Moduli di Ridondanza

Non è sufficiente collegare due alimentatori in parallelo.

Per evitare che un guasto si propaghi all’altro alimentatore vengono utilizzati appositi moduli di ridondanza.

Questi dispositivi:

• isolano le uscite;
• gestiscono la ripartizione del carico;
• evitano correnti inverse;
• aumentano l’affidabilità del sistema.

La combinazione alimentatore + modulo di ridondanza rappresenta oggi una delle soluzioni più diffuse negli impianti industriali avanzati.

UPS DC Industriali

Molti quadri elettrici utilizzano gruppi di continuità tradizionali installati a monte dell’alimentazione.

In alcuni casi, però, è più conveniente utilizzare un UPS dedicato alla linea 24V DC.

Un UPS DC mantiene alimentati:

• PLC;
• HMI;
• switch industriali;
• sistemi di supervisione;
• dispositivi di comunicazione.

anche in caso di mancanza rete.

Vantaggi dell’UPS DC

• dimensioni ridotte;
• elevata efficienza;
• installazione su guida DIN;
• maggiore autonomia dei sistemi di controllo.

Spesso non è necessario mantenere alimentata l’intera macchina.

Può essere sufficiente garantire il funzionamento del PLC per alcuni minuti, consentendo il salvataggio dei dati e uno spegnimento controllato.

Moduli Selettivi 24V DC

Un’altra soluzione molto interessante è rappresentata dai moduli selettivi.

Questi dispositivi proteggono le varie utenze alimentate a 24V DC.

Esempio

Supponiamo di avere:

• PLC
• HMI
• sensori
• elettrovalvole

alimentati dallo stesso alimentatore.

Se una elettrovalvola presenta un cortocircuito, senza protezioni dedicate potrebbe cadere l’intera alimentazione 24V.

Risultato:

• PLC spento;
• HMI spento;
• macchina ferma.

Con un modulo selettivo viene scollegato esclusivamente il ramo guasto.

L’impianto continua a funzionare o quantomeno rimane diagnosticabile.

Temperatura e Derating: Il Nemico Silenzioso degli Alimentatori

Molti progettisti scelgono l’alimentatore basandosi esclusivamente sulla corrente nominale.

In realtà esiste un altro parametro fondamentale:

La temperatura ambiente

All’aumentare della temperatura molti alimentatori riducono automaticamente la corrente disponibile.

Questo fenomeno prende il nome di derating.

Esempio pratico

Un alimentatore da 10A potrebbe:

• fornire 10A a 40°C;
• fornire 9A a 50°C;
• fornire 8A a 60°C.

Se il quadro è sottoposto a forte riscaldamento, la corrente realmente disponibile può diminuire sensibilmente.

Ecco perché il corretto dimensionamento della ventilazione del quadro elettrico diventa fondamentale.

Un Alimentatore che Scalda Meno è un Alimentatore Migliore

L’efficienza energetica rappresenta un parametro spesso sottovalutato.

Un alimentatore efficiente:

• dissipa meno energia;
• produce meno calore;
• riduce la temperatura interna del quadro;
• aumenta la vita utile dei componenti.

Esempio

Alimentatore A:

• rendimento 80%

Alimentatore B:

• rendimento 94%

A parità di potenza erogata, il secondo produrrà molto meno calore.

Su impianti che funzionano 24 ore al giorno questo può fare una differenza significativa.

Errori Comuni nella Scelta dell’Alimentatore

Dopo anni di progettazione e cablaggio, alcuni errori ricorrono continuamente.

Scegliere la corrente nominale troppo vicino al carico

Errore molto diffuso.

Un alimentatore da 5A che lavora stabilmente a 4,8A è già in una situazione critica.

Ignorare le correnti di spunto

L’impianto sembra corretto sulla carta ma genera problemi all’avviamento.

Non considerare futuri ampliamenti

Dopo qualche anno vengono aggiunti:

• nuovi sensori;
• nuove valvole;
• nuovi moduli I/O.

L’alimentatore diventa insufficiente.

Trascurare la temperatura del quadro

Errore spesso presente nei quadri installati all’esterno o vicino a sorgenti di calore.

Utilizzare alimentatori economici in applicazioni critiche

Il costo di un fermo macchina è quasi sempre superiore al risparmio ottenuto acquistando un alimentatore di fascia bassa.

Caso Reale: Il PLC che si Riavviava Senza Motivo

Durante il collaudo di una macchina automatica si verificavano riavvii casuali del PLC.

Inizialmente si pensava a:

• problemi software;
• disturbi EMC;
• errori di cablaggio.

Dopo varie verifiche è emerso che il problema era l’alimentatore.

Sulla carta risultava correttamente dimensionato.

In realtà lavorava costantemente oltre il 90% della sua capacità e durante l’attivazione simultanea di alcune elettrovalvole la tensione subiva brevi cadute.

La sostituzione con un modello di potenza superiore eliminò completamente il problema.

Questo dimostra quanto l’alimentatore sia spesso sottovalutato durante la progettazione.

Manutenzione degli Alimentatori Industriali

Anche gli alimentatori richiedono controlli periodici.

Le verifiche consigliate includono:

• controllo visivo;
• verifica della ventilazione;
• misura della tensione in uscita;
• verifica della temperatura di esercizio;
• controllo dei morsetti;
• pulizia dei filtri del quadro.

Un alimentatore che lavora a temperature elevate per anni può perdere prestazioni prima di manifestare un guasto evidente.

Checklist per Scegliere l’Alimentatore Corretto

Verifica	OK
Calcolo degli assorbimenti eseguito	□
Correnti di spunto considerate	□
Margine del 20-30% disponibile	□
Temperatura ambiente verificata	□
Futuri ampliamenti considerati	□
Ventilazione del quadro adeguata	□
Protezioni 24V DC previste	□
Ridondanza valutata	□
Necessità UPS verificata	□
Documentazione aggiornata	□

Conclusioni

L’alimentatore 24V DC rappresenta il cuore di ogni sistema di automazione industriale.

Una scelta errata può causare guasti, fermate macchina e difficoltà di diagnosi, mentre un corretto dimensionamento garantisce affidabilità e continuità di servizio per molti anni.

Quando si seleziona un alimentatore non bisogna limitarsi alla corrente nominale, ma considerare anche:

• correnti di spunto;
• temperatura ambiente;
• efficienza;
• espandibilità futura;
• ridondanza;
• continuità operativa.

Investire qualche minuto in più nella fase di progettazione può evitare molte ore di fermo impianto e costi di manutenzione nel corso della vita della macchina.

Approfondimenti Utili

• Quadro Elettrico di Automazione: Tutto Quello che Devi Sapere
• PLC e Quadri Elettrici: Segreti dell’Automazione
• Automazione Industriale: Guida Completa a PLC e SCADA
• I Segreti dei Sensori Industriali che Devi Assolutamente Conoscere
• Inverter Industriali: Funzionamento, Cablaggio e Parametri
• Morsettiere Quadri Elettrici: Checklist e Come Evitare Errori
• EMC Quadri Elettrici: Come Eliminare i Disturbi
• Cablaggio Quadri Elettrici: Guida Completa per Tecnici e Quadristi

Domande Frequenti (FAQ)