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VARIATORE DI VELOCITA' PER TRAPANI
Tutta la potenza a basso numero di giri
di IZ1TQI Aldo "de Roderigo" - RCT #030
Volendo ridurre il numero di giri di un trapano, forse avrete già constatato che, con i normali variatori di tensione a triac, il trapano perde potenza e al minimo sforzo tende a fermarsi.
Con questo schema, ricavato, a suo tempo, da un vecchio numero di "Nuova Elettronica", invece la potenza rimane invariata anche al minimo numero di giri, perchè ad un eccessivo sforzo del trapano corrisponderà un aumento della differenza di potenziale ai capi della resistenza R3 (a seguito della forza controelettromotrice generata dal motore), con conseguente aumento del tempo di eccitazione sul gate di SCR1; quando l'utensile non sarà più sotto sforzo, automaticamente si ridurrà la differenza di potenziale su R3 e SCR1 rimarrà eccitato per un tempo minore, impedendo un aumento di giri.
N.B. Rispondendo ad una e-mail di un anonimo che ha letto il mio articolo riga per riga e non parola per parola: "girano schemi identici a questo su Internet senza alcuna spiegazione o nota costruttiva, ammanniti come originali, tuttavia la fonte comune, ribadisco, è un numero della rivista NUOVA ELETTRONICA di una trentina di anni fa, la quale si rifà ad una pubblicazione inglese: "110 Thyristor projects using S.C.R. and Triacs di R.M. Marston", editore Butterworth & Co ... etc ...etc anno 1972".
A fondo pagina (desunto con il copia incolla proprio da uno di questi articolisti che non citano la fonte) mostro lo shema originale pubblicato dalla menzionata rivista, io ho ridisegnato lo schema non possedendo uno scanner che mi permetta di fotocopiare gli originali, pertanto una volta citata la fonte non c'è da meravigliarsi se lo schema risulta identico o quasi alla fonte stessa.
D'altro canto, come preciso nella pagina "Comunicato importante" non mi fregio di progetti non miei perchè ne cito sempre la fonte ed il mio scopo è di proporre queste idee altrui solo dopo averle realizzate, collaudate e corredate delle necessarie spiegazioni.
Post scriptum (22/04/2014) con altra e-mail mi è stato richiesto una più approfondita spiegazione circa il principio di funzionamento, ritenendo tale richiesta cosa interessante per tutti lo aggiungo volentieri nelle righe sottostanti.
Al motore arriva corrente solo durante le semionde positive della tensione alternata di rete, mentre durante quelle negative e fino all’innesco, l’SCR resta interdetto, ma il motore proprio durante questo periodo genera una tensione inversamente proporzionale al carico e quindi direttamente proporziona al numero di giri, detta forza controelettromotrice (FCEM).
Tale FCEM viene applicata al catodo del tiristore e influisce sulla tensione gate-catodo. La differenza tra la tensione al gate (dovuta al partitore R1-R2-R5- DS1) presente sul cursore di R2 e quella al catodo, determina il punto d’innesco del tiristore, pertanto minore è il numero dei giri dovuto al maggiore carico, minore è anche la FCEM e prima innesca l’SCR, facendo aumentare il numero di giri.
DS1 ha il compito di impedire un inutile surriscaldamento del partitore resistivo durante le semionde negative e ad impedire che tensioni negative giungano al gate, facendovi fluire corrente.
Ritornando a bomba, questo circuito funziona solamente per carichi induttivi ed è stato da me collaudato con motori a spazzole, pertanto non è in grado di lavorare correttamente su carichi resistivi cioè non è in grado di variare correttamente ad esempio la luminosità di una lampadina.
Il circuito è semplicissimo e leggendo attentamente quanto narrato nel presente elaborato troverete certamente la risposta ad ogni eventuale dubbio o modifica di potenza.
La velocità dei motori è regolata dalla rotazione, da un estremo all'altro, di R2 che fa caricare C1, attraversi DS2, con una tensione più o meno elevata, mantenendo in conduzione SCR1 per un tempo maggiore o minore; quanto detto dipende anche dai valori di R3 e di C1.
C2 e R4 sopprimono eventuali disturbi e interferenze provocate dal funzionamento di SCR1; S1 esclude, chiudendolo, il variatore e fa funzionare il trapano a pieno numero di giri.
La R1 determina, in buona parte, anche la massima corrente assorbibile dal motore, per cui, entro i 2 ampere, può assumere il valore di 8200 - 10000 Ohm, 2 W; se vorrete salire sui 4 ampere, dovrete usare un valore di 4700 Ohm, 3 W, tuttavia è meglio abbondare nel vattaggio ed usare resistenze da almeno 5 W.
Il potenziometro R2 deve essere lineare a filo; nel caso il potenziometro R2 tenda a scaldare troppo portate la R1 a 7000-10000 Ohm .
P.S. Dato il costo e la difficoltà a reperire potenziometri a filo, è possibile realizzare una versione dello stesso progetto leggermente più complessa, ma che non richiede potenziometri a filo; la troverete nelle mie Elaborazioni 2013 con il titolo: "Regolatori di velocità per trapani a coppia costante".
Il trimmer R5 anche esso a filo va scelto n modo che, ruotando R2 per tutta la sua corsa, sia possibile variare i giri del trapano dal loro massimo al loro minimo senza che il motore giunga a fermarsi; il valore indicativo è di 500 - 1000 Ohm, 1/2 W se R1 = 4700 Ohm; se R1 = 8200 - 10000 Ohm, R5 sarà da 800 - 1500 Ohm, 1/2 W, ed ertanto consigliabile usare un trimmer regolabile di taratura come mostrato nello schema elettrico.
Pertanto, a seconda del tipo di SCR1 adoperato, R5 potrebbe assumere valori diversi da quelli consigliati, si tratta di provare sperimentalmente, a tale scopo sappiate che, se ruotando R2 per il più basso numero di giri, il trapano dovesse fermarsi prima che R2 raggiunga il valore minimo di resistenza, dovrete aumentare il valore di R5.
I prototipi da me realizzati contemplano:
R1 = 4700 Ohm, 5 W; R2 = 700 Ohm a filo; R5 = 635 Ohm, 1 W; SCR1 = BTY 87; Ds1 = DS2 = BY 339 oppure BY255 (1300 V 3 A);
R1 = 8200 Ohm, 5 W; R2 = 700 Ohm a filo; R5 = 1000 Ohm. 1 W; SCR1 = BTY 87; Ds1 = Ds2 = BY339 oppure BY255 (1300 V 3 A;)
Tenete conto che il BTY87, a seconda della tensione massima applicabile, è seguito dal modello indicante appunto tale tensione:
i modelli vanno dal BTY87-100R (tensione masima 100 V) al BTY87-800R (tensione massima 800V, entrambi con corrente 12A).
Le caratteristiche dei diodi EM 513 sono: tensione di 1600 V, 1 A, corrente di picco 30 A; ma a mio giudizio, per potenze attorno ai 300-400 W, sono ugualmente validi gli 1N4007 con tensione 1000 V, 1 A, corrente di picco per un ciclo 30 A, oppure il BY255 (1300 V 3 A) di facile reperibilità.
La potenza massima che può sopportare il regolatore in questione è di 1 KW (con BTY87-400R), per potenze maggiori dovrete adoperare un SCR da 600 V, 10-12 A, del tipo BTY87-600R e portare la R1 a 10 W, R3 ad 1W, R4 a 5 W.
Se prevedete di giungere alla potenza massima, procurate di fissare SCR1 su di un dissipatore di calore di discrete dimensioni, diciamo 4 x 5 cm x 3 cm, con alette e con spessore di almeno 3 mm e verificate, con qualche rapida prova , se è sufficiente a contenere in termini accettabili il calore dissipato.
E', infine, consigliabile alloggiare il circuito in una scatola di plastica per evitare involontarie, spiacevoli e pericolose scosse elettriche foriere di posibili folgorazioni.
Mi pare d'aver detto tutto il necessario senza essermi dilungato troppo, com'è mia abitudine, pertanto mi auguro che rimaniate soddisfatti del dispositivo.
Dimenticavo: qualora il marchingegno non funzionasse una volta inserita la spina nella presa di rete, invertite la medesima
Se troverete difficoltà a reperire il potenziometro a filo R5, cliccate sul sottostante pulsante per accedere al un altro modello di variatore dalle caratteristiche simili:
Nota conclusiva
N.B. il seguente schema proviene dalla rivista Nuova Elettronica n. 86-87 del 1983, ma in realtà è descritto, ben 11 anni prima, nella pubblicazione: "110 Thyristor projects using S.C.R. and Triacs di R.M. Marston", editore Butterworth & Co ... etc ...etc anno 1972"
Ciò dimostra la facilità con cui ci si appropria del lavoro intellettuale altrui.