Ilvarialuce, anche noto comedimmer (dal verbo ingleseto dim: abbassare, attenuare), è un regolatore elettronico utilizzato per controllare o limitare lapotenza elettrica assorbita da un carico.
Il controllo della potenza trasferita a un carico può basarsi su unreostato per la regolazione dellatensione (che risulta pocoefficiente) oppure sulla variazione delduty cycle di alimentazione del carico, trasferendogli solo parte della sinusoide di tensione applicata dalla rete elettrica (modulazione detta a controllo di fase e talvolta si parla didimmer fasico), oppure la commutazione può essere fatta a sinusoidi intere. In quest'ultimo caso si ha una bassa produzione di disturbi, ma il valore efficace della tensione in uscita diventa instabile: per tale ragione, sono per lo più usati per resistenze riscaldanti (ad esempio nei forni).
Un altro tipo di controllo si ottiene con l'uso di unautotrasformatore variabile dettovariac. L'efficienza è buona e i disturbi sono ridotti. Rispetto aldimmer presenta alcuni svantaggi: peso elevato, dimensioni maggiori, difficoltà di controllo remoto e presenza di un contatto strisciante sul quale scorre tutta lacorrente del carico.
Esistono numerosi tipi didimmer, da quelli usati in casa per la regolazione di una singola lampada a quelli che regolano l'intensità luminosa di interi apparati come quelli presenti neiteatri, negli studi televisivi o in altri grandi complessi. Idimmer possono essere dotati di dispositivi meccanici o elettronici che ne permettono lacalibrazione. Essendo di uso molto comune sono stati realizzaticircuiti integrati esclusivamente per questa funzione.
Esistono in commerciodimmer comandati a distanza, talvolta regolati attraverso il protocollo di comunicazioneDigital MultipleX (detto anche DMX). Nelle versioni più comuni, adatti agli impianti delle nostre case, il comando avviene tramite un pulsante, una manopola o per semplice sfioramento.
Schema elettrico di principio di un tipico circuitodimmer per il controllo di un carico mediante applicazione di parte dellasinusoide della rete elettricaAnimazione relativa allo schema elettrico riportato nella voce che mostra in alto la tensione applicata al carico; in basso l'impulso di corrente applicato al gate dell'SCR nel caso si vari continuamente la regolazione delresistore variabile tra minimo e massimo
Il carico è applicato inserie al circuito in figura. L'uso di unSCR comporta l'introduzione di unponte raddrizzatore (nello schema D2, D3, D4 e D5) questo inverte le semionde "negative" della sinusoide in semionde dello stesso segno come si vede nell'animazione.
Partendo dall'inizio della semionda (quando l'SCR non è attivo e quindi è un circuito aperto) la tensione applicata (attraverso il carico in serie con resistenza trascurabile rispetto al circuito di controllo illustrato) fa salire la tensione sulcondensatore C mediante un ritardo regolabile dal resistore variabile R[4] (ildiodo Zener ZD ha in questa fase una corrente trascurabile in quanto la sua tensione è sotto alginocchio di innesco). Quando la tensione su C raggiunge il valore che porta in conduzione ZD si applica una corrente sul gate dell'SCR che lo manda in conduzione (diventa in prima approssimazione un corto circuito; in realtà rimane una tensione di circa un volt, principale punto che limita l'efficienza del circuito). Questo comporta l'attivazione del carico e, attraverso D1, la scarica di C in modo che alla prossima semionda sia nuovamente scarico. L'SCR rimarrà in conduzione fino a quando la sua corrente scenderà a zero al termine della semionda. A questo punto il circuito ripete il suo ciclo all'inizio della successiva semionda.
Va notato che:
È indispensabile che le semionde raddrizzate abbiano un valore minimo molto prossimo a zero volt altrimenti l'SCR non passa dalla conduzione (quasi un corto circuito) all'interdizione (circuito aperto) e il circuito non funziona nel senso che il carico, in serie al circuito, resta sempre attivo.
Per piccole potenze l'uso di untriac è più comune rispetto al circuito illustrato che impiega un SCR. Il circuito riportato si semplificherebbe con rimozione del ponte raddrizzatore (D2, D3, D4 e D5) e la sostituzione del diodo Zener ZD con unDIAC.
Il diodo Zener ZD in genere viene sostituito da un dispositivo più efficiente: un diac che, rispetto allo Zener, al superamento della tensione ai suoi capi per cui entra in conduzione la sua tensione si abbassa notevolmente, quindi invia sul gate del triac un impulso di corrente molto maggiore (questo comporta un passaggio da interdizione a conduzione dell'SCR o del triac più deciso[5].
Efficienza. Prima dell'uso deidimmer si usavanoreostatiin serie al carico che dissipavano una potenza paragonabile a quella inviata al carico stesso. Con idimmer si hanno perdite dovute sostanzialmente alla commutazione e conduzione del dispositivo di controllo (SCR o TRIAC) e quindi molto inferiori. Per dare un'idea regolando a metà potenza un riflettore da1000W con un resistore variabile — e supponendo per semplicità che il riflettore sia assimilabile a un carico resistivo puro — occorre che la tensione ai capi del riflettore si riduca al 71% di quella nominale. Il restante 29% della tensione resta applicata sul resistore che dissiperà (inutilmente) circa 205 W, con un rendimento complessivo del 70%. Con undimmer a SCR o a TRIAC la dissipazione nelle stesse condizioni l'uso si limita alle perdite dovute alla caduta di tensione su questo componente (poco più di1 V) moltiplicata per ilvalore efficace della corrente (2,1 A con regolazione della luminosità al 50%); quindi la potenza dissipata sul TRIAC sarà di circa2 W (efficienza di oltre il 99%)[6].
Dispositivodimmer aperto. Si notano gli induttori toroidali indispensabili per attenuare l'emissione di disturbi
Disturbi. Le commutazioni del componente attivo (SCR o triac) particolarmente quando si richiede metà della potenza disponibile (e quindi commutazioni sul picco della tensione di alimentazione 325 Vdc per la rete a 230 Vac) generano disturbi che richiedono dispositivi di filtraggio (rete LC) costosi e ingombranti[7]. Sulla rete di alimentazione si introducono anchearmoniche di corrente. Inoltre, si hanno disturbi in impianti in cui sono presenti segnali analogici audio dovuti alle interferenze generate dalle connessioni all'impianto di illuminazione che si accoppiano con quelle dei segnali audio.
Ronzio. Nel controllo di carichi pesanti, talvolta, l'induttore di protezione, particolarmente se non di tipotoroidale, può generare dei fastidiosi ronzii. Lo stesso problema può essere causato dalle vibrazioni del filamento delle lampade.
Incompatibilità. In alcuni casi, in un impianto elettrico provvisto del nuovo contatore installato dall'Enel predisposto per latelelettura del consumo, l'utilizzo deidimmer a sfioramento può portare allo sgancio saltuario dell'interruttore magnetotermico integrato nel contatore. L'intervento del dispositivo avviene nel caso si abbia il contratto di fornitura minima di potenza (3 kW). L'inconveniente si verifica in concomitanza dell'accensione di una lampada tramite undimmer durante il funzionamento di elettrodomestici ad alto consumo (lavatrice,boiler,ferro da stiro, ecc.): nonostante la somma delle potenze impegnate risulti inferiore al limite di contratto, il circuito elettronico del contatore rileva i brevissimi e occasionali impulsi di tensione generati dal triac deldimmer i quali, contribuendo a elevare il valore istantaneo della corrente assorbita, portano allo sgancio dei magnetotermici.
Lampade fluorescenti. Salvo indicazioni diverse, le lampade fluorescenti non possono essere usate con i variatori di luce. Ciò è riportato sulle confezioni dei modelli compatti con attacco a vite e, spesso, è possibile trovare apposite diciture stampate sulla base della lampada stessa.
Sono disponibili sul mercato[8][9], in sostituzione deidimmer con triac, dei dispositivi che controllano il carico conIGBT: questi permettono di attivare il carico al passaggio della sinusoide per lo zero e disattivarlo nel punto desiderato della sinusoide (in pratica è l'opposto di quanto può fare un SCR o un triac nel senso che quando il triac è disattivo l'IGBT è attivo – vedi l'animazione). Il vantaggio si ha in quanto permette di controllare meglio la commutazione nel momento della disattivazione del carico e ridurre i disturbi relativi. Questo tipo di controllo non è possibile con SCR e triac[10]. Si può ipotizzare che, in futuro, a tale scopo verranno usati ancheMOSFET eGTO[11].
Le normative sono spesso soggette a variazioni e aggiornamenti.
CEI 23-86 CEI EN 50428: Apparecchi di comando non automatici per installazione elettrica fissa per uso domestico e similare. Norma Collaterale. Apparecchi di comando non automatici e relativi accessori per uso in sistemi elettronici per la casa e l'edificio (il termine riportato anche nei dati tecnici in italiano è HBES:Home and Building Electronic System)
^Anche se lo stesso principio potrebbe essere usato anche per controllare altri tipi di carichi come motori, nell'uso comune perdimmer si intende un dispositivo di controllo della luminosità.
^Questo tipo di controllo genera disturbi sulla rete elettrica (vedi più avanti nella voce). Dove possibile (resistenze di riscaldamento dielettrodomestici, ecc.) si preferisce usare controlli che applicano "treni" di sinusoidi intere (vedi). Un tale controllo non è però possibile con una lampada perché darebbe luogo a sfarfallii.
^ Sia per gli SCR che per i triac il passaggio dalla interdizione alla conduzione in presenza di una forte tensione ai loro terminali di potenza è un momento critico in quanto solo con una forte corrente di gate si ha una buona distribuzione della corrente principale (tra anodo e catodo dell'SCR e tra MT1 e MT2 nel triac) che evita la formazione dihot spot (punti in cui ildispositivo si scalda maggiormente) che diventano percorsi privilegiati per la corrente creandodensità di corrente localizzate eccessive che portano al guasto del componente. VediThyristor Theory and Design Considerations, pag. 37
^Non sono state tenute presenti le perdite di commutazione del TRIAC e, nel caso di uso di un SCR, del ponte raddrizzatore indispensabile a monte del circuito; perdite che comunque riducono di poco l'efficienza.
^Le normative cruciali per il superamento delle normative per il conseguimento delmarchio CE sono quelle delleemissioni condotte.
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