Soft Start per carichi in alternata

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Categoria: Elettronica
Data pubblicazione
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Soft Start per carichi in alternata



Un circuito che alimenta in modo graduale un carico di notevole potenza alimentato a tensione di rete 230Vca 50Hz. Particolarmente indicato in caso si usino grossi induttori quali trasformatori, lampade a filamento di notevole potenza, come alcune alogene per uso professionale che possono fulminarsi all'atto dell'accensione. Utilizzando i componenti indicati si potranno applicare carichi da 5 a 25A
L'idea di realizzare un simile circuito elettronico non mi è saltata in testa per una sorta di emulazione dell'ultra decennale amico Saposoft, che peraltro ha realizzato un ottimo soft start per alogene bassa tensione, ma perchè parecchi dei miei clienti hanno indirettamente richiesto questo circuito.



C'era chi si lamentava della bruciatura di lampade alogene all'atto dell'accensione e, quando si tratta di proiettori PAR64 da 1000W la dipartita del filamento era piuttosto onerosa, altri ancora lamentavano che, sempre all'atto dell'accensione di grossi finali di potenza audio professionali, saltasse il magnetotermico di protezione sull'impianto....come tutti voi immaginerete, in questi casi occorre realizzare un circuito di soft start, ovvero di inserzione graduale del carico sull'impianto. Questo in modo da preservaere i filamenti delle lampade alogene alimentate direttamente a tensione di rete, infatti il maggiore stress per il filamento è all'atto dell'accensione.

Allo scopo esistono circuiti che accendono le lampade solo nel momento in cui la tensione di rete è presso lo zero. Questi circuiti detti zero crossing switch utilizzano TRIAC e integrati "zero crossing detector" . Per le alogene potrebbe anche andare bene ma spesso è troppo breve il periodo di rete per far si di riscaldare il filamento evitando ogni stress. Per l'inserzione di trasformatori questo sistema più che non indicato serve a ben poco.

Occorre perciò utilizzare un circuito che all'atto dell'accensione inserisca il carico in rete per tramite di un resistore in serie, poi passato un certo tempo, di norma un secondo, massimo due, un relè cortocircuiti il resistore in serie per dare piena potenza ed alimentazione al carico.

Il resistore serie è di per se perfetto ma ancora di più lo sono gli NTC (resistori a coefficiente negativo di temperatura).

Questi componenti più sono freddi maggiore valore ohmico hanno. Va da se che fanno proprio al nostro caso: non appena alimentati, connessi in serie al carico, il valore ohmico alto alimenta appena il carico per poi diminuire gradualmente con riscaldamento del componente al passaggio della corrente. In questo modo al carico viene applicata sempre maggiore potenza fino allo scatto dcel relè che cortocircuita il resistore serie.

      

 

Particolare dei grossi NTC utilizzati nel circuito

 

Veniamo ora allo schema elettrico scelto per la realizzazione, ed in particolare volevo che il circuito fosse ottimale per l'alimantazione e protezione della lampade alogene, non funzionasse altrettanto bene come inseritore morbido per trasformatori quindi non disdegnasse di alimentare carichi resistivi, induttivi, capacitivi o misti. La scelta è caduta sui grossi NTC,  disponibili in differenta valore ohmico, da 1 a 50 Ohm, molto veloci ma capaci di dissipare " una montagna di Joule" anche se per tempo molto limitato.

  Come potete ben vedere lo schema elettrico è quanto di più semplice si possa avere.  Abbiamo un ingresso di rete per la fase del 230V da connettere con il neutro comune nella presa di rete, in uscita preleveremo tensione da "output fase" e sempre il comune neutro. non occorre terra in quanto il circuito potrà essere inglobato in box plastico isolante.

Allora, connesso il carico all'uscita e data tensione all'ingresso verremo ad alimentare il nostro carico attraverso NTC1 e NTC2 che gradualmente scaldandosi daranno sempre più corrente al carico, il trasformatore T1 verrà alimentato erogando 12V in uscita. Questa tensione raddrizzata tramite PR1 carica immediatamente C2. C1 si caricherà più lentamente tramite R1 fino a far condurre il darlington che controlla il relè. Ciò avviene con ritardo di poco più di un secondo. Per variare questo tempo di "delay" è possibile agire su R1/C1. Non consiglio di modificare di molto detto tempo perchè un lasso troppo breve non permetterebbwe un vero soft start ed uno troppo lungo metterebbe a dura prova i due NTC, specie con carichi molto grossi ed induttivi.

Il rele RL1 deve essere proporzionato al carico, in questo caso ho utilizzato un Potter and Brumfield per uso professionale da 12V 30A, il suo costo si aggira sui 25 euro!. Il fusibile a monte dei due NTC protegge tutto il circuito, sia la sezione di potenza che il timer. Auesto proposito il trasformatore 230712V da 2W è del tipo resinato con fusibile disgiuntore interno come da normativa vigente.

La coppia di transistori posti in darlington da allo stadio un buon guadagno e limita i componenti necessari alla realizzazione.

I relè della P&B hanno la peculiarità di sopportare altissime correnti, non sfiammare ( i contatti sono trattati in modo particolare) ma soprattutto non necessitano di alte correnti per essere eccitati.  Il diodo D1 tosa picchi inversi causati dal solenoide della bobina.

 



Vista l'esiguità dei componenti e la notevole corrente passante dalle connessioni del relè, NTC e morsetto di ingresso, a proposito notete le dimensioni notevoli del morsetto, non ho realizzato circuito stampato ma ho fruito di basetta millefori. Le connessioni al timer, o a valle del trasformatore T1 sono realizzate con filo sottile prestagnato mentre per quelle interessate da alta corrente mi sono servito di filo smaltato doppio isolamento per bobina da 1,5mm di diametro in bifilare.  Punto debole del cablaggio di potenza è ahimè il fusibile, di tipo miniaturizzato con clip che talvolta si dilatano al calore, determinando cadutre di tensione. Meglio sarebbe usare un fusibile a lama "giant" tipo automobilistico.

Lo schema elettrico prevede fusibile da 10A, in quel caso potremo dimensionare anche gli NTC (20D20), per carichi di 20A dimensionare adeguatamente il fusibile e usare NTC (10D20)  infine per carichi limite di 30A sostituire il fusibile con uno 30A a botticella ceramica antiscoppio e NTC (5D20). Per carichi non troppo potenti potrete utilizzare un solo NTC di valore adeguato.



Il morsetto di connessione di rete è di tipo plastico con paratie antifiamma tra le connessioni con viti con lamella a quattro serraggi.

Questo circuito è di per se semplice ma occorre come al solito porre attenzione alla realizzazione, specie quando il circuito verrà interessato da notevoli correnti e tensione di rete. Non operare sul circuito con tensione 230V connessa ma soprattutto non omettete fusibili ed utilizzate cavi antifiamma autoestinguenti, per le linee al carico da almeno 4mmq.

 

Buon lavoro a tutti

A presto

 
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