Regolatori di tensione a forma d’onda sinusoidale

Per regolare la velocità dei ventilatori è solitamente sufficiente fornire tre valori tensione che sono in genere dell’ordine di 100, 150 e 230 V, oltre - naturalmente - allo zero per lo spento.

La regolazione di velocità mediante tre valori di tensione, detti gradini, per ricordare che la regolazione è discreta e non continua, è ottenuta sin dai primordi con un commutatore a una via e quattro posizioni, che inserisce le prese di un autotrasformatore.
Il limite del comando a commutatore, ovvero solo comando locale da un solo punto, è oggi ovviato mediante dispositivi elettronici capaci di chiudere allo zero di corrente (zero crossing) e azionati da uno o più pulsanti.

In ambito domestico la soluzione con autotrasformatore e commutatore presenta gli inconvenienti di:
- ingombrare;
- sporgere o richiedere opere di muratura per la sistemazione di una nuova scatola da incasso;
- richiedere alimentazione mediante fase e neutro; quest’ultimo quasi mai presente nella scatola da incasso di comando.

Per contenere gli ingombri in ambito domestico, si è sostituito l’autotrasformatore con condensatori che realizzano predeterminate cadute di tensione, quando siano percorsi da predeterminate correnti.
I sistemi appena descritti, quale sia il tipo di comando, locale o a distanza, quale sia la modalità di ridurre la tensione, tramite prese di un autotrasformatore o a mezzo cadute di tensione, contrariamente ai regolatori a taglio di fase, non introducono deformazione della forma d’onda di tensione che rimane perfettamente sinusoidale e sono pertanto assolutamente silenziosi, caratteristica apprezzata specie nella ventilazione della zona notte.

Un modello per serie civile, il cui schema di collegamento è riportato in figura 8b, è apprezzato per la compattezza (32, 59, 20 mm), per la possibilità di essere inserito in scatola da incasso o di derivazione, perché necessita della sola fase ed è comandabile mediante pulsanti di qualunque serie componibile, italiane, spagnole, inglesi eccetera, da cui la dizione multifrutto.
Sono disponibili anche soluzioni dotate di temporizzatore, ricevitore per telecomando IR, che integrano pulsanti differenziati per le 3 velocità più lo spento, occupano in genere 2 moduli e richiedono l’installazione a vista su scatola da incasso.

La soluzione elettronica, Triac e condensatori, richiede che la potenza del ventilatore, per effettuare appropriate riduzioni di velocità, sia compresa nella fascia 55-80 W che non rappresenta un limite poiché corrisponde alla potenza degli agitatori d’aria oggi in commercio.
L’azionamento avviene tramite brevi pressioni successive sul pulsante, come nel cambio sequenziale delle vetture sportive; alla prima pressione si inserisce la prima velocità, quindi la seconda, la terza velocità e lo spegnimento; una pressione prolungata, in ogni momento, toglie l’alimentazione e ferma la rotazione.
L’avvenuta manovra viene segnalata dal “bip” del piccolo ronzatore, o buzzer, incorporato.
A ogni cambio di velocità viene inserita, per pochi secondi, la massima tensione in grado di portare rapidamente a regime il ventilatore, vincendo inerzie e attriti ai cuscinetti particolarmente importanti alla messa in funzione dopo lunghi periodi; terminato il breve periodo di forzatura, booster, pochi secondi, la tensione viene automaticamente commutata dal valore di rete a quello corrispondente alla velocità prescelta.
Questo artificio evita che l’agitatore venga regolato su tensione minima troppo bassa, non in grado di effettuare un secondo avviamento o, se troppo elevata, che fornisca una ventilazione eccessiva e quindi fastidiosa.

Si ricorda che in ambienti di civile abitazione la velocità utilizzata è quella corrispondente a 60 giri al minuto, perché muove l’aria e quindi raffresca senza creare correnti fastidiose.
Per potenze superiori a 80-100 W la soluzione che prevede cadute di tensione tramite condensatori in serie al carico non è praticabile e l’autotrasformatore a prese diviene la sola possibile.
L’autotrasformatore a prese è poi insostituibile quando si voglia regolare la luminosità di trasformatori elettronici di potenza complessiva superiore a 600 W o quando il carico, resistenze o lampade ad incandescenza, superi i 5 kW che sono il limite della massima potenza di un regolatore a taglio di fase.
Ma queste applicazioni si vedranno in uno specifico successivo articolo.

In genere le prese dell’autotrasformatore sono di più di quelle che corrispondono agli scatti del commutatore o alle sequenze del/i pulsante/i (tabella 1), in modo che si possa scegliere la tensione adatta al controllo di lampade, zero, 100, 85, 48, 30% oppure quella adatta alla regolazione di velocità di ventilatori, ad esempio zero 48, 65, 85, 100%, finalizzate a ottenere l’avviamento progressivo di un ventilatore.
I tipi di comando possono essere locale mediante commutatore oppure a distanza tramite pulsanti, in genere non forniti, di tipo sequenziale oppure differenziati per ogni gradino.
Il comando tramite commutatore introduce naturalmente un ritardo tra la disinserzione di una presa e l’inserzione della successiva, capace di spegnere l’arco e di non muoversi se si salda un contatto.
Nel comando a distanza tramite pulsanti l’elettronica deve invece:
- evitare la chiusura contemporanea di più di un gradino;
- introdurre un ritardo tra l’apertura di un contatto e la chiusura di un successivo per evitare, attraverso l’arco di apertura di un relè, il corto circuito;
- impedire che si possa chiudere un gradino differente da quello inserito fintanto che è presente tensione sul carico (ad esempio perché si è saldato un relè).

Nel caso di comando a distanza si può in genere scegliere tra comando a:
- pulsanti separati, uno per ogni gradino (4) oltre a quello di stop;
- pulsante singolo sequenziale = ad ogni pressione sul pulsante si scala di un gradino fino allo stop, per poi riprendere la sequenza;
che rispettivamente semplificano il comando e il cablaggio richiedendo due conduttori nel caso del sequenziale e sei in quello a pulsanti separati.

La memoria o meno della posizione del sistema a seguito di mancanza di tensione si ottiene mediante jumper interno.
Pregi e difetti dei vari tipi di regolatori per ventilatori vengono riassunti nella tabella 2.