Descriere dispozitiv lumina pulsatorie

Dispozitivul prezentat este in fond un variator de putere pentru sarcini rezistive, cu control digital, al carui actiune este ciclica, in sensul ca unghiul de conductie a elementului care comanda sarcina creste si descreste liniar cu o viteza prestabilita, astfel ca, in cazul cand sarcina este constituita de corpuri de iluminat incandescent (pentru a obtine o lumina pulsatorie), intensitatea luminoasa creste si descreste gradat, pornirea fiind intotdeauna cu tensiune minima pe becuri (soft start).

Dispozitivul, realizat practic pe o placa de circuit imprimat din sticlotextolit FR4 avand dimensiunile 155×65 mmm, este conectat cu exteriorul printr-o regleta TBS romaneasca cu 3 borne. Intre bonele 1 si 3 se aplica tensiunea de alimentare, inseriata spre borna 1 cu o siguranta fuzibila calibrata in raport cu sarcina, notatia in schema de 6A fiind pentru cazul cand sarcina nu depaseste 1000W, valoarea crescand in cazul sarcinilor mai mari, care vor fi limitate superior la circa 3KW, avand in vedere caracteristicile tiristorului si a diodelor redresoare din partea de putere a schemei. Siguranta este plasata in exteriorul PCB, avand in vedere ca gabaritul ei depinde de puterea pentru care se construieste dispozitivul. Sarcina, constituita de lampa incandescenta, una sau mai multe in paralel, se conecteaza intre bornele 2-3 ale placii de cicuit imprimat.

Sistemul prezentat permite economisirea  de energie electrica alocata iluminarii spatiilor lipsite de lumina naturala care necesita iluminat pentru durate relativ mari de timp: depozite, holuri, vitrinele unor magazine, casa scarilor unor blocuri de locuinte, precum si obiectivele dotate cu iluminat de siguranta. Poate fi,  deasemenea, utilizat  pentru efecte de lumina in discoteci sau sali de spectacole, putand lucra cu proiectoare de putere, furnizand o lumina pulsatorie.

Ca surse de lumina sunt utilizate becuri incadescente, de preferinta cu halogeni, alimentate printr-un variator de putere cu control de faza. Variatorul, cu tiristor, este comandat digital, unghiul de conductie variind succesiv, in 8 trepte, intre 0 si 180 grade, atat in sens crescator cat si descrescator, sensul schimbandu-se automat la trecerile prin minim, respectiv maxim, ceea ce corespunde cu baleierea automata a 8 niveluri de iluminare.

Functionare

Schema de principiu este prezentata in fig.1:

Lumina pulsatorie cu crestere si descrestere gradata a intensitatii – Fig.1

Variatorul de putere este echipat cu o punte redresoare construita cu diode de 10A(D5-D8)  montate pe radiator, avand pe diagonala de curent continuu un tiristor de 16A(Th1). Pe partea de curent alternativ s-a prevazut un filtru antiparazit(L1C1). Rezistenta R1 asigura descarcarea condensatorului din filtru dupa deconectare.

Dispozitivul de comanda pe grila a tiristorului este realizat cu tranzistorul unijonctiune T1 si tranzistoarele bipolare T2-T3, aceasta sectiune a schemei fiind alimentata cu tensiunea  trapezoidala obtinuta pe dioda zenner D9, asigurandu-se sincronizarea cu reteaua a oscilatorului cu TUJ. Dioda D9 este alimentata din retea prin puntea redresoare formata de diodele D1-D4 si rezistenta de putere R2. Dupa separarea cu dioda D11, tensiunea trapezoidala este filtrata cu condensatoarele C3,C5, obtinandu-se astfel tensiunea continua necesara alimentarii circuitelor din blocul de comanda logica al schemei.

Blocul de comanda logica asigura  8 trepte pentru polarizarea bazei tranzistorului T3, stabilite de catre rezistentele R9-R16, comutate prin diodele de separare D12-D19. Un efect de liniarizare a comenzii se obtine cu condensatorul C6, care face ca trecerea de la un nivel la altul sa se faca gradat, asigurandu-se o variere mai lina a ungiului de conductie si implicit a stralucirii lampilor utilizate ca sarcina. Valoarea optima a capacitatii acestuia depinde intr-o oarecare masura si de inertia filamentelor lampilor. Valoarea constantei de timp R8C6 este  corelata  cu constanta de timp a circuitului de reset astfel ca la orice punere in functiune, unghiul de conductie este minim. Cu alte cuvinte, in orice moment s-ar face repornirea, condensatorul de liniarizare este deja descarcat, astfel ca becurile se aprind intotdeauna pe treapta minima, filamentele incalzindu-se treptat pana la atingerea temperaturii de functionare, acest lucru contribuind hotarator la cresterea duratei de viata a acestora.

Blocul de comanda logica, furnizeaza cele 8 semnale corespunzatoare treptelor de stralucire, la iesirile decodificatorului binar-zecimal U3, folosit ca demultiplexor de 3 biti cu validare pe intrarea D conectata permenant la zero logic (masa). Acesta decodifica starile unui numarator binar reversibil de 3 biti, construit in jurul circuitului U2, care primeste pe intrarea de tact impulsurile generate de un oscilator construit cu portile  NAND din circuitul U1.

Elementul de originalitate al schemei il constituie modul de utilizare a numaratorului U2, care isi schimba automat sensul de numarare la trecerea prin starile extreme. Numaratorul, de 4 biti, este folosit ca numarator de 3 biti, bitul cel mai semnificativ fiind utilizat pentru inversarea sensului de numarare. Astfel, semnalul de la iesirea Q3(pin2), inversat de poarta U1C, este aplicat pe intrarea U/D, la pinul 10. Acelasi semnal este aplicat unui circuit de derivare (C8R18),pulsurile pozitive selectate cu dioda D20 resetand numaratorul. Nivelul 1 logic aplicat pe pinul 10 asigura numararea inainte. Dupa numararea a 8 impulsuri, pe pinul 10 se aplica 0 logic asigurandu-se conditia de numarare inapoi. In acelasi timp, semnalulul de pe iesirea Q7(pin4) a decodificatorului , derivat de catre grupul C9R17 asigura un scurt impuls pe intrarea PRESET ENABLE(pin1)  a numaratorului  si acesta se incarca cu numarul binar 1111, prezent pe intrarile de presetare P0,P1,P2,P3. Impulsurile sosite pe intrarea de tact vor produce decrementarea numaratorului pana la atingerea din nou a starii zero, dupa care ciclul se repeta. Exista si un circuit de resetare asincrona compus din elementele C10R20D21. Acesta produce resetarea in momentul aplicarii tensiunii de alimentare, ca efect al impulsului  produs la incarcarea condensatorului C10 prin rezistenta R20.

Generatorul de tact este construit cu portile  U1A si U1B.  Potentiometrul R21 serveste la reglarea vitezei de baleiere. In functie  de viteza preferata se poate eventual tatona si valoarea condensatorului de liniarizare C6.

O caracteristica specifica a variatoarelor cu control de faza este generarea unor multiple impulsuri parazite, care in unele cazuri pot afecta buna functionare a circuitelor logice, de aceea este importanta configuratia cablajului imprimat. Este importanta o buna decuplare a alimentarilor CI. In acest scop au fost prevazute condensatoarele C4, C7, C11, filtrul L2 si nu in ultimul rand filtrul de retea L1C1 care nu permite patrunderea parazitilor spre reteaua de alimentare. De mentionat ca in montajul experimental (pe placa de probe) s-au facut teste si fara aceste elemente de filtraj, constatandu-se efectul negativ asupra functionarii normale.

Constructie dispozitiv lumina pulsatorie

Dispozitivul se executa pe o placa de circuit imprimat simplu placat cu dimensiunile 155×65 conform fig.2, in care montajul este vazut dinspre partea cu componentele:

Lumina pulsatorie cu crestere si descrestere gradata a intensitatii – Fig.2

Se incaseteaza obligatoriu in carcasa de material plastic, avand in vedere ca lucreaza direct cu tensiunea retelei, fara separare galvanica. Se va tine cont de faptul ca rezistenta R2 degaja caldura  in functionare normala, deci se va asigura tirajul corespunzator. Ea se obtine prin legarea in paralel a 2 rezistente de 22k/5W, rezultand astfel  11K/10W. Puterea disipata practic nu depaseste 4W, supradimensionarea avand ca efect micsorarea cantitatii de caldura disipate. Transformatorul de impuls Tr1 se construieste din miezuri de ferita EE20, avand in primar si secundar cate 82 spire CuEm 0.20. Intre primar si secundar se va izola corespunzator.

Din considerente de protectia muncii, pe durata probelor montajul se va alimenta prin transformator separator de cel putin 100W, lucrand pe bec de aceeasi putere. In final, pentru sarcini mari (kW), montajul se va alimenta direct din retea, situatie in care nu se vor mai atinge direct componentele din montaj.

Author: Emil MATEI

http://www.elpedia.ro

http://www.emil.matei.ro