Circuitos ÚTILES. 02. Regulador corriente alterna 3800 W

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Descripción del regulador

Este circuito ha ganado por goleada en el número de peticiones en los comentarios de Youtube, así que vamos con él. Es un regulador de corriente alterna. Con él podemos regular la tensión de 240V (ó 110V) desde un valor prácticamente cero hasta el máximo y así, la carga que le conectemos funcionará a mas o menos potencia.

Si le conectamos una lámpara y accionamos el potenciómetro, lucirá mas o menos. Si ponemos un motor, girará mas o menos deprisa. Si ponemos una resistencia eléctrica, calentará mas o menos.

Estos reguladores pueden ser hechos para potencias máximas distintas. Si se sobrepasa la potencia máxima, el triac puede cruzarse, cortocircuitarse. Cuando eso ocurre no se nota ningún fenómeno. No suele haber ruido, ni componentes que revientan. Simplemente el regulador deja de hacer su trabajo: No regula, siempre va a máximo como si conectaras la carga directamente a 240v.

Una pregunta frecuente es: ¿Qué hacer en el circuito para que pueda gestionar mas potencia?. La respuesta: Simplemente poner un triac de mas amperios. Es lo ÚNICO que hay que cambiar. El resto del circuito no hay que modificarlo.

Cuando uno pregunta en la tienda de componentes electrónicos sobre el precio de los triac, comprueba que sólo hay unos céntimos de diferencia entre uno de sólo 4 amperios y uno de 16. Entonces, ¿Porqué hacer un regulador de 900W pudiendolo hacer de 3800W?

La respuesta es que un regulador con un triac de 3800W necesitará cosas que uno de 900W no necesita. No debemos olvidar que el paso de una corriente de 16 amperios supone unos inconvenientes. Una corriente de 16 amperios nos obliga a:

- Poner un disipador grande al triac
- Dotar de ventilación a la caja que contiene el regulador
- Elegir tomas de corriente y salida de 16A, que son mas bien grandes
- Cables de mayor sección
- Usar una caja mas grande

Al final, el dispositivo en 3800W resulta mas caro que en 900W no sólo por el triac sino por el aumento de la exigencia en bastantes componentes, y eso sin contar con que dicho dispositivo será mas grande, mas voluminoso. Sólo si vamos a regular tanta potencia nos interesa poner un triac potente. En caso contrario, mejor un triac pequeño.

Resulta obvio que este regulador, aunque sea para hasta 3800W, si sólo se le piden 500W, apenas se calentará.

Dejo a tu elección el triac a utilizar. Si vas a usar un triac de poca potencia (hasta 4 amperios) puedes simplemente ponerle un disipador pequeño y nada mas. No es necesario ventilador y puedes poner enchufes pequeños. 

Si por el contrario eliges un triac potente, de 8 ó mas amperios (16 en este montaje), además de poner un buen disipador habrá que dotarlo de un ventilador así como de enchufes tipo schuko. Y los cables serán de al menos de 2mm de sección.

Varias opciones de  triac. De mas potente a menos,
de izquierda a derecha: TIC263M (25A), BTB16 (16A) y
TIC226M (8A). En este montaje usaremos el BTB16

Después de barajar varias opciones respecto del triac a utilizar, he decidido usar un BTB16 que aguanta hasta 16 amperios, lo que a 240 voltios significan unos 3800 watios. Esto puede cubrir prácticamente cualquier aplicación. 

La razón de echarme atrás en mi elección inicial de usar un triac TIC 263 M que soporta 25 amperios es que harán falta igualmente enchufes y clavijas que aguanten esa intensidad, y la verdad, me pareció demasiado aparatoso hacer un montaje tan potente, si al final, la mayoría de aplicaciones no van a sobrepasar 1000W. Además, el triac BTB16 elegido coincide con los 16 amperios de máximo que muchas clavijas y enchufes tienen, por lo que me pareció ideal.


Para terminar la descripción de este circuito, quiero decir que he elegido un tupper a pesar de que se manejan 240V y potencias considerables asi como desprendimiento de calor. Quizás sería una opción mejor utilizar una caja standard para montajes electrónicos. Eso ya queda a tu elección. A las malas, rápido se saca todo del tupper y se pone en una caja de aluminio convencional.

Lo tuve funcionando un buen rato con una carga de 1500 watios y no se calentó lo mas mínimo, por lo que el tupper parece que puede aguantar perfectamente las condiciones de uso.



Caracteristicas:

Tensión de entrada: 0-240 voltios alterna
Tensión regulada: 0-tensión de entrada
Potencia máxima: 3800 W
Intensidad máxima: 16 Amp
Triac utilizado: BTB16
Precio aprox proyecto: 20-40 euros según potencia


NOTA:  Se me ha formulado con frecuencia la pregunta:
En mi país hay 110V y no 240V ¿puedo usar este circuito?

La respuesta es: SÍ. 

Cualquier tensión entre 0 y 400V puede ser regulada con este circuito.





Cómo funciona el circuito

Circuito para el regulador de 3800w. La línea en color rojo NO es un cable, señaliza la zona de alta intensidad.

A la izquierda vemos dos enchufes:

Abajo, la entrada de 220-240 voltios. Esta corriente pasa por un interruptor, un fusible, y de ahí la llevamos al circuito a través de una regleta de conexión.

Arriba, otro enchufe: conectaremos el dispositivo que vayamos a regular. Ese dispositivo está en serie con la corriente.

Los dos polos de corriente alterna se llevan al circuito. Uno de los polos va directamente al circuito tras pasar por el interruptor y el fusible. El otro polo atraviesa el dispositivo que vamos a regular y después regresa al circuito.

Según vemos en el circuito, toda la corriente que atraviese el dispositivo a regular tambien pasará a través del triac, pues está en serie. El circuito principal de la corriente se ha remarcado con una línea roja. Esos cables representados por la linea roja deberán ser de sección generosa, pues pasarán hasta 16 amperios según la carga que pongamos.

Un triac es como un interruptor electrónico. Si ponemos tensión entre sus terminales A1 y A2 (ánodo 1 y ánodo 2) en principio no pasa corriente, pero si aplicamos un impulso de corriente al terminal "G" (gate: puerta) entonces si conduce. El triac "se dispara", es decir, entra en conducción, y seguirá en conducción hasta que la corriente decrezca hasta un valor cercano a cero. En este caso, el triac deja de conducir (el triac "se extingue"). Esto está asegurado cada vez que la tensión pasa por cero, y esto es algo que sucede 50 veces por segundo en la corriente alterna doméstica.

A la derecha vemos tres formas de onda representadas por las letras, A, B y C

En cada una de estas formas de onda vemos que se puede producir el disparo del triac en momentos distintos del semiciclo.

Veamos los tres casos de las tres formas de onda, A, B y C:

A) Se produce el disparo al inicio del semiciclo: El triac conducirá la mayor parte del tiempo (representado por la zona sombreada en ese gráfico). Esto significa que la corriente alterna pasa por el triac prácticamente en su totalidad. El dispositivo que conectemos funcionará a máximo.

B) El disparo se produce en la mitad de la forma de onda: El triac sólo conduce la mitad del tiempo del semiciclo. La mitad primera permanece bloqueado, sin conducir. Esto significa que sólo la mitad de la corriente pasa a través del él. El dispositivo que conectemos en la salida regulada funcionará "a medio gas".

C) El disparo se produce casi al final del semiciclo: La mayor parte del tiempo el triac no conduce. Sólo lo hará cuando le llega el disparo. Además, conducirá cuando el nivel de tensión ya está cercano a cero. La consecuencia: El dispositivo conectado a la salida regulada funcionará a mínimo o incluso no funcionará.

Entre estos tres valores representativos están todos los valores posibles. Es decir, el disparo del triac por la aplicación de un impulso a su puerta puede producirse en cualquier momento. Esta es la forma de regular la cantidad de electricidad que pasa a través del triac: Determinando el tiempo que esa corriente puede pasar.

Si, pero...¿Cómo hacemos para conseguir que el impulso se aplique en la puerta del triac en el momento justo?

Lo vamos a conseguir aprovechando la misma corriente alterna que pretendemos regular, con la ayuda de una resistencia y un condensador: En la parte izquierda del circuito vemos R1, P1 y C1 que están sometidos a la tensión de 220V. El condensador C1 se cargará en una u otra polaridad (según el semiciclo sea positivo o negativo) y lo va a hacer con una rapidez que dependerá del valor seleccionado en el potenciómetro P1.

Un condensador se cargará con mayor o menor rapidez dependiendo de su propio valor de capacidad, y también del valor de la resistencia que le suministra esa corriente.

Como P1 es variable, al girarlo hacemos que el tiempo que tarda en cargarse el condensador C1 también sea variable. Con esto conseguimos que el impulso llegue antes o después a la puerta del triac (a través de R1 y el Diac), consiguiendo reproducir las condiciones de los gráficos A, B y C de la derecha del gráfico anterior.

Así es como un triac puede regular la corriente alterna con ayuda de un potenciómetro y un condensador.

A través del potenciómetro P1 y el condensador C1 pasa muy poca intensidad, pues el triac necesita muy poca corriente en su puerta para ser disparado. Por donde sí puede pasar mucha intensidad es a través del triac entre sus terminales A1 y A2.



Lista de componentes

Necesitaremos:

1 Tupper o caja para hacer el montaje
1 Base entrada AC empotrable
1 Base salida SUKO AC empotrable
1 Portafusibles y fusible acorde al triac elegido (20 Amp en este caso)
1 Interruptor
1 Ventilador 80 x 80 220V
1 Circuito impreso de 95 x 75mm
1 resistencia 3K3 1/2 W
1 resistencia 8K2 1/2 W
1 resistencia 47ohm 1/2 W
3 Condensadores 100nf 600V
1 Diac
1 Potenciómetro 220Kohm LINEAL
1 Botón para el potenciómetro
1 Triac: A tu elección. En este montaje: BTB16
1 disipador para el triac
1 Termostato para 90ºC (normalmente abierto)
2 regletas de conexión 
3 conectores de 2 vías (ventilador, potenciómetro y termostato)
Un poco de cable
4 Separadores de nylon, para fijar el circuito con tornillos


Vamos a describir lo más reseñable de algunos componentes:

Tuper o caja:
 

Debe tener tamaño suficiente para contener el proyecto. Sus ventajas ya las conocemos: Barato, disponible, muy fácil de mecanizar, aislante, y bastante vistoso por permitir ver el interior, aunque esto último es cuestión de gustos...

Pondremos los enchufes en una esquina para evitar que el tuper flexione, pues poner y quitar estos enchufes exige ejercer cierta presión.


 Se va a trabajar con 240v, intensidad elevada, cierta temperatura... de modo que, por seguridad, recomiendo usar una caja convencional para hacer este montaje. Sin embargo, yo voy a utilizar este tuper no sólo por capricho sino también para poner a prueba un tuper en estas condiciones de trabajo. De momento adelanto que lo he hecho funcionar con una carga de 1500 W y no se calienta nada.


Base AC

Sirve para conectar la entrada de corriente al regulador. La base deberá soportar al menos el mismo amperaje que el triac. No tendría sentido hacer un regulador para 25A si la base sólo aguanta 10A.

Si tienes la opción, elígela que tenga toma de tierra.






Base de salida (tipo schuko)

En esta base conectaremos  el dispositivo que vamos a regular. 

También deberá estar acorde con el triac en cuanto al amperaje máximo que soporte. Tiene una tapa para exteriores que le he extraido. 

Lo que parece una junta, a la izquierda, es una plantilla para poder marcar los taladros en la caja donde vaya a ser ubicada esta base.




Portafusibles y fusible

Por seguridad, nunca debe faltar en un montaje con A.C.

El triac utilizado es de 16A, así que un valor adecuado serían 20A.

Este portafusibles es "empotrable": Se hace un taladro en la caja y se fija con la tuerca que el propio portafusibles lleva.





Interruptor general

También deberá soportar la misma intensidad que el triac (16A en este proyecto).

Este modelo tiene cuatro terminales porque interrumpe ambos polos. Esto no es necesario y puede usarse un interruptor que sólo interrumpa un polo (2 terminales en lugar de 4).

Lleva un piloto luminoso que indica que está recibiendo tensión.



 Ventilador

Cuando el triac es recorrido por una corriente alta, genera calor que es cedido al disipador que a su vez lo cede al aire. Este ventilador tiene por misión extraer el aire caliente del interior de la caja.

Este ventilador no funciona full-time. Solo lo hará cuando el termostato (adosado en el disipador) detecte una temperatura superior a 100ºC (en el disipador, no en el aire).



Las medidas de este ventilador son de 80 x 80 mm. Funciona a 220 voltios y consume muy poca corriente. No tiene polaridad y se puede conectar de ambas maneras. Se fija a la caja mediante cuatro tornillos en sus esquinas. Si el triac elegido es de ocho amperios o menos, no será necesario el ventilador.


Potenciometro 220K Lineal

En este caso no vamos a soldar el potenciómetro al circuito impreso para sujetar al mismo, ya que el peso del disipador es excesivo para el potenciómetro. Lo conectaremos al circuito con dos cables y un conector de dos vias.

Hay que cortar el mando con una sierra ya que su longitud es excesiva.

Sólo usaremos dos de sus tres terminales: Central y un extremo.



Triac

Es el componente que realmente va a hacer el trabajo de regular la corriente. Después de varias dudas, he elegido el BTB16 de 16 amperios. Concuerda con el resto de componentes que también son hasta para 16 amperios: Las dos bases de corriente, el interruptor...

No tendría mucho sentido poner un triac para 25A si el resto del equipo sólo aguanta 16A...



Disipador

Si ponemos una carga muy pequeña al triac, por ejemplo, una bombilla de 40W, apenas pasarán 200mA a través de él, y no se calentará apenas. Pero si, estando tal cual, le hacemos pasar una intensidad alta, lo destruiremos por calor en unos segundos.

Por eso, el triac debe montarse firmemente asentado en un disipador, tal como el de la foto, pues hablamos de intensidades de hasta 16A a 240 volts.

Las medidas de este disipador (en mm) son:

Ancho: 65
Largo: 50
Alto: 17

Está hecho en aluminio. Se venden en las tiendas de componentes electrónicos, también puedes obtenerlos reciclando viejos equipos. Incluso podría servir el perfil de aluminio, del utilizado en carpintería metálica para hacer marcos, ventanas, etc.

El triac se fija al disipador con tornillo y tuerca. Hay que poner pasta térmica entre el disipador y el triac para asegurar buena conductividad térmica.

Tuve que rebajar la altura de las aletas del disipador que originalmente era de 25mm y dejarlas a 17mm, pues chocaban con el ventilador que va justo encima y no quise usar un tupper mas alto, y tampoco disponía de un disipador a la medida.



Termostato para 90-100ºC

Termostato

No es necesario que el ventilador esté funcionando todo el tiempo. Solo cuando el disipador alcance una temperatura de 90-100ºC será señal de que el triac está siendo sometido a un trabajo duro. Cuando el termostato (en contacto con el disipador) detecte que se alcanzan esos 90-100ºC, su contacto interno -normalmente abierto- se cierra, haciendo que el ventilador se ponga en marcha.



Cuando la temperatura decrezca, ya sea por la acción del ventilador o porque hemos dejado de usar el regulador, el termostato vuelve a abrir su contacto y el ventilador se para.

Este termostato lo llevan incorporado electrodomésticos como vaporetas, cafeteras express, centros de planchado, etc, que necesitan de alguna manera detectar cuando el agua está próxima a hervir. Este termostato lo puedes reciclar de un viejo electrodoméstico o adquirirlo en un taller de reparaciones de ese tipo de electrodomésticos.


Regletas de conexión

Regletas de conexión

Un conector como los utilizados para el ventilador o el potenciómetro sería rápidamente dañado por el calor generado debido a la alta corriente que circulará en caso de conectar una carga potente.

Para conectar tanto la entrada de corriente como la salida de corriente regulada, usaremos estas regletas que sí permiten el paso de esas intensidades elevadas (hasta 16A).





Separadores de nylon

Los puedes encontrar en una tienda de componentes electrónicos. Los hay de distinta longitud (estos son de 10mm). Sirven para sujetar el circuito impreso dejando un pequeño espacio por debajo de dicho circuito para albergar el cableado, algún componente...

Con ayuda de tornillos, arandelas y tuercas fijaremos el circuito a la caja que contiene el montaje.


Si fuese necesario, podemos acortar un poco la longitud de estos separadores mediante el procedimiento de limar un extremo.



Montaje

Intentaremos llevar un orden lógico:

1) Fijaremos la posición de todos los elementos que van sujetos a la caja o tupper, cuidando que su posición sea lógica, y dejando suficiente espacio entre ellos. Los dos enchufes los vamos a poner en esquinas del tupper, huyendo del centro, pues para conectar/desconectar estos cables hay que ejercer cierta fuerza, y el tupper flexionaría demasiado en el centro pudiendo llegar a romperse.


2) Marcamos la posición de esos elementos con un rotulador

3) Hacemos los taladros. Algunos serán hechos con una broca de 3mm, otros -los más grandes- será mejor usar una fresa, pues si se introduce una broca de 8mm, el tupper se rompe. También es un buen truco usar la broca de 3mm a modo de sierra de calar, aprovechando que el tupper es blando.

4) Poner los cables e interconectar estos componentes que hemos fijado en el tupper o caja (entrada CA, Salida de corriente regulada, fusible, interruptor...)

5) Poner el termostato en el disipador, con pegamento de alta temperatura. Importante: En el frontal del termostato debemos poner pasta térmica conductora, no pegamento. El pegamento se pone al lado del termostato.

6) Montar los componentes en el circuito impreso. Soldarlos y conectarlos entre sí con puentes de cable o alambre, tanto por la parte de arriba del circuito como por la parte de abajo. La parte del circuito que soporta hasta 16A deberá ser hecha con cables de buena sección. También montaremos los tres conectores de dos vías para: Ventilador, potenciómetro y termostato.

7) Fijar el circuito impreso a la caja o tupper con los separadores y tornillos

8) Terminar de conectar todo el cableado y cerrar el regulador.

9) Probarlo. Para evitar sorpresas, por prudencia, antes de conectarlo a la red de 240 volts, medir la resistencia con el polímetro en la entrada de corriente. Debe dar una resistencia muy elevada (varios megaohm o incluso infinito). Si diese una resistencia muy baja de unos pocos ohms o cero, debe revisarse el circuito: Algo andará mal.



Resultados

Funciona satisfactoriamente tanto para pequeñas cargas como para cargas elevadas. Lo probé con una bombilla de 40 vatios así como con un grupo de lámparas halógenas que sumaban 1500 vatios. En ambos casos este regulador no llegó a calentarse lo más mínimo, y ni siquiera se puso en marcha el ventilador.

Después, y mediante un enchufe "Triple" conecté una carga de 3500 vatios, prácticamente la máxima potencia que puede entregar este regulador (3800 vatios). La carga consistía en el mismo grupo de lámparas halógenas (1500 vatios) mas un calefactor de baño que consume 2000 vatios.

Resulta chocante comprobar cómo a través de un componente tan pequeño como es el triac pueden pasar 15 amperios a 240 voltios como si nada. El cable de alimentación, que esta marcado como para 10A se calentó bastante pasados dos minutos. No solo se calentó sino que se reblandeció su plástico.

Sin embargo, el regulador seguía sin inmutarse: El ventilador no se activaba y el tupper no se calentaba lo más mínimo.

He utilizado bastante este regulador desde el momento en que lo terminé hasta el momento de subir este vídeo, y percibo un funcionamiento muy fiable.

Probando el regulador con lámparas halógenas (1500 vatios)

El VÍDEO

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