lundi 5 septembre 2011

Un variateur simple pour ampoules 220 volts le LX.5020


 variateur simple pour ampoules 220 :

Un variateur est généralement utilisé pour réduire la luminosité des ampoules placées dans une chambre à coucher ou qui sont destinées à maintenir un certain éclairage pendant que l'on regarde la télévision. Le variateur permet également de faire baisser la température d'un fer à souder, ou encore de réduire la vitesse d'une perceuse électrique.

Signalons que ce circuit ne peut pas être utilisé avec des tubes au néon parce qu'ils n'ont pas de filament.

Pour réduire la luminosité d'une ampoule ou la température d'un fer à souder, il faut seulement abaisser la valeur de la tension d'alimentation, c’est-à-dire la faire descendre des 220 volts fournis par le secteur à des valeurs inférieures, telles que 160, 110, 80 ou 40 volts. Pour obtenir ce résultat, on utilise un triac.

Pour comprendre comment un triac parvient à faire baisser la tension des 220 volts, il faut tout d'abord expliquer la différence qu'il y a entre les volts crête à crête (pic to pic) et les volts efficaces, ainsi que ce que signifie le déphasage.
Comme on le sait déjà, une tension alternative est composée de deux demi-ondes ou demi-alternances, une positive et une négative (voir figure 550).

La demi-alternance positive, par tant d'une valeur de 0 volt, montera rapidement jusqu'à atteindre son pic positif maximal, puis descendra jusqu'à retrouver sa valeur initiale de 0 volt.

Ensuite, commencera la demi-alternance négative qui descendra jusqu'à atteindre son pic négatif maximal puis montera à nouveau pour retrouver sa valeur de 0 volt initiale. Une fois celle-ci atteinte, la demi-alternance positive suivante commencera et ainsi de suite, ce cycle se répétant à l'infini.
La tension alternative que nous utilisons tous les jours pour alimenter tous nos appareils électriques a une fréquence de 50 hertz et une valeur efficace de 220 volts.
Figure 549: Si l'on mesurait la tension
de 220 volts à l'aide d'un oscilloscope,
on verrait que les deux pics de la
sinusoïde alternative atteignent une
valeur de 620 volts.



La valeur de la fréquence, c’est-à-dire 50 hertz, indique que la polarité de la sinusoïde change en passant du positif au négatif et vice-versa, 50 fois par seconde.

La valeur de la tension, c’est-à-dire 220 volts efficaces, est toujours inférieure de 2,82 fois par rappor t à la
valeur de tension appelée crête à crête, qui correspond à la valeur maximale que peuvent atteindre la demi-alternance positive et la demi-alternance négative, égale à 620,4.

Donc, les 220 volts que l'on obtient en appliquant les pointes de touche d'un multimètre sur une prise de courant sont des volts efficaces et non pas des volts crête à crête qui ne peuvent être visualisés que sur l'écran d'un instrument appelé oscilloscope.
En reliant un oscilloscope à une prise de courant, les deux demi-alternances, dont la valeur entre pic positif et pic négatif atteindra 220 x 2,82 = 620 volts, apparaîtront sur l'écran de l'instrument (voir figure 549).

Ne vous laissez pas impressionner par cette valeur de tension très élevée car les volts qui comptent sont les volts efficaces, c’est-à-dire 220 volts.
Pour vous expliquer la différence qui existe entre volts crête à crête et volts efficaces, prenons l'exemple de deux glaçons.

Si on prend deux glaçons de forme conique pour simuler la forme des deux demi-ondes positive et négative, et qu'on les place l'un au-dessus de l'autre, on atteindra une hauteur que l'on pourra considérer équivalente aux volts crête à crête d'une tension alternative (voir figure 550).

Si l'on fait fondre ces deux glaçons dans un même récipient, le niveau de l'eau descendra considérablement et on peut considérer que cette hauteur est équivalente aux volts efficaces d'une tension alternative (voir figure 550).


Figure 550 : Pour comprendre pourquoi on obtient une valeur efficace de 220 volts
avec une valeur de 620 volts crête à crête, on peut prendre deux cubes de glace
de forme identique à celle des demi-alternances et les faire fondre dans un récipient.
Le niveau atteint représente alors les volts efficaces.

Figure 551 : Si on parvient, à l'aide d'un artifice, à utiliser seulement la moitié de
ces deux demi-alternances, il est bien évident que le niveau efficace que l'on
obtiendra sera la moitié de ce que vous voyez sur la figure 550 et alors, nos 220
volts efficaces se réduiront à seulement 110 volts efficaces.

Figure 552 : Si on utilise seulement 1/4 de l'aire de ces demi-alternances, on
obtiendra une valeur efficace égale à 1/4 de 220 volts et donc une tension efficace
de seulement 55 volts. C'est au triac qu'est dévolu le rôle de prélever cette portion



Sachant qu'avec deux demi-alternances complètes, on obtient une tension de 220 volts efficaces, si on retire 1/4 de leur aire à ces deux demi-alternances, on obtient une tension efficace de seulement 165 volts.


Si on utilise la moitié de leur aire, comme sur la figure 551, on n'obtient qu'une seule moitié de la tension efficace, c’est-à-dire 110 volts.
Si on utilise 1/4 de leur aire (voir figure 552), on obtiendra une tension efficace de seulement 55 volts.

Pour retirer une portion de leur aire à ces deux demi-alternances, de façon à réduire les volts efficaces, on utilise le schéma de la figure 557.
Comme vous le savez certainement déjà, pour exciter un triac, il faut appliquer des impulsions négatives ou positives sur sa gâchette.

Si les impulsions que l'on applique sur la gâchette sont en phase avec les demi-alternances présentes sur l'anode 2, on obtient ceci :

- Si on applique une impulsion positive sur sa gâchette à l'instant précis où la demi-alternance positive de 0 volt commence à monter, le triac sera excité instantanément et restera excité jusqu'à ce que la demi-alternance positive redescende à 0 volt pour inverser sa polarité (voir figure 553).
- Si on applique une impulsion positive sur sa gâchette à l'instant précis ou la demi-alternance négative de 0 volt commence à descendre, le triac sera excité instantanément et restera excité jusqu'à ce que la demi-alternance négative redescende à 0 volt pour inverser sa polarité.

Donc, si on applique des impulsions d'excitation sur la gâchette, à l'instant précis où les deux demi alternances changent de polarité, sur l'anode 2, on prélève deux demi-alternances complètes, la valeur de la tension efficace reste invariablement de 220 volts (voir figure 553) .

Si les impulsions que l'on applique sur la gâchette arrivent en retard par rapport aux deux demi-alternances présentes sur l'anode 2, on par viendra automatiquement à retirer une partie de leur aire.

En fait, si au moment où la demi-alternance positive de 0 volt commence à monter, l'impulsion positive voulue n'atteint pas sa gâchette, le triac n'étant pas excitée, il ne laissera passer aucune tension.

Si l'impulsion d'excitation positive atteint sa gâchette, lorsque la demi-alternance positive a déjà parcouru
la moitié de son trajet (voir figure 555), le triac laissera passer la moitié seulement de la demi-alternance
positive.

Si l'impulsion d'excitation négative atteint sa gâchette, lorsque la demi-alternance négative a déjà parcouru
la moitié de son trajet (voir figure 555), le triac laissera passer la moitié seulement de la demi-alternance négative.

Si on prélève deux moitiés de demi-alternances sur l'anode 2, la valeur des volts efficaces n'est plus de 220 volts, mais de 110 volts.
Si on veut encore réduire la valeur de la tension, on devra davantage retarder les impulsions d'excitation sur la gâchette (voir figure 556) par rapport au passage de 0 volt des deux demi-220 volts efficaces descendront à 80, 50 ou 30 volts efficaces.
Ceci dit, nous vous expliquerons comment on parvient à retarder ces impulsions sur la gâchette du triac.
Figure 553 : Si on excite la gâchette d'un triac à l'aide d'une impulsion positive,
lorsque la demi-alternance positive commence son cycle, et à l'aide d'une impulsion
négative lorsque la demi-alternance négative commence son cycle, on prélèvera
alors une tension égale à 220 volts sur l'anode 2.

Figure 554 : Si on excite la gâchette d'un triac à l'aide d'une impulsion positive
peu après que la demi-alternance positive ait commencé son cycle et toujours en
retard, lorsque le cycle de la demi-alternance négative commencera, on prélèvera
alors une tension égale à 165 volts sur l'anode 2.


Figure 555 : Si on excite la gâchette à l'aide d'une impulsion positive peu après
que la demi-alternance positive ait accompli la moitié de son cycle et à nouveau
lorsque le cycle de la demi-alternance négative ait accompli la moitié de son cycle,
on prélèvera alors une tension égale à 110 volts sur l'anode 2.


Figure 556 : Si on excite la gâchette à l'aide d'une impulsion positive lorsque la
demi-alternance positive a déjà accompli les 3/4 de son cycle et ensuite lorsque
le cycle de la demi-alternance négative a déjà accompli les 3/4 de son cycle, on
prélèvera alors une tension égale à 55 volts sur l'anode 2.



Schéma électrique :


Comme vous pouvez le remarquer en observant le schéma électrique de la figure 557, le potentiomètre R1 et le condensateur C1 sont reliés en parallèle à l'anode 2 et à l'anode 1 du triac .

On prélève, au point de jonction de R1 et C1 et par l'intermédiaire de la résistance R2, la tension d'excitation qui atteindra la gâchette du triac en passant à travers la diode diac.
La tension alternative appliquée aux broches du potentiomètre R1 est utilisée pour charger le condensateur C1 avec un retard qui pourra varier en modifiant la valeur ohmique du potentiomètre.

Si on règle le potentiomètre sur sa valeur de résistance minimale, le condensateur se chargera très rapidement, les impulsions d'excitation atteindront alors la gâchette du Triac sans aucun retard.

Si on règle le potentiomètre sur sa valeur de résistance maximale, le condensateur se chargera beaucoup
plus lentement, les impulsions d'excitation atteindront alors la gâchette du triac en retard par rapport au passage par 0 des deux demi-alternances.
Figure 557 : Schéma électrique du variateur 220 volts.


Si on règle ce potentiomètre d'un extrême à l'autre, on par viendra à faire varier d'un minimum à un maximum
le temps de charge du condensateur C1 et, par conséquent, à retarder les impulsions d'excitation sur la
gâchette (voir les figures 554, 555 et 556).

A présent, nous devons expliquer la fonction de la diode diac reliée en série à la gâchette.
On peut comparer cette diode à une valve de sécurité comme celles présentes sur toutes les cocottes à pression utilisées en cuisine.

Comme vous le savez probablement déjà, lorsque la pression à l'intérieur de ces cocottes atteint une certaine

valeur, cette valve de sécurité s'ouvre en laissant s'échapper un jet de vapeur.

Sur le circuit de la figure 557, la diode diac opère la même fonction.

Normalement, cette diode ne laisse passer aucune tension tant que la tension présente sur les deux condensateurs C1 et C2 n'atteint pas une valeur plus que suffisante pour amorcer le triac.

Lorsque les deux condensateurs se seront chargés complètement, la diode diac reversera sur la gâchette tout le courant emmagasiné par les condensateurs.
Etant donné que cette diode diac est bidirectionnelle, elle laissera passer vers la gâchette les impulsions de polarité positive ainsi que celles de polarité négative.

Après avoir expliqué comment on peut exciter le triac en retard par rapport aux deux demi-alternances de la tension alternative, nous pouvons à présent expliquer à quoi sert ce composant référencé VK1 que l'on trouve appliqué sur l'anode 2.
Ce composant est un bobinage enroulé sur un noyau en ferrite qui, associée à R3 et C3, sert à éliminer
tous les parasites générés chaque fois que le triac est excité ou désexcité.

Sans ce filtre antiparasite, chaque radio, chaque téléviseur et chaque amplificateur se trouvant dans le voisinage, pourrait capter des parasites identiques à ceux générés par l'allumage ou l'extinction d'une ampoule ou de n'importe quel appareil électrique.
Figure 558a : Schéma d'implantation des composants du variateur. Le corps du
triac doit être placé sur le petit radiateur de refroidissement en forme de U.
Il est possible de relier en parallèle des ampoules de 25, 60, 100, 150 et 200
watts ou plus, à la sortie de ce circuit (ne pas dépasser 300 watts).


Figure 558b : Dessin, à l'échelle 1, 
du circuit imprimé.




Réalisation pratique :
Pour réaliser ce montage, vous devez réaliser ou vous procurer le circuit imprimé donné en figure 558b et réunir tous les composants de la liste.

Vous pouvez commencer le montage en insérant la diode diac à l'emplacement mis en évidence sur la figure
558, sans respecter de polarité, étant donné que ce composant est bidirectionnel .

Poursuivez le montage en insérant les résistances R2 et R3, puis les trois condensateurs polyesters C1, C2 et C3, ainsi que les deux borniers à 2 pôles qui vous serviront, l'un à relier le cordon d'alimentation de 220 volts et l'autre, pour relier le cordon secteur à raccorder à l'ampoule de laquelle on veut varier la luminosité.

Après avoir inséré tous les composants, vous pouvez prendre le triac, replier ses broches en L à l'aide d'une paire de pinces puis, après l'avoir placé contre le radiateur de refroidissement en forme de U, vous pouvez le fixer sur le circuit imprimé à l'aide d'une vis et d'un écrou.

Soudez ensuite ses broches sur les pistes en cuivre du côté opposé du circuit imprimé.

Insérez les broches de la self d'anti-parasitage VK1 dans les deux trous qui se trouvent à côté du radiateur.

Pour compléter le montage, fixez le potentiomètre R1 sur le couvercle du boîtier, après en avoir raccourci son axe pour conserver son bouton le plus près possible du boîtier.

Une fois le potentiomètre fixé, soudez deux petits morceaux de fil sur ses broches, en reliant les extrémités aux trous placés à côté des condensateurs C1 et C3, comme cela apparaît clairement sur la figure 558.

Dans les trous des deux borniers, vous devez insérer les extrémités du cordon d'alimentation 220 volts et du cordon pour l'ampoule, après avoir retiré environ 1 cm de gaine plastique isolante.

Après avoir fixé le circuit imprimé à l'intérieur du boîtier à l'aide de vis autotaraudeuses, vous pouvez le fermer et vérifier le fonctionnement du circuit.

Insérez la prise d'une lampe de chevet ou de bureau dans la prise femelle, puis relier la prise mâle au secteur.
Comme vous pouvez le constater, il suffira de tourner le bouton du potentiomètre pour faire varier la luminosité de l'ampoule du minimum au maximum.
Figure 559 : A gauche, la photo du projet tel qu'il se présente une fois le montage
terminé. La diode diac, dont le corps est en verre, est bidirectionnelle, il n'est
donc pas nécessaire de respecter une polarité.

Liste des composants du LX.5020 :


R1 = 470 kΩ pot. lin.
R2 = 5,6 kΩ 1/4 W
R3 = 100 Ω 1 W
C1 = 47 nF pol. 400 V
C2 = 47 nF pol. 400 V
C3 = 100 nF pol. 400 V
VK1 = Self antiparasite
DIAC = Diac
TRC1 = Triac 500 V 5 A


EmoticonEmoticon