Cos'è un potenziometro?
La parola "potenziometro" è, da un lato, il nome di un componente elettronico. Dall’altro lato, è anche il nome di un regolatore di velocità per motori EC. In un regolatore di velocità di questo tipo, viene di solito utilizzato il componente elettronico. In entrambi i casi, la parola "potenziometro" indica che qualcosa può essere regolato in modo continuo e variabile.
La parola "potenziometro" è, da un lato, il nome di un componente elettronico. Dall’altro lato, è anche il nome di un regolatore di velocità per motori EC. In un regolatore di velocità di questo tipo, viene di solito utilizzato il componente elettronico. In entrambi i casi, la parola "potenziometro" indica che qualcosa può essere regolato in modo continuo e variabile.
Regolatore di velocità per motori EC
Un motore EC può essere visto come una combinazione tra un motore AC e un regolatore di velocità integrato (vedi anche l’articolo “Ventilatore CA e ventilatore CE: qual è la differenza?”). Questo regolatore integrato ha bisogno di informazioni sulla velocità desiderata del motore. Un potenziometro è una delle possibilità per comunicare questa velocità al motore EC. Per questo motivo, un potenziometro viene talvolta descritto anche come un regolatore di velocità per motori EC. Il vero regolatore di velocità è infatti integrato nel motore EC, mentre il potenziometro è il dispositivo con cui si può impostare manualmente la velocità desiderata. Usando un potenziometro, la velocità di un motore EC può essere regolata in modo continuo e variabile.
Un motore EC può essere visto come una combinazione tra un motore AC e un regolatore di velocità integrato (vedi anche l’articolo “Ventilatore CA e ventilatore CE: qual è la differenza?”). Questo regolatore integrato ha bisogno di informazioni sulla velocità desiderata del motore. Un potenziometro è una delle possibilità per comunicare questa velocità al motore EC. Per questo motivo, un potenziometro viene talvolta descritto anche come un regolatore di velocità per motori EC. Il vero regolatore di velocità è infatti integrato nel motore EC, mentre il potenziometro è il dispositivo con cui si può impostare manualmente la velocità desiderata. Usando un potenziometro, la velocità di un motore EC può essere regolata in modo continuo e variabile.
Ma come funziona? Come fa il potenziometro a comunicare al motore EC quanto velocemente deve girare?
Semplice: tramite un segnale elettrico. In gergo tecnico si parla di segnale analogico. Questo significa che il segnale elettrico può essere impostato in modo continuo tra un valore minimo e uno massimo. Il segnale analogico più comunemente usato è quello da 0 a 10 Volt. Può variare tra 0 Volt e 10 Volt.
Semplice: tramite un segnale elettrico. In gergo tecnico si parla di segnale analogico. Questo significa che il segnale elettrico può essere impostato in modo continuo tra un valore minimo e uno massimo. Il segnale analogico più comunemente usato è quello da 0 a 10 Volt. Può variare tra 0 Volt e 10 Volt.
In altre parole, il potenziometro è un dispositivo che traduce la posizione della manopola in un segnale analogico (es. 0-10 Volt). Questo segnale analogico può essere utilizzato per controllare un altro dispositivo. Gli esempi sono infiniti, ma nel mondo HVAC i segnali analogici sono ampiamente usati per controllare motori EC, regolatori di velocità, posizionamento delle valvole, impostazione della temperatura desiderata, ecc. In questo articolo continueremo a usare l’esempio del controllo del motore EC. In questo caso, la ventola resta ferma se il segnale di controllo è 0 Volt. Quando il segnale (variabile in modo continuo) aumenta fino a 10 Volt, la ventola accelera (sempre in modo continuo) fino alla velocità massima, raggiunta a 10 Volt.
Tipi diversi di segnali analogici
Nella pratica esistono molti tipi diversi di segnali analogici, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi. Il tipo di dispositivo che deve essere controllato dal segnale analogico determina quale tipo di segnale è necessario. In alcuni casi ci sono più opzioni disponibili.
Ecco i segnali analogici più comuni:
- Segnali di tensione (es. 0-10 Volt): Usano una tensione diversa per trasmettere l’informazione. Il motore EC rileva il livello di tensione e determina la velocità in base a questo. Questo tipo di segnale è molto popolare perché può essere facilmente misurato con un voltmetro, facilitando la diagnostica. Lo svantaggio è che la lunghezza del cavo deve essere limitata: a causa della resistenza elettrica, c'è una caduta di tensione nei cavi lunghi, con conseguente perdita di precisione. In questo caso, la ventola potrebbe non raggiungere la velocità massima.
- Resistenza elettrica (es. 0-10 kΩ): È il metodo più conosciuto per comunicare un valore in elettronica. Un potenziometro è esso stesso un componente a resistenza variabile. Anche qui, se il cavo tra potenziometro e motore EC è troppo lungo, la resistenza aumenta e la precisione diminuisce. Se il cavo è corto, questa è una soluzione semplice ed economica.
- Segnali di corrente (es. 4-20 mA): Questi segnali variano la corrente per comunicare un valore. Il motore EC determina la velocità in base alla corrente ricevuta. Il vantaggio è che l’aumento della lunghezza del cavo non compromette l’accuratezza. Inoltre, è possibile rilevare un'interruzione del cavo (0 mA può indicare un guasto). Tuttavia, misurare la corrente è più complicato rispetto alla tensione.
- Segnali di frequenza (es. PWM): Si tratta di un treno di impulsi costanti in ampiezza, ma variabili in frequenza e durata. Il motore EC riceve questi impulsi e regola la velocità di conseguenza. Questo tipo di segnale non è sensibile alla resistenza del cavo o a cadute di tensione. Tuttavia, richiede elettronica avanzata e la diagnosi di errori è meno immediata.
In definitiva, tutti questi segnali analogici svolgono la stessa funzione: trasmettono o comunicano un determinato valore tra dispositivi diversi. La differenza tra questi tipi di segnali analogici può essere vista come la comunicazione dello stesso messaggio in una lingua diversa.
In sintesi: i segnali di tensione e resistenza sono semplici e adatti a brevi distanze, mentre quelli a corrente e frequenza sono più complessi ma ideali per distanze lunghe.
Il componente elettronico "Potenziometro"
Per spiegare il funzionamento di un potenziometro a una persona senza background tecnico, si utilizza spesso il paragone con un rubinetto dell’acqua, perché è qualcosa di familiare a tutti. In questo confronto, la tensione corrisponde alla pressione dell’acqua nel tubo. La corrente elettrica equivale al flusso d’acqua (quanta acqua scorre). La resistenza elettrica può essere vista come “quanto è stretto” il tubo.
In questo esempio, il potenziometro è il rubinetto che apre o chiude il tubo:
- Rubinetto aperto (bassa resistenza) = più acqua che scorre (corrente elevata)
- Rubinetto chiuso (alta resistenza) = meno acqua che scorre (corrente bassa)
Naturalmente, un potenziometro non ha nulla a che fare con l’acqua. È un componente elettronico a tre terminali che funziona come resistenza variabile o partitore di tensione. È costituito da un elemento resistivo, un contatto mobile (detto cursore) e tre terminali: due terminali fissi collegati alle estremità dell’elemento resistivo e un terminale variabile (il cursore) che scorre o ruota lungo l’elemento per variare la resistenza e quindi la tensione in uscita.
Quando una tensione viene applicata tra i due terminali fissi, il cursore divide la tensione in base alla sua posizione lungo l’elemento resistivo. Spostando il cursore si modifica la resistenza in una parte del circuito, mentre contemporaneamente cambia anche nell’altra. In questo modo si regola la tensione tra il cursore e uno dei terminali fissi.
In sintesi, possiamo dire: “La tensione è la spinta, la corrente è il flusso e la resistenza è quanto è difficile far scorrere la corrente.” Il potenziometro è semplicemente una manopola che modifica questa difficoltà. Viene spesso utilizzato nei circuiti elettronici per permettere all’utente di regolare facilmente un determinato valore, ad esempio il volume di una radio o la velocità di un ventilatore.
Un potenziometro non genera elettricità: controlla quanta elettricità può passare. Questa deve essere fornita da una fonte esterna. Nel caso dei potenziometri passivi, il segnale elettrico (tipicamente 10 Volt) è fornito da un dispositivo esterno (ad esempio un motore EC, un convertitore di frequenza, ecc.). Il potenziometro lascia passare più o meno corrente variando la resistenza elettrica, proprio come un rubinetto. I potenziometri passivi sono dispositivi semplici in cui il componente principale è il potenziometro stesso.
Esistono anche potenziometri in grado di generare autonomamente un segnale 0–10 Volt. Questi dispositivi sono detti “potenziometri attivi” perché producono direttamente il segnale. Contengono molti più componenti elettronici, interpretano la posizione della manopola e convertono la tensione di alimentazione in un segnale analogico. Tipicamente offrono la possibilità di scegliere tra un segnale 0–10 Volt, 0–20 mA o PWM, rendendoli compatibili con diversi tipi di dispositivi.
Un segnale di controllo (come 0–10 Volt) serve a dare un comando ai dispositivi, non ad alimentarli. Interpretando il segnale, il dispositivo assorbe una piccola quantità di corrente. Collegare uno o pochi dispositivi non è un problema, ma se se ne collegano troppi, l’assorbimento complessivo diventa eccessivo. L’impedenza di ingresso di un dispositivo indica quanto esso “carica” il segnale 0–10 Volt.
- Un’alta impedenza di ingresso significa che il dispositivo assorbe pochissimo: è quindi possibile collegarne molti.
- Una bassa impedenza di ingresso significa che il dispositivo assorbe di più: il segnale viene maggiormente “caricato”.
Quando si collegano troppi dispositivi al segnale 0–10 Volt, la sorgente di tensione del potenziometro non riesce più a mantenere i 10 Volt. Il segnale analogico “cede” (ad esempio da 10 Volt a 8 Volt o meno). Di conseguenza, i dispositivi ricevono un comando errato: per esempio, i motori non riescono più a raggiungere la velocità massima (invece di 10 Volt ricevono al massimo 8 Volt).
I cavi elettrici sono fatti di rame, un materiale che presenta resistenza elettrica. Più il cavo è lungo, maggiore è la resistenza e più difficile è il passaggio della corrente. Per questo motivo, lunghe distanze dei cavi influenzano negativamente anche i segnali analogici 0–10 Volt.
Alcuni potenziometri sono dotati di una sorgente di alimentazione molto potente, il che li rende particolarmente adatti per applicazioni in cui è necessario controllare più dispositivi e dove sono presenti cavi lunghi. Un esempio è SPV-8-010-MF.
La gamma di prodotti Sentera – Potenziometri e interruttori di controllo
Regolatori di velocità EC per il controllo continuo della velocità del ventilatore
Un potenziometro è tipicamente utilizzato per controllare la velocità dei motori EC nel settore HVAC. Per questo motivo viene anche chiamato regolatore di velocità del ventilatore EC o regolatore del ventilatore EC. Il potenziometro genera un segnale di controllo (in genere 0-10 Volt). Questo segnale di controllo fornisce informazioni a un altro dispositivo (ad esempio, il regolatore di velocità del ventilatore). In questo esempio, il potenziometro “informa” il regolatore di velocità della ventola sulla velocità richiesta tramite il segnale di controllo. Un segnale analogico può rappresentare un determinato valore (ad esempio: 8 Volt = 80%). Questo valore è compreso in un intervallo (0-10 Volt o 0-100%). I potenziometri o i regolatori di velocità del ventilatore EC generano un segnale di controllo continuo e variabile che può essere utilizzato per definire la velocità del ventilatore richiesta.
Un potenziometro è tipicamente utilizzato per controllare la velocità dei motori EC nel settore HVAC. Per questo motivo viene anche chiamato regolatore di velocità del ventilatore EC o regolatore del ventilatore EC. Il potenziometro genera un segnale di controllo (in genere 0-10 Volt). Questo segnale di controllo fornisce informazioni a un altro dispositivo (ad esempio, il regolatore di velocità del ventilatore). In questo esempio, il potenziometro “informa” il regolatore di velocità della ventola sulla velocità richiesta tramite il segnale di controllo. Un segnale analogico può rappresentare un determinato valore (ad esempio: 8 Volt = 80%). Questo valore è compreso in un intervallo (0-10 Volt o 0-100%). I potenziometri o i regolatori di velocità del ventilatore EC generano un segnale di controllo continuo e variabile che può essere utilizzato per definire la velocità del ventilatore richiesta.
La gamma di prodotti Sentera include tre gruppi di regolatori di velocità EC, suddivisi in base alla tensione di alimentazione:
1. Bassa tensione di alimentazione
Questi potenziometri sono estremamente adatti alla combinazione con motori EC che forniscono una tensione di alimentazione di 10 Volt CC (o simile). Offrono la possibilità di collegare sia la tensione di alimentazione che il segnale di controllo analogico tramite un unico cavo.
- La serie SDP-E0US richiede una tensione di alimentazione compresa tra 5 e 24 VCC. Il tipo di uscita può essere regolato modificando la posizione di un ponticello. Il valore minimo e massimo del segnale di uscita analogico può essere regolato tramite due trimmer. Il ponticello e i due trimmer si trovano dietro il pannello frontale del potenziometro, dove sono collegati i fili.
- La serie SDP-M010 richiede una tensione di alimentazione di 24 VCC. La manopola sul pannello frontale consente di impostare il segnale di uscita analogico. Se necessario, questa manopola può essere sovrascritta dalla comunicazione Modbus RTU. Se l'overruling tramite comunicazione Modbus RTU è attivo, il segnale di uscita analogico seguirà le informazioni contenute nel corrispondente registro di mantenimento Modbus. La manopola sul pannello frontale è disattivata durante l'overruling. Oltre alla regolazione del segnale di uscita analogico, tutte le impostazioni dei potenziometri possono essere regolate tramite la comunicazione Modbus RTU. Un'applicazione tipica è quella di escludere la manopola sul pannello frontale in determinati momenti della giornata. Ad esempio, in un edificio scolastico. La velocità del ventilatore EC può quindi essere impostata da remoto (tramite il sistema BMS o un computer centrale) mentre la manopola sul pannello frontale è disabilitata.
- La serie MTP-D010 richiede una tensione di alimentazione compresa tra 3 e 15 VCC. Questi potenziometri sono ancora disponibili nel classico tipo di custodia. Il segnale di uscita analogico può essere impostato tra il 10 % e il 100 % della tensione di alimentazione. Ad esempio, se questo potenziometro è collegato a una tensione di alimentazione di 10 Vc.c., il segnale di uscita analogico può essere impostato in un intervallo compreso tra 1 e 10 Vc.c.. Se la velocità del ventilatore è troppo elevata al suo valore massimo, è possibile ridurla, ad esempio, tra 1 e 8 Volt.
2. Tensione di alimentazione 230 VAC
Questi potenziometri richiedono una tensione di alimentazione di 230 VCA. Il segnale analogico può essere collegato tramite un cavo separato. I cavi di alimentazione (230 VCA) e i cavi del segnale di controllo devono sempre essere separati per evitare interferenze. Questi potenziometri sono stati sviluppati per generare un segnale analogico per i dispositivi che non forniscono una tensione di alimentazione di 10 Volt CC (o simile) per il potenziometro.
3. Potenziometri non alimentati 10 kOhm
Questi potenziometri non richiedono alimentazione. Offrono un valore di resistenza variabile nell'intervallo da 0 a 10 kilo Ohm (da 0 a 10.000 Ohm). Ciò consente di collegare questi potenziometri con un cavo a tre fili. L'unica differenza tra i prodotti di questo gruppo è il loro contenitore.
Interruttori di controllo per motori EC o attuatori per serrande
Questi dispositivi regolano la velocità dei ventilatori EC in passi. I potenziometri sopra citati generano un segnale a variazione continua. Tuttavia, ci sono alcune applicazioni in cui l'utente desidera regolare la velocità del ventilatore in pochi passi, dal minimo al massimo, e non in modo continuo. Per queste applicazioni si possono utilizzare gli interruttori di controllo Sentera. Gli interruttori di controllo generano un segnale di controllo in 3 fasi. Essi dividono il segnale analogico 0-10 Volt in tre passi (regolabili). In questo modo è possibile regolare la velocità del ventilatore in tre passi.
Interruttori di controllo per motori CA con avvolgimenti multipli
Un gruppo molto specifico di motori CA ha un funzionamento simile. Si tratta dei motori a 3 velocità utilizzati, ad esempio, nei ventilatori da soffitto. Questo gruppo di interruttori di controllo è progettato per controllare motori CA con 3 avvolgimenti separati. Ogni avvolgimento conferisce al motore una velocità diversa. Quando l'avvolgimento uno è alimentato, il motore inizia a girare lentamente. Quando viene alimentato il secondo avvolgimento, il motore gira un po' più velocemente. Quando viene alimentato il terzo avvolgimento, il motore gira alla massima velocità. Per controllare questo tipo di motori CA, è necessario un interruttore meccanico che colleghi la tensione di alimentazione a 230 VCA a uno dei tre avvolgimenti del motore. Per essere chiari, questo gruppo di interruttori di controllo non ha nulla a che fare con i segnali analogici.