Controller per taglierina a filo caldo per polistirolo

Proponiamo, in questo articolo, un controller per filo a caldo a basse perdite, utilizzando un circuito dimmer a bassa tensione. Il polistirolo espanso è ampiamente utilizzato nel modellismo e nell'artigianato domestico. Se si cerca di intagliarlo nella forma desiderata con un coltello, esso si ricopre rapidamente di tante piccole perle bianche caricate staticamente, che si attaccano a tutto. E' meglio, quindi, usare una fresa a filo caldo che migliora la precisione del taglio e non crea problemi di sorta. Per ottimi risultati, la temperatura del filo caldo dovrebbe essere regolabile. Lo scopo si raggiunge con un regolatore di potenza a controllo di fase.

Introduzione

Se si vuole iniziare a modellare questo tipo di materiale, ora è il momento buono per farlo. La lama attraversa il polistirolo come un coltello caldo passa nel burro. Essa è facile da usare e produce anche una superficie liscia. L'importante è impostare una corretta temperatura del filo. Quest'ultimo diventa caldo quando la corrente lo attraversa. La regolazione di corrente permette di ottenere migliori prestazioni. Per raggiungere buoni risultati sono richieste poche decine di watt, pertanto è importante che il controllo di potenza sia il più efficiente possibile. Un dimmer a bassa tensione a controllo di fase soddisfa questi requisiti, con basse perdite.

Il controllo di fase

Per controllare l'energia che passa attraverso il filo caldo non basta un semplice regolatore di luminosità e sostituire la lampada a filamento con il filo da taglio. Senza un adeguato isolamento galvanico tra il filo caldo e la tensione di rete a 230 V, il divertente passatempo del modellismo si trasformerebbe in un pericoloso gioco letale, come la Roulette russa. L'utilizzo di un trasformatore è assolutamente essenziale per isolare l'alimentazione di rete. Occorre un trasformatore a bassa tensione secondaria, compatibile con il carico a bassa resistenza del filo caldo. La Figura 1 mostra il circuito completo.

Figura 1: lo schema elettrico della fresa per polistirolo a filo caldo a controllo di fase. Chi ha bisogno di un microcontrollore?

Figura 1: lo schema elettrico della fresa per polistirolo a filo caldo a controllo di fase. Chi ha bisogno di un microcontrollore?

Gli amatori dell'elettronica analogica saranno contenti. Si nota l'assenza del microcontrollore. Per il controllo si usa l'NE555, il chip timer universale. IC2 è sincronizzato sulla frequenza di rete (50 Hz). Il potenziometro imposta il ritardo rispetto all'attraversamento dello zero della forma d'onda per il triac. Il circuito dimmer è alimentato da un piccolo trasformatore ed è, quindi, completamente indipendente dal trasformatore del filo caldo. Il circuito è molto semplice e si può realizzare anche su una basetta perforata.

Il funzionamento del circuito

L'alimentazione del circuito di controllo fa capo al trasformatore Tr1. Esso assorbe pochi milliampere, quindi un piccolo trasformatore di 1.5 VA è sufficiente. I diodi da D1 a D4 formano un raddrizzatore a ponte. D5 raddrizza la tensione CC sul condensatore C1. L'onda di 100 Hz rettificata con un picco di circa 20 V è applicata al resistore R2. Tale forma d'onda attiva T1 quando supera lo zero, e lo spegne poco prima che scenda sotto lo zero. Una sequenza di impulsi positivi sono prodotti da T1, appena prima e subito dopo dell'attraversamento del punto zero della rete. Il regolatore di tensione IC1 fornisce i 12 V per alimentare il circuito e non ha bisogno di un dissipatore di calore. Il timer IC2 è configurato come multivibratore monostabile. Il condensatore C4, insieme a P1, R6 e R7 determinano l'ampiezza dell'impulso di uscita, secondo la formula:

T = 1.1 R C

Con i valori dei componenti indicati in questo circuito è possibile regolare P1 per ottenere una larghezza di impulso compresa tra 0.3 ms e 8 ms. La potenza raggiunta da P1 è compresa tra quasi 100% e il 5%. IC2 è attivato dal fronte negativo del segnale di T1 e genera un segnale alto sul pin 3. Dopo l'attesa del monostabile, l'uscita ritorna a livello basso per attivare T2, tramite R10 e C6, al fine di azionare il triac T3. Il triac si spegne quando la forma d'onda principale passa per lo zero. Vale la pena sottolineare che il valore di resistenza di un potenziometro, di solito, ha una tolleranza abbastanza ampia. Il resistore R6 è collegato in parallelo a P1: se la resistenza effettiva di R6 e P1 è troppo alta, la larghezza dell'impulso di uscita risulta maggiore di una semionda (10 ms). In questo caso il triac verrà attivato ogni mezzo ciclo. Il trasformatore sarebbe, quindi, caricato in modo asimmetrico e la regolazione alla minima potenza non corrisponderebbe all'impostazione di P1. Si può controllare la larghezza di impulso di uscita utilizzando un multimetro per misurare il massimo valore di resistenza ottenibile con P1 e R6 in parallelo (dovrebbe essere minore o uguale a 80 kΩ). Se necessario, si può cambiare R6 con un valore inferiore.

Conclusioni

Il primo prototipo del circuito è stato realizzato su una basetta perforata. Si può, quindi, allestire un PCB con un programma di CAD/CAE (vedi Figura 2). La traccia si può scaricare dalla pagina web dell'articolo [1].

Figura 2: la scheda con tutti i componenti elettronici montati dovrebbe assomigliare a questa simulazione 3D

Figura 2: la scheda con tutti i componenti elettronici montati dovrebbe assomigliare a questa simulazione 3D

L'assemblaggio reale e definitivo risulta come quello mostrato in Figura 3. Si potrebbe provare a cambiare il valore di R7 per un funzionamento ottimale. Non sono stati usati componenti SMD, in questo modo le saldature risultano più semplici. Il tipo di filo usato per tagliare il polistirolo gioca un ruolo importante nelle prestazioni della fresa.

Figura 3: il prototipo finale, costruito su un PCB

Figura 3: il prototipo finale, costruito su un PCB

Il filo elettrico standard non è l'ideale, perché a lunghezza corta possiede una resistenza relativamente bassa e richiede un flusso di corrente elevato. Si potrebbe utilizzare, con successo, il filo del riscaldatore recuperato da vecchi asciugacapelli o da un tostapane, etc. Esso deve essere srotolato con attenzione, evitando la presenza di nodi. Gli altri tipi di filo come, ad esempio, quello del pianoforte o le corde della chitarra in acciaio non vanno bene. Quando il polistirolo si scioglie, il filo si raffredda e la sua resistenza aumenta. Meccanicamente esso deve risultare ben tirato e teso. Il trasformatore di alimentazione deve essere scelto con cura, per garantire la necessaria corrente per il filo riscaldatore. Il triac ha bisogno di un dissipatore di calore quando la corrente in transito supera 1 A. Per un'intensità di 5 A è necessario adottare un dissipatore più efficiente.

Web link

Articolo originale in inglese al link: Hot-wire Cutter Controller for Styrofoam

 

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