Como os controladores de ventilador de teto funcionam?

Existem alguns dispositivos que parecem redutores de luz comuns, mas são vendidos expressamente para o controle de velocidade do ventilador de teto. Por exemplo: Lutron Diva Controle silencioso de 3 velocidades . Ao contrário de um redutor comum, ele possui um interruptor de três posições para velocidades baixa, média e alta, em vez de um botão continuamente variável. O manual mostra a fiação típica, que é como um redutor comum:

(o fio vermelho / branco não conectado é para um circuito de três vias opcional)

Ouvi pessoas dizerem "não acenda um ventilador no dimmer; você começará um incêndio", mas não diga o porquê. No entanto, o fato de a Lutron vender este dispositivo expressamente para os fãs sugere que é algo diferente de um redutor de luz triac comum e que é totalmente seguro, mas eles também não dizem o porquê.

Também sei que quando comprei esta casa, um controlador de ventilador diferente e mais feio de um tipo semelhante foi instalado. Será que esse ventilador de teto foi projetado para esse tipo de controle, onde outros não o são?

Alguém pode me dizer, como engenheiro eletricista, exatamente o que esses controladores de velocidade dos ventiladores fazem eletricamente? Como eles são diferentes dos reguladores de luz triac comuns?

Recentemente (hoje) eu estava ajudando alguém nas reformas de suas casas, incluindo a substituição dos controladores de ventoinhas de três velocidades. O antigo, que retiramos e substituímos, é mostrado abaixo. Observe o diagrama de circuito bruto no objeto de caixa preta (o controlador de velocidade do ventilador).

Eu deduzo que o controlador do ventilador funciona inserindo uma capacitância no circuito de fonte de alimentação do ventilador. A velocidade lenta é obtida usando o capacitor de 4.3uF (roxo, P), a velocidade média é obtida usando o capacitor de 2.1uF (vermelho, R) e a alta velocidade é obtida por conexão direta (sem capacitor).

Aqui está um diagrama de circuito para um controlador de motor de três velocidades muito semelhante da Clipsal.

Não compreendo motores de indução monofásicos suficientemente bem para afirmar com certeza exatamente como a capacitância extra modifica a velocidade do motor. Desculpe!

Observe que os motores de indução monofásicos não são de partida automática e devem incluir um enrolamento auxiliar de mudança de fase para fornecer torque de partida. A mudança de fase é fornecida por um capacitor, que pode ser relevante. (Se alguém souber mais sobre o funcionamento de motores de indução monofásicos, avance!)

Meu entendimento dos reguladores de luz é que eles não controlam a tensão, mas cortam a tensão durante parte do ciclo. Um triac é diferente de um transistor, pois possui apenas estados de ativação / desativação, você pode desativá-lo, mas um cruzamento zero redefine-o para ativado. Portanto, com um timer de R / C, você pode desativá-lo algum tempo após o cruzamento de zero e ele liga novamente após o próximo cruzamento de zero. Assim, você está reduzindo a quantidade de tempo por ciclo em que a energia está ligada. Isso funciona bem para uma luz que brilhará durante o ciclo e suavizará a curva de potência. Um motor vibrará porque você o liga e desliga a cada ciclo e as bobinas / estator saltam e criam ruído.

Não sei por que isso causaria um incêndio. Os dimmers de luz são geralmente classificados em 1500W, muito mais do que o motor do ventilador. Mas pode haver algum calor causado pela troca de uma carga indutiva - apenas adivinhação, ou calor nas bobinas do motor a partir da forma de onda irregular?

Há uma queda de tensão no capacitor. A quantidade de queda de tensão é inversamente proporcional ao valor de sua capacitância. O uso de diferentes valores do capacitor em série com o motor do ventilador significa que diferentes níveis de tensão são aplicados ao motor do ventilador. A velocidade do motor do ventilador é determinada pela tensão aplicada. Os capacitores são usados ​​para obter queda de tensão porque não criam calor, como faria um resistor, o que representaria um risco de incêndio.

Não sou engenheiro elétrico, mas tive esse mesmo problema. Eu estava tentando controlar dois ventiladores de sala comuns montados no teto com um controlador de ventilador montado na caixa de velocidade de lutron 3 (que achei mais tarde um problema porque o consumo combinado de amperagem excedia a capacidade do comutador). Os ventiladores eram motores de derivação de velocidade múltipla sem capacitor. Com os ventiladores mudando para alto e o controlador de parede alto, eles funcionaram bem. Quando troquei o controlador para a configuração média (44 VCA), os ventiladores parariam de funcionar, também na configuração baixa (26 VCA). Então, eu abri uma ventoinha de celing para descobrir que era um único motor de ventilador de torneira com um capacitor controlado por uma caixa preta para a velocidade. Portanto, minha teoria é que um motor de ventilador de velocidade múltipla precisará de algum tipo de capacitor alinhado com o circuito de enrolamento de alta velocidade (5uf?) Para operar nas tensões mais baixas das posições de comutação média e baixa. Sem o capacitor, a tensão não possui esferas suficientes (por falta de prazo melhor) para manter o motor do ventilador girando em tensão reduzida. Além disso, o controlador do ventilador tem uma classificação atual de 1.5A e um controlador de luz possui uma classificação atual de apenas 600W; acho que é aí que o risco de incêndio entra em vigor.

Estudei o controlador que veio com um ventilador da Westinghouse que acabei de comprar. Somente o cabo de força passa pelo controlador e cada configuração de velocidade altera a tensão do A / C no lado da saída do controlador da seguinte maneira:

1. 120 VAC
2. 90 VAC
3. 80 VAC
4. 70 VAC
5. 60 VAC

Como a velocidade do motor de A / C só pode ser controlada alterando a frequência da fonte, devo assumir que o transformador no controlador foi o primeiro estágio do controle de energia e o ventilador possui um retificador e um motor de D / C. Isso é um palpite, mas é a única coisa que faz sentido e seria uma maneira muito eficiente de controlar um fã.

Os ventiladores de teto têm uma classificação de corrente mais alta que as luzes, e corrente mais alta significa mais aquecimento (o aquecimento causado pela corrente é proporcional ao quadrado da corrente). Os controladores de ventiladores seriam equipados para lidar com grandes quantidades de calor, enquanto os reguladores de luz que normalmente operam em correntes mais baixas queimavam devido ao superaquecimento.

No que diz respeito à operação do dispositivo, o controle de velocidade do ventilador e o escurecimento da luz envolvem basicamente o controle da quantidade de energia fornecida à carga (luzes / ventilador, conforme o caso). O circuito do regulador / dimmer tem o efeito geral de um interruptor, cuja ação pode ser controlada para regular a quantidade de energia fornecida à carga.