Velocità macchine per cucire.

Il Vangelo secondo Giovanni, ovvero, ancora qualcosa da scrivere sulle macchine da cucire (nella sezione “fai da te” del sito è presente l’articolo “I misteri delle macchine per cucire”).

Qualche tempo addietro, un post su FB aveva catturato la mia attenzione, lo scritto di un amico aquilonista riprendeva ciò che anch’io in passato avevo pensato di sviluppare, sia io, sia lo scrivente in FB, abbiamo una macchina per cucire di tipo meccanico con qualche anno di vita alle spalle, la prerogativa comune, in negativo, di queste macchine è la loro scarsa capacità di modulare la velocita.

Dopo un paio di simpatiche e-mail con Giovanni apprendo il punto d’arrivo del suo pensiero, io in queste righe che seguono racconto il percorso da me fatto, in seguito alle sue già ottime considerazioni.

 Partiamo dall’origine, la volontà di Giovanni era ridurre la velocità del punto macchina, senza forzatamente mettere mano al portamonete in modo consistente, facendo vivere una seconda giovinezza alla propria macchina, e sino a qui anche io concordo, trovandomi sulla stessa linea di pensiero.

Vediamo ciò che ha sviluppato:

Utilizzo di due pedali a reostato per ridurre e modulare la velocità della macchina, la perdita di potenza sarà trascurabile giacché il sistema da lui sviluppato le concede di eseguire  punti cucito precisi in passaggi difficili altrimenti da gestire, il materiale da lavorare ha poche decine di micron di spessore (vedi icarex o similari ) risulta quindi minima la necessaria forza di penetrazione dell’ago.

                                            MODIFICA REOSTATI PEDALE.pdf (19696)   

Analizziamo il suo progetto, come da figura, notiamo i due pedali e il loro funzionamento, la possibilità di avere potenza piena e a seconda di come li impieghiamo, la capacità di ridurre la velocità.

Generalmente i vecchi pedali a reostato portano all’interno un condensatore e talvolta vi è associata una resistenza (il tutto serviva come filtro anti disturbo per gli apparecchi audio visivi di qualche decennio addietro, questi componenti possono ora venire rimossi in quanto non più necessari).

Segue la grossa  resistenza del pedale, (reostato), la quale associandosi al valore di resistenza dello statore del motore, ne varia di fatto entro i propri limiti la velocità. 

Quando il pedale è a fondo corsa, il reostato è by-passato da un contatto elettrico, il motore può utilizzare la totale tensione di rete.

Giovanni a tal proposito scriveva:

- Il pedale originale è (internamente) privo del condensatore e resistenza antidisturbo.

- Il pedale aggiuntivo è (internamente privo del condensatore antidisturbo).
- La famosa resistenza aggiuntiva inserita (dopo varie prove empiriche) è quella dell'antidisturbo, ma il suo valore deve essere dimensionato in funzione della potenza del motore e della velocità di lavoro desiderata (più basso è il valore della resistenza e maggiore sarà la resa del motore);
- In condizioni di riposo il pedale originale apre il circuito elettrico totale, il secondo pedale porta installata la resistenza aggiuntiva, quest’ultima lavora in serie al primo pedale e ha, in parallelo, il reostato del secondo pedale il quale non è per ora attivo quindi il suo reostato rimane non inserito nel circuito.
- Agendo sul pedale originale o primo pedale, moduliamo tramite la sua corsa la velocità del motore (il circuito statorico riceve, in serie, permanentemente la resistenza aggiuntiva del secondo pedale e in modo variabile il reostato del primo pedale; la marcia con questo comando sarà lenta e modulabile).
- Agendo sul primo pedale e poi avvalendosi anche del secondo abbiamo il valore di resistenza del primo reostato che si sommerà alla differenza prodotta dal valore della resistenza aggiuntiva ed il valore di resistenza del secondo reostato  ( questo valore totale delle resistenze del secondo pedale risulterà variabile in quanto modulabile dalla pressione data al pedale) , la velocità ottenuta ricalcherà più o meno quella d’origine della nostra macchina con un pedale solo,  con questo tipo di comando non si avranno benefici apprezzabili.
- Riassumendo, il pedale originale funge da interruttore, con entrambi i pedali a fondo corsa la macchina procede a velocità massima, se alzo il pedale aggiuntivo la macchina rallenta muovendosi con una velocità minima costante.
- Chiaramente il minor numero di giri del motore implica una potenza resa dallo stesso inferiore rispetto alla nominale, togliendo tensione perdiamo anche coppia motore.
- La temperatura del motore si mantiene assolutamente nella norma.
- Non si può generalizzare a priori il valore della resistenza da inserire (sarà principalmente frutto della potenza nominale del motore, della velocità desiderata, e non ultimo della potenza residua necessaria alla cucitura... cucire materiali spessi, implica una maggiore forza necessaria di penetrazione dell'ago che deve scendere più deciso) ... (questa modifica è fatta per cucire gli aquiloni in icarex e dunque non abbiamo necessità specifiche).......................

Per me tutto ciò fu molto interessante, quindi ho deciso di indagare quali altre soluzioni si potevano applicare per creare un dispositivo capace di dare una risposta comparabile a quanto già prodotto da Giovanni.

La soluzione ideale per far girare a velocità variabile i motori elettrici sono gli inverter questi dispositivi nascono per motori a induzione di tipo trifase per applicazioni industriali, tuttavia negli ultimi anni la commercializzazione e un massiccio uso anche in ambito civile, ha portato le aziende a costruire anche inverter monofase.

Questi dispositivi sono in grado di alimentare i motori elettrici variandone la frequenza (in Europa di rete abbiamo cinquanta Hertz) il dispositivo in linea di massima mantiene costanti i valori di tensione e mantiene la corrente assorbita entro limiti accettabili, un motore alimentato mediante questo dispositivo continua a lavorare con una buona coppia motrice non perdendo quindi in modo indicativo la sua potenza resa.

Questo tipo di applicazione tuttavia comporta dei costi d’insieme eccessivi per il nostro uso, non ultima considerazione è data dalla sostanziale differenza di un motore a induzione e uno con spazzole (“universale” tipico delle apparecchiature domestiche).

Acquistare a risoluzione una macchina per cucire di ultima generazione con variatore incluso o con motore elettrico alimentato con tensione continua, diventerebbe quindi quasi un passo obbligato.

Dobbiamo tenere presente che applicando un inverter esterno, dobbiamo in seguito creare tutte le rampe necessarie in fase di programmazione, per adeguarlo alla nostra volontà (l’inverter è in grado di offrire svariati controlli di funzione, il nostro utilizzo è di fatto elementare) chiaramente volendo noi, gestire il tutto con il nostro pedale, dovremmo opportunamente modificarlo, strada non convenientemente percorribile.

Con queste due considerazioni progettuali abbiamo capito come al variare della tensione fornita al motore, riusciamo a ridurre il numero dei giri motore, di compromesso abbiamo la limitata resa di potenza, in contrapposizione e in seconda analisi, per mantenere la potenza abbiamo l’inverter ora riusciamo a mantenere la coppia motrice, quindi buona potenza resa, lavorando principalmente sulla riduzione numerica dei cicli della sinusoide praticata dalla tensione (frequenza Hertz) però il sistema ci porta il costo finale dell’opera a farci desistere dal percorrere questa strada, proseguiamo.

Se non possiamo variare la frequenza in modo numerico, possiamo in alternativa spingerci a tagliare la sinusoide della frequenza utilizzando sistemi più economici.

La terza fase di sperimentazione, riguarderà quindi sistemi usati comunemente per svariate applicazioni civili (trapani elettrici, alcuni aspirapolvere, ventilatori e variatori di luce) questi semplici circuiti elettronici hanno una metodologia di controllo elettronico, basata sull’impiego di Scr o Triac.

In verità ci sono grosse differenze, un variatore di velocità dedicato per un ventilatore non si deve preoccupare dello scorrimento del motore poiché sarà l’aria e l’attrito delle pale elicoidali, la sola forza resistente che si oppone allo scorrimento.

Un trapano elettrico o un aspirapolvere montano dei motori elettrici capaci di lavorare sotto carico e con una resistenza allo scorrimento variabile questi motori per sopportare questo stress di funzionamento sono costruiti con un’impedenza molto elevata, capace di limitare l’assorbimento di corrente entro valori minimi, evitando che si brucino anche a rotore bloccato: Questi avvolgimenti sono definiti “Impedance protecded”.

Un variatore di luce infine è progettato per carichi resistivi e non induttivi.

Da qui si potrebbero ipotizzare infinite teorie o sviluppare nuove leggende, ritengo che continuare a eseguire delle prove a banco sia la miglior ricetta per fugare ogni dubbio sulla possibile applicazione di tali sistemi per le nostre macchine per cucire.

Vediamo, generalizzando il principio di funzionamento di questi dispositivi elettronici, e come lavorano in rapporto all’onda sinusoidale della tensione alternata, (un ciclo completo passa da un valore massimo positivo attraverso un momento zero fino a portarsi a un valore massimo negativo, ritornando poi allo zero e via a continuare).

 Partendo dal valore zero l’elettronica interviene dando un ritardo temporale tra il punto zero ed un semiperiodo del ciclo, il ritardo sarà regolato da un potenziometro che avvalendosi di un condensatore ed un “diac” ritarderà virtualmente l’innesco di un “triac”.

Il triac ora darà passaggio completo della tensione fino al prossimo passaggio della sinusoide dal punto di valore zero, qui sarà riaperto il circuito elettrico aspettando tramite il ritardo di cui sopra il prossimo innesco.

In sostanza non si varia numericamente la frequenza, ma la frazioniamo, il risultato sarà certamente anche quello di abbassare la tensione e quindi ridurre i giri motore  ma a vantaggio non abbiamo carichi resistivi che dissiperanno la potenza in calore, vediamo ora a banco quanta potenza motore utile perdiamo.

                                                             REGOLATORE TRAPANI.pdf (4793)

Comodo da analizzare è lo schema di questo “circuitino” con SCR applicabile fino a 1000 W di potenza.

La prova a banco, a dire il vero non ha prodotto momenti di entusiasmo, non sono i costi come per l’inverter a darmi freno, ma la scarsa risposta dei circuiti testati, non mi hanno incoraggiato a una realizzazione dedicata.

In buona sostanza sia il variatore elettronico per trapani a mano sia il regolatore di potenza per aspirapolvere non danno al nostro motore una modularità apprezzabile, anche se la prova da me effettuata ha valore empirico, ricordo ora il concetto di base, poter trovare in esecuzione semplice, un ausilio utile, la sua lavorazione e i suoi costi devono contenere un'impegno minimo.

Sono passato, come ultima prova a banco, a un regolatore d’intensità luminosa per una lampada domestica, sebbene questi regolatori nascano per sistemi resistivi, si può provare lo stesso (generalmente i varia-luce sono dedicati per carichi resistivi, con utilizzo su lampade alogene da 300 watt.).

Il tutto funziona chiaramente come nel sistema di Giovanni abbassando la tensione riduciamo potenza e velocità.

Il maggior vantaggio di questo sistema consiste nell’utilizzare un variatore di luce “di tipo volante” il quale con presa e spina applicata può essere collegato direttamente a monte della macchina (attenzione se la luce di lavoro è inclusa nel corpo macchina, subirà di conseguenza l’effetto “pub” meglio rimuoverla o servirsi di un’alimentazione pulita per la luce).

Credo che sia ciò che stavo cercando in origine, è di fatto funzionale, con i suoi limiti certo, ma efficace.

A potenza piena questi variatori di luce potrebbero non cedere tutta la tensione in tal caso un commutatore di by-pass potrebbe essere comodo, ma se il nostro dispositivo e collegato mediante presa e spina possiamo rimuoverlo se non utilizzato. 

A mio modesto avviso un’esecuzione per così dire volante, ci permette di tenere il dispositivo nel cassetto e solo nel caso ne abbiamo necessità, lo colleghiamo, senza dover in nessun modo alterare l’integrità della macchina per cucire.    

Queste sono le considerazioni da me fatte sull’argomento, ringrazio Giovanni Laurenza per aver tracciato la strada, io l’ho percorsa nelle mie possibilità, a voi lo scatto per il sorpasso.

Ricordiamoci in ogni caso di prestare attenzione se varia la temperatura di lavoro del motore questa va considerata.

 La minor velocità del motore rende anche una minore auto ventilazione, soluzione di raffreddamento tipica in questi motori, teniamone conto.

Allego in calce la copia della rivista Elettronica pratica anche se datata (1973), porta il concetto in modo chiaro.

                        elettronica pratica.pdf (1,3 MB)

 PS: Nella sezione blog i PDF non si riescono ad aprire direttamente nella pagina corrente, vanno quindi scaricati per prenderne visione. 

Nel PDF "regolatore trapani" vi è schematicamente il conduttore di terra non correttamente illustrato, potrebbe quindi ingannare, chiaramente è il collegamento centrale che corre da alimentazione a uscita pulito.

Buon lavoro.