Un atenuador es un dispositivo conectado a una lámpara y utilizado para reducir el brillo de la luz . Al cambiar la forma de onda de voltaje aplicada a la lámpara, es posible reducir la intensidad de la salida de luz. Aunque los dispositivos de voltaje variable se utilizan para diversos fines, el término atenuador generalmente se reserva para aquellos destinados a controlar la salida de luz de lámparas resistivas incandescentes , halógenas y (más recientemente) fluorescentes compactas (CFL) y diodos emisores de luz ( LED ). Se necesita equipo más especializado para atenuar la iluminación fluorescente , de vapor de mercurio , de estado sólido y otras luces de arco .
Los atenuadores varían en tamaño, desde unidades pequeñas del tamaño de interruptores de luz domésticos hasta unidades de alta potencia utilizadas en grandes instalaciones de iluminación arquitectónicas o teatrales. Los pequeños atenuadores domésticos generalmente se controlan directamente, aunque hay disponibles sistemas de control remoto (como el X10 ). Los atenuadores profesionales modernos generalmente están controlados por un sistema de control digital como DMX o DALI . En los sistemas más nuevos, estos protocolos se utilizan a menudo junto con Ethernet .
En la industria de la iluminación profesional, los cambios de intensidad se denominan "desvanecimientos" y pueden ser "aumentados" o "desvanecidos". Los atenuadores con control manual directo tenían un límite en la velocidad a la que podían variar, pero este problema se ha eliminado en gran medida con las unidades digitales modernas (aunque aún se pueden evitar cambios muy rápidos en el brillo por otras razones, como la vida útil de la lámpara).
Los atenuadores modernos se construyen con semiconductores en lugar de resistencias variables, porque tienen una mayor eficiencia . Una resistencia variable disiparía la energía en forma de calor y actuaría como divisor de voltaje . Dado que los atenuadores semiconductores o de estado sólido cambian rápidamente entre un estado "encendido" de baja resistencia y un estado "apagado" de alta resistencia, disipan muy poca energía en comparación con la carga controlada.
Más recientemente, los atenuadores internos programables por software pueden usar señales del mismo interruptor que enciende y apaga las luces para controlar la atenuación. No se necesita un atenuador externo dedicado. Un protocolo de comunicaciones simple, como Blink'n'Dim, envía comandos de atenuación a través de la línea eléctrica. Permiten el control por computadora a través de conmutadores en red, pero no lo requieren. Su costo es aproximadamente el mismo que el de los antiguos circuitos de "regulación" que reemplazan en bombillas, accesorios o controladores LED.
Los primeros atenuadores se controlaban directamente mediante la manipulación manual de grandes paneles de atenuación. Esto requería que toda la energía pasara por la ubicación de control de iluminación, lo que podría resultar inconveniente, ineficiente y potencialmente peligroso para sistemas grandes o de alta potencia, como los utilizados para la iluminación de escenarios .
En 1896, Granville Woods patentó su "Atenuador de seguridad", que reducía en gran medida el desperdicio de energía al reducir la cantidad de energía generada para satisfacer la demanda deseada en lugar de quemar energía no deseada. [1]
En 1959, Joel S. Spira , quien fundaría Lutron Electronics Company en 1961, inventó un atenuador basado en un entonces nuevo dispositivo de conmutación de estado sólido llamado Rectificador Controlado de Silicio o SCR. Este pequeño dispositivo permitió instalar el atenuador en una caja eléctrica de pared estándar y, al mismo tiempo, ahorrar energía. [2] [3]
En 1966, Eugene Alessio patentó un adaptador de casquillo para ajustar el nivel de luz de una sola bombilla mediante un triac . Para albergar este dispositivo, se decidió por un dispositivo redondo de 2 pulgadas con un extremo capaz de atornillarse a un portalámparas y el otro extremo capaz de recibir una bombilla. [4]
Cuando se empezaron a utilizar los atenuadores de estado sólido, los sistemas de control remoto analógicos (como los sistemas de control de iluminación de 0-10 V ) se volvieron factibles. El cable de los sistemas de control era mucho más pequeño (con baja corriente y menor peligro) que los pesados cables de alimentación de los sistemas de iluminación anteriores. Cada atenuador tenía sus propios cables de control, lo que provocaba que muchos cables salieran de la ubicación de control de iluminación.
Los protocolos de control digital más recientes como DMX512 , DALI o uno de los muchos protocolos basados en Ethernet como Art-Net , ETCnet, sACN , Pathport, ShowNet o KiNET [5] permiten el control de una gran cantidad de atenuadores (y otras etapas). equipo) a través de un solo cable.
Los atenuadores basados en reóstatos eran ineficientes ya que disiparían una parte significativa de la potencia nominal de la carga en forma de calor. Eran grandes y requerían mucho aire de refrigeración. Debido a que su efecto de atenuación dependía en gran medida de la carga total aplicada a cada reóstato, la carga debía adaptarse con bastante cuidado a la potencia nominal del reóstato. Finalmente, como dependían del control mecánico, eran lentos y era difícil cambiar muchos canales a la vez.
Los primeros ejemplos de atenuador de reóstato incluyen un atenuador de agua salada o un reóstato líquido ; el líquido entre un contacto móvil y fijo proporcionaba una resistencia variable. Cuanto más cerca estuvieran los contactos, más voltaje habría disponible para la luz. Los atenuadores de agua salada requerían la adición regular de agua y mantenimiento debido a la corrosión; Las piezas expuestas fueron energizadas durante la operación, presentando un riesgo de descarga eléctrica. [6] [ ¿ fuente poco confiable? ]
El transformador de rotación de bobina utilizaba una bobina de electroimán de posición fija junto con una bobina de posición variable para variar el voltaje en la línea variando la alineación de las dos bobinas. Girada 90 grados entre sí, la bobina secundaria se ve afectada por dos campos iguales pero opuestos del primario, que efectivamente se anulan entre sí y no producen voltaje en el secundario.
Estas bobinas se parecían al rotor y al estator estándar que se usan en un motor eléctrico, excepto que el rotor se mantenía contra la rotación mediante frenos y se movía a posiciones específicas mediante engranajes de alto par. Debido a que el rotor nunca daba una revolución completa, no se necesitaba un conmutador y en su lugar se podían usar cables largos y flexibles en el rotor.
Luego se introdujeron los autotransformadores variables (nombre comercial " Variac "). Si bien siguen siendo casi tan grandes como los atenuadores de reóstato, a los que se parecen mucho, son dispositivos relativamente eficientes. Su salida de voltaje, y por lo tanto su efecto de atenuación, es en gran medida independiente de la carga aplicada, por lo que fue mucho más fácil diseñar la iluminación que se conectaría a cada canal del autotransformador. El control remoto de los atenuadores todavía no era práctico, aunque algunos atenuadores estaban equipados con motores que podían reducir o aumentar lenta y constantemente el brillo de las lámparas adjuntas. Los autotransformadores han dejado de utilizarse para iluminación, pero se utilizan para otras aplicaciones.
Sin embargo, existen ciertos escenarios de iluminación en los que los autotransformadores siguen siendo una solución deseable (a partir de 2021). Por ejemplo, la sala de control de un estudio de grabación de audio puede requerir un límite extremadamente estricto de interferencias electromagnéticas. En comparación con los atenuadores de estado sólido, las emisiones conducidas producidas por los autotransformadores son prácticamente nulas. [ cita necesaria ]
Se introdujeron atenuadores de estado sólido o semiconductores para resolver algunos de estos problemas. Los atenuadores semiconductores se encienden en un tiempo ajustable (ángulo de fase) después del inicio de cada medio ciclo de corriente alterna, alterando así la forma de onda de voltaje aplicada a las lámparas y cambiando así su valor eficaz RMS . Debido a que conmutan en lugar de absorber parte del voltaje suministrado, se desperdicia muy poca energía. La atenuación puede ser casi instantánea y se controla fácilmente mediante dispositivos electrónicos remotos. Este desarrollo también hizo posible fabricar atenuadores lo suficientemente pequeños como para usarlos en el lugar (dentro del marco ) de los interruptores de luz domésticos normales.
Los interruptores generan algo de calor durante la conmutación y también pueden causar interferencias de radiofrecuencia . [7] Se utilizan inductores o bobinas de choque como parte del circuito para suprimir esta interferencia. Cuando el atenuador está al 50% de su potencia, los interruptores cambian su voltaje más alto (>325 V en Europa) y el aumento repentino de energía hace que las bobinas del inductor se muevan, creando un zumbido asociado con algunos tipos de atenuador; este mismo efecto se puede escuchar en los filamentos de las lámparas incandescentes como "cantando". El circuito de supresión puede ser insuficiente para evitar que se escuchen zumbidos en equipos de radio y audio sensibles que comparten el suministro de red con las cargas de iluminación. En este caso, se deben tomar medidas especiales para evitar esta interferencia. [8] Los atenuadores europeos deben cumplir los requisitos pertinentes de la legislación EMC ; Esto implica suprimir las emisiones descritas anteriormente hasta los límites descritos en EN55104.
En el esquema eléctrico que se muestra, un atenuador de luz típico basado en un rectificador controlado por silicio (SCR) atenúa la luz mediante el control del ángulo de fase. Esta unidad está cableada en serie con la carga. Los diodos (D2, D3, D4 y D5) forman un puente que genera CC pulsada. R1 y C1 forman un circuito con una constante de tiempo. A medida que el voltaje aumenta desde cero (al comienzo de cada media onda), C1 se carga. Cuando C1 puede hacer que el diodo Zener D6 conduzca e inyecte corriente en el SCR, el SCR se activa. Cuando el SCR conduce, D1 descarga C1 a través del SCR. El SCR se apaga cuando la corriente cae a cero y el voltaje de suministro cae al final del medio ciclo, listo para que el circuito comience a funcionar en el siguiente medio ciclo. Este circuito se denomina atenuador de vanguardia o atenuación de fase directa . Los atenuadores de última generación funcionan bien con lámparas incandescentes, pero no con todos los tipos de lámparas LED. [9]
Los atenuadores basados en transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) eliminan la mayor parte del ruido presente en los TRIAC cortando el lado descendente de la onda sinusoidal. Estos circuitos se denominan atenuadores de fase inversa o atenuadores de fase inversa y funcionan bien con lámparas LED. [9]
Una tecnología aún más nueva, pero aún costosa, es la atenuación de onda sinusoidal , que se implementa como una fuente de alimentación de modo conmutado de alta potencia seguida de un filtro. [10] [11]
Los reguladores no domésticos suelen controlarse de forma remota mediante diversos protocolos. Los atenuadores analógicos generalmente requieren un cable separado para cada canal de atenuación que transporta un voltaje entre 0 y 10 V. Luego, algunos circuitos analógicos derivan una señal de control de este y del suministro de red para los interruptores. A medida que se agregan más canales al sistema, se necesitan más cables entre el controlador de iluminación y los atenuadores.
A finales de los años 70 se desarrollaron protocolos analógicos en serie. Estos multiplexaban una serie de niveles analógicos en un solo cable, con una señal de sincronización integrada similar a una señal de video compuesto (en el caso del estándar europeo D54 de Strand Lighting , que maneja 384 atenuadores) o una señal de sincronización separada (en el caso del estándar estadounidense AMX192 ).
Los protocolos digitales, como DMX512 , han demostrado ser la respuesta desde finales de los años 80. En las primeras implementaciones, se enviaba una señal digital desde el controlador a un demultiplexor , que se encontraba junto a los atenuadores. Esto convertía la señal digital en una colección de señales de 0 a +10 V o de 0 a −10 V que podían conectarse a los circuitos de control analógicos individuales.
Los diseños de atenuadores modernos utilizan microprocesadores para convertir la señal digital directamente en una señal de control para los interruptores. Esto tiene muchas ventajas, ya que brinda un control más preciso sobre la atenuación y brinda la oportunidad de enviar información de diagnóstico digitalmente al controlador de iluminación.
Algunos atenuadores en aplicaciones residenciales también están equipados con un receptor de radio para usarse como interruptores de luz inalámbricos que pueden controlarse de forma remota mediante un transmisor de radio. [12]
La conexión es la asignación física ("parche duro") o virtual ("parche suave") a un circuito o canal con fines de control.
Los atenuadores generalmente se organizan juntos en bastidores, donde se puede acceder fácilmente a ellos, y luego se suministra energía a los instrumentos que se controlan. En las instalaciones arquitectónicas, la electricidad pasa directamente desde los atenuadores a las luces a través de un cableado permanente (esto se llama circuito ) . Son difíciles de administrar y no se pueden cambiar.
Sin embargo, lugares como los teatros exigen más flexibilidad. Para permitir cambios en cada espectáculo, y ocasionalmente durante los espectáculos, los teatros a veces instalan circuitos conectados permanentemente a enchufes alrededor del teatro. En lugar de que estos circuitos vayan directamente al atenuador, están conectados a una bahía de conexión . Por lo general, se encuentra un compartimento de conexión junto a los atenuadores, lo que permite conectarlos a circuitos específicos mediante un cable de conexión. El patch bay también puede permitir conectar muchos circuitos a un atenuador e incluso una conexión en serie para lámparas de bajo voltaje. También en algunos cines los cables individuales van directamente desde la luz al atenuador. Las conexiones asignadas entre los circuitos (ya sea en el patch bay o en forma de cables individuales) y los atenuadores se conocen como red o hard patch . Esto es más común en teatros más antiguos y en una gira donde la compañía de gira traerá atenuadores.
La mayoría de las instalaciones fijas modernas no tienen bahías de conexión; en su lugar, tienen un atenuador por circuito y conectan atenuadores a canales utilizando el Soft Patch de una consola de control computarizada .
El diseño de la mayoría de los atenuadores analógicos significaba que la salida del atenuador no era directamente proporcional a la entrada. En cambio, cuando el operador subía un atenuador, el atenuador se atenuaba lentamente al principio, luego rápidamente en el medio y luego lentamente en la parte superior. La forma de la curva se parecía a la del tercer cuarto de una onda sinusoidal. Diferentes atenuadores produjeron diferentes curvas de atenuación y diferentes aplicaciones normalmente exigían diferentes respuestas.
La televisión suele utilizar una curva de "ley del cuadrado", que proporciona un control más preciso en la parte superior de la curva, esencial para permitir un recorte preciso de la temperatura del color de la iluminación. Los atenuadores de teatro tienden a utilizar una "S" más suave o una curva lineal. Se pueden fabricar atenuadores digitales para que tengan cualquier curva que desee el fabricante; pueden elegir entre una relación lineal y la selección de diferentes curvas, de modo que puedan combinarse con atenuadores analógicos más antiguos. Los sistemas sofisticados proporcionan curvas no estándar o programables por el usuario, y un uso común de una curva no estándar es convertir un atenuador en uno "no regulable", encendiéndolo a un nivel de control definido por el usuario.
Cambiar las lámparas incandescentes (de filamento) de alta intensidad a máxima potencia desde el frío puede acortar drásticamente su vida útil, debido a la gran irrupción de corriente que se produce. Para reducir la tensión sobre los filamentos de la lámpara, los atenuadores pueden tener una función de precalentamiento . Esto fija un nivel mínimo, normalmente entre el 5% y el 10%, que parece apagado, pero evita que la lámpara se enfríe demasiado. Esto también acelera la reacción de la lámpara ante repentinos estallidos de energía, algo que aprecian los operadores de espectáculos de estilo rock'n'roll. Lo opuesto a esta función a veces se denomina top-set . Esto limita la potencia máxima suministrada a una lámpara, lo que también puede prolongar su vida.
En sistemas menos avanzados, este mismo efecto se logra literalmente precalentando (calentando) los globos antes de un evento o actuación. Esto generalmente se logra llevando lentamente las luces a su máxima potencia (o generalmente al 90-95 %) durante un período de entre 1/2 y 1 hora. Esto es tan efectivo como la función de precalentamiento incorporada.
Los escritorios digitales modernos pueden emular curvas de precalentamiento y atenuación y permitir que se realice un parche suave en la memoria. A menudo se prefiere esto, ya que significa que el bastidor del atenuador se puede cambiar por otro sin tener que transferir configuraciones complicadas. Se pueden programar y utilizar muchas curvas o perfiles diferentes en diferentes canales.
Una medida de la calidad de un atenuador de vanguardia es el "tiempo de subida". El tiempo de subida en este contexto es la cantidad de tiempo que tarda la parte cortada de la forma de onda en llegar de cero al voltaje de salida instantáneo. En la forma de onda de arriba es una medida de la pendiente del borde casi vertical de la traza roja. Normalmente se mide en decenas a cientos de microsegundos. Un tiempo de subida más largo reduce el ruido del atenuador y de la lámpara, además de prolongar la vida útil de la lámpara. Un tiempo de subida más largo también reduce la interferencia electromagnética producida por el atenuador. Como era de esperar, un tiempo de subida más largo es más caro de implementar que uno corto, esto se debe a que hay que aumentar el tamaño del estrangulador. Los métodos de atenuación más nuevos pueden ayudar a minimizar estos problemas.
