Πώς να διαχειριστείτε με ασφάλεια ένα φορτίο 220 volt χρησιμοποιώντας το Arduino

Για το σύστημα Smart Home, το κύριο καθήκον είναι ο έλεγχος των οικιακών συσκευών από μια συσκευή ελέγχου, είτε πρόκειται για μικροελεγκτή τύπου Arduino, μικροϋπολογιστή τύπου Raspberry PI είτε για οποιονδήποτε άλλο. Αλλά για να γίνει αυτό άμεσα δεν λειτουργεί, ας υπολογίσουμε πώς να διαχειριστεί το 220 V φορτίο με Arduino.

Για τον έλεγχο των κυκλωμάτων εναλλασσόμενου ρεύματος, ο μικροελεγκτής δεν επαρκεί για δύο λόγους:

1. Στην έξοδο μικροελεγκτή παράγεται ένα σήμα σταθερής τάσης.

2. Το ρεύμα μέσω του ακροδέκτη του μικροελεγκτή περιορίζεται συνήθως στα 20-40 mA.

Έχουμε δύο επιλογές για την εναλλαγή χρησιμοποιώντας ένα ρελέ ή χρησιμοποιώντας ένα τριακ. Το τριακ μπορεί να αντικατασταθεί από δύο θυρίστορ που ενεργοποιούνται παράλληλα (αυτή είναι η εσωτερική δομή του τριακ). Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό.

220 ελέγχου φορτίου Στο χρησιμοποιώντας ένα triac και μικροελεγκτή

Η εσωτερική δομή του triac φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Ο θυροσκόπτης λειτουργεί ως εξής: όταν εφαρμόζεται τάση προς τα εμπρός τάσης στον θυρίστορ (συν την άνοδο και μείον στην κάθοδο), δεν θα περάσει από το ρεύμα μέχρι να εφαρμόσετε έναν παλμό ελέγχου στο ηλεκτρόδιο ελέγχου.

Έγραψα μια ώθηση για έναν λόγο. Σε αντίθεση με ένα τρανζίστορ, ένας θυρίστορας είναι ένας διακόπτης ημιαγωγού SEMI-CONTROLLED. Αυτό σημαίνει ότι όταν αφαιρεθεί το σήμα ελέγχου, το ρεύμα μέσω του θυρίστορ θα συνεχίσει να ρέει, δηλ. θα παραμείνει ανοικτός. Για να το κλείσετε, πρέπει να διακόψετε το ρεύμα στο κύκλωμα ή να αλλάξετε την πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης.

Αυτό σημαίνει ότι όταν κρατάτε ένα θετικό παλμό στο ηλεκτρόδιο ελέγχου, χρειάζεστε ένα θυρίστορ στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος για να περάσετε μόνο το θετικό μισό κύμα. Το τριακ μπορεί να περάσει το ρεύμα και προς τις δύο κατευθύνσεις, αλλά επειδή Αποτελείται από δύο θυρίστορ συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Οι παλμοί ελέγχου σε πολικότητα για κάθε ένα από τους εσωτερικούς θυρίστορς πρέπει να αντιστοιχούν στην πολικότητα του αντίστοιχου μισού κύματος, μόνο αν πληρούται αυτή η συνθήκη, ένα εναλλασσόμενο ρεύμα θα ρέει διαμέσου του τριακ. Στην πράξη, ένα τέτοιο σύστημα εφαρμόζεται από κοινού ελεγκτή ισχύος triac.

Όπως είπα, ο μικροελεγκτής δίνει ένα σήμα μόνο μιας πολικότητας, προκειμένου να συντονίσει το σήμα που χρειάζεστε για να χρησιμοποιήσετε ένα πρόγραμμα οδήγησης που βασίζεται σε έναν προσομοιωτή οπτικών ιντσών.

Έτσι, το σήμα ενεργοποιεί την εσωτερική λυχνία LED του οπτικού συζεύκτη, ανοίγει το triac, το οποίο τροφοδοτεί το σήμα ελέγχου στο triac τροφοδοσίας T1. Ως οπτικό πρόγραμμα οδήγησης, το MOC3063 και τα παρόμοια μπορούν να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, η φωτογραφία παρακάτω δείχνει MOC3041.

Κύκλωμα μηδενικής διέλευσης - κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδενικής φάσης. Είναι απαραίτητο για την εφαρμογή διαφόρων ειδών ρυθμιστών triac σε μικροελεγκτή.

Εάν το κύκλωμα είναι επίσης χωρίς οπτικό οδηγό, όπου ο συντονισμός οργανώνεται μέσω μιας γέφυρας δίοδος, αλλά σε αυτό, σε αντίθεση με την προηγούμενη έκδοση, δεν υπάρχει γαλβανική απομόνωση. Αυτό σημαίνει ότι κατά την πρώτη αύξηση της τάσης, η γέφυρα μπορεί να σπάσει και υψηλή τάση θα είναι στην έξοδο του μικροελεγκτή, η οποία είναι κακή.

Όταν ενεργοποιείτε / απενεργοποιείτε ένα ισχυρό φορτίο, ειδικά έναν επαγωγικό χαρακτήρα, όπως κινητήρες και ηλεκτρομαγνήτες, εμφανίζονται τάσεις τάσης, επομένως πρέπει να εγκαταστήσετε ένα κύκλωμα RC snubber παράλληλα με όλες τις συσκευές ημιαγωγών.

Ρελέ και Αrduino

Για τον έλεγχο των ρελέ με ΑΤο Rduino πρέπει να χρησιμοποιήσει ένα πρόσθετο τρανζίστορ για να ενισχύσει το ρεύμα.

Σημειώστε ότι χρησιμοποιείται ένα διπολικό τρανζίστορ αντίστροφης αγωγιμότητας (δομή NPN), μπορεί να είναι οικιακό KT315 (αγαπημένο και γνωστό). Η δίοδος είναι απαραίτητη για την καταστολή των τάσεων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF) από την αυτοεπαγωγή στην αυτεπαγωγή, αυτό είναι απαραίτητο, έτσι ώστε το τρανζίστορ να μην αποτυγχάνει από μια υψηλή εφαρμοζόμενη τάση.Γιατί αυτό συμβαίνει, θα εξηγήσει το νόμο της αλλαγής: "Το ρεύμα στην επαγωγή δεν μπορεί να αλλάξει άμεσα".

Και όταν το τρανζίστορ είναι κλειστό (αφαίρεση του παλμού ελέγχου), η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που συσσωρεύεται στο πηνίο του ρελέ πρέπει να πάει κάπου, γι 'αυτό και είναι εγκατεστημένη η αντίστροφη δίοδος. Και πάλι, παρατηρώ ότι η δίοδος συνδέεται στην κατεύθυνση BACK, δηλ. κάθοδος προς θετική, άνοδο προς αρνητική.

Μπορείτε να συναρμολογήσετε ένα τέτοιο πρόγραμμα μόνος σας, το οποίο είναι πολύ φθηνότερο, καθώς μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ρελέγια κάθε σταθερή τάση.

Ή αγοράστε μια έτοιμη μονάδα ή μια ολόκληρη ασπίδα με ένα ρελέ για Arduino:

Η φωτογραφία δείχνει μια σπιτική ασπίδα, παρεμπιπτόντως, χρησιμοποίησε το KT315G για να ενισχύσει το ρεύμα, και κάτω από εσύ βλέπεις την ίδια εργοστασιακή ασπίδα:

Αυτές είναι ασπίδες 4 καναλιών, δηλ. μπορείτε να συμπεριλάβετε έως και τέσσερις γραμμές των 220 V. Αναλυτικά σχετικά με τις ασπίδες και τους ηλεκτρονόμους, έχουμε ήδη δημοσιεύσει ένα άρθρο στον ιστότοπο - Χρήσιμες ασπίδες για το Arduino

Το διάγραμμα σύνδεσης του φορτίου σε τάση 220 V σε Arduino μέσω ρελέ:

Συμπέρασμα

Ασφαλής διαχείριση φορτίου AC σημαίνει πρώτα απ 'όλα ασφάλεια μικροελεγκτή όλες οι πληροφορίες που περιγράφονται παραπάνω ισχύουν για κάθε μικροελεγκτή, όχι μόνο για τον πίνακα Arduino.

Το κύριο καθήκον είναι η παροχή της απαραίτητης τάσης και ρεύματος για τον έλεγχο του triac ή του ρελέ και της γαλβανικής απομόνωσης των κυκλωμάτων ελέγχου και του κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος.

Εκτός από την ασφάλεια για τον μικροελεγκτή, με αυτόν τον τρόπο ασφαλίζετε τον εαυτό σας έτσι ώστε να μην υποστείτε ηλεκτροπληξία κατά τη διάρκεια της συντήρησης. Όταν εργάζεστε με υψηλή τάση, πρέπει να ακολουθείτε όλους τους κανόνες ασφαλείας, να συμμορφώνεστε με τα PUE και PTEP.

Αυτά τα συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για τον έλεγχο ισχυρών εκκινητών και επαφών. Οι τριάδες και τα ρελέ σε αυτή την περίπτωση λειτουργούν ως ενδιάμεσος ενισχυτής και συντονιστής σήματος. Στις ισχυρές συσκευές μεταγωγής, τα μεγάλα ρεύματα ελέγχου πηνίου εξαρτώνται επίσης άμεσα από την ισχύ του ρελέ ή του εκκινητή.