Kaip saugiai valdyti 220 voltų apkrovą naudojant „Arduino“

„Smart Home“ sistemos pagrindinė užduotis yra valdyti buitinius prietaisus iš valdymo įrenginio, ar tai būtų „Arduino“ tipo mikrovaldiklis, „Raspberry PI“ tipo mikrokompiuteris ar bet kuris kitas. Bet tai padaryti tiesiogiai nepadeda, sugalvokime, kaip valdyti 220 V apkrovą su Arduino.

Norint valdyti kintamos srovės grandines, mikrovaldiklio nepakanka dėl dviejų priežasčių:

1. Prie išėjimo mikrovaldiklis generuojamas nuolatinės įtampos signalas.

2. Srovė per mikrovaldiklio kaištį paprastai ribojama iki 20–40 mA.

Mes turime dvi galimybes perjungti naudojant relę arba naudojant triacą. Triakį gali pakeisti du lygiagrečiai įjungti tiristoriai (tai yra vidinė triako struktūra). Pažvelkime į tai atidžiau.

220 apkrovos valdymas Į naudojant triacą ir mikrovaldiklį

Vidinė triako struktūra parodyta paveikslėlyje žemiau.

Tiristorius veikia taip: kai tiristoriui taikoma įtampa į priekį (pliusas prie anodo ir minusas prie katodo), jokia srovė pro jį nepraeis, kol nepateiksite valdymo impulso į valdymo elektrodą.

Aš parašiau impulsą dėl priežasties. Skirtingai nuo tranzistoriaus, tiristorius yra puslaidininkinis jungiklis, kurį valdo pusiau. Tai reiškia, kad pašalinus valdymo signalą, srovė per tiristorių toliau teka, t. jis liks atviras. Norėdami jį uždaryti, turite nutraukti srovę grandinėje arba pakeisti taikomosios įtampos poliškumą.

Tai reiškia, kad palaikant teigiamą impulsą ant valdymo elektrodo, kintamosios srovės grandinėje reikia tiristoriaus, kad praeitų tik teigiama pusinė banga. Triakas gali praeiti srovę į abi puses, bet dėl ​​to Jį sudaro du tiristoriai, sujungti vienas su kitu.

Kiekvieno vidinio tiristoriaus kontroliniai impulsai turi atitikti atitinkamos pusės bangos poliškumą, tik jei ši sąlyga bus įvykdyta, per triacą tekės kintama srovė. Praktiškai tokia schema įgyvendinama bendrai triac galios valdiklis.

Kaip jau sakiau, mikrovaldiklis generuoja tik vieno poliškumo signalą, kad galėtumėte suderinti signalą, naudodami tvarkyklę, pastatytą ant oposimistoriaus.

Taigi, signalas įjungia vidinį optinio jungiklio šviesos diodą, jis atidaro triacą, kuris tiekia valdymo signalą maitinimo triacui T1. Kaip optinę tvarkyklę galima naudoti MOC3063 ir panašiai, pavyzdžiui, žemiau esančioje nuotraukoje parodytas MOC3041.

Nulio perėjimo grandinė - nulinės fazės perėjimo detektoriaus grandinė. Tai būtina norint įdiegti įvairius triacinius reguliatorius mikrovaldiklyje.

Jei grandinė taip pat nėra be optinio tvarkyklės, kur koordinavimas organizuojamas per diodinį tiltą, tačiau jame, skirtingai nei ankstesnėje versijoje, nėra galvaninės izoliacijos. Tai reiškia, kad per pirmąjį įtampos padidėjimą tiltas gali prasiskverbti, o aukšta įtampa bus mikrovaldiklio išvestyje, o tai yra blogai.

Kai įjungiate / išjungiate galingą apkrovą, ypač indukcinę, pvz., Variklius ir elektromagnetus, atsiranda įtampos viršįtampiai, todėl lygiagrečiai su visais puslaidininkiniais prietaisais turite įdiegti įbrėžimo RC grandinę.

Relė ir Arduino

Norėdami valdyti reles su A„Rduino“ srovei stiprinti reikia naudoti papildomą tranzistorių.

Atkreipkite dėmesį, kad naudojamas atvirkštinio laidumo bipolinis tranzistorius (NPN struktūra), tai gali būti buitinis KT315 (mylimas ir visiems gerai žinomas). Diodas reikalingas norint slopinti savaiminio induktyvumo EMF bangas, tai yra būtina, kad tranzistorius nenutrūktų nuo aukštos įtampos.Kodėl taip nutinka, paaiškinamas perjungimo dėsnis: „Induktyvumo srovė negali akimirksniu pasikeisti“.

O kai tranzistorius uždaromas (pašalinamas valdymo impulsas), relės ritėje sukaupta magnetinio lauko energija turi kažkur išeiti, todėl sumontuojamas atvirkštinis diodas. Dar kartą atkreipiu dėmesį, kad diodas yra prijungtas BACK kryptimi, t. katodas į teigiamą, anodas į neigiamą.

Tokią schemą galite surinkti patys, o tai yra daug pigiau, be to, galite naudoti estafetėĮvertinta bet kokia nuolatinė įtampa.

Arba nusipirkite gatavą modulį arba visą skydą su relė Arduino:

Nuotraukoje parodytas namų skydas, beje, jis naudojo KT315G srovei sustiprinti, o apačioje matote tą patį gamykloje pagamintą skydą:

Tai yra 4 kanalų skydai, t. galite įtraukti net keturias 220 V eilutes. Išsamiau apie skydus ir reles, svetainėje jau paskelbėme straipsnį - Naudingi skydai Arduino

Sujungus Arduino 220 V įtampos apkrovos per relę schema:

Išvada

Saugus kintamos srovės apkrovos valdymas visų pirma reiškia mikrovaldiklio saugumas visa aukščiau aprašyta informacija galioja bet kuriam mikrovaldikliui, ne tik plokštėms Arduino.

Pagrindinė užduotis yra suteikti reikiamą įtampą ir srovę, kad būtų galima valdyti triacą ar relę ir galvaniškai izoliuoti valdymo grandines ir kintamos srovės grandinę.

Be mikrokontrolerio saugumo, tokiu būdu apsidraudžiate taip, kad priežiūros metu nepatirtumėte elektros smūgio. Dirbdami su aukšta įtampa, turite laikytis visų saugos taisyklių, laikytis PUE ir PTEEP.

Šios schemos gali būti naudojamos ir galingiems starteriams ir kontaktoriams valdyti. Triakai ir relės šiuo atveju veikia kaip tarpinis stiprintuvas ir signalo koordinatorius. Galinguose perjungimo įtaisuose didelės ritės valdymo srovės taip pat tiesiogiai priklauso nuo kontaktoriaus ar starterio galios.