Hoe een 220 volt belasting veilig te beheren met Arduino

Voor het Smart Home-systeem is de hoofdtaak het besturen van huishoudelijke apparaten vanaf een besturingsapparaat, of het nu een Arduino-type microcontroller, een Raspberry PI-type microcomputer of een andere is. Maar om dit rechtstreeks te doen, werkt niet, laten we uitzoeken hoe we de 220 V-belasting met Arduino kunnen beheren.

Om AC-circuits te regelen, is de microcontroller niet genoeg om twee redenen:

1. Bij de uitgang microcontroller een constant spanningssignaal wordt gegenereerd.

2. De stroom door de pin van de microcontroller is meestal beperkt tot 20-40 mA.

We hebben twee opties voor het schakelen met een relais of met een triac. De triac kan worden vervangen door twee thyristors die parallel zijn ingeschakeld (dit is de interne structuur van de triac). Laten we dit eens nader bekijken.

220 laadregeling de met behulp van een triac en microcontroller

De interne structuur van de triac wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De thyristor werkt als volgt: wanneer een voorwaartse voorspanning op de thyristor (plus op de anode en min op de kathode) wordt aangelegd, passeert er stroom door totdat u een stuurpuls op de stuurelektrode aanbrengt.

Ik heb om een ​​reden een impuls geschreven. In tegenstelling tot een transistor is een thyristor een halfgeleider halfgeleiderschakelaar. Dit betekent dat wanneer het besturingssignaal wordt verwijderd, de stroom door de thyristor blijft stromen, d.w.z. hij zal open blijven. Om het te sluiten, moet u de stroom in het circuit onderbreken of de polariteit van de aangelegde spanning wijzigen.

Dit betekent dat wanneer u een positieve puls op de stuurelektrode houdt, u een thyristor in het wisselstroomcircuit nodig hebt om alleen de positieve halve golf door te laten. De triac kan stroom in beide richtingen doorgeven, maar omdat Het bestaat uit twee thyristors die met elkaar verbonden zijn.

De stuurpulsen in polariteit voor elk van de interne thyristors moeten overeenkomen met de polariteit van de overeenkomstige halve golf, alleen als aan deze voorwaarde wordt voldaan, zal een wisselstroom door de triac stromen. In de praktijk wordt een dergelijk schema gemeenschappelijk geïmplementeerd triac-vermogensregelaar.

Zoals ik al zei, genereert de microcontroller een signaal met slechts één polariteit, om het signaal te coördineren, moet u een stuurprogramma gebruiken dat op een optosymistor is gebouwd.

Het signaal schakelt dus de interne LED van de optocoupler in, het opent de triac, die het regelsignaal levert aan de power triac T1. Als een optische driver kunnen MOC3063 en dergelijke worden gebruikt, bijvoorbeeld de onderstaande foto toont MOC3041.

Nuldoorgangscircuit - nulfaseovergang detectorcircuit. Het is noodzakelijk voor de implementatie van verschillende soorten triac-regelaars op een microcontroller.

Als het circuit ook geen optische driver heeft, waarbij de coördinatie is georganiseerd via een diodebrug, maar er in tegenstelling tot de vorige versie geen galvanische isolatie is. Dit betekent dat bij de eerste spanningspiek de brug kan doorbreken en hoge spanning aan de uitgang van de microcontroller zal zijn, wat slecht is.

Wanneer u een krachtige belasting in- en uitschakelt, met name een inductieve aard, zoals motoren en elektromagneten, treden spanningspieken op, dus u moet een snubber-RC-circuit parallel met alle halfgeleiderapparaten installeren.

Relais en Eenrduino

Relais besturen met EenRduino moet een extra transistor gebruiken om de stroom te versterken.

Houd er rekening mee dat een bipolaire transistor met reverse conductivity (NPN-structuur) wordt gebruikt, dit kan een binnenlandse KT315 zijn (geliefd en bij iedereen bekend). De diode is nodig om schommelingen van de EMF van zelfinductie in de inductie te onderdrukken, dit is noodzakelijk zodat de transistor niet faalt van een hoge aangelegde spanning.Waarom dit gebeurt zal de wet van het schakelen verklaren: "De stroom in de inductie kan niet onmiddellijk veranderen."

En wanneer de transistor gesloten is (verwijdering van de stuurpuls), moet de in de relaisspoel verzamelde magnetische veldenergie ergens naartoe gaan, daarom is de omgekeerde diode geïnstalleerd. Nogmaals merk ik op dat de diode in de richting TERUG is verbonden, d.w.z. kathode naar positief, anode naar negatief.

U kunt zelf een dergelijk schema samenstellen, wat veel goedkoper is, plus dat u kunt gebruiken relaisgeschikt voor elke constante spanning.

Of koop een kant-en-klare module of een heel schild met een relais voor Arduino:

De foto toont een zelfgemaakt schild, trouwens, het gebruikte KT315G om de stroom te versterken, en hieronder zie je hetzelfde in de fabriek gemaakte schild:

Dit zijn 4-kanaals schilden, d.w.z. u kunt maximaal vier regels van 220 V toevoegen. Gedetailleerd over schilden en relais hebben we al een artikel op de site geplaatst - Handige schilden voor Arduino

Het aansluitschema van de belasting bij een spanning van 220 V naar Arduino via een relais:

conclusie

Veilig AC-belastingbeheer betekent in de eerste plaats microcontroller beveiliging alle hierboven beschreven informatie is geldig voor elke microcontroller, niet alleen het bord Arduino.

De belangrijkste taak is om de nodige spanning en stroom te leveren voor het regelen van de triac of het relais en de galvanische isolatie van de stuurcircuits en het wisselstroomcircuit.

Naast beveiliging voor de microcontroller, verzekert u zich op deze manier dat u tijdens onderhoud geen elektrische schok krijgt. Wanneer u met hoogspanning werkt, moet u alle veiligheidsregels volgen, voldoen aan PUE en PTEEP.

Deze schema's kunnen worden gebruikt en voor het aansturen van krachtige starters en magneetschakelaars. Triacs en relais werken in dit geval als een tussenliggende versterker en signaalcoördinator. Op krachtige schakelinrichtingen zijn grote spoelbesturingsstromen ook direct afhankelijk van het vermogen van de contactor of starter.