Cum să gestionați în siguranță o încărcare de 220 volți folosind Arduino

Pentru sistemul Smart Home, sarcina principală este de a controla aparatele de uz casnic de la un dispozitiv de control, fie că este vorba de un microcontroller de tip Arduino, un microcomputer de tip Raspberry PI sau orice alt sistem. Dar pentru a face acest lucru direct nu funcționează, să ne dăm seama cum să gestionați sarcina de 220 V cu Arduino.

Pentru a controla circuitele de curent alternativ, microcontrolerul nu este suficient din două motive:

1. La ieșire microcontroler este generat un semnal de tensiune constantă.

2. Curentul prin pinul microcontrolerului este de obicei limitat la 20-40 mA.

Avem două opțiuni pentru comutarea folosind un releu sau folosirea unui triac. Triac poate fi înlocuit cu două tiristoare pornite în paralel (aceasta este structura internă a triacului). Să aruncăm o privire mai atentă la acest aspect.

Controlul sarcinii 220 folosind un triac și un microcontroler

Structura internă a triacului este prezentată în imaginea de mai jos.

Tiristorul funcționează după cum urmează: atunci când este aplicată o tensiune de polarizare înainte pe tiristor (plus la anod și minus pe catod), niciun curent nu va trece prin el până nu aplici un impuls de control electrodului de control.

Am scris un impuls pentru un motiv. Spre deosebire de un tranzistor, tiristorul este un comutator semiconductor SEMI-CONTROLLED. Aceasta înseamnă că, atunci când semnalul de control este înlăturat, curentul prin tiristor va continua să curgă, adică. el va rămâne deschis. Pentru a-l închide, trebuie să întrerupeți curentul în circuit sau să modificați polaritatea tensiunii aplicate.

Acest lucru înseamnă că, atunci când țineți un impuls pozitiv la electrodul de control, aveți nevoie de un tiristor în circuitul de curent alternativ pentru a trece numai jumătatea undei pozitive. Triac poate trece curent în ambele direcții, ci pentru că Este format din doi tiristori conectați unul către celălalt.

Impulsurile de control în polaritate pentru fiecare dintre tiristoarele interne trebuie să corespundă polarității jumătății de undă corespunzătoare, numai dacă se îndeplinește această condiție, un curent alternativ va curge prin triac. În practică, o astfel de schemă este pusă în aplicare în comun controler de putere triac.

După cum am spus, microcontrolerul oferă un semnal de o singură polaritate, pentru a coordona semnalul de care aveți nevoie pentru a utiliza un driver construit pe un simulator de opto.

Astfel, semnalul pornește LED-ul intern al optocupla, deschide triac, care furnizează semnalul de control triacului T1 de putere. Ca driver optic, MOC3063 și altele asemenea pot fi utilizate, de exemplu, fotografia de mai jos arată MOC3041.

Circuitul de trecere zero - circuitul detectorului de trecere în faza zero. Este necesar pentru implementarea diverselor tipuri de regulatoare triac pe un microcontroller.

Dacă circuitul este, de asemenea, fără un driver optic, unde coordonarea este organizată printr-o punte de diodă, dar în el, spre deosebire de versiunea anterioară, nu există o izolare galvanică. Aceasta înseamnă că la prima tensiune, podul se poate sparge și o tensiune ridicată va fi la ieșirea microcontrolerului, ceea ce este rău.

Atunci când porniți / opriți o sarcină puternică, în special de natură inductivă, cum ar fi motoarele și electromagnetii, apar tensiuni, astfel încât trebuie să instalați un circuit RC snubber în paralel cu toate dispozitivele cu semiconductor.

Relee și Arduino

Pentru a controla releele cu ARduino trebuie să folosească un tranzistor suplimentar pentru a amplifica curentul.

Vă rugăm să rețineți că am folosit un tranzistor bipolar cu conductivitate inversă (structura NPN), acesta poate fi un KT315 intern (iubit și binecunoscut pentru toată lumea). Dioda este necesară pentru a suprima supratensiunile EMF de auto-inducție în inductanță, acest lucru este necesar pentru ca tranzistorul să nu eșueze de la o tensiune mare aplicată.De ce se întâmplă asta va explica legea comutării: „Curentul din inductanță nu se poate schimba instantaneu”.

Și atunci când tranzistorul este închis (îndepărtarea pulsului de control), energia câmpului magnetic acumulat în bobina releului trebuie să meargă undeva, motiv pentru care este instalată dioda inversă. Încă o dată, observ că dioda este conectată în direcția BACK, adică. catod la pozitiv, anod la negativ.

Puteți asambla singur o astfel de schemă, care este mult mai ieftină, plus că puteți folosi releunominal pentru orice tensiune constantă.

Sau cumpărați un modul gata pregătit sau un scut întreg cu un releu pentru Arduino:

Fotografia arată un scut de casă, apropo, a folosit KT315G pentru a amplifica curentul, iar mai jos vedeți același scut fabricat din fabrică:

Este vorba de scuturi pe 4 canale, adică. puteți include până la patru linii de 220 V. În detaliu despre scuturi și relee, am postat deja un articol pe site - Scuturi utile pentru Arduino

Schema de conectare a sarcinii la o tensiune de 220 V la Arduino printr-un releu:

concluzie

Gestionarea sigură a încărcării de curent alternativ înseamnă în primul rând securitatea microcontrolerului toate informațiile descrise mai sus sunt valabile pentru orice microcontroler, nu doar pentru placă Arduino.

Sarcina principală este de a asigura tensiunea și curentul necesare pentru controlul triacului sau releului și izolarea galvanică a circuitelor de control și a circuitului de alimentare cu curent alternativ.

Pe lângă securitatea microcontrolerului, vă asigurați astfel încât să nu obțineți șocuri electrice în timpul întreținerii. Când lucrați cu înaltă tensiune, trebuie să urmați toate regulile de siguranță, să respectați PUE și PTEEP.

Aceste scheme pot fi utilizate și pentru controlul starterelor și contactoarelor puternice. Triacurile și releele acționează în acest caz ca un amplificator intermediar și coordonator de semnal. La dispozitivele de comutare puternice, curenții mari de control a bobinei depind, de asemenea, direct de puterea contactorului sau a demarorului.