Kā droši vadīt 220 voltu slodzi, izmantojot Arduino

Smart Home sistēmai galvenais uzdevums ir vadīt sadzīves tehniku ​​no vadības ierīces, vai tas būtu Arduino tipa mikrokontrollers, Raspberry PI tipa mikrodators vai kāds cits. Bet, lai to izdarītu tieši, tas nedarbojas, izdomāsim, kā ar Arduino vadīt 220 V slodzi.

Lai kontrolētu maiņstrāvas ķēdes, ar mikrokontrolleri nepietiek divu iemeslu dēļ:

1. Pie izejas mikrokontrolieris tiek ģenerēts pastāvīga sprieguma signāls.

2. Strāva caur mikrokontrollera tapu parasti ir ierobežota līdz 20–40 mA.

Mums ir divas iespējas pārslēgšanai, izmantojot releju vai triac. Triaku var aizstāt ar diviem paralēli ieslēgtiem tiristoriem (tā ir triaka iekšējā struktūra). Apskatīsim to tuvāk.

220 slodzes kontrole Iekšā izmantojot triac un mikrokontrolleru

Triac iekšējā struktūra ir parādīta attēlā zemāk.

Tiristors darbojas šādi: ja tiristorim tiek pievienots priekšējā nobīdes spriegums (plus anodam un mīnus katodam), neviena strāva caur to neizies, kamēr jūs nepiemērosit vadības impulsu vadības elektrodam.

Es uzrakstīju impulsu kāda iemesla dēļ. Atšķirībā no tranzistora, tiristors ir pusvadītāju slēdzis ar SEMI-CONTROLLED. Tas nozīmē, ka, noņemot vadības signālu, strāva caur tiristoru turpinās plūst, t.i. viņš paliks atvērts. Lai to aizvērtu, jums jāpārtrauc strāva ķēdē vai jāmaina pielietotā sprieguma polaritāte.

Tas nozīmē, ka, turot pozitīvu impulsu vadības elektrodā, maiņstrāvas ķēdē ir nepieciešams tiristors, lai izietu tikai pozitīvo pusviļņu. Triac var nodot strāvu abos virzienos, bet tāpēc, ka Tas sastāv no diviem tiristoriem, kas savienoti viens ar otru.

Katra iekšējā tiristora polaritātes vadības impulsiem jāatbilst attiecīgā pusviļņa polaritātei, tikai tad, ja šis nosacījums ir izpildīts, caur triaku plūst maiņstrāva. Praksē šāda shēma tiek īstenota kopīgi triac jaudas kontrolieris.

Kā jau teicu, mikrokontrollers dod signālu tikai par vienu polaritāti, lai koordinētu signālu, kas jums jāizmanto draiverim, kas izveidots uz opto simulatora.

Tādējādi signāls ieslēdz optoelementa iekšējo LED, tas atver triac, kas piegādā vadības signālu strāvas triac T1. Kā optisko draiveri var izmantot MOC3063 un tamlīdzīgus, piemēram, zemāk esošajā fotoattēlā parādīts MOC3041.

Nulles šķērsošanas ķēde - nulles fāzes šķērsošanas detektora shēma. Tas ir nepieciešams dažāda veida triac regulatoru ieviešanai mikrokontrollerī.

Ja ķēde notiek arī bez optiskā draivera, kur koordinācija tiek organizēta caur diodes tiltu, bet tajā, atšķirībā no iepriekšējās versijas, nav galvaniskas izolācijas. Tas nozīmē, ka pirmajā sprieguma pārspriegumā tilts var izlauzties un augstspriegums būs pie mikrokontrollera izejas, kas ir slikti.

Ieslēdzot / izslēdzot jaudīgu slodzi, īpaši induktīvu, piemēram, motorus un elektromagnētus, rodas sprieguma pārspriegumi, tāpēc paralēli visām pusvadītāju ierīcēm ir jāinstalē šņabja RC ķēde.

Relejs un Arduino

Kontrolēt relejus ar ARduino ir nepieciešams izmantot papildu tranzistoru, lai pastiprinātu strāvu.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka mēs izmantojām bipolāru tranzistoru ar apgrieztu vadītspēju (NPN struktūra), tas var būt mājas KT315 (mīlēts un visiem labi pazīstams). Diode ir nepieciešama, lai apslāpētu induktivitātes pašindukcijas EML pārspriegumu, tas ir nepieciešams, lai tranzistors nepazustu no augsta pielietotā sprieguma.Kāpēc tas notiek, tiks izskaidrots komutācijas likums: "Induktīvā strāva nevar uzreiz mainīties."

Un, kad tranzistors ir aizvērts (vadības impulsa noņemšana), releja spolē uzkrātajai magnētiskā lauka enerģijai kaut kur jāiet, tāpēc tiek uzstādīta apgrieztā diode. Vēlreiz es atzīmēju, ka diode ir savienota BACK virzienā, t.i. katods uz pozitīvu, anods uz negatīvs.

Jūs varat pats samontēt šādu shēmu, kas ir daudz lētāka, turklāt jūs varat izmantot stafetenominālais jebkuram pastāvīgam spriegumam.

Vai arī iegādājieties gatavu moduli vai veselu vairogu ar releju Arduino:

Fotoattēlā redzams pašdarināts vairogs, starp citu, tas izmantoja KT315G, lai pastiprinātu strāvu, un zemāk jūs redzat to pašu rūpnīcā izgatavoto vairogu:

Tie ir 4 kanālu vairogi, t.i. varat iekļaut pat četras 220 V līnijas. Detalizēti par vairogiem un relejiem mēs vietnē jau esam ievietojuši rakstu - Noderīgi vairogi Arduino

Slodzes ar releju ar spriegumu 220 V pie Arduino savienojuma shēma:

Secinājums

Droša maiņstrāvas slodzes vadība, pirmkārt, nozīmē mikrokontrolleru drošība visa iepriekš aprakstītā informācija attiecas uz jebkuru mikrokontrolleri, ne tikai uz tāfeles Arduino.

Galvenais uzdevums ir nodrošināt nepieciešamo spriegumu un strāvu vadības ķēžu un maiņstrāvas ķēdes triaku vai releju vadīšanai un galvaniskai izolācijai.

Papildus drošībai mikrokontrolleram, šādā veidā jūs sevi apdrošināt, lai tehniskās apkopes laikā nesaņemtu elektrošoku. Strādājot ar augstspriegumu, jums jāievēro visi drošības noteikumi, jāievēro PUE un PTEEP.

Šīs shēmas var izmantot un jaudīgu starteru un kontaktoru vadībai. Triaki un releji šajā gadījumā darbojas kā starpposma pastiprinātājs un signāla koordinators. Jaudīgās komutācijas ierīcēs lielas spoles vadības strāvas ir tieši atkarīgas arī no kontaktora vai startera jaudas.