Как безопасно да управлявате натоварване от 220 волта с помощта на Arduino

За системата Smart Home основната задача е да контролира домакинските уреди от контролно устройство, било то микроконтролер тип Arduino, микрокомпютър тип Raspberry PI или друг. Но за да направите това директно не работи, нека да разберем как да управлявате 220 V натоварването с Arduino.

За да управлявате променливотокови вериги, микроконтролерът не е достатъчен по две причини:

1. На изхода микроконтролер генерира се сигнал за постоянно напрежение.

2. Токът през щифта на микроконтролера обикновено е ограничен до 20-40 mA.

Имаме две възможности за превключване с помощта на реле или използване на триак. Триакът може да бъде заменен от два тиристора, включени паралелно (това е вътрешната структура на триака). Нека разгледаме по-подробно това.

220 контрол на натоварването Най- използване на триак и микроконтролер

Вътрешната структура на триака е показана на снимката по-долу.

Тиристорът работи по следния начин: когато към тиристора се приложи напречно отклонение напрежение (плюс към анода и минус към катода), ток няма да премине през него, докато не приложите контролен импулс към контролния електрод.

Написах импулс за причина. За разлика от транзистор, тиристорът е полупроводников превключвател SEMI-CONTROLLED. Това означава, че когато управляващият сигнал бъде отстранен, токът през тиристора ще продължи да тече, т.е. той ще остане отворен. За да го затворите, трябва да прекъснете тока във веригата или да промените полярността на приложеното напрежение.

Това означава, че когато държите положителен импулс на контролния електрод, се нуждаете от тиристор в променливотоковата верига, за да преминете само положителната полувълна. Триакът може да предава ток и в двете посоки, но защото Състои се от два тиристора, свързани един към друг.

Управляващите импулси в полярност за всеки от вътрешните тиристори трябва да съответстват на полярността на съответната полувълна, само ако това условие е изпълнено, през триака ще се променя променлив ток. На практика такава схема се прилага общо триаков контролер на мощността.

Както вече казах, микроконтролерът генерира сигнал само с една полярност, за да координира сигнала, който трябва да използвате драйвер, изграден на оптосимистор.

По този начин сигналът се включва на вътрешния светодиод на оптрона, той отваря триака, който подава контролния сигнал към силовия триак Т1. Като оптичен драйвер може да се използва MOC3063 и други подобни, например снимката по-долу показва MOC3041.

Нулева кръстосана верига - верига на детектор за пресичане на нула фаза. Необходимо е за внедряване на различни видове триакови регулатори на микроконтролер.

Ако веригата също е без оптичен драйвер, където координацията е организирана чрез диоден мост, но в него, за разлика от предишната версия, няма галванична изолация. Това означава, че при първия скок на напрежението мостът може да се пробие и високо напрежение ще бъде на изхода на микроконтролера, което е лошо.

Когато включите / изключите мощно натоварване, особено индуктивен характер, като двигатели и електромагнити, възникват пренапрежения, така че трябва да инсталирате снобска RC верига паралелно с всички полупроводникови устройства.

Реле и Аrduino

За управление на релета с АRduino трябва да използва допълнителен транзистор, за да усили тока.

Моля, обърнете внимание, че се използва биполярен транзистор с обратна проводимост (NPN-структура), той може да бъде домашен KT315 (любим и добре познат на всички). Диодът е необходим за потискане на скокове на ЕМП на самоиндукция в индуктивността, това е необходимо, за да не се провали транзисторът от високо приложено напрежение.Защо това се случва, ще обясним закона на превключването: "Токът в индуктивността не може да се промени веднага."

И когато транзисторът е затворен (премахване на контролния импулс), енергията на магнитното поле, натрупана в релето, трябва да отиде някъде, поради което е инсталиран обратният диод. Още веднъж отбелязвам, че диодът е свързан в посока НАЗАД, т.е. катод към положително, анод към отрицателен.

Можете сами да сглобите такава схема, която е много по-евтина, плюс можете да използвате реленоминално за всяко постоянно напрежение.

Или купете готов модул или цял щит с реле за Arduino:

Снимката показва домашно приготвен щит, между другото използва KT315G за усилване на тока, а отдолу виждате същата фабрично направена щитка:

Това са 4-канални екрани, т.е. можете да включите до четири реда от 220 V. Подробно за екрани и релета, ние вече публикувахме статия в сайта - Полезни щитове за Ардуино

Схемата на свързване на товара при напрежение 220 V към Arduino чрез реле:

заключение

Безопасно управление на натоварването от променлив ток означава преди всичко сигурност на микроконтролера цялата описана по-горе информация е валидна за всеки микроконтролер, а не само за платката Arduino.

Основната задача е осигуряването на необходимото напрежение и ток за управление на триака или релето и галванична изолация на управляващите вериги и променливотоковата верига.

В допълнение към сигурността за микроконтролера, по този начин се застраховате, така че да не получите токов удар по време на поддръжката. Когато работите с високо напрежение, трябва да спазвате всички правила за безопасност, да спазвате PUE и PTEEP.

Тези схеми могат да се използват и за управление на мощни стартери и контактори, Триаците и релето в този случай действат като междинен усилвател и координатор на сигнала. При мощни комутационни устройства големите токове за управление на бобината също зависят пряко от мощността на контактора или стартера.