Kuinka hallita 220 voltin kuorma turvallisesti Arduinolla

Smart Home -järjestelmän päätehtävänä on ohjata kotitalouslaitteita ohjauslaitteesta, olipa kyse sitten Arduino-tyyppisestä mikrokontrollerista, Raspberry PI -tyyppisestä mikrotietokoneesta tai muusta. Mutta tehdä tämä suoraan ei toimi, selvitetään kuinka hallitaan 220 V: n kuorma Arduinolla.

Vaihtovirtapiirien ohjaamiseksi mikrokontrolleri ei riitä kahdesta syystä:

1. Poistumalla mikro muodostetaan vakio jännitesignaali.

2. Mikrokontrollerin tapin läpi kulkeva virta on yleensä rajoitettu 20-40 mA: iin.

Meillä on kaksi vaihtoehtoa kytkeäksi releellä tai triacilla. Triac voidaan korvata kahdella rinnakkain kytketyllä tyristorilla (tämä on triacin sisäinen rakenne). Katsotaanpa tätä tarkemmin.

220 kuormanohjaus käyttämällä triacia ja mikro-ohjainta

Triacin sisäinen rakenne on esitetty alla olevassa kuvassa.

Tyristori toimii seuraavasti: kun tyristoriin kohdistetaan eteenpäin suuntautuvan esijännitteen jännite (plus anodille ja miinus katodi), virta ei kulje sen läpi ennen kuin annat säätöpulssin ohjauselektrodille.

Kirjoitin impulssin syystä. Toisin kuin transistori, tyristori on puolijohdekytkin. Tämä tarkoittaa, että kun ohjaussignaali poistetaan, tyristorin läpi kulkeva virta jatkaa virtausta, ts. hän pysyy auki. Jos haluat sulkea sen, sinun on keskeytettävä virta piirissä tai muutettava käytetyn jännitteen napaisuus.

Tämä tarkoittaa, että pitäessäsi positiivista pulssia ohjauselektrodilla AC-piirissä on oltava tyristori, jotta se voi siirtää vain positiivisen puoliaallon. Triac voi siirtää virran molemmissa suunnissa, mutta koska Se koostuu kahdesta tyristorista, jotka on kytketty toisiinsa.

Kunkin sisäisen tyristorin napaisuuden säätöpulssien on vastattava vastaavan puoliaallon napaisuutta, vain jos tämä ehto täyttyy, vaihtovirta virtaa triakin läpi. Käytännössä tällainen järjestelmä toteutetaan yhteisesti triac-ohjain.

Kuten jo totesin, mikrokontrolleri tuottaa vain yhden napaisuuden signaalin koordinoidaksesi signaalia, jota tarvitset käyttämään optosymistoriin rakennettua ohjainta.

Siten signaali syttyy optoerottimen sisäiseen LEDiin, se avaa triacin, joka toimittaa ohjaussignaalin tehotriacille T1. Optisena ohjaimena voidaan käyttää MOC3063: ta ja vastaavaa, esimerkiksi alla olevassa kuvassa on MOC3041.

Nollarajapiiri - nollavaiheen ylitysilmaisinpiiri. Se on tarpeen erityyppisten triac-säätelijöiden toteuttamiseksi mikro-ohjaimessa.

Jos piiri on myös ilman optista ohjainta, jossa koordinaatio järjestetään diodisillan kautta, mutta siinä, toisin kuin edellisessä versiossa, ei ole galvaanista eristystä. Tämä tarkoittaa, että ensimmäisessä jännitteen nousussa silta voi murtautua läpi ja korkea jännite on mikrokontrollerin ulostulossa, mikä on huonoa.

Kun kytket päälle / pois päältä voimakkaan kuorman, etenkin induktiivisen luonteen, kuten moottorit ja sähkömagneetit, tapahtuu jännitteen nousua, joten joudut asentamaan RC-piirin rinnakkain kaikkien puolijohdelaitteiden kanssa.

Rele ja rduino

Releiden ohjaamiseksi Rduinon on käytettävä ylimääräistä transistoria virran vahvistamiseksi.

Huomaa, että käytetään käänteisen johtokyvyn bipolaaritransistoria (NPN-rakenne), se voi olla kotimainen KT315 (kaikkien rakastama ja tunnettu). Diodi tarvitaan tukahduttamaan induktanssin omaa induktiota aiheuttavan EMF: n voimakkuudet, tämä on välttämätöntä, jotta transistori ei katoa suuresta käytetystä jännitteestä.Miksi näin tapahtuu, selitetään kytkentälaki: "Induktiivisuuden virta ei voi muuttua heti."

Ja kun transistori on kiinni (ohjauspulssin poisto), relekelaan kertyneen magneettikenttäenergian on mentävä jonnekin, minkä vuoksi käänteisdiodi asennetaan. Toistan vielä kerran, että diodi on kytketty BACK-suuntaan, ts. katodi positiiviseen, anodi negatiiviseen.

Voit koota tällaisen järjestelmän itse, mikä on paljon halvempaa ja jota voit käyttää relemitoitettu vakiojännitteelle.

Tai voit ostaa valmiiden moduulien tai kokonaisen suojuksen releellä Työläs:

Kuvassa on kotitekoinen kilpi, muuten, se käytti KT315G: tä virran vahvistamiseen, ja alla näet saman tehdasvalmistuksen:

Nämä ovat 4-kanavaisia ​​suojauksia, ts. voit sisältää jopa neljä 220 V: n riviä. Yksityiskohtaisesti kilpeistä ja releistä olemme jo lähettäneet artikkelin sivustolle - Hyödylliset suojat Arduinolle

Kuorman kytkentäkaavio jännitteellä 220 V Arduinoon releen kautta:

johtopäätös

Turvallinen vaihtovirtakuorman hallinta tarkoittaa ennen kaikkea mikrokontrollerin turvallisuus kaikki edellä kuvatut tiedot koskevat kaikkia mikro-ohjaimia, ei pelkästään korttia Työläs.

Päätehtävänä on tarjota tarvittava jännite ja virta säätöpiirien ja vaihtovirtapiirin triacin tai releen ohjaamiseksi ja galvaaniseksi eristämiseksi.

Mikrokontrollerin turvallisuuden lisäksi vakuutat itsesi siten, että et saa sähköiskua kunnossapidon aikana. Korkealla jännitteellä työskennellessäsi on noudatettava kaikkia turvallisuussääntöjä, noudatettava PUE: tä ja PTEEP: tä.

Näitä järjestelmiä voidaan käyttää ja voimakkaiden käynnistimien ja kontaktorien ohjaamiseen. Triatit ja releet toimivat tässä tapauksessa välivaihdevahvistimena ja signaalikoordinaattorina. Tehokkaissa kytkentälaitteissa suuret kelaohjausvirrat riippuvat myös suoraan kontaktorin tai käynnistimen tehosta.