So verwalten Sie eine 220-Volt-Last sicher mit Arduino

Für das Smart Home-System besteht die Hauptaufgabe darin, Haushaltsgeräte von einem Steuergerät aus zu steuern, sei es ein Arduino-Mikrocontroller, ein Raspberry PI-Mikrocomputer oder ein anderer. Aber dies direkt zu tun, funktioniert nicht. Lassen Sie uns herausfinden, wie die 220-V-Last mit Arduino verwaltet wird.

Zur Steuerung von Wechselstromkreisen reicht der Mikrocontroller aus zwei Gründen nicht aus:

1. Am Ausgang Mikrocontroller ein konstantes Spannungssignal wird erzeugt.

2. Der Strom durch den Pin des Mikrocontrollers ist normalerweise auf 20-40 mA begrenzt.

Wir haben zwei Möglichkeiten, um mit einem Relais oder einem Triac zu schalten. Der Triac kann durch zwei parallel eingeschaltete Thyristoren ersetzt werden (dies ist die innere Struktur des Triac). Schauen wir uns das genauer an.

220 Laststeuerung In mit einem Triac und Mikrocontroller

Die innere Struktur des Triacs ist im Bild unten dargestellt.

Der Thyristor funktioniert wie folgt: Wenn eine Vorwärtsvorspannung an den Thyristor angelegt wird (plus an die Anode und minus an die Kathode), fließt kein Strom durch ihn, bis Sie einen Steuerimpuls an die Steuerelektrode anlegen.

Ich habe aus einem bestimmten Grund einen Impuls geschrieben. Im Gegensatz zu einem Transistor ist ein Thyristor ein SEMI-CONTROLLED-Halbleiterschalter. Dies bedeutet, dass, wenn das Steuersignal entfernt wird, der Strom durch den Thyristor weiter fließt, d.h. er wird offen bleiben. Um es zu schließen, müssen Sie den Strom im Stromkreis unterbrechen oder die Polarität der angelegten Spannung ändern.

Dies bedeutet, dass Sie beim Halten eines positiven Impulses an der Steuerelektrode einen Thyristor im Wechselstromkreis benötigen, um nur die positive Halbwelle durchzulassen. Der Triac kann Strom in beide Richtungen leiten, aber weil Es besteht aus zwei miteinander verbundenen Thyristoren.

Die Steuerimpulse in der Polarität für jeden der internen Thyristoren müssen der Polarität der entsprechenden Halbwelle entsprechen. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, fließt ein Wechselstrom durch den Triac. In der Praxis wird ein solches Schema gemeinsam implementiert Triac Power Controller.

Wie ich bereits sagte, erzeugt der Mikrocontroller ein Signal mit nur einer Polarität. Um das Signal zu koordinieren, benötigen Sie einen Treiber, der auf einem Optosymistor aufgebaut ist.

Somit schaltet das Signal die interne LED des Optokopplers ein, es öffnet den Triac, der das Steuersignal an den Leistungstriac T1 liefert. Als optischer Treiber kann MOC3063 und dergleichen verwendet werden. Das folgende Foto zeigt beispielsweise MOC3041.

Nulldurchgangsschaltung - Nulldurchgangsdetektorschaltung. Es ist notwendig für die Implementierung verschiedener Arten von Triac-Reglern auf einem Mikrocontroller.

Wenn die Schaltung auch ohne optischen Treiber ist, bei dem die Koordination über eine Diodenbrücke organisiert ist, aber darin im Gegensatz zur vorherigen Version keine galvanische Trennung vorhanden ist. Dies bedeutet, dass beim ersten Spannungsstoß die Brücke durchbrechen kann und eine hohe Spannung am Ausgang des Mikrocontrollers anliegt, was schlecht ist.

Wenn Sie eine leistungsstarke Last, insbesondere eine induktive Last wie Motoren und Elektromagnete, ein- und ausschalten, treten Spannungsspitzen auf. Daher müssen Sie parallel zu allen Halbleiterbauelementen eine Dämpfungs-RC-Schaltung installieren.

Relais und A.rduino

Relais steuern mit A.Rduino muss einen zusätzlichen Transistor verwenden, um den Strom zu verstärken.

Bitte beachten Sie, dass wir einen Bipolartransistor mit umgekehrter Leitfähigkeit (NPN-Struktur) verwendet haben. Es kann sich um einen inländischen KT315 handeln (beliebt und allen bekannt). Die Diode wird benötigt, um Überspannungen der EMK der Selbstinduktion in der Induktivität zu unterdrücken. Dies ist notwendig, damit der Transistor nicht an einer hohen angelegten Spannung ausfällt.Warum dies geschieht, erklärt das Gesetz des Schaltens: "Der Strom in der Induktivität kann sich nicht sofort ändern."

Und wenn der Transistor geschlossen ist (Entfernen des Steuerimpulses), muss die in der Relaisspule akkumulierte Magnetfelderergie irgendwohin gehen, weshalb die Sperrdiode installiert ist. Ich stelle erneut fest, dass die Diode in der ZURÜCK-Richtung angeschlossen ist, d. H. Kathode zu positiv, Anode zu negativ.

Sie können ein solches Schema selbst zusammenstellen, was viel billiger ist, und Sie können es verwenden Relaisausgelegt für jede konstante Spannung.

Oder kaufen Sie ein fertiges Modul oder eine ganze Abschirmung mit Relais für Arduino:

Das Foto zeigt eine selbstgemachte Abschirmung. Übrigens wurde KT315G verwendet, um den Strom zu verstärken. Unten sehen Sie dieselbe werkseitig hergestellte Abschirmung:

Dies sind 4-Kanal-Abschirmungen, d.h. Sie können bis zu vier Zeilen mit 220 V einfügen. Im Detail zu Schildern und Relais haben wir bereits einen Artikel auf der Website veröffentlicht - Nützliche Schilde für Arduino

Der Anschlussplan der Last bei einer Spannung von 220 V an Arduino über ein Relais:

Fazit

Sicheres AC-Lastmanagement bedeutet in erster Linie Sicherheit von Mikrocontrollern Alle oben beschriebenen Informationen gelten für jeden Mikrocontroller, nicht nur für die Karte Arduino.

Die Hauptaufgabe besteht darin, die notwendige Spannung und den Strom zur Steuerung des Triacs oder Relais und der galvanischen Trennung der Steuerkreise und des Wechselstromkreises bereitzustellen.

Zusätzlich zur Sicherheit des Mikrocontrollers versichern Sie sich auf diese Weise, dass Sie während der Wartung keinen elektrischen Schlag bekommen. Wenn Sie mit Hochspannung arbeiten, müssen Sie alle Sicherheitsregeln befolgen und PUE und PTEEP einhalten.

Diese Schemata können verwendet werden und zur Steuerung leistungsstarker Starter und Schütze. Triacs und Relais fungieren in diesem Fall als Zwischenverstärker und Signalkoordinator. Bei leistungsstarken Schaltgeräten hängen große Spulensteuerströme auch direkt von der Leistung des Schützes oder Starters ab.