Bagaimana dengan selamat menguruskan beban 220 volt menggunakan Arduino

Untuk sistem Smart Home, tugas utama adalah untuk mengawal perkakas rumah dari peranti kawalan, sama ada mikrokontroler jenis Arduino, mikrokomputer jenis Raspberry PI atau yang lain. Tetapi untuk melakukan ini secara langsung tidak berfungsi, mari kita fikirkan cara menguruskan beban 220 V dengan Arduino.

Untuk mengawal litar AC, mikropengawal tidak mencukupi untuk dua sebab:

1. Di pintu keluar mikropengawal isyarat voltan malar dihasilkan.

2. Semasa melalui pin mikropengawal biasanya terhad kepada 20-40 mA.

Kami mempunyai dua pilihan untuk menukar menggunakan relay atau menggunakan triac. Triac ini boleh digantikan oleh dua thyristors dihidupkan selari (ini adalah struktur dalaman triac). Mari kita lihat dengan lebih dekat ini.

Kawalan beban 220 In menggunakan triac dan mikrokontroler

Struktur dalaman triac ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Thyristor berfungsi seperti berikut: apabila voltan bias ke hadapan diterapkan ke thyristor (ditambah ke anod, dan tolak ke katod), tiada arus akan melaluinya sehingga anda menggunakan denyut kawalan ke elektrod kawalan.

Saya menulis satu alasan untuk alasan. Tidak seperti transistor, thyristor adalah suis semikonduktor SEMI-CONTROLLED. Ini bermakna apabila isyarat kawalan dikeluarkan, arus melalui thyristor akan terus mengalir, iaitu. dia akan tetap terbuka. Untuk menutupnya, anda perlu mengganggu semasa dalam litar atau menukar polariti voltan yang digunakan.

Ini bermakna apabila memegang nadi positif pada elektrod kawalan, anda memerlukan thyristor dalam litar AC untuk melepasi hanya gelombang separuh positif. Triac boleh lulus semasa dalam kedua-dua arah, tetapi kerana Ia terdiri daripada dua thyristors bersambung ke arah satu sama lain.

Pulangan kawalan dalam polaritas bagi setiap thyristor dalaman mesti bersesuaian dengan polaritas gelombang sepadan yang sama, hanya jika keadaan ini dipenuhi, arus silih ganti akan mengalir melalui triac. Dalam amalan, skim seperti ini dilaksanakan secara umum pengawal kuasa triac.

Seperti yang telah saya katakan, mikrokontroler menjana isyarat hanya satu kekutuban, untuk menyelaraskan isyarat yang anda perlukan untuk menggunakan pemandu yang dibina di atas sebuah optosistor.

Oleh itu, isyarat menghidupkan LED dalaman optocoupler, ia membuka triac, yang membekalkan isyarat kawalan kepada kuasa triac T1. Sebagai pemandu optikal, MOC3063 dan sejenisnya boleh digunakan, sebagai contoh, gambar di bawah menunjukkan MOC3041.

Litar persilangan sifar - sifar fasa litar pengesan lintasan. Ia adalah perlu untuk melaksanakan pelbagai jenis pengawal selia triac pada mikrokontroler.

Sekiranya litar itu juga tanpa pemandu optik, di mana penyelarasan diuruskan melalui jambatan dioda, tetapi di dalamnya, tidak seperti versi sebelumnya, tidak ada pengasingan galvanik. Ini bermakna bahawa pada lonjakan voltan pertama, jambatan boleh pecah dan voltan tinggi akan berada pada output mikrokontroler, yang tidak baik.

Apabila anda menghidupkan / mematikan beban yang kuat, terutamanya sifat induktif, seperti motor dan elektromagnet, lonjakan voltan berlaku, jadi anda perlu memasang litar RC snubber selari dengan semua peranti semikonduktor.

Relay dan Arduino

Untuk mengawal geganti dengan ARduino perlu menggunakan transistor tambahan untuk menguatkan arus.

Sila ambil perhatian bahawa transistor bipolar konduktiviti terbalik (struktur NPN) digunakan, ia boleh menjadi KT315 domestik (yang dikasihi dan terkenal kepada semua orang). Diod diperlukan untuk menyekat lekukan EMF induksi diri dalam induktansi, ini perlu supaya transistor tidak gagal dari voltan yang digunakan tinggi.Mengapa ini berlaku akan menjelaskan undang-undang beralih: "Arus dalam induktansi tidak dapat berubah dengan serta-merta."

Dan apabila transistor ditutup (penyingkiran nadi kawalan), tenaga medan magnet yang terkumpul di gegelung geganti perlu pergi ke suatu tempat, itulah sebabnya diod terbalik dipasang. Sekali lagi, saya perhatikan bahawa diod disambungkan dalam arah BACK, iaitu. katod kepada positif, anoda kepada negatif.

Anda boleh memasang sendiri skema seperti ini, yang jauh lebih murah, dan boleh digunakan gegantidiberi nilai untuk sebarang voltan malar.

Atau beli modul siap atau perisai keseluruhan dengan relay Arduino:

Foto menunjukkan perisai buatan sendiri, dengan cara itu, ia menggunakan KT315G untuk menguatkan arus, dan di bawah anda melihat perisai buatan kilang yang sama:

Ini adalah perisai 4 saluran, iaitu anda boleh menyertakan sebanyak empat baris 220 V. Secara terperinci mengenai perisai dan geganti, kami telah menyiarkan artikel di laman web ini - Perlindungan Berguna untuk Arduino

Gambarajah sambungan beban pada voltan 220 V ke Arduino melalui relay:

Kesimpulannya

Pengurusan beban AC selamat bermakna yang pertama dan paling utama keselamatan mikropengawal semua maklumat yang dinyatakan di atas adalah sah bagi mana-mana pengawal mikro, bukan hanya lembaga Arduino.

Tugas utama adalah untuk menyediakan voltan dan arus yang diperlukan untuk mengawal litar kawalan triac atau geganti dan galvanik litar kawalan dan litar kuasa AC.

Di samping keselamatan untuk mikropengawal, cara ini anda memastikan diri anda supaya anda tidak mendapat kejutan elektrik semasa penyelenggaraan. Apabila bekerja dengan voltan tinggi, anda mesti mematuhi semua peraturan keselamatan, mematuhi PUE dan PTEEP.

Skim ini boleh digunakan dan untuk mengawal permulaan dan perhubungan yang kuat. Triacs dan relay dalam hal ini bertindak sebagai penguat perantaraan dan koordinator isyarat. Pada peranti pensuisan yang kuat, arus kawalan gegelung yang besar juga bergantung kepada kuasa kontaktor atau starter.