Hur man säkert hanterar en 220 volt belastning med Arduino

För Smart Home-systemet är huvuduppgiften att styra hushållsapparater från en styrenhet, vare sig det är en Arduino-mikrokontroller, en Raspberry PI-typ av mikrodator eller någon annan. Men att göra detta direkt fungerar inte, låt oss ta reda på hur du hanterar 220 V-belastningen med Arduino.

För att styra växelströmkretsar räcker inte mikrokontrollern av två skäl:

1. Vid utgången mikrokontroller en konstant spänningssignal genereras.

2. Strömmen genom stiftet på mikrokontrollern är vanligtvis begränsad till 20-40 mA.

Vi har två alternativ för att växla med ett relä eller använda en triac. Triacen kan ersättas av två tyristorer som är påslagna parallellt (detta är triacens inre struktur). Låt oss titta närmare på detta.

220 lastkontroll den med en triac- och mikrokontroller

Triacens inre struktur visas på bilden nedan.

Tyristorn fungerar på följande sätt: när en framspänning anbringas på tyristorn (plus till anoden och minus till katoden) kommer ingen ström att passera genom den förrän du applicerar en kontrollpuls på styrelektroden.

Jag skrev en impuls av en anledning. Till skillnad från en transistor är en tyristor en SEMI-CONTROLLED halvledaromkopplare. Detta innebär att när styrsignalen tas bort kommer strömmen genom tyristorn att fortsätta flöda, d.v.s. han kommer att förbli öppen. För att stänga den måste du avbryta strömmen i kretsen eller ändra den pålagda spänningens polaritet.

Detta innebär att när du håller en positiv puls på kontrollelektroden, behöver du en tyristor i växelströmkretsen för att bara passera den positiva halvvågen. Triac kan passera ström i båda riktningarna, men för Den består av två tyristorer kopplade till varandra.

Styrpulserna i polaritet för var och en av de inre tyristorerna måste motsvara polariteten för motsvarande halvvåg, endast om detta villkor är uppfyllt, kommer en växelström att flyta genom triac. I praktiken genomförs ett sådant system gemensamt triac strömkontroll.

Som jag redan sa genererar mikrokontrollern en signal med endast en polaritet för att koordinera signalen du behöver för att använda en drivrutin byggd på en optosymistor.

Således slår signalen på den interna lysdioden för optokopplaren, den öppnar triac som levererar styrsignalen till effekt triac T1. Som en optisk drivrutin kan MOC3063 och liknande användas, till exempel visar fotot nedan MOC3041.

Nollkorsningskrets - nollfasskorsning detektorkrets. Det är nödvändigt för implementering av olika typer av triacregulatorer på en mikrokontroller.

Om kretsen också är utan optisk drivrutin, där koordineringen är organiserad genom en diodbrygga, men i den, till skillnad från den tidigare versionen, finns det ingen galvanisk isolering. Detta innebär att bron vid den första spänningsströmmen kan bryta igenom och högspänning kommer att vara vid utgången från mikrokontrollern, vilket är dåligt.

När du slår på / stänger av en kraftfull belastning, speciellt en induktiv karaktär, såsom motorer och elektromagneter, uppstår spänningsspänningar, så du måste installera en snubber RC-krets parallellt med alla halvledarapparater.

Relä och ENrduino

För att styra reläer med ENRduino måste använda en ytterligare transistor för att förstärka strömmen.

Observera att en bipolär transistor med omvänd konduktivitet (NPN-struktur) används, den kan vara en inhemsk KT315 (älskad och välkänd för alla). Dioden behövs för att undertrycka strömmar av EMF för självinduktion i induktansen, detta är nödvändigt så att transistorn inte faller från en hög applicerad spänning.Varför detta händer förklarar lagen för att byta: "Strömmen i induktansen kan inte ändras direkt."

Och när transistorn är stängd (borttagning av styrpulsen), måste den magnetiska fältenergin som ackumuleras i reläspolen gå någonstans, varför den omvända dioden är installerad. Återigen noterar jag att dioden är ansluten i BACK-riktningen, d.v.s. katod till positiv, anod till negativ.

Du kan själv montera ett sådant schema, vilket är mycket billigare, plus att du kan använda reläbetygsatt för konstant spänning.

Eller köp en färdig modul eller en hel sköld med relä för Arduino:

Bilden visar en hemgjord sköld, förresten, den använde KT315G för att förstärka strömmen, och nedan ser du samma fabrikssköld:

Dessa är 4-kanalssköldar, dvs. Du kan ta med så många som fyra rader på 220 V. I detalj om sköldar och reläer har vi redan lagt ut en artikel på webbplatsen - Användbara sköldar för Arduino

Anslutningsdiagrammet för lasten vid en spänning på 220 V till Arduino genom ett relä:

slutsats

Säker AC-belastningshantering innebär först och främst mikrokontrollersäkerhet all information som beskrivs ovan är giltig för alla mikrokontroller, inte bara för kortet Arduino.

Huvuduppgiften är att tillhandahålla den nödvändiga spänningen och strömmen för att styra triac eller relä och galvanisk isolering av styrkretsarna och växelströmskretsen.

Förutom säkerheten för mikrokontrollern kan du på detta sätt försäkra dig så att du inte får en elektrisk stöt under underhåll. När du arbetar med högspänning måste du följa alla säkerhetsregler, följa PUE och PTEEP.

Dessa scheman kan användas och för styrning av kraftfulla startar och kontaktorer. Triacs och reläer fungerar i detta fall som en mellanförstärkare och signalkoordinator. På kraftfulla omkopplingsanordningar beror stora spolregleringsströmmar också direkt på kontakten eller startmotorns effekt.