Hvordan trygt håndtere en 220 volt belastning ved bruk av Arduino

For Smart Home-systemet er hovedoppgaven å kontrollere husholdningsapparater fra en kontrollenhet, det være seg en Arduino-mikrokontroller, en Raspberry PI-type mikrodatamaskin eller noe annet. Men å gjøre dette direkte fungerer ikke, la oss finne ut hvordan du kan håndtere 220 V-belastningen med Arduino.

For å styre vekselstrømskretser er ikke mikrokontrolleren av to grunner:

1. Ved avkjørselen mikrokontroller et konstant spenningssignal genereres.

2. Strømmen gjennom pinnen på mikrokontrolleren er vanligvis begrenset til 20-40 mA.

Vi har to alternativer for å bytte ved hjelp av et stafett eller ved å bruke en triac. Triacen kan erstattes av to tyristorer som er slått på parallelt (dette er triacens indre struktur). La oss se nærmere på dette.

220 lastkontroll den ved hjelp av en triac og mikrokontroller

Triacens indre struktur er vist på bildet nedenfor.

Tyristoren fungerer som følger: når en forspenning spenning påføres tyristoren (pluss til anoden, og minus til katoden), vil ingen strøm passere gjennom den før du bruker en kontrollpuls på kontrollelektroden.

Jeg skrev en impuls av en grunn. I motsetning til en transistor, er en tyristor en SEMI-CONTROLLED halvlederbryter. Dette betyr at når styresignalet fjernes, vil strømmen gjennom tyristoren fortsette å strømme, dvs. han vil forbli åpen. For å lukke den, må du avbryte strømmen i kretsen eller endre polariteten til den påførte spenningen.

Dette betyr at når du holder en positiv puls på kontrollelektroden, trenger du en tyristor i vekselstrømskretsen for bare å passere den positive halvbølgen. Triacen kan passere strøm i begge retninger, men fordi Den består av to tyristorer koblet mot hverandre.

Polaritetskontrollpulsene for hver av de interne tyristorene må tilsvare polariteten til den tilsvarende halvbølgen, bare hvis denne betingelsen er oppfylt, vil en vekselstrøm strømme gjennom triacen. I praksis implementeres en slik ordning i fellesskap triac strømkontroll.

Som jeg allerede sa genererer mikrokontrolleren et signal med bare en polaritet, for å koordinere signalet du trenger for å bruke en driver bygget på en optosymistor.

Dermed slår signalet på den interne lysdioden til optokobleren, det åpner triacen, som leverer styresignalet til strømtriacen T1. Som en optisk driver kan MOC3063 og lignende brukes, for eksempel viser bildet nedenfor MOC3041.

Nullkryssingskrets - nullfasekrysset detektorkrets. Det er nødvendig for implementering av forskjellige typer triac-regulatorer på en mikrokontroller.

Hvis kretsen også er uten en optisk driver, hvor koordineringen er organisert gjennom en diode-bro, men i den, i motsetning til forrige versjon, er det ingen galvanisk isolasjon. Dette betyr at ved den første spenningsbølgen kan broen bryte gjennom og høyspenning vil være ved utgangen til mikrokontrolleren, noe som er dårlig.

Når du slår på / av en kraftig belastning, spesielt en induktiv karakter, for eksempel motorer og elektromagneter, oppstår spenningsspenninger, så du må installere en snubber RC-krets parallelt med alle halvlederenheter.

Stafett og Enrduino

For å kontrollere stafetter med EnRduino trenger å bruke en ekstra transistor for å forsterke strømmen.

Vær oppmerksom på at det brukes en bipolar transistor med omvendt konduktivitet (NPN-struktur), den kan være en innenlandsk KT315 (elsket og velkjent for alle). Dioden er nødvendig for å undertrykke overspenninger av EMF for selvinduksjon i induktansen, dette er nødvendig slik at transistoren ikke svikter fra høy påført spenning.Hvorfor dette skjer vil forklare bytteloven: "Strømmen i induktansen kan ikke endre seg umiddelbart."

Og når transistoren er lukket (fjerning av kontrollpulsen), må magnetfeltenergien akkumulert i reléspolen gå et sted, og det er derfor den omvendte dioden er installert. Nok en gang bemerker jeg at dioden er koblet i BACK-retningen, d.v.s. katode til positiv, anode til negativ.

Du kan sette sammen et slikt opplegg selv, som er mye billigere, pluss at du kan bruke relévurdert for enhver konstant spenning.

Eller kjøp en ferdig modul eller et helt skjold med stafett til Arduino:

Bildet viser et hjemmelaget skjold, forresten, det brukte KT315G for å forsterke strømmen, og under ser du det samme fabrikkproduserte skjoldet:

Dette er 4-kanals skjold, dvs. Du kan ta med så mange som fire linjer på 220 V. I detalj om skjold og stafetter har vi allerede lagt ut en artikkel på nettstedet - Nyttige skjold for Arduino

Koblingsskjema over belastningen ved en spenning på 220 V til Arduino gjennom et relé:

konklusjon

Sikker vekseladministrasjon betyr først og fremst mikrokontrollers sikkerhet all informasjonen beskrevet ovenfor er gyldig for enhver mikrokontroller, ikke bare for styret Arduino.

Hovedoppgaven er å tilveiebringe nødvendig spenning og strøm for å kontrollere triac eller relé og galvanisk isolering av kontrollkretsene og vekselstrømskretsen.

I tillegg til sikkerhet for mikrokontrolleren, kan du på denne måten forsikre deg slik at du ikke får elektrisk støt under vedlikehold. Når du arbeider med høyspenning, må du følge alle sikkerhetsregler, overholde PUE og PTEEP.

Disse ordningene kan brukes og for å kontrollere kraftige startere og kontaktorer. Triacer og reléer i dette tilfellet fungerer som en mellomforsterker og signalkoordinator. På kraftige koblingsenheter avhenger også store spolestyringsstrømmer direkte av kontakten eller starteren.