Sådan styres en 220 volt belastning med Arduino sikkert

For Smart Home-systemet er hovedopgaven at styre husholdningsapparater fra en styreenhed, hvad enten det er en Arduino-mikrocontroller, en Raspberry PI-type mikrocomputer eller enhver anden. Men at gøre dette direkte fungerer ikke, lad os finde ud af, hvordan man styrer 220 V belastningen med Arduino.

For at styre vekslingskredsløb er mikrokontrolleren ikke nok af to grunde:

1. Ved udgangen mikrocontroller der genereres et konstant spændingssignal.

2. Strømmen gennem stiften på mikrokontrolleren er normalt begrænset til 20-40 mA.

Vi har to muligheder for at skifte ved hjælp af et relæ eller ved hjælp af en triac. Triacen kan erstattes af to tyristorer, der er tændt parallelt (dette er triacens indre struktur). Lad os se nærmere på dette.

220 belastningskontrol den ved hjælp af en triac og mikrocontroller

Triacens indre struktur er vist på billedet herunder.

Thyristor fungerer som følger: når en forspændingsspænding påføres thyristoren (plus til anoden og minus til katoden), vil ingen strøm passere gennem den, indtil du påfører en kontrolpuls til kontrolelektroden.

Jeg skrev en impuls af en grund. I modsætning til en transistor er en tyristor en SEMI-CONTROLLED halvlederafbryder. Dette betyder, at når styresignalet fjernes, vil strømmen gennem thyristor fortsætte med at strømme, dvs. han vil forblive åben. For at lukke det skal du afbryde strømmen i kredsløbet eller ændre polariteten i den pålagte spænding.

Dette betyder, at når du holder en positiv puls på kontrolelektroden, har du brug for en tyristor i vekselstrømskredsløbet for kun at passere den positive halvbølge. Triacen kan passere strøm i begge retninger, men fordi Det består af to tyristorer forbundet med hinanden.

Kontrolpulser i polaritet for hver af de interne tyristorer skal svare til polariteten i den tilsvarende halvbølge, kun når denne betingelse er opfyldt, vil en vekselstrøm flyde gennem triacen. I praksis implementeres en sådan ordning til fælles triac strømstyring.

Som jeg allerede sagde genererer mikrokontrolleren et signal med kun en polaritet for at koordinere signalet skal du bruge en driver bygget på en optosymistor.

Således tænder signalet for den interne lysdiode til optokoppleren, det åbner triac, som leverer styresignalet til effekt triac T1. Som en optisk driver kan MOC3063 og lignende bruges, for eksempel viser billedet herunder MOC3041.

Nul krydsningskredsløb - nulfasekrydsdetektorkredsløb. Det er nødvendigt for implementeringen af ​​forskellige typer triac-regulatorer på en mikrokontroller.

Hvis kredsløbet også er uden en optisk driver, hvor koordineringen er organiseret gennem en diode-bro, men i den, i modsætning til den foregående version, er der ingen galvanisk isolering. Det betyder, at broen ved den første spændingsstød kan bryde igennem, og højspænding vil være ved udgangen fra mikrokontrolleren, hvilket er dårligt.

Når du tænder / slukker for en kraftig belastning, især en induktiv karakter, såsom motorer og elektromagneter, forekommer der spændingsstød, så du skal installere et snubber RC-kredsløb parallelt med alle halvlederenheder.

Relæ og Enrduino

At styre relæer med EnRduino er nødt til at bruge en ekstra transistor til at forstærke strømmen.

Bemærk, at vi brugte en bipolar transistor med omvendt konduktivitet (NPN-struktur), det kan være en indenlandsk KT315 (elsket og velkendt for alle). Dioden er nødvendig for at undertrykke stigninger i EMF for selvinduktion i induktansen, dette er nødvendigt, så transistoren ikke svigter fra en høj påført spænding.Hvorfor dette sker, forklarer skifteloven: "Strømmen i induktansen kan ikke ændres øjeblikkeligt."

Og når transistoren er lukket (fjernelse af kontrolpulsen), er den magnetiske feltenergi, der er akkumuleret i relæspolen, nødt til at gå et sted, hvilket er grunden til, at den omvendte diode er installeret. Endnu en gang bemærker jeg, at dioden er forbundet i BACK-retningen, dvs. katode til positiv, anode til negativ.

Du kan selv samle en sådan ordning, som er meget billigere, plus du kan bruge relæklassificeret for enhver konstant spænding.

Eller køb et færdiglavet modul eller et helt skjold med et relæ til Arduino:

Billedet viser et hjemmelavet skjold, forresten brugte det KT315G til at forstærke strømmen, og nedenfor ser du det samme fabriksfremstillede skjold:

Dette er 4-kanals skjolde, dvs. Du kan medtage så mange som fire linjer på 220 V. I detaljer om skjolde og relæer har vi allerede sendt en artikel på webstedet - Nyttige afskærmninger til Arduino

Forbindelsesdiagrammet for belastningen ved en spænding på 220 V til Arduino gennem et relæ:

konklusion

Sikker styring af AC-belastning betyder først og fremmest mikrokontrollers sikkerhed alle de ovenfor beskrevne oplysninger er gyldige for enhver mikrocontroller, ikke kun for tavlen Arduino.

Hovedopgaven er at tilvejebringe den nødvendige spænding og strøm til styring af triac eller relæ og galvanisk isolering af styrekredsløb og vekselstrømskredsløb.

Ud over sikkerhed for mikrokontrolleren kan du på denne måde forsikre dig selv, så du ikke får et elektrisk stød under vedligeholdelse. Når du arbejder med højspænding, skal du følge alle sikkerhedsregler, overholde PUE og PTEEP.

Disse ordninger kan bruges og til styring af kraftfulde startere og kontaktorer. Triacs og relæer fungerer i dette tilfælde som en mellemforstærker og signalkoordinator. På kraftige skifteanordninger afhænger store spole-styrestrømme også direkte af kontakten eller starterens magt.