วิธีจัดการโหลด 220 โวลท์อย่างปลอดภัยโดยใช้ Arduino

สำหรับระบบสมาร์ทโฮมภารกิจหลักคือการควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือนจากอุปกรณ์ควบคุมไม่ว่าจะเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ชนิด Arduino, ไมโครคอมพิวเตอร์ประเภท Raspberry PI หรืออื่น ๆ แต่การทำเช่นนี้ไม่ได้ผลโดยตรงลองมาดูวิธีจัดการโหลด 220 V กับ Arduino

ในการควบคุมวงจร AC ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่เพียงพอด้วยเหตุผลสองประการ:

1. ที่ทางออก ไมโครคอนโทรลเลอร์ สัญญาณแรงดันคงที่จะถูกสร้างขึ้น

2. กระแสไฟฟ้าผ่านขาของไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะ จำกัด อยู่ที่ 20-40 mA

เรามีสองตัวเลือกสำหรับการสลับโดยใช้รีเลย์หรือใช้ triac triac สามารถถูกแทนที่โดยสอง thyristors เปิดในแบบคู่ขนาน (นี่คือโครงสร้างภายในของ triac) ลองมาดูสิ่งนี้กัน

การควบคุมโหลด 220 ใช้ triac และไมโครคอนโทรลเลอร์

โครงสร้างภายในของ triac แสดงในภาพด้านล่าง

ไทริสเตอร์ทำงานดังนี้: เมื่อแรงดันไบแอสไปข้างหน้าถูกนำไปใช้กับไทริสเตอร์ (บวกกับขั้วบวกและลบกับแคโทด) จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจนกว่าคุณจะใช้พัลส์ควบคุมกับขั้วควบคุม

ฉันเขียนแรงกระตุ้นด้วยเหตุผล ซึ่งแตกต่างจากทรานซิสเตอร์, ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์กึ่งควบคุม ซึ่งหมายความว่าเมื่อสัญญาณควบคุมถูกลบกระแสไฟฟ้าผ่านไทริสเตอร์จะยังคงไหลต่อไปนั่นคือ เขาจะยังคงเปิดอยู่ ในการปิดมันคุณจะต้องขัดขวางกระแสในวงจรหรือเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

ซึ่งหมายความว่าเมื่อถือพัลส์ขั้วบวกที่ขั้วอิเล็กโทรดคุณต้องมีไทริสเตอร์ในวงจร AC เพื่อผ่านคลื่นครึ่งบวกเท่านั้น Triac สามารถผ่านกระแสทั้งสองทิศทางได้ แต่เพราะ ประกอบด้วยไทริสเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกัน

พัลส์ควบคุมในกระแสไฟฟ้าสำหรับไทริสเตอร์ภายในแต่ละตัวจะต้องสอดคล้องกับขั้วของคลื่นครึ่งที่สอดคล้องกันเฉพาะเมื่อตรงตามเงื่อนไขนี้กระแสสลับจะไหลผ่าน Triac ในทางปฏิบัติโครงการดังกล่าวมีการใช้งานร่วมกัน ตัวควบคุมพลังงาน triac.

ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้วว่าไมโครคอนโทรลเลอร์สร้างสัญญาณเพียงขั้วเดียวเพื่อประสานงานสัญญาณที่คุณต้องใช้ไดรเวอร์ที่สร้างขึ้นด้วยออปโต

ดังนั้นสัญญาณจะเปิด LED ภายในของ optocoupler จะเปิด triac ซึ่งจ่ายสัญญาณควบคุมให้กับ power triac T1 ในฐานะที่เป็นไดรเวอร์ออพติคอล MOC3063 และสิ่งที่คล้ายกันสามารถใช้งานได้เช่นภาพถ่ายด้านล่างแสดง MOC3041

วงจรข้ามเป็นศูนย์ - วงจรตรวจจับข้ามเฟสเป็นศูนย์ จำเป็นสำหรับการใช้งานตัวควบคุม triac ชนิดต่าง ๆ บนไมโครคอนโทรลเลอร์

หากวงจรยังไม่มีตัวควบคุมออพติคอลที่ซึ่งการประสานงานถูกจัดระเบียบผ่านไดโอดบริดจ์ แต่ในวงจรซึ่งไม่เหมือนกับรุ่นก่อนหน้านี้จะไม่มีการแยกกัลวานิก ซึ่งหมายความว่าเมื่อถึงแรงดันไฟฟ้าครั้งแรกสะพานสามารถเจาะทะลุและแรงดันสูงจะอยู่ที่เอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งไม่ดี

เมื่อคุณเปิด / ปิดโหลดที่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปนัยธรรมชาติเช่นมอเตอร์และแม่เหล็กไฟฟ้าแรงดันจะเกิดขึ้นดังนั้นคุณต้องติดตั้งวงจร snubber RC ควบคู่กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด

รีเลย์และ rduino

เพื่อควบคุมรีเลย์ด้วย Rduino จำเป็นต้องใช้ทรานซิสเตอร์เพิ่มเติมเพื่อขยายกระแส

โปรดทราบว่ามีการใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วที่มีค่าการนำย้อนกลับ (โครงสร้าง NPN) มันสามารถเป็น KT315 ในประเทศ (ซึ่งเป็นที่รักและเป็นที่รู้จักของทุกคน) จำเป็นต้องใช้ไดโอดในการยับยั้งการเกิด EMF ของการเหนี่ยวนำด้วยตนเองในการเหนี่ยวนำซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ไม่ได้ล้มเหลวจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้สูงทำไมสิ่งนี้เกิดขึ้นจะอธิบายกฎของการสลับ: "กระแสในตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที"

และเมื่อปิดทรานซิสเตอร์ (กำจัดการควบคุมพัลส์) พลังงานสนามแม่เหล็กที่สะสมในขดลวดรีเลย์จะต้องไปที่ใดที่หนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุที่ติดตั้งไดโอดย้อนกลับ ฉันทราบอีกครั้งว่าไดโอดเชื่อมต่อในทิศทางย้อนกลับคือ แคโทดเป็นบวกขั้วบวกเป็นลบ

คุณสามารถรวบรวมรูปแบบดังกล่าวด้วยตัวเองซึ่งมีราคาถูกกว่ามากรวมทั้งคุณสามารถใช้ ถ่ายทอดจัดอันดับสำหรับแรงดันไฟฟ้าคงที่ใด ๆ

หรือซื้อมอดูลสำเร็จรูปหรือโล่ทั้งตัวพร้อมรีเลย์สำหรับ Arduino:

ภาพแสดงโล่แบบโฮมเมดโดยวิธีใช้ KT315G เพื่อขยายกระแสและด้านล่างคุณเห็นโล่ทำจากโรงงานเดียวกัน:

นี่คือโล่ 4 ช่องทางเช่น คุณสามารถใส่มากถึงสี่บรรทัด 220 โวลต์ในรายละเอียดเกี่ยวกับการป้องกันและรีเลย์เราได้โพสต์บทความในเว็บไซต์แล้ว - Shields ที่มีประโยชน์สำหรับ Arduino

แผนภาพการเชื่อมต่อของโหลดที่แรงดันไฟฟ้า 220 V ถึง Arduino ผ่านรีเลย์:

ข้อสรุป

การจัดการโหลด AC ที่ปลอดภัยหมายถึงอันดับแรกและสำคัญที่สุด ความปลอดภัยของไมโครคอนโทรลเลอร์ ข้อมูลทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถใช้ได้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ทุกตัวไม่ใช่เฉพาะกับบอร์ด Arduino.

งานหลักคือการจัดหาแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการควบคุม triac หรือรีเลย์และการแยกกระแสไฟฟ้าของวงจรควบคุมและวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

นอกจากความปลอดภัยสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์แล้ววิธีนี้คุณประกันตัวเองเพื่อที่คุณจะไม่ได้รับไฟฟ้าช็อตในระหว่างการบำรุงรักษา เมื่อทำงานกับไฟฟ้าแรงสูงคุณต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยทั้งหมดปฏิบัติตาม PUE และ PTEEP

รูปแบบเหล่านี้สามารถใช้และ สำหรับควบคุม starters และ contactors ที่ทรงพลัง. Triac และรีเลย์ในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายเสียงระดับกลางและผู้ประสานงานสัญญาณ สำหรับอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ทรงพลังกระแสควบคุมคอยล์ขนาดใหญ่ยังขึ้นอยู่กับกำลังของคอนแทคเตอร์หรือสตาร์ทเตอร์โดยตรง