Cách quản lý an toàn tải 220 volt bằng Arduino

Đối với hệ thống Nhà thông minh, nhiệm vụ chính là điều khiển các thiết bị gia dụng từ thiết bị điều khiển, có thể là vi điều khiển loại Arduino, máy vi tính loại Raspberry PI hoặc bất kỳ thiết bị nào khác. Nhưng để làm điều này trực tiếp không hoạt động, hãy tìm cách quản lý tải 220 V bằng Arduino.

Để điều khiển mạch điện xoay chiều, vi điều khiển không đủ vì hai lý do:

1. Tại lối ra vi điều khiển một tín hiệu điện áp không đổi được tạo ra.

2. Dòng điện qua chân của vi điều khiển thường bị giới hạn ở mức 20-40 mA.

Chúng tôi có hai tùy chọn để chuyển đổi bằng cách sử dụng rơle hoặc sử dụng triac. Triac có thể được thay thế bằng hai thyristor bật song song (đây là cấu trúc bên trong của triac). Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về điều này.

Kiểm soát tải 220 Trong sử dụng triac và vi điều khiển

Cấu trúc bên trong của triac được hiển thị trong hình dưới đây.

Thyristor hoạt động như sau: khi điện áp phân cực thuận được đặt vào thyristor (cộng với cực dương và trừ đi cực âm), sẽ không có dòng điện nào đi qua nó cho đến khi bạn đặt xung điều khiển vào điện cực điều khiển.

Tôi đã viết một xung cho một lý do. Không giống như một bóng bán dẫn, thyristor là một công tắc bán dẫn SEMI-CONTROLLED. Điều này có nghĩa là khi tín hiệu điều khiển bị loại bỏ, dòng điện qua thyristor sẽ tiếp tục chảy, tức là anh ấy sẽ vẫn mở. Để đóng nó, bạn cần ngắt dòng điện trong mạch hoặc thay đổi cực tính của điện áp đặt vào.

Điều này có nghĩa là khi giữ một xung dương trên điện cực điều khiển, bạn cần một thyristor trong mạch điện xoay chiều để chỉ truyền được nửa sóng dương. Triac có thể truyền dòng điện theo cả hai hướng, nhưng bởi vì Nó bao gồm hai thyristor kết nối với nhau.

Các xung điều khiển ở cực cho mỗi thyristor bên trong phải tương ứng với cực của nửa sóng tương ứng, chỉ khi điều kiện này được đáp ứng, một dòng điện xoay chiều sẽ chạy qua triac. Trong thực tế, một kế hoạch như vậy được thực hiện chung bộ điều khiển điện triac.

Như tôi đã nói, vi điều khiển tạo ra tín hiệu chỉ có một cực, để phối hợp tín hiệu bạn cần sử dụng trình điều khiển được xây dựng trên máy quang điện tử.

Do đó, tín hiệu bật đèn LED bên trong của bộ ghép quang, nó sẽ mở triac, cung cấp tín hiệu điều khiển cho công suất triac T1. Là một trình điều khiển quang, MOC3063 và những thứ tương tự có thể được sử dụng, ví dụ, ảnh dưới đây cho thấy MOC3041.

Mạch xuyên không - mạch dò chéo không pha. Nó là cần thiết để thực hiện các loại bộ điều chỉnh triac trên một vi điều khiển.

Nếu mạch cũng không có trình điều khiển quang, trong đó sự phối hợp được tổ chức thông qua một cầu diode, nhưng trong đó, không giống như phiên bản trước, không có sự cách ly điện. Điều này có nghĩa là ở lần tăng điện áp đầu tiên, cây cầu có thể xuyên qua và điện áp cao sẽ ở đầu ra của vi điều khiển, điều này rất tệ.

Khi bạn bật / tắt một tải mạnh, đặc biệt là tính chất cảm ứng, như động cơ và nam châm điện, sẽ xảy ra hiện tượng tăng điện áp, do đó bạn cần lắp đặt mạch RC snubber song song với tất cả các thiết bị bán dẫn.

Rơle và MộtArduino

Để kiểm soát rơle với MộtRduino cần sử dụng một bóng bán dẫn bổ sung để khuếch đại dòng điện.

Xin lưu ý rằng một bóng bán dẫn lưỡng cực có độ dẫn ngược (cấu trúc NPN) được sử dụng, nó có thể là KT315 trong nước (được mọi người yêu mến và biết đến). Các diode là cần thiết để triệt tiêu EMF tự cảm ứng trong cuộn cảm, điều này là cần thiết để bóng bán dẫn không bị hỏng từ điện áp cao.Tại sao điều này xảy ra sẽ giải thích quy luật chuyển đổi: "Dòng điện trong cuộn cảm không thể thay đổi ngay lập tức."

Và khi bóng bán dẫn được đóng lại (loại bỏ xung điều khiển), năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây rơle cần phải đi đâu đó, đó là lý do tại sao diode đảo ngược được lắp đặt. Một lần nữa, tôi lưu ý rằng diode được kết nối theo hướng BACK, tức là cực âm thành dương, cực dương thành âm.

Bạn có thể tự lắp ráp một sơ đồ như vậy, rẻ hơn nhiều, ngoài ra bạn có thể sử dụng tiếp sứcđánh giá cho bất kỳ điện áp không đổi.

Hoặc mua một mô-đun làm sẵn hoặc toàn bộ tấm chắn với rơle cho Arduino:

Bức ảnh cho thấy một chiếc khiên tự chế, nhân tiện, nó đã sử dụng KT315G để khuếch đại dòng điện, và bên dưới bạn thấy tấm khiên do nhà máy sản xuất:

Đây là các lá chắn 4 kênh, tức là bạn có thể bao gồm bốn dòng 220 V. Chi tiết về khiên và rơle, chúng tôi đã đăng một bài viết trên trang web - Khiên hữu ích cho Arduino

Sơ đồ kết nối của tải ở điện áp 220 V đến Arduino thông qua rơle:

Kết luận

Quản lý tải AC an toàn có nghĩa là đầu tiên và quan trọng nhất bảo mật vi điều khiển tất cả các thông tin được mô tả ở trên là hợp lệ cho bất kỳ vi điều khiển, không chỉ bảng Arduino.

Nhiệm vụ chính là cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết để điều khiển cách ly triac hoặc rơle và điện kế của mạch điều khiển và mạch nguồn AC.

Ngoài bảo mật cho vi điều khiển, cách này bạn tự bảo hiểm để không bị điện giật trong quá trình bảo trì. Khi làm việc với điện áp cao, bạn phải tuân thủ tất cả các quy tắc an toàn, tuân thủ PUE và PTEEP.

Những kế hoạch này có thể được sử dụng và để kiểm soát khởi động và tiếp điểm mạnh mẽ. Triacs và rơle trong trường hợp này hoạt động như một bộ khuếch đại trung gian và điều phối tín hiệu. Trên các thiết bị chuyển mạch mạnh mẽ, dòng điều khiển cuộn dây lớn cũng phụ thuộc trực tiếp vào sức mạnh của công tắc tơ hoặc bộ khởi động.