Тиристор и симистор.Способы и схемы управления
Тиристор и симистор.Способы и схемы управления
Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.
Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.
Определение
Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ.
Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).
Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.
Основные характеристики
Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:
1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
2. Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).
3. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
4. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
6. Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
7. Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
9. Ток управления (IGT).
10. Максимальный ток управления электрода IGM.
11. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)
Принцип работы
Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.
Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.
Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.
После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).
Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.
Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.
После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор.
Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.
Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами
Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.
Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.
Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.
Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.
Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.
По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.
Интересно:
Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.
На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.
Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.
Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD.
Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».
Заключение
Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…
Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.
По материалам electrik.info
Световой диммер управляемый Arduino « схемопедия
Переключение нагрузки переменного тока с использованием Arduino довольно просто: используется либо механическое реле, либо твердотельное реле с оптически изолированным симистором. Становится немного сложнее, если необходимо уменьшать яркость лампы переменного тока используя Arduino: просто ограничивать ток симистором не представляется возможным из-за необходимости в мощном симисторе, и как следствие необходимости рассеивания большого количества тепла, а также это не эффективно с точки зрения использования энергии.
Правильный способ реализации является применение регулирования фазы: Симистор полностью открыт, но только в части синусоидальной волны переменного тока.
Можно просто открывать симистор на некоторое количество микросекунд при помощи Arduino, но проблема в том, что непредсказуемо в какой части синусоидальной волны симистор открывается и, следовательно, уровень затемнения непредсказуем.
В синусоидальной волне необходима точка отсчета.
Для этого необходим детектор пересечения нуля. Это схема, которая сообщает Arduino (или другому микроконтроллеру), когда синусоидальная волна проходит через нуль и, следовательно, дает определенную точку на этой синусоидальной волне.
Открытие симистора на некоторое количество микросекунд, начиная от пересечения нуля, дает предсказуемый уровень затемнения.
Такую схему легко сделать: пересечение нуля берётся непосредственно из выпрямленного сетевого переменного тока – конечно через оптрон, и дает сигнал каждый раз, когда волна проходит через нуль. Так как синусоида сначала проходит двухфазное выпрямление, сигнал пересечения нуля подается независимо от того, вверх или вниз идет синусоидальная волна. Затем этот сигнал может быть использован для вызова прерывания Arduino.
Само собой разумеется, что должна быть гальваническая развязка между Arduino и сетью. Для тех, кто не понимает «гальваническая развязка», это значит «без металлических соединений», то есть —> оптопарами.
Схема изображенная здесь делает именно это. Сетевое напряжение 220 Вольт идет к мостовому выпрямителю через два резистора 30кОм, который выдает двухфазный выпрямленный сигнал на оптрон 4N25. Светодиод в этом оптроне при низком уровне работает на частоте 100 Гц, а на коллекторе выходит сигнал высокого уровня с частотой 100 Гц в соответствии с синусоидальной волной. Сигнал с 4N25 подается на прерывающий вывод в Arduino (или другого микропроцессора). Программа прерываний дает сигнал определенной длины на один из портов ввода/вывода. Сигнал с порта ввода/вывода сигнала уходит в нашу схему и открывает светодиод в MOC3021, который запускает оптотиристор. Светодиод последовательно MOC3021 указывает, проходит ли ток через MOC3021. Имейте в виду, что при затемнении, свечение будет не очень видно из-за коротких вспышек. Если вы решили использовать тиристорный переключатель непрерывно, то светодиод будет гореть ясно.
Имейте в виду, что только обычные лампы накаливания действительно подходят для затемнения.
Схема также будет работать с галогенной лампой, но это сократит срок службы галогенной лампы. Она не будет работать с любыми КЛЛ лампами, если они специально не сделаны с возможностью диммирования.
Если у вас есть оптрон h21AA11, то его использование описано ниже.
Предупреждение: Эта схема работает с напряжением 110-220В. Не делайте её, если вы не уверены в своих действиях. Отключайте её, прежде чем приблизиться к печатной плате. Радиатор симистора подключен к сети. Не прикасайтесь к нему во время работы и сделайте для него надлежащий корпус.
Эта схема безопасна, если она собрана человеком, который знает, что делает. Если вы понятия не имеете об этом или сомневаетесь в своих действиях, то вы можете погибнуть!
Материалы
Детектор пересечения нуля
4N25 или h21AA11 (см. текст).
Резистор 10кОм.
Мостовой выпрямитель 400В.
2x Резистор 30кОм 1/2 Вт (Скорее всего на каждом резисторе будет рассеиваться 200mW).
1 разъем.
Стабилитрон 5,1В(опционально).
Драйвер лампы
Светодиод
MOC3021
Резистор 220 Ом (я использовал 330 Ом, и всё хорошо работало).
Резистор 470 Ом-1кОм (Я закончил с использованием 560 Ом, и всё хорошо работало)
Симистор TIC206
1 разъем
Прочее
Кусок текстолит 6×3см.
Провода.
Плата
Я сделал плату при помощи ЛУТ и вытравил её в растворе солянной кислоты и перекиси водорода. В интернете есть много статей на эту тему. Вы можете сделать плату, используя прилагаемый рисунок ПП. Сборка платы достаточно проста. Я использовал панельки для оптронов и мостового выпрямителя. Скачать рисунок платы и его зеркальную версию можно внизу статьи.
Примечание: рисунок платы имеет текст. В незеркальной версии рисунка текст зеркален, а в зеркальной версии рисунка текст не зеркален. Это правильно. При ЛУТ, отпечатанный рисунок переноситься непосредственно на медь, где он и выглядит правильно.
Я использовал TIC206. Он может выдавать 6 ампер. Имейте в виду, что проводники платы не выдержат 6 ампер. При подключении мощной нагрузки припаяйте провод на проводники от симистора к разъемам и на проводники ко вторым разъемам.
Если неясно значение контактов: сверху вниз по второй фотографии:
+5 вольт.
Сигнал прерывания (Digital Pin 2 Arduino).
Сигнал для симистор (выходит из Digital Pin 3 на Arduino).
GND.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Если у вас есть оптрон h21AA11, то вам не нужен мостовой выпрямитель. h21AA11 имеет два не параллельных диода, и может работать с переменным током. Он совместим по выводам с 4N25, просто вставьте его в припоя и 2 перемычки между R5 и + и R7 и -.
Программа
Программа довольно проста. Нулевой Х сигнал генерируется в прерывании. Затем в прерывании симистор переключается на определенное время. Программа доступна ниже.
О программе: Теоретически в цикле можно было позволить переменной «i» начинается с ‘0 ‘.
Однако, поскольку времени на прерывание мало, использование ‘0’(полностью вкл.) может немного испортить время. То же самое касается 128(полностью выкл.), хотя это кажется менее критичным. Точность ‘5’ или, возможно, ‘1’ является пределом настройки. Ваш диапазон может быть, например, от 2 до 126, вместо 0-128. Если у кого-то есть более точный способ настройки времени прерывания, я буду рад услышать его.
Результаты и применение
Посмотрите короткое видео о работе устройства, записанное на мобильный телефон.
Подобным способом можно сделать схему для смешивания RGB светодиодов. Это также возможно с текущей схемой, но необходимы две дополнительных симисторных схемы. Разумеется, нужен только один детектор пересечения нуля.
Также возможно сделать традиционную (назовем ей старомодной) гирлянду для рождественской елки, работающую непосредственно от 220 (или 110) вольт. Повесьте 3 провода с разными лампами на дерево и регулируйте их при помощи этой схемы с двумя дополнительными симисторными схемами.
Скачать скетч и файлы печатных плат
Оригинал статьи на английском языке (перевод: Александр Касьянов для сайта cxem.net)
Управление мощной нагрузкой переменного тока
| Тиристор |
В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.
Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры.
Что это такое? А сейчас расскажу.
| Симистор BT139 |
| Схема включения из даташита на MOC3041 |
Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.
Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.
На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.
Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой.
Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.
Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.
Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А
ОпторазвязкаОсновыСимисторТиристорУмный домВНИМАНИЕ!Взялся я тут за один общественный благотворительный проект. Восстанавливаем хоккейную коробку при детском доме Аистенок (г.
Челябинск. Нагорная д. 18). Задача: к июлю сдать ее уже как готовый объект.
Найдены сертифицированные подрядчики, которые могут изготовить все по ГОСТам, а без этого даже гвоздь сейчас не забить — заставят выдернуть. Остается только организация и сбор средств. На все про все надо около полумиллиона, порядка 15% уже есть, но сроки поджимают. Поэтому подключаю краудфандинг 🙂
Если вам были полезны мои сайты, мои статьи, то что я делаю и сделал, то просьба не пожадничать и закинуть мне бабла 🙂 Не на пиво, а на мою цель — сделать детскому дому хоккейную коробку. Им реально надо, сейчас там полный трешак и ад, с убитым асфальтом и разваливающимся гнилыми конструкциями. У нас тут не Москва, поэтому бюджета, который чиновник будет пилить и ради чего хоть что-то сделает, просто нет. А значит решаем вопрос сами.
Терпеть не могу банальное попрошайничество, поэтому я даю публичное обязательство.
Если мы успеем собрать нужную сумму в срок, то я обязуюсь в ТЕЧЕНИИ ТРЕХ ЛЕТ выдавать НЕ МЕНЕЕ одной статьи в месяц.
Тем мне хватит, о чем писать я найду. Мотивации начать шевелиться не хватает. Ваше участие даст мне хороший стартовый пинок под зад.
Хотите видеть больше статей от меня? Закиньте 251 рубль на счет-карту 5469 7200 1707 9035(Сбербанк, получатель Ольга Сергеевна Л. она финансовый координатор нашей инициативной группы).
Почему 251? Число мне нравится. Вроде и немного, как кофе попить с плюшкой. Но 4 по 250 это уже 1000. А +1 рубль покажет нам, что перевод пришел именно от моего подписчика, а не от других спонсоров проекта. Мне будет приятно 🙂 О результатах и процессе будет написано на dihalt.ru
Челябинск. Нагорная д. 18). Задача: к июлю сдать ее уже как готовый объект.
Управление мощной нагрузкой переменного тока микроконтроллером. Управление мощной нагрузкой переменного тока
МОП (по буржуйски MOSFET ) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.
Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком.
Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.
Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.
Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.
МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.
У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314 , способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.
Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:
Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.
Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или I D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I D от V DS при разных значениях V GS . И прикидыываешь какой у тебя будет режим.
Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:
Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t on ,t off , в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора C iss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.
При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО . Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги:).
В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным – Вы уж меня простите . Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено. Начнем.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.
1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.
Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА . Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.
Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн
Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать – ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.
1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!
Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ . При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любойn-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность – чтоб не перегрелся.
Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf — Даташит на биполярный транзистор BC547
1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.
Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.
При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
– так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
– транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.
Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf — Даташит на полевой транзистор IRF640
1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.
Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf — Даташит на сборку Дарлингтонов ULN2003
2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.
2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.
Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора – это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.
Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.
Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов – большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе – нужны цепи подавления.
Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы типа BT138.
BT138.pdf
2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука – твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.
Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто – как светодиод – через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.
Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
BT138.pdf — Даташит на симистор (триак) BT138
CPC1030N.pdf — Даташит на твердотельное реле CPC1030N
Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочкамиТак как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.
Выбор управляемой нагрузки
Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая . Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать . В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).
Выбор элементной базы
Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в статье DiHalt»а . Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.Фазовая модуляция
Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:
- Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
- К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.
Гальваническая развязка
Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:
- Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
- Наличием детектора нуля
- Током, открывающим драйвер
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet»ах.
Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки
В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:- Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
- Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
- Внешняя помеха (грозовой разряд)
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в Application Note AN-3008 . К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).
Выбор симистора
Максимальный ток коммутации
Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet»е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.Минимальный ток коммутации
Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet»е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.Изоляция
Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.Защита от перегрузки
Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на спецификацию , при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее , чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.
Защита от короткого замыкания
При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление.2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:
- Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
- Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.
Заключение
Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему. Автор : elremont от 17-03-2014
Это схема, в которой есть неизолированные металлические части под напряжением! Будьте осторожны и примите все меры предосторожности, чтобы избежать поражения электрическим током. Кроме того, обязательно используйте предохранитель с низким значением отсечки (мА) , поставив его на провод от аккумуляторной батареи до управляющего электрода. Вы имеете дело с 220В! Металлический лепесток на симисторе (T2) всегда ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ. Тем из вас, кто имел мало опыта работы с электроникой, не стоит заниматься этим проектом. Как я говорю и в видео, вам необходимо удостоверится, где в розетке «фазовый» и где «нейтральный» контакт с помощью индикатора на 220 В! Маленькие контакты могут быть фазными, а большое лезвие всегда НЕЙТРАЛЬНО. Ничего не берите на веру. Всегда проверяйте отсутствие напряжения до прикосновения к контакту.
Итак, это руководство для переключения симистора постоянным током. Большинство людей не понимают, что вы можете отдельным источником постоянного тока переключать симистор, как на этой схеме. Для простоты я использую BT136/600 и его распиновка такая: Т1, Т2 … Т2 пойдет к нагрузке, T1 пойдет на нейтраль и G это управление. Итак, что мы делаем, по цепи 220 В, провод идет в нагрузку, которой может быть все что угодно: свет, электронное устройство, а затем попадает на контакт T2 симистора. Контакт T2 переходит на T1 подключенный к нейтральному проводу, завершая цепь. Включить и выключить симистор вы можете с помощью отдельной батареи. При желании вы могли бы использовать понижающий трансформатор с электропитанием от той же линии, что у вас есть, чтобы получить постоянное напряжение для тока управления. Или вы можете использовать внешнюю сеть переменного тока, есть много вариантов получения постоянного тока для управления. Скажем, вы придумали схему, которая работает на постоянном токе, и вы хотите что то включить на переменном, так что это прекрасно подходит для этого. Хорошо, у меня есть 6-вольтовая батарея, я покажу вам ее через минуту. Берем минус и проверяем, что он присоединен к нейтральной шине. Это очень важно. Не надо делать этого в обратном направлении, проверьте, что эта отрицательная клемма на нейтрали. При помощи индикатора или тестера убедитесь, что провода к электрической розетке присоединены правильно. Итак минус на нейтраль, и хорошей идеей будет поставить предохранитель между минусом и нейтралью. В случае, если что либо замкнет в симисторе, и один из контактов замкнет на управляющий электрод, то вы можете получить 220 вольт, проходящие через батарейку. Так что ставьте предохранитель прямо здесь, на очень низкую сила тока. Лучше всего поставить на 50 миллиампер. Так что, если произойдет короткое замыкание, оно будет кратковременно и не катастрофично. Теперь берем наш плюс, он проходит через цепи коммутации и управления и на управляющий электрод симистора плюс поступает через токоограничивающий резистор. Этот симистор — BT136, с током управления максимум 35 мА, а напряжение, я думаю, максимум 12. Но я использую 6. Таким образом, вычислить сопротивление резистора очень просто, вы берете свое напряжение и делите его на ток который необходим, и вы получите сопротивление в Омвх. Я взял резистор 330 Ом, и эта батарея как я уже сказал, на 6.2 вольта. Я покажу прямо сейчас. У меня есть удлинитель подключенный к ночнику на 7 Вт, мощность этого симистора достаточно высока, вероятно, в 1000 или 1500 Вт. Убедитесь, что он стоит на радиаторе с термопастой, и все будет нормально. Нагрузка… я знаю, что это зеленая жила кабеля, но это не имеет значения. Вы проводите линию, идущую к нагрузке, в данном случае это 7 ваттная лампа. С другой стороны нагрузки подключен красный провод, хорошо. Это контакт T2, корпус это его часть, лепесток корпуса и средний контакт на этом симисторе это T2. T1 это первый контакт, он присоединен к нейтральной шине. Эта нейтральная шина соединена с нейтралью домовой проводки.Теперь берем 6 вольтовую батарею. Вы берете общий провод от нейтрали, и присоединяете его к минусу. У меня есть небольшой предохранитель он на 100 миллиампер, но лучше было бы поставить на 50, если ты собираешься это сделать. Поэтому убедитесь, что ставите на 50 с нейтральной стороны. Положительный полюс батарейки присоединяем к резистору, ведущему к управляющему электроду. Я поморгаю светом, просто прикасаясь к нейтральной шине, подключив ее к отрицательному полюсу на батарейке. Все готово к включению. Я все покажу. Мы замкнем цепь от батареи к управляющему электроду, и вы можете увидеть, что свет включается. И я проверил это… Все работает прекрасно, и я проверю разъем на лампе, и я получаю полное напряжение, что означает, что управление полностью открыло симистор. Так что это действительно хорошая схема для понимания работы симистора. Теперь вы можете включать устройства переменного тока. Как я уже говорил… Я оставлю это подключенным. Хорошо, что в итоге. В том случае, если в симисторе будет короткое замыкание, у нас фазовое напряжение будет пытаться идти в эту батарею. Поэтому поставьте предохранитель как можно меньше. Как только высокое напряжение попытается войти, если случится короткое замыкание, предохранитель перегорит, и батарея будет в порядке. Хорошо, я покажу вам еще работу с дрелью, и вы увидите, что питание это не проблема. Я присоединю штекер на секунду. Я отодвину камеру подальше, чтобы вы рассмотрели. Замечательно. Я прикоснусь… Выключено. Включено. Переключается от батарейки.
_
Эта статья посвещенна в основном тем экпериментаторам, которые уже попробовали моргать светодиодыми с помощью Arduino и хотели бы попробовать применить свои контроллеры и приобретенные знания для более серьезных и полезных вещей. Также она будет интересная людям желающим систематизировать свои знания относительно возможности управления силовой нагрузкой и коммутации электрических цепей с помощью одноплатных контроллеров Arduino и им подобных плат.
Для начала давайте рассмотрим характеристики платы. Для примера возьмем Arduino Nano:
| Микроконтроллер | Atmel ATmega168 или ATmega328 |
| Рабочее напряжение (логическая уровень) | 5 В |
| Входное напряжение (рекомендуемое) | 7-12 В |
| Входное напряжение (предельное) | 6-20 В |
| Цифровые Входы/Выходы | 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ) |
| Аналоговые входы | 8 |
| Постоянный ток через вход/выход | 40 мА |
| Флеш-память | 16 Кб (ATmega168) или 32 Кб (ATmega328) при этом 2 Кб используются для загрузчика |
| ОЗУ | 1 Кб (ATmega168) или 2 Кб (ATmega328) |
| EEPROM | 512 байт (ATmega168) или 1 Кб (ATmega328) |
| Тактовая частота | 16 МГц |
| Размеры | 1.85 см x 4.2 см |
Питание контроллера осуществляется через mini-USB или от нерегулируемого источника 6-20В (вход Vin соединенный со табилизатором напряжения).
Некоторые входы Arduino дуплексированны, тоесть могут выполнять несколько функций, например Pin 3, 5, 6, 9, 10, и 11 помимо возможности дискретных входов и выходов (задается программно) может выполнять функцию ШИМ с разрешением 8 бит и это пригодится нам чуть позже. максимальные выходные характеристики выходов контроллера 5В при токе 40мА
Вернемся к теме данной статьи, первым и самым простым методом управления нагрузкой как постоянного, так и переменного тока является реле . Суть работы которого заключается в управлении контактной группой на выходе (11, 12, 14), подачей напряжения на катушку на входе (А1, А2), которая по средствам магнитной силы двигает свой сердечник в свою очередь механически связанный с контактной группой. У реле есть один большой плюс – это гальваническая развязка между силовой цепью которую оно коммутирует и цепью управления, которая чаще всего низковольтная, в нашем случае катушка реле управляется 5V постоянного тока (DC) напрямую с любого выхода Arduino. Выходная контактная группа обычно состоит из 3 контактов: общий контакт, нормально закрытый NC, и нормально открытый NO. Общая схема реле выглядит следующим образом.
Сборка из 4 реле.
Таким образов с помощью реле можно коммутировать нагрузку до 10 А (согласно спецификации самого реле). Для программной реализации используется функция: digitalWrite(pin, value) . Где value принимает значение HIGH или LOW. Практическая схема, а также программа для управления лампой 250W 220V приведена в статье .
Если же необходимо плавное управление нагрузкой, подходящим инструментом бедет ШИМ регулирование . Как известно выходы ардуино не могут выдавать аналоговых значений в диапазоне 0…5 В, но возможно менять скважность сигнала тем самым получая эффект плавно рагулировки яркости светодиода или скорости электромоторчика. В программе используется функция: analogWrite(pin, value) , в которой value принимает значение от 0…255 (переод работы цикла). Частота же ШИМ сигнала приблизительно 490 Hz.
Для плавной регулировки яркости более мощной нагрузки (постоянного тока), чем обычный светодиод нам понадобится транзисто . Есть как готовые сборки (драйверы) с транзиторами для Arduino. Пример использования транзистора в статье , но также довольно просты в использовании простые транзисторы, цена их будет значительно ниже. В примере будет рассмотрен полевой транзистор STP16NF06 . Это N канальный транзистор, что значит без напряжения на затворе транзистор будет закрыт. Суть прибора заключается в управлении проводимостью канала сток – исток с помощью небольшого напряжения на затворе. Ниже фото устройства собранного мной для управления светододными лентами.
Сток ( drain ) – подача высокого напряжения
Затвор ( gate ) – управляющее напряжения с вых Arduino
Исток ( source ) – протекает ток со стока, когда транзистор открыт
Для наглядности привожу одну из своих схем по управлению светодиодными лентами.
Datasheet на транзистор также прикладываю к этой статье. Наиболее интересующие нас пареметры:
Vgs.th – должно быть в нашем случае не выше 5В. Vgs должно быть не меньше напряжения управляющего сигнала. Чтобы убедиться пропустит ли транзистор достаточный ток при подаче 5В от ардуино достаточно посмотреть на характеристику Id(Vgs).
Также обратите внимание что рассеивающая способность зависит от типа корпуса, для корпуса TO-220 она выше.
Существуют более специфичные схемы управления нагрузкой, например для управления мощными светодиодами, которые приобретают все большую поплярность. Пример такого управления я приводил в статье посвещенной фитолампам (). Особенность этих светодиодов заключается в отсутсвии токоограничивающих резисторов в цепи светодиода, значит постоянное значение тока 300mA для 1W светодиодов и до 700mA для 3W светододов должен поддерживать драйвер . При этом драйвер должен изменять значение своего выходного напряжения в зависимости от количества подключаемых светодиодов, так как светодиоды подключаются последовательно величина напряжения будет равна сумме падений напряжения на каждом светододе для 3W светодиодов это порядка 3V, значит для 5 светодиодов нам понадобится 15V на выходе драйвера и 700mA соответсвенно. Для уравления такими светодиодами я использую драйвер . Есть модификации как для установки на плату так и для наружной установки.
Устройсво имеет сравнительно невысокую стоимость и высокое качество сборки. Часто блоки питания и драйверы Mean well используются в промышленной автоматике.
Интересующие нас параметры:
| Входное напряжение DC | 9…56 В |
| Выходное напрядение | 2…52 Вт |
| Постоянный выходной ток ток | 600 мА |
| Вход диммирования | 0.8…6 В |
Устройство имеет вход для диммирования состояние выкл при V 2.5V DC. Таким образом драйвер можно напрямую подключать к платам ардуино с выходом ШИМ 5V.
Это все методы коммутации нагрузки, которые я хотле рассмотреть сегодня, конечно существуют и други схемы, с применением контакторов, импульсных реле и твердотельных реле, но о них я напишу в слюдеющей статье.
Драйвера мощных светодиодов meanwell LDD-700H datasheet приобрести можно на AliexpressТранзистор N канальный STP16NF06 MOSFET
Как сделать простой диммер для управления светом со смартфона на Ардуино
На модуле Ардуино Нано можно построить простой диммер, при помощи которого можно на расстоянии управлять не только включением и выключением света, но и его яркостью. Все управление производится с вашего смартфона без каких-либо пультов управления. Схема несложная и вполне повторима даже начинающим радиолюбителем.
Понадобятся следующие детали
- Ардуино Нано — http://ali.pub/5idze0
- Модуль Bluetooth HC-05 — http://ali.pub/5idzbv
- Симистор BTA16 или BT139 — http://ali.pub/5idzai
- Оптрон EL817 или PC817 — http://ali.pub/5idzo4
- Оптопара с симисторным выходом MOC3020 или MOC3021 — http://ali.pub/5idzgx
- Диодный мост — http://ali.pub/5idzr8
- Резисторы 47 кОм, 1 кОм, 100 Ом, 200 R — http://ali.pub/5h6ouv
Схема и прошивки
По левую часть Ардуино собран детектор нуля. Он дает сигнал модулю когда синусоидальная волна проходит нулевую отметку, переходя из положительной в отрицательную.
По правую сторону собран симисторный ключ с гальванической развязкой на оптопаре. Также подключен блютуз модуль к Ардуино.
Прошивка для Ардуино и приложение для телефона в архиве:
downloads.zip [3,6 Mb] (cкачиваний: 50)
Приложение нужно предварительно скопировать в память телефона любым удобным для вас способом.
Делаем простой диммер на Arduino Nano
Первым делом запрограммируем Ардуино Нано. Зальем прошивку так сказать.
Ардуино устанавливаем на плату при помощи колодок. Это дает возможность в любой момент его снять с платы.
В плате сверлим отверстия и устанавливаем диодный мост.
Устанавливаем оптрон и резисторы в цепи детектора нуля.
Устанавливаем и припаиваем колодку блютуз модуля.
Вид пайки снизу. Длинные проводники выполнены монтажным проводом.
Запаиваем оптопару с симистором.
Берем блютуз модуль.
Устанавливаем его в колодку на плате.
Подключаем вилку с проводом и нагрузку в виде лампы накаливания.
Ардуино будем питать от отдельного блока 5 В. Подключим его через микро USB.
На этом все, диммер готов к работе.
Проверка диммера
Устанавливаем приложение на смартфон.
Подключаемся по блютуз к диммеру.
Теперь можно управлять яркостью света.
Двигаем ползунок в приложении и яркость лампы увеличивается от нуля.
И до полной яркости.
Смотрите видео
| Метки: |
Фазное регулирование нагрузки переменного тока с помощью FLProg – FLProg
Выдался свободный денёк и я решил наконец то опробовать блок скоростного счетчика в режиме линии задержки. Этот режим создавался в основном для реализации фазного регулирования нагрузки, но до сих пор я не успевал его обкатать в реальном применении. Думаю уже пора.
Обвязку блока я сделал по этой схеме:
На оптопаре PC814 собран детектор нуля. Поскольку блок работает на прерываниях, то входом детектора нуля могут служить только входы контроллера к которым привязываются аппаратные прерывания. В случае UNO это входы D2 и D3.
На оптосимисторе MOC3023 собран блок управления симистором. Для управления этим блоком можно выбрать любой свободный цифровой выход контроллера.
Схема проекта
Res – Аналоговый вход. На входе стоит переменный резистор.
Блок SCT2 – Блок скоростного счетчика. (Библиотека элементов -> Счетчики -> SpeedCounter)
Настройки блока:
Поскольку все оптопары отличаются – необходимо произвести настройку блока Scalе. Для этого на время модернизируем проект.
Теперь значение задержки раз в секунду будет выводится в Ком-порт. Для чего это нужно? Поскольку передний фронт импульса с детектора нуля приходит немного раньше истинного момента перехода синусоиды через 0 (в момент потухания светодиода оптопары), то нам необходимо определить это время для задания его в качестве 100% значения мощности на нагрузке. Вот настроечные параметры для блока Scale.
Зальем программу в контроллер и запустим монитор компорта. При вращении переменного резистора лампа будет либо гореть либо мерцать.Вот как это выглядит.
Добиваемся равномерного максимального горения. Значение полученное через компорт записываем. Это значение будем заносить в поле “Нижний предел выходного значения” Scale. Теперь отстроим вторую границу. Опять поменяем значения в блоке Scale
Длительность полупериода сетевого напряжения составляет 10000 микросекунд. Но у нас импульс сдвинут 1102 микросекунды раньше. Соответственно что бы установить полный ноль мощности необходимо максимальную задержку увеличить на столько-же. Можно конечно просто выставить 11102, но лучше проверить. Зальем программу в контроллер и запустим монитор компорта. Добиваемся момента перехода с мерцающего горения в полное потухание. Значение из компорта записываем. Вот как это выглядит.
Ну и тетерь можно использовать полученные значения. Заполняем блок Scale
Ну вот что получилось
Теперь можно убирать блоки генератора и передачи данных компорта, а на вход Scale подавать необходимое Вам регулирующее значение. Обратите внимание в поле “Верхний предел входного значения” блока Scale необходимо занести значение регулирующей величины соответствующее 0 мощности на нагрузке, а в поле “Нижний предел входного значения” значение соответствующее 100% мощности.
Добавил: support
Publication author
62 Comments: 26Publics: 76Registration: 21-12-2017Triac — управление питанием сети переменного тока с помощью Triac — Arduino-совместимые экраны
ВНИМАНИЕ : этот модуль предназначен для прямого подключения к электросети переменного тока, и его неправильное использование может вызвать ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ и ПОЖАР. Используйте этот модуль только в том случае, если у вас уже есть опыт работы с сетевыми цепями переменного тока, и внимательно следуйте рекомендациям по безопасности, приведенным в нижней части этой страницы.
Triac Nanoshield можно использовать для управления приборами, подключенными к электросети с напряжением 127 В или 220 В переменного тока (переменный ток) с помощью контактов ввода / вывода вашего Arduino.Идеально подходит для таких приложений, как:
- Переключение или уменьшение яркости лампы (также проверьте нанощиток Zero Cross).
- Управление бытовой техникой, такой как настольные лампы, электрические духовки, кофеварки, вентиляторы и т. Д.
- Управление воротами электрическими
Существует 4 варианта контактов ввода / вывода для активации симистора (D3 #, D5 #, D6 # e D9 #), которые можно легко выбрать с помощью перемычек на плате. Если этих четырех вариантов недостаточно, есть еще 7 вариантов, которые можно выбрать, припаяв перемычки на нижней стороне платы (D2, D4, D7, A2, A3, A4 e A5).Симистор активируется при высоком логическом уровне на соответствующем выводе ввода / вывода и деактивируется при низком логическом уровне на выводе.
Симистор активируется через оптрон, а вывод симистора, который контактирует с радиатором, имеет внутреннюю изоляцию. Это удерживает напряжение переменного тока от микроконтроллера и других цепей постоянного тока.
Характеристики
- Управление нагрузками переменного тока напряжением 127 В и 220 В.
- Доступен с радиатором 25 мм для токов до 2.5A или с радиатором 50 мм для токов до 5A (см. График токов ниже).
- Активация 5 В или 3,3 В через оптрон.
- 4 варианта использования выходного контакта, выбираемые вручную перемычками, и 7 дополнительных контактов, выбираемых с помощью паяных перемычек. Светодиод
- , показывающий, включен или выключен симистор.
! Подключения
Схема симистора
Подключения симистора
! Схема подключения Arduino
На следующей схеме показано, как подключить Triac Nanoshield напрямую к Arduino UNO или Arduino Mega.
Подключение к Arduino UNO (щелкните, чтобы увеличить)
Подключение к Arduino Mega (щелкните, чтобы увеличить)
! Коммутационная способность
Максимальный рекомендуемый коммутируемый ток в зависимости от температуры окружающей среды
Указанные выше ограничения по току предназначены для условий, в которых нет воздушного потока (например, когда платы установлены внутри шкафа). Вы можете расширить эти пределы, добавив дополнительный поток воздуха через вентиляторы или отверстия в корпусе для охлаждения компонентов.
Электрические характеристики
Источник питания: осуществляется через вывод VCC в диапазоне от 4,5 В до 5,5 В (обычно 5 В).
Логический уровень: симистор может быть активирован с логическим уровнем 5 В или 3,3 В.
! Рекомендации по безопасности
Пожалуйста, следуйте приведенным ниже рекомендациям перед использованием этого Nanoshield или любого другого устройства, которое напрямую подключено к электросети переменного тока.
- Имейте в виду, что сетевой ток переменного тока может быть очень опасным. Несчастные случаи могут привести к травмам и даже смерти. Следовательно, используйте это оборудование только в том случае, если у вас есть предварительные знания об электрических цепях сети и вы абсолютно уверены в том, что делаете. Если вы новичок и только начинаете заниматься электроникой, не используйте этот Nanoshield или любое другое оборудование, которое имеет прямое соединение с сетью переменного тока.
- Удостоверьтесь, что электромонтаж на месте, на котором вы работаете, соответствует местным правилам безопасности и имеет установленный выключатель дифференциального тока (RCCB).
- Никогда не дотрагивайтесь до устройства и не прикасайтесь к нему, когда оно подключено к сети переменного тока — всегда выключайте автоматический выключатель перед подключением проводов или выполнением любой ручной настройки системы.
- Этот Nanoshield не имеет предохранительных устройств, таких как предохранители или автоматические выключатели — вы должны установить их снаружи в соответствии с конкретными потребностями вашего проекта.
- Если вы хотите включить этот модуль в коммерческий продукт, проверьте требования, применимые к процессам сертификации безопасности в вашем регионе.
Arduino TRIAC диммер AC bluetooth
ВВЕДЕНИЕ
Во-первых, этот проект будет немного опасным, так как я буду использовать сетевое питание, которое здесь, в Испании, составляет 220 В переменного тока, что может привести к травмам за доли секунды. Итак, перед тем, как начать, если вы ни в чем не уверены, не пробуйте этот проект, если у вас нет подходящих инструментов, если вы не проверяете и дважды не проверяете соединения перед подачей питания, а также никогда, никогда , прикоснитесь к цепи при включенном питании, что ж, не пробуйте этот проект, просто сядьте и учитесь.
Полный список запчастей см. Здесь:
ЧАСТЬ 1 Обнаружение перекрестного нуля
Первое, что нужно сделать, это проанализировать напряжение переменного тока. Я подключил осциллограф к домашней электросети. Как вы можете видеть ниже, у нас есть синусоидальная волна 310 вольт от пика до пика или 220 В RMS. Частота обычно составляет от 50 до 60 Гц.
У нас есть положительная и отрицательная части, поэтому будет пересечение нуля, поэтому нам нужно будет обнаружить это пересечение 0. Используя компонент под названием TRIAC, мы будем контролировать количество времени, в течение которого это питание включено и выключено.Посмотрим, как работает этот ТРИАК.
Все мы знаем диоды. Подключите всего один диод к сигналу переменного тока, и мы получим полуволновой выпрямитель. С одним диодом в этом случае у нас будет только положительная часть сигнала переменного тока, как вы можете видеть ниже, поскольку диод не пропускает отрицательную часть. Но что, если бы мы могли активировать или деактивировать этот диод. Существует компонент, который может это сделать, и он называется THYTISTOR, который в основном представляет собой управляемый диод, который будет активироваться, когда затвор получает ток триггера и продолжает проводить, пока напряжение на устройстве не меняется на противоположное.
Итак, вот наш сигнал переменного тока ниже. Отрицательная часть не пройдет, так как мы используем диод. Но с положительной стороны, если мы не переключим THYRISTOR, не будет и положительной части. Итак, допустим, что точно в среднем положении мы активируем затвор THYTISTOR с помощью импульса, теперь мы пропускаем оставшуюся часть положительной стороны волны переменного тока. Итак, теперь у нас есть только половина положительной волны, поэтому мы отрегулировали мощность.
Но если мы хотим сделать это как с положительной, так и с отрицательной стороны, мы должны использовать два ТИРИСТРА в антипараллельной конфигурации.Один будет контролировать положительную сторону, а другой — отрицательную. Есть компонент, который это дозирует, называемый TRIAC.
TRIAC будет оставаться деактивированным до тех пор, пока не получит импульс на своем затворе. После получения он будет оставаться активным до тех пор, пока основной вход не изменит свою полярность.
Итак, вот что мы собираемся делать. Я буду использовать BTA16 TRIAC для управления напряжением переменного тока. Первое, что нужно сделать, — это обнаружить пересечение нуля, поскольку наш импульс должен совпадать по фазе с напряжением переменного тока.Итак, мы должны определить, когда напряжение переходит с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное, и синхронизировать наш импульс с этим, чтобы он всегда срабатывал в одном и том же месте. Для этого я воспользуюсь полным мостовым выпрямителем. Это даст мне на выходе как положительную, так и отрицательную кривые переменного тока, и я делаю это, поскольку Arduino не может работать с отрицательными значениями. Ниже на моем осциллографе есть вход (зеленый) и выход (желтый) полного мостового выпрямителя.
Схема нулевого креста
Я также добавлю два резистора на 47 кОм, чтобы ограничить ток.Теперь я хочу отделить сторону высокого напряжения от стороны низкого напряжения, которым в данном случае будет микроконтроллер Arduino. Для этого я воспользуюсь оптопарой EL317. Таким образом, нет прямой связи между высоким напряжением 220 В и 5 В на Arduino.
Я добавляю подтягивающие и понижающие резисторы, как показано на схеме ниже, которые, кстати, вы можете скачать по ссылке ниже, и теперь я подключаю осциллограф к выходу.
Как и ожидалось, у меня есть какая-то трапециевидная волна с размахом 5 вольт.Теперь я читаю это с помощью Arduino, и я буду создавать прерывание каждый раз, когда обнаруживаю эти низкие значения, и это будет наше нулевое пересечение. Поскольку мы использовали полный мостовой выпрямитель, у нас будет пересечение нуля как для восходящей, так и для падающей части волны переменного тока.
Теперь, чтобы управлять затвором TRIAC, мы будем использовать диодный переключатель переменного тока или, лучше сказать, DI AC или diac. Diac — очень полезное устройство, которое можно использовать для запуска симисторов из-за его характеристик отрицательного сопротивления, которые позволяют ему быстро включаться при достижении определенного уровня приложенного напряжения.
ЧАСТЬ 2 Схема — потенциометр
Итак, это будет наша последняя схема. Считываем нулевое пересечение с полным мостовым выпрямителем и оптопарой. Затем мы создаем пусковой импульс, подаваемый на оптоизолированный DIAC через этот резистор и светодиод. Я говорю оптоизолированный, потому что, опять же, эта ИС имеет световой контроль диода внутри, поэтому мы отделяем 5 В от Arduino и 220 В, подаваемые на TRIAC.
DIY 8800W Arduino AC Dimmer
Очень приятно иметь мощный цифровой диммер, которым можно управлять с помощью Arduino, я использую его для управления своей тепловой пушкой, резаком и дрелью.Работает как оберег и не вызывает пота.
Итак, в этом уроке я покажу вам, как я сделал этот мощный диммер.
Несмотря на то, что я не буду вдаваться в подробное объяснение теории, я собрал отличные, простые для понимания ресурсы по концепциям, используемым для создания диммера.
Этот проект вдохновлен инструкцией DIY_Bloke о диммере переменного тока при переходе через ноль, он очень подробно объясняет, как работает схема обнаружения перехода через нуль и как можно использовать симистор для управления подачей питания на приборы переменного тока, которые могут быть тусклый, так что посмотрите его руководство, если вы не знаете, что такое переход через ноль и симисторы.
Второй отличный ресурс для изучения симисторов — это YouTuber по имени Chris’s Workbench, он исследует работу симисторов и схем, которые построены вокруг него, а также исследует, что на самом деле означают параметры в таблице данных симистора, так что посмотрите видео. на его канале за отличное обучающее упражнение.
Другой набор ресурсов — это набор видео, одно от ElectroNoobs, а другое от GreattScott! на YouTube они подробно объясняют, как работает контроль фазового угла с обнаружением перехода через нуль.
Если вы предпочитаете смотреть видео, то ниже вы найдете видео на YouTube для того же урока, который я сделал.
Шаг 1. Внимание!
Сеть переменного тока не является чем-то, чем можно экспериментировать, и особенно в этом проекте задействованы большие токи, что делает его мгновенной опасностью, пожалуйста, будьте осторожны, и если это ваш первый проект, связанный с сетью переменного тока.
Шаг 2: Компоненты и инструментыСимистор BTA41
Оптрон с драйвером Tirac: MOC3021
Оптрон с нулевым крестом 4N35, Arduino, я использую Nano,
Мостовой выпрямитель
1 4000W2002: 9000K Ом 1 Вт (демпфер)200 Ом 1/4 Вт
47 кОм 1/4 Вт x2
100 Ом 1/4 Вт
400 В 100 нФ Конденсатор
Сетевой штекер / контактор переменного тока, я использую розетку на 16 А в изящном корпусе маленькая коробка.Так что все закрыто, что делает его безопаснее.
Прессованный картон для построения схемы.
Радиатор, я, вероятно, переборщил с этим массивным радиатором, но по моему опыту лучше переборщить радиатор, чем использовать меньший, и особенно с этими сильными токами, я не хотел рисковать, чтобы вещи стали слишком горячими.
для провода, я использовал медный провод 4мм.
И некоторые инструменты: Провода для подключения. Паяльник. Паяльная проволока. Немного радиатора и изоленты.Термопаста.
Шаг 3: СборкаЭто схема, я припаял оптопару, драйвер симистора на перфорированной плате и выполнил простые соединения, я также сделал отдельный модуль для демпферной сети, потому что я проводил некоторое тестирование и пришлось подключать и отключать демпферную цепь, но вы можете построить ее на той же печатной плате.
Сборка будет сильно зависеть от выбранных вами компонентов. Просто будьте терпеливы и осторожны, потому что соединения просты, но вы не хотите ошибиться с таким смертельным напряжением.
Нанесите термопасту на заднюю часть перед тем, как прикрепить ее к радиатору для лучшей теплопроводности.
Шаг 4: КодКод представляет собой модифицированную версию кода проекта обнаружения Zero-Cross, созданного компанией electronicoobs, и основным параметром, определяющим продолжительность задержки, является «доблесть». Он контролирует задержку в микросекундах для включения затвора после обнаружения пересечения нуля.
Каждый раз, когда обнаруживается пересечение нуля, задержка увеличивается на 20 микросекунд, пока не достигнет 6000, после чего она возвращается к нулю, чтобы все началось заново.Если этот код не имеет смысла, просмотрите ресурсы во вступлении.
Загрузите отсюда:
Шаг 5: Вот и все!Надеюсь, вам понравилась эта сборка моего Arduino AC Dimmer, для более интересных будущих проектов, подписывайтесь на меня и, пожалуйста, подпишитесь на мой канал YouTube!
Если вы хотите сделать свои прототипы печатных плат дешевыми, с удивительной точностью и контролем качества, посетите сайт ww.PCBWay.com, где вы можете получить 10 двухслойных печатных плат всего за 5 $, и не только Предлагаем услугу сборки печатных плат от 30 $, так что будь то гибкие печатные платы или многослойные высококачественные схемы, вы можете получить их по невероятной цене на PCBWay
Спасибо!
220V AC Light / Fan Dimmer с использованием TRIAC и Arduino
В этом уроке мы спроектируем схему с использованием симистора и оптопары, чтобы сделать диммер 220 В переменного тока или контроллер скорости вентилятора переменного тока с использованием Arduino.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Эта цепь подключается непосредственно к сети переменного напряжения. Перед использованием устройства вы должны соблюдать все меры безопасности. Если вы новичок и не имеете представления об использовании электроники. Пожалуйста, избегайте!
Обзор
У нас повсюду есть нагрузки переменного тока. И большая часть бытовой техники питается от сети переменного тока. Существует множество ситуаций, в которых мы хотим иметь полный контроль над нагрузкой переменного тока, например, уменьшение яркости лампы, управление скоростью двигателя переменного тока / вентилятора, управление пылесосом и многие другие приложения.Правильный способ управления затемнением 230 В переменного тока — это управление фазой с помощью симистора : симистор полностью открывается, но только во время части синусоидальной волны переменного тока.
Но управлять нагрузкой переменного тока не так просто, как управлять нагрузкой постоянного тока. Электронные схемы для обоих этих приложений различаются. Сеть переменного тока с синусоидальной волной имеет частоту 50 Гц . Для построения диммера переменного тока важны точки пересечения нуля (точки, где волна меняет свою полярность).Чтобы обнаружить эти точки, мы должны сначала построить детектор перехода через ноль. Точно так же мы должны контролировать фазу и цикл формы волны. Поскольку каждый компонент не может выдержать 220 В переменного тока , поэтому нам нужно изолировать цепь от 220 В переменного тока, используя какой-либо другой компонент. Ниже приводится описание всего процесса.
Прежде чем двигаться дальше, вы можете ознакомиться с нашим предыдущим проектом: Беспроводной диммер переменного тока с использованием Arduino и Bluetooth
Спецификация
Ниже приведены компоненты, необходимые для создания AC Dimmer Project.Все компоненты можно легко приобрести на Amazon.
Цепь: 220 В переменного тока, диммер света / вентилятора с использованием TRIAC и Arduino
Вот принципиальная схема для регулятора освещенности / регулятора скорости вращения вентилятора переменного тока 220 В с использованием TRIAC и Arduino . Схема была разработана с использованием онлайн-инструмента EasyEDA для проектирования печатных плат.
Схема разделена на 4 части:
1. Схема детектора нулевого перехода
2. Управление фазой / углом с помощью симистора
3.Часть потенциометра для управления затемнением
4. Код Arduino для изменения задержки в mS
Напряжение переменного тока , которое мы получаем от домашней электросети, составляет около 310 вольт от пика до пика или 220 В RMS. Частота обычно составляет 50-60 Гц . У нас есть положительная часть и отрицательная, поэтому будет пересечения нуля . Таким образом, нам нужно будет обнаружить это пересечение нуля, поскольку наш импульс должен быть в фазе с напряжением переменного тока
Итак, мы должны определять, когда напряжение переходит с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное, и синхронизировать наш импульс с этим, чтобы он всегда срабатывал в одном и том же месте.Для этого мы будем использовать полный мостовой выпрямитель . Это даст на выходе как положительную, так и отрицательную кривые переменного тока.
Есть два резистора 47 кОм для ограничения тока. А чтобы отделить сторону высокого напряжения от стороны низкого напряжения, мы будем использовать оптрон EL817 . Таким образом, нет прямой связи между высоким напряжением 220 В и 5 В на Arduino.
2. Управление фазой / углом с помощью симистораИспользуя компонент под названием TRIAC , мы будем контролировать количество времени, в течение которого это питание включено и выключено.Но перед этим нам нужно понять, как работает TRIAC.
Мы в курсе диода. Когда мы подключаем один диод к сигналу переменного тока, мы получаем однополупериодный выпрямитель. При использовании всего одного диода положительная часть сигнала переменного тока остается, а отрицательная часть прерывается.
Итак, мы хотим управлять диодом, активируя его или деактивируя. Таким образом, это можно сделать с помощью THYRISTOR , который, по сути, представляет собой управляемый диод, который будет активироваться, когда затвор получает ток триггера и продолжает проводить, пока напряжение на устройстве не меняется на противоположное.
Итак, у нас есть наш сигнал переменного тока . Отрицательная часть не пройдет, если мы будем использовать диод, а на положительной части, если мы не переключим THYRISTOR, не будет и положительной части. Предположим, нам нужно активировать затвор THYRISTOR с импульсом в среднем положении и позволить оставшейся части положительной стороны волны переменного тока. Таким образом, мы получаем единственную положительную часть в виде выпрямленного выхода. Но если мы хотим сделать это как с положительной, так и с отрицательной стороны, мы должны использовать два ТИРИСТРА в антипараллельной конфигурации.Но у нас уже есть компонент, который может выполнять эту работу, он называется TRIAC . TRIAC останется деактивированным до тех пор, пока не получит импульс на своем затворе. После получения он будет оставаться активным до тех пор, пока основной вход не изменит свою полярность. Таким образом, мы будем использовать BTA16 TRIAC для управления напряжением переменного тока .
Сначала мы должны обнаружить переход через ноль , так как импульс должен быть в фазе с напряжением переменного тока . Итак, мы должны определить, когда напряжение переходит с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное, и синхронизировать наш импульс с этим, чтобы он всегда срабатывал в одном и том же месте.Для этого используется полный мостовой выпрямитель , который дает на выходе как положительную, так и отрицательную кривые переменного тока.
3. Потенциометр для управления затемнениемЧтобы управлять мощностью, все, что нам нужно сделать, это контролировать время между переходом через ноль и запуском импульса на вентиле TRIAC . Поэтому мы будем использовать потенциометр, чтобы изменить время задержки. Код Arduino считывает значение потенциометра и отображает это значение на задержку от 1 до 10 миллисекунд .
Исходный код / программа
Программа Arduino для управления диммером переменного тока с помощью потенциометра приведена ниже с комментариями для понимания работы диммера переменного тока. Просто загрузите этот код на свою плату Arduino.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140002 13 14 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 000 000 3435 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 00050002 47000500051 52 53 | int mydelay = 0; int myvalue = 0; int last_Ch2_state = 0; void setup () { / * * Регистры портов позволяют более низкоуровневые и более быстрые манипуляции с выводами ввода-вывода микроконтроллера на плате Arduino. * Микросхемы, используемые на плате Arduino (ATmega8 и ATmega168), имеют три порта: -B (цифровые контакты 8-13) -C (контакты аналогового входа) -D (цифровые контакты 0-7 ) // Все цифровые выводы Arduino (Atmega) являются входами, когда вы начинаете … * / PCICR | = (1 << PCIE0); // включить сканирование PCMSK0 PCMSK0 | = (1 << PCINT0); // Устанавливаем вывод D8 запускать прерывание при изменении состояния.Вход с оптопары pinMode (3, OUTPUT); // Определить D3 как выход для импульса DIAC } void loop () { // Считать значение потенциометра и отобразить его от 10 до 10.000 мкс. Частота переменного тока составляет 50 Гц, поэтому период составляет 20 мс. Мы хотим контролировать мощность // каждого полупериода, поэтому максимальное значение составляет 10 мс или 10 000 мкс. В моем случае я сопоставил его до 7.200us, поскольку 10.000 было слишком много myvalue = map (analogRead (A0), 0,1024,7200,10); if (mydelay) { delayMicroseconds (myvalue); // Эта задержка управляет мощностью digitalWrite (3, HIGH); delayMicroseconds (100); digitalWrite (3, LOW); mydelay = 0; } } // Это процедура прерывания // ———————— ———————— ISR (PCINT0_vect) { //////////////// ///////////////////// // Вход от оптопары if (PINB & B00000001) {// Мы делаем И с регистром состояния вывода, проверяем, если контакт 8 ВЫСОКИЙ ??? if (last_Ch2_state == 0) {// Если последнее состояние было 0, то у нас есть изменение состояния… mydelay = 1; // Мы обнаружили изменение состояния! } } else if (last_Ch2_state == 1) {// Если вывод 8 — НИЗКИЙ, а последнее состояние — ВЫСОКОЕ, то у нас есть изменение состояния mydelay = 1; // Мы обнаружили изменение состояния! last_Ch2_state = 0; // Сохраняем текущее состояние в последнее состояние для следующего цикла } } |
Разработка печатной платы для диммера переменного тока с TRIAC и Arduino
Печатная плата для диммера переменного тока была разработана с помощью онлайн-инструмента для изготовления печатных плат EasyEDA.Ниже приведены вид спереди и вид сзади печатной платы, созданной с помощью Gerber Viewer из NextPCB.
Файл gerber для печатной платы приведен ниже. Вы можете скачать файл gerber и заказать печатную плату онлайн на сайте NextPCB.
Загрузить: Gerber File AC DimmerЗаказ, пайка и монтаж печатной платы
Теперь вы можете посетить https://www.nextpcb.com/ и заказать печатную плату. NextPCB — один из крупнейших производителей печатных плат в Китае. Они предлагают печатную плату очень хорошего качества по разумной цене.
Итак, через неделю мне досталась печатная плата от NextPCB. Качество печатной платы хорошее и отличное. Вы также можете заказать 4-Layer PCB у NextPCB, который стоит всего 12 $.
После этого можно спаять все необходимые компоненты согласно принципиальной схеме и подготовить конечный продукт.
Теперь вы можете включить схему и начать тестирование работы, вращая потенциометр по часовой стрелке и против часовой стрелки. Вы можете использовать лампу CFL или просто лампу из вольфрама для проведения испытаний.Получил результат от нулевой яркости до полной яркости.
Видеоуроки и руководство
220V AC Light / Fan Dimmer с использованием TRIAC и Arduino
Вы можете просмотреть этот пост, если хотите сделать беспроводной диммер переменного тока: беспроводной диммер переменного тока с Android Bluetooth и Arduino
Управление мощностью симистора
Предупреждение!
Электроэнергия может убить вас. Если вы не знаете, что делаете, не делайте этого.Вы были предупреждены.
Зачем это нужно?
Теперь, когда я генерирую собственную солнечную энергию, я хотел эффективное его использование. В Великобритании система льготных тарифов означает, что вам платят за производство электроэнергии, даже если вы используете ее сами. Некоторые приборы, например. чайник, потребляет много энергии. Это будет только бесплатную электроэнергию, если вы производите больше солнечной энергии, чем использует чайник. Это делает есть смысл иметь чайник меньшей мощности, варить его немного медленнее, так что вы используете только солнечную энергию.Иначе придется пополнить власть, импортируя ее, что стоит денег.
Я понял, что если бы я мог уменьшить энергию, используемую для питания чайника, до Из-за имеющегося солнечного избытка я часто мог бесплатно кипятить чайник. Еще лучшая идея — включить погружной нагреватель для предварительного нагрева воды. Это снизит затраты на нагрев воды с помощью бесплатной солнечной энергии. На самом деле более эффективно использовать солнечный водонагреватель и вырезать электрический бит полностью, но у меня нет одного из них, и весь мой доступный пространство на крыше уже отведено под фотоэлектрические панели.
Управление симистором. Помогает?
Традиционный способ пропорционального управления электросетью — использование симистор. Эти 3-контактные устройства могут работать как двухпозиционный сетевой выключатель. Один раз они включены, они остаются включенными до тех пор, пока напряжение на них не изменится на противоположное. Это будет происходить каждую половину цикла переменного тока. Чтобы точно контролировать мощность, вам нужно знать, где вы находитесь в сетевом цикле, так что вы можете включить симистор в соответствующем месте.
Одна проблема с этим подходом заключается в том, что хотя средняя мощность, подаваемая на нагрузку, меньше, чем обычная общая, когда симистор включен, ток, который он потребляет, такой же, как и при полной нагрузке.Это может сделать весь проект бесполезным. Счетчик потребления должен чередовать импорт и экспорт. Когда симистор выключен, вы не используете никакое питание, свободное или иное. Когда симистор включен, потребляемый ток будет таким же, как и при движении загрузка полностью, т.е. максимум. Этот мгновенный ток будет превышать энергию, производимую солнечные панели. Вопрос был в том, вращает ли это счетчик? Это зависит от того, как измеритель суммирует мощность с течением времени.
Время эксперимента.Я ожидал, что эксперимент не удастся, но мне любопытно.
Датчик пересечения нуля
Мне нужен был способ определения точки пересечения нуля сетевого цикла. Один из способов сделать это — использовать специальный оптранзистор переменного тока. Это можно разместить непосредственно через сеть переменного тока, последовательно с резистором для уменьшения пиковый ток. К сожалению, мощность, рассеиваемая резистором, возрастает. с квадратом напряжения. При 120 В переменного тока это может сойти с рук, но при 220 В переменного тока резистор может потратить не менее 3 Вт.
Итак, я решил использовать трансформатор, чтобы уменьшить Напряжение переменного тока снижено до более разумного уровня. Трансформатор также может обеспечивать источник питания для остальная электроника. Я использовал трансформатор с отводом от средней точки 6V-0-6V. Я использовал это, потому что у меня был один запасной. Это не лучший выбор. Если вы ищете источник питания с высоким КПД, посмотрите в другую сторону. Это не то. Это простая схема, но я опишу расчеты. Раньше я выбирал значения компонентов, так как это может помочь другим людям чтобы увидеть процесс.А еще лучше купите себе копию Искусство электроники Хорровица и Хилла. Отличная книга, но можно ли нам, пожалуйста, более современное издание?
Детектор перехода через ноль — это оптоустройство с двумя светодиодами, расположенными спина к спине, управляя одним фототранзистором, h21AA1M. Это очень хорошо работает. Подключены через внешние обмотки трансформатора, (6 + 6) * √2 = 17 В пик на выходе трансформатора. Вычтем прямое напряжение на светодиоде 2,4 В, и на резисторе получится пик 14,6 В.Для тока возбуждения 10 мА, V = IR, R = V / I, R = 14,6 / 10 мА = 1,5 кОм, поэтому я поставил 1 кОм, что дает нам пиковый ток 15 мА. Быстрая проверка мощности, P = IV, P = 15 мА * 14,6 = 0,22 Вт пик, / √2 для среднего 0,15 Вт, так безопасное рассеивание.
Схема драйвера симистора
Мы хотим электрически изолировать все эти высокие опасные напряжения от остальной части схемы. Итак, используйте оптоизолированный симистор, в этом случае в MOC3020. Это включает симистор с более высоким номинальным током, BTA25-600CW.Это устройство на 25 А. Более чем способен включить чайник. У него есть изолированный язычок, поэтому вы можете установить его на радиатор корпуса. без риска порезаться электрическим током.
Схема управления симистором проста. Работает только с резистивными нагрузками. Если вы хотите управлять индуктивной нагрузкой, вам потребуются демпфирующие цепи. возможно на обоих симисторах и более сложных управляющих сигналах. И, признаюсь, я скопировал эту схему из инструкции по применению. Он сказал, что резистор затвора должен быть 180 Ом, но у меня его не было, Поэтому я поставил последовательно 2 резистора по 100 Ом.Что не за горами.
Резистор светодиода был выбран по: минимальному току включения (согласно паспорту) 10мА, Напряжение привода 5 В, прямое напряжение на светодиоде составляет 1,5 В (из таблицы), поэтому 3,5 В на резисторе. 3,5 / 10 мА = 350 Ом макс. 220 Ом дает нам 16 мА, безопасная маржа.
Контроллер Arduino
Остальной функционал системы обеспечивает Ардуино. Он питается от нерегулируемого входа 9 В с платы блока питания, принимает сигнал прерывания от детектора пересечения нуля, и посылает управляющие импульсы на опто-симистор.
Исходный код Arduino
Сигнал обнаружения нуля поступает на контакт 2 Arduino, вход прерывания. Это настроено для генерации прерывания при ИЗМЕНЕНИИ. Это произойдет в начале и в конце импульса детектора перехода через нуль. Аналоговый выход извещателя можно безопасно подключать к цифровому входу. потому что он включает Триггер Шмитта, что предотвращает множественные прерывания на медленных или шумных фронтах. Транзистор детектора перехода через нуль питается от контакта 3. Вы можете просто подключить его. до 5В, но я решил включить управление транзистором программно.
На этой осциллограмме вы можете увидеть прерывание при переходе через нуль (зеленый), которое производит импульс каждые 10 мс, и последовательность импульсов симистора, задержанных от перехода через нуль импульс по выбранной фазе. Напряжение зеленой дорожки было сдвинуто на 6 В, чтобы график легче увидеть.
Timer1 используется для генерации всего необходимого времени через конечный автомат. Возможные состояния: ZERO, PHASE, PWM_HI, PWM_LO . В начале периода перехода через нуль, который происходит непосредственно перед физический переход через нуль сетевого цикла, вас прерывают.Читая состояние порта, вы можете определить будь то начало или конец импульса. В начале импульса мы входим в состояние ZERO . Это очистит все выходные сигналы, убедитесь, что привод к симистору отключен до того, как напряжение в сети станет отрицательным.
Когда происходит конец прерывания при переходе через ноль, мы знаем, что находимся в начале следующий сетевой цикл. Теперь мы входим в состояние ФАЗА . Это запускает задержку с использованием Timer1. Задержка зависит от желаемой фазы, на которой мы хотим включить симистор.По истечении таймера мы переходим в состояние PWM_HI . Симистор включается на короткое период, опять же, рассчитанный с помощью Timer1. По истечении таймера мы переходим в состояние PWM_LO . Это отключает симисторный привод. Но симистор сейчас в проводящем состоянии так будет оставаться до следующего изменения напряжения в сети. Я выбрал многократное импульсное управление симистором, поэтому PWM_LO переходит в PWM_HI до Последовательность останавливается по прибытии следующего прерывания при переходе через ноль.
Таймер синхронизируется тактовой частотой процессора 16 МГц, деленной на предварительное значение 8. Итак, у нас есть тактовая частота 2МГц, т.е. 0,5 мкс на отсчет таймера. Полупериод сети при 50 Гц составляет 10 мс, поэтому у нас есть 20000 отсчетов таймера за полупериод. Я решил использовать мкс в качестве единиц в коде, поэтому макрос COUNTS (x) просто умножает счетчик в мкс на 2, чтобы получить счетчик таймера.
Напряжение на нагрузке будет синусоидальным. Для резистивного нагрузки, мощность (P = IV) будет синусоидальной функцией 2 .Распределение мощности Таким образом, можно рассчитать продолжительность полупериода. Нам нужно интегрировать функцию синуса 2 . Моя математика — чушь так что я посмотрел это вверх здесь.
∫sin 2 (x) .dx = (0,5 * x) - (0,25 * sin (2x))
На приведенном выше графике показаны синус, синус в квадрате и интеграл для полупериода. Зеленая кривая показывает, как мгновенная мощность изменяется в течение цикла. Интеграл имеет смысл нарисовать вот так. (0.5 * x) часть просто прямая прямая от 0 до π / 2. Вы можете видеть, как из этого вычитается (0,25 * sin (2x)), в результате чего рябь на кривой. Кривая синуса 2 симметрична, поэтому средняя точка интеграла должен лежать на линии (0,5 * x).
Лирическое отступление: что интересно, функция sine 2 очень похожа на power выход солнечных панелей. Когда солнце движется вбок (азимут) по небу, угол, который образует панель с функцией косинуса. Когда солнце движется вверх и вниз по вертикали (положение), он отслеживает часть другой функции косинуса.Количество солнечного света падение на панель, таким образом, является функцией косинуса 2 , чисто из-за геометрии панели относительно положения солнца.
Я написал простой скрипт Python для вычисления набора из 100 бинов, которые делят мощность распределение по сетевому циклу примерно на равные количества. Это используется для создания Таблица power_lut_50Hz . Это преобразует процент мощности в количество микросекунд. нужно было подождать перед включением симистора.Если вы хотите запустить это на частоте 60 Гц, вы можете жестко закодировать другую таблицу, или вы можете измерить частота путем сравнения времени между последовательными переходами через нуль прерывания. Затем это можно использовать для выбора между 2 таблицами. В этом таким образом, вы могли автоматически настраиваться на разные частоты сети.
Таблица поиска мощности должна быть немного смещена, так как ФАЗА режим запускается позже фактического пересечения нуля. Я могу оценить это время взяв среднюю точку между двумя фронтами импульса перехода через нуль.Мне нужно вычесть это число как фазу «это уже сделано». Это неточно, но ошибка небольшая. На временном графике симистора видно, что сигнал пересечения нуля не симметричен. Думаю это из-за неравномерной нагрузки на трансформатор вызвано мощностью, потребляемой Arduino. Если у вас есть оптоискатель с питанием от сети у вас не будет этой нагрузки, и форма волны должна быть симметричной.
Таблица предполагает идеальный синус функция, но это разумное приближение.Итак, теперь мы можем запросить процентную мощность, и симистор будет включен при подходящее время для подачи этой мощности на нагрузку.
Связь по Bluetooth
Я хотел иметь возможность общаться с устройством удаленно, поэтому выбрал Bluetooth как стандартный протокол. Я купил дешево Модули Bluetooth на e-bay. Они просты в интерфейсе, встроены от 5 до 3,3 В. преобразователи уровня. Он действует как последовательный интерфейс. Вы можете напрямую подключиться их к контактам Rx и Tx Arduino.Если вы используете выход порта для питания модуль, его можно включить под управлением программного обеспечения. Это дает дополнительный бонус в виде отключения модуля bluetooth. при сбросе платы. Это позволяет использовать интерфейс FTDI в в то же время, поэтому вы можете загрузить код на плату с модулем bluetooth подключен, разделяя линии Rx и Tx, без повреждения последовательных данных.
Теперь я могу управлять фазой симистора с помощью телефона Android. Есть полезное приложение под названием BlueTerm который позволяет подключаться к последовательному устройству Bluetooth, а также отправлять и получать данные.Командный протокол, который я придумал, прост. «sxx \ n», где «xx» — требуемая мощность в процентах.
Собрав все биты вместе, теперь я могу контролировать мощность, подаваемую на нагрузку. используя мой телефон. Я не стал заморачиваться с красивым приложением для телефона. Это может произойти позже. Испытал с лампой накаливания. Очевидно, он не будет работать с низким энергопотреблением. флюоресцентная лампа.
Тест на чайник
Теперь у нас есть все необходимое для проведения теста. Я выбрал время, когда солнечные батареи производили меньше мощности моего чайника.Чайник довольно маломощный, 1800 Вт. Однажды вечером панели генерировали 960 Вт. Я установил выходную мощность на 40% с помощью команды «s40» на моем телефоне. Когда я переключил чайник, измеритель мощности показал 834Вт. У меня в доме мало что было включено, пара маломощных серверов, маршрутизатор, точка доступа Wi-Fi, всего менее 80 Вт.
Глядя на импорт электрический счетчик, он не двигался. Это один из старинных сортов с вращающийся алюминиевый диск. Чайник закипел медленнее, чем обычно.Симистор стал горячим (я все еще не получил адекватный теплоотвод). Успех!
Заключение
Я не думал, что эксперимент сработает, так как, очевидно, «включен» пиковый ток периода превышает мгновенный ток обеспечивается солнечной батареей. Вывод должен быть таким а) счетчик импорта суммирует мощность импорта и экспорта, б) энергия хранится где-то еще, или в) Я что-то упустил.
В вращающихся алюминиевых дисковых счетчиках диск действует как интегратор.Здесь суммируется энергия. Итак, это работает, только если вы иметь счетчик, который интегрируется в течение длительного периода времени, т. е. по крайней мере половина цикла сети. Если счетчик принимает только мгновенный импортный ток, умножается на напряжение и интегрируется, эксперимент не удастся, счетчик покажет наличие чистого импорта.
Старые счетчики не были предназначены для работы с экспортируемой мощностью. Они явно имеют некоторую форму «исправления», чтобы предотвратить их обратное движение а это предположительно механический, может храповик трения по диску? Они по-прежнему суммируют положительный и отрицательный токи.
Однако счетчики также должны иметь дело с реактивной мощностью. Если у вас реактивные нагрузки, то ток и напряжение не в фазе. Провайдер не должен брать с вас плату за реактивную мощность, поэтому они должны справляться с током, текущим обратно в сеть. Это говорит о том, что конструкция счетчиков должна суммировать как положительные, так и отрицательные токи.
Мне нужно повторить эксперимент, используя другой счетчик импорта.
Будущее развитие
Мне нужно установить подходящий радиатор на симистор, который становится слишком горячим для нормального использования.Для этого нужен сейф! Также требуется некоторая фильтрация для предотвращения электромагнитных помех.
Для полной системы необходимо знать доступную избыточную мощность. Это должно быть отправлено на него через интерфейс Bluetooth. Также потребуется более низкий порог, при котором он всегда будет импортировать электроэнергию, иначе вы не сможете вскипятить чайник ночью. Я бы также добавил набор кнопочных переключателей и светодиодов. У меня было бы 3 кнопки, «выкл», «эко» и «полный». Светодиод на каждом переключателе будет отображать состояние — медленно меняющийся зеленый светодиод для экономичного режима, яркость пропорциональна имеющейся избыточной мощности.Гневное мигание красный светодиод на кнопке «полный», чтобы показать любую потребляемую импортированную мощность. Кнопка выключения может иметь светодиод, который также показывает Bluetooth. статус подключения.
Еще хотелось бы взглянуть на другую схему питания. Вместо использования симистора Я мог бы исправить сеть, а затем отключить ее на ВЧ с помощью полевого транзистора или IGBT. Это может вести фильтр для удаления RF и сохранения энергии между импульсами. Тогда я могу водить чайник переменным напряжением постоянного тока, а не прерывистым переменным током. Это должно работать с любым импортным счетчиком.
Регулируемый угол открытия тиристора с помощью Arduino
Регулируемый угол включения тиристора с помощью Arduino! Привет всем, этот проект посвящен регулированию угла включения триака или тиристора с помощью Arduino Uno. В этом проекте мы разработали принципиальную схему для управления фазовым углом тиристора в течение полной синусоидальной волны или полного цикла переменного тока как для отрицательного, так и для положительного полупериода. Этот проект имеет множество применений, таких как регулирование мощности переменного тока с помощью тиристора и регулирование скорости однофазного асинхронного двигателя.Я уже публиковал статью о схеме управления углом зажигания тиристора с использованием компонентов аналоговой электроники. Но в этом проекте я создал регулируемый угол открытия с помощью компонентов цифровой электроники, таких как Arduino. Итак, теперь давайте начнем с основного знакомства со всеми компонентами, которые используются в этом регулируемом фазовом управлении тиристором с использованием Arduino.
Компоненты, используемые для регулирования регулируемого угла зажигания тиристора
Ниже приведены основные компоненты, используемые в этом проекте.
- Схема обнаружения пересечения нуля
- Bride выпрямитель: используется для преобразования отрицательного полупериода в положительный полупериод.
- резисторы
- 4N25 оптрон
- диоды
- Тиристор
- Ардуино Уно R3 Переменный резистор
- : используется для управления временем угла зажигания.
Схема обнаружения пересечения нуля
Принципиальная схема цепи обнаружения перехода через ноль показана ниже. Схема перехода через ноль используется для обнаружения перехода цикла переменного тока через ноль после каждого полупериода.Потому что мы хотим контролировать фазовый угол как для положительного, так и для отрицательного полупериода. Длина запускающего импульса должна быть одинаковой как для положительного, так и для отрицательного полупериода. Таким образом, схема детектора перехода через ноль должна разработать регулируемое управление углом включения тиристора с использованием Arduino. Оптопара 4N25 используется для изоляции между напряжением на стороне высокого и низкого напряжения, а также помогает обнаруживать переход через ноль. Выходной сигнал перехода через ноль D2 будет подан на Arduino.
Принципиальная схема регулируемого угла зажигания тиристора с помощью Arduino
- Полная принципиальная схема управления регулируемым углом зажигания тиристора с помощью Arduino показана ниже.
- На этой принципиальной схеме переменный резистор соединен с нулевым аналоговым каналом Arduino.
- Переменный резистор используется для регулировки угла включения тиристора или симистора.
- MOC3021 — это тиристорный или симисторный драйвер с оптической развязкой.
- Вход на MOC3021 — это импульс включения тиристора, который используется для включения и выключения тиристора.
- На выходе 220V AC лампа используется последовательно от источника переменного тока.
- Когда тиристор выключен, лампа не горит, а когда тиристор включен, лампа также горит.
- Таким образом, мощность на лампе зависит от времени работы тиристора, которое в конечном итоге зависит от угла зажигания тиристора
- Таким образом, выходная мощность лампы зависит от угла зажигания симистора или тиристора.
- Чем больше угол зажигания, тем меньше будет напряжение или мощность на лампе, как вы можете видеть на этом рисунке.
- Таким образом, угол открытия — это, по сути, эталон, при котором тиристор включается. Если тиристор включается поздно, на устройстве будет меньше напряжения и, следовательно, меньше мощности.
- Для получения дополнительной информации посмотрите это видео
Купить код и моделирование
Вы также можете проверить другие похожие статьи:
Выбор симистора для диммирования по переменному току с помощью Arduino 5 В
Выбор симистора для диммирования по переменному току с помощью Arduino 5 ВСеть обмена стеком
Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.
Посетить Stack Exchange- 0
- +0
- Авторизоваться Зарегистрироваться
Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.
Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществуКто угодно может задать вопрос
Кто угодно может ответить
Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх
Спросил
Просмотрено 80 раз
\ $ \ begingroup \ $ Закрыт .Этот вопрос должен быть более конкретным. В настоящее время он не принимает ответы.Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы он фокусировался только на одной проблеме, отредактировав это сообщение.
Закрыт 5 месяцев назад.
Я работаю над проектом, в котором мне нужно приглушить свет переменного тока с помощью Arduino и симистора.Я хотел бы иметь возможность использовать 8 А на симистор при 120 В, и им будет управлять 5 В Arduino. Как выбрать для этого симистор? Я смотрел на BTA24-600BWRG, потому что он используется в качестве замены продукта, аналогичного тому, что я делаю, с такими же текущими рейтингами, но будет ли он работать с Arduino 5 В? С таким количеством, которое мне нужно, это будет довольно дорого, поэтому есть ли более дешевый, который я могу использовать? Также какая схема подходит для этого (включая обнаружение перехода через ноль)? Я видел несколько, в которых используются немного разные части и значения.Спасибо!
Создан 13 дек.
\ $ \ endgroup \ $ 5 \ $ \ begingroup \ $Для управления симисторным оптотриаком, например MOC3021 или аналогичным, лучший выбор.В качестве нулевого компаратора я выбрал SFH620.
Создан 13 дек.
пользователь 26398391711 золотой знак22 серебряных знака77 бронзовых знаков
\ $ \ endgroup \ $ 8 \ $ \ begingroup \ $Купить твердотельный симисторный модуль.Ставьте безопасность выше соображений стоимости. Вам понадобится изоляция в несколько тысяч вольт на оптической развязке между микроконтроллером и сетью, даже если вы работаете только от 120 В, чтобы защитить вас от переходных процессов в сети.
Посмотрите, что я написал о том, как работают симисторы с переходом через нуль, чтобы вы понимали разницу между SSR с переходом через ноль и без перехода через ноль (твердотельные реле).
Создан 13 дек.
ТранзисторТранзистор142k1010 золотых знаков153153 серебряных знака324324 бронзовых знака
\ $ \ endgroup \ $ 1Не тот ответ, который вы ищете? Посмотрите другие вопросы с метками arduino triac или задайте свой вопрос.
язык-c
Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScriptВаша конфиденциальность
Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.
Принимать все файлы cookie Настроить параметры
.