Come gestire in sicurezza un carico da 220 volt usando Arduino

Per il sistema Smart Home, il compito principale è controllare gli elettrodomestici da un dispositivo di controllo, che si tratti di un microcontrollore di tipo Arduino, di un microcomputer di tipo Raspberry PI o di qualsiasi altro. Ma per farlo direttamente non funziona, scopriamo come gestire il carico da 220 V con Arduino.

Per controllare i circuiti CA, il microcontrollore non è sufficiente per due motivi:

1. All'uscita microcontrollore viene generato un segnale di tensione costante.

2. La corrente attraverso il pin del microcontrollore è generalmente limitata a 20-40 mA.

Abbiamo due opzioni per passare da un relè a un triac. Il triac può essere sostituito da due tiristori attivati ​​in parallelo (questa è la struttura interna del triac). Diamo un'occhiata più da vicino a questo.

220 controllo del carico il usando un triac e un microcontrollore

La struttura interna del triac è mostrata nella figura sotto.

Il tiristore funziona come segue: quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta al tiristore (più all'anodo e meno al catodo), nessuna corrente lo attraverserà fino a quando non si applica un impulso di controllo all'elettrodo di controllo.

Ho scritto un impulso per un motivo. A differenza di un transistor, un tiristore è un interruttore a semiconduttore SEMI-CONTROLLATO. Ciò significa che quando il segnale di controllo viene rimosso, la corrente attraverso il tiristore continuerà a fluire, ad es. rimarrà aperto. Per chiuderlo, è necessario interrompere la corrente nel circuito o modificare la polarità della tensione applicata.

Ciò significa che quando si tiene un impulso positivo sull'elettrodo di controllo, è necessario un tiristore nel circuito CA per far passare solo la semionda positiva. Il triac può passare corrente in entrambe le direzioni, ma perché Si compone di due tiristori collegati l'uno verso l'altro.

Gli impulsi di controllo in polarità per ciascuno dei tiristori interni devono corrispondere alla polarità della semionda corrispondente, solo se questa condizione è soddisfatta, una corrente alternata scorrerà attraverso il triac. In pratica, tale schema è attuato in comune controller di potenza triac.

Come ho già detto, il microcontrollore genera un segnale di una sola polarità, al fine di coordinare il segnale è necessario utilizzare un driver incorporato su un optosimistor.

Pertanto, il segnale accende il LED interno dell'accoppiatore ottico, apre il triac, che fornisce il segnale di controllo al triac di potenza T1. Come driver ottico, è possibile utilizzare MOC3063 e simili, ad esempio la foto seguente mostra MOC3041.

Circuito di attraversamento zero - circuito rilevatore di attraversamento di fase zero. È necessario per l'implementazione di vari tipi di regolatori del triac su un microcontrollore.

Se il circuito è anche senza un driver ottico, in cui il coordinamento è organizzato attraverso un ponte a diodi, ma in esso, a differenza della versione precedente, non vi è alcun isolamento galvanico. Ciò significa che al primo aumento di tensione, il ponte può sfondare e l'alta tensione sarà all'uscita del microcontrollore, il che è negativo.

Quando si accende / spegne un carico potente, in particolare una natura induttiva, come motori ed elettromagneti, si verificano picchi di tensione, quindi è necessario installare un circuito RC snubber in parallelo con tutti i dispositivi a semiconduttore.

Relè e larduino

Per controllare i relè con laRduino deve usare un transistor aggiuntivo per amplificare la corrente.

Si noti che viene utilizzato un transistor bipolare di conduttività inversa (struttura NPN), può essere un KT315 domestico (amato e noto a tutti). Il diodo è necessario per sopprimere i picchi dell'EMF di autoinduzione nell'induttanza, questo è necessario in modo che il transistor non si interrompa a causa di un'alta tensione applicata.Perché questo accada spiegherà la legge di commutazione: "La corrente nell'induttanza non può cambiare all'istante".

E quando il transistor è chiuso (rimozione dell'impulso di controllo), l'energia del campo magnetico accumulata nella bobina del relè deve andare da qualche parte, motivo per cui è installato il diodo inverso. Ancora una volta, noto che il diodo è collegato nella direzione INDIETRO, ovvero catodo a positivo, anodo a negativo.

Puoi assemblare un tale schema da solo, che è molto più economico, inoltre puoi usare relèvalutato per qualsiasi tensione costante.

Oppure acquista un modulo già pronto o un intero scudo con un relè per Arduino:

La foto mostra uno scudo fatto in casa, a proposito, ha usato KT315G per amplificare la corrente e sotto vedi lo stesso scudo fabbricato in fabbrica:

Questi sono schermi a 4 canali, ad es. puoi includere fino a quattro righe di 220 V. In dettaglio su schermi e relè, abbiamo già pubblicato un articolo sul sito - Scudi utili per Arduino

Lo schema di collegamento del carico ad una tensione di 220 V verso Arduino tramite un relè:

conclusione

La gestione sicura del carico AC significa innanzitutto sicurezza del microcontrollore tutte le informazioni sopra descritte sono valide per qualsiasi microcontrollore, non solo per la scheda Arduino.

Il compito principale è fornire la tensione e la corrente necessarie per controllare il triac o il relè e l'isolamento galvanico dei circuiti di controllo e del circuito di alimentazione CA.

Oltre alla sicurezza per il microcontrollore, in questo modo ti assicuri in modo da evitare scosse elettriche durante la manutenzione. Quando si lavora con alta tensione, è necessario seguire tutte le norme di sicurezza, rispettare PUE e PTEEP.

Questi schemi possono essere usati e per il controllo di avviatori e contattori potenti. Triac e relè in questo caso fungono da amplificatore intermedio e coordinatore di segnale. Su potenti dispositivi di commutazione, anche le grandi correnti di controllo della bobina dipendono direttamente dalla potenza del contattore o dell'avviatore.