Com gestionar de forma segura una càrrega de 220 volts mitjançant Arduino

Per al sistema Smart Home, la tasca principal és controlar els electrodomèstics des d’un dispositiu de control, ja sigui un microcontrolador tipus Arduino, un microordinador tipus Raspberry PI o qualsevol altre. Però per fer-ho directament no funciona, calculem com gestionar la càrrega de 220 V amb Arduino.

Per controlar circuits de CA, el microcontrolador no és suficient per dos motius:

1. A la sortida microcontrolador es genera un senyal de tensió constant.

2. El corrent a través del passador del microcontrolador sol estar limitat a 20-40 mA.

Tenim dues opcions per canviar amb un relé o utilitzar un triac. El triac es pot substituir per dos tiristors encesos en paral·lel (aquesta és l'estructura interna del triac). Analitzem això més aviat.

Control de càrrega 220 Dins utilitzant un triac i un microcontrolador

L’estructura interna del triac es mostra a la imatge següent.

El tiristor funciona de la manera següent: quan s’aplica una tensió de biaix endavant al tiristor (més a l’ànode i menys al càtode), no hi passarà cap corrent fins que no apliquis un pols de control a l’elèctrode de control.

Vaig escriure un impuls per un motiu. A diferència d’un transistor, un tiristor és un interruptor de semiconductor SEMI-CONTROLLED. Això vol dir que, quan s’elimina el senyal de control, continuarà fluint el corrent a través del tiristor, és a dir. romandrà obert. Per tancar-lo, cal interrompre el corrent al circuit o canviar la polaritat del voltatge aplicat.

Això vol dir que, quan manteniu un pols positiu sobre l'elèctrode de control, necessiteu un tiristor al circuit de corrent per passar només l'ona d'ona positiva. El triac pot passar corrent en les dues direccions, però perquè Consta de dos tiristors connectats els uns als altres.

Els polsos de control en polaritat per a cadascun dels tiristors interns han de correspondre a la polaritat de la mitja onda corresponent, només si es compleix aquesta condició, un corrent altern fluirà pel triac. A la pràctica, aquest esquema s’implementa en comú controlador de potència triac.

Com ja he dit, el microcontrolador genera un senyal d’una sola polaritat, per tal de coordinar el senyal que cal fer servir un controlador construït en un optosimistor.

Així, el senyal s’encén el LED intern de l’optoupler, obre el triac, que subministra el senyal de control al triac de potència T1. Com a controlador òptic, es pot utilitzar MOC3063 i similars, per exemple, la foto de sota mostra MOC3041.

Circuit d’encreuament zero: circuit detector de pas de fase zero. És necessari per a la implementació de diversos tipus de reguladors de triac en un microcontrolador.

Si el circuit també està sense controlador òptic, on la coordinació s’organitza a través d’un pont de díodes, però en ell, a diferència de la versió anterior, no hi ha aïllament galvànic. Això vol dir que, a la primera tensió, el pont es pot trencar i l’alta tensió serà a la sortida del microcontrolador, cosa que està malament.

Quan activeu / desactiveu una potent càrrega, especialment de tipus inductiu, com ara motors i electroimants, es produeixen tensions de tensió, per la qual cosa cal instal·lar un circuit RC snubber en paral·lel amb tots els dispositius semiconductors.

Relé i Arduino

Per controlar els relés amb ARduino necessita utilitzar un transistor addicional per amplificar el corrent.

Tingueu en compte que s’utilitza un transistor bipolar de conductivitat inversa (estructura NPN), pot ser un KT315 domèstic (estimat i conegut per tothom). El díode és necessari per suprimir les sobretensions de l’EMF d’auto-inducció en la inductància, això és necessari perquè el transistor no falli a partir d’una tensió alta aplicada.Per què això succeeix explicarà la llei de commutació: "La corrent en la inductància no pot canviar a l'instant".

I quan el transistor es tanca (eliminació del pols de control), l’energia del camp magnètic acumulat a la bobina del relé ha d’anar cap a algun lloc, és per això que s’instal·la el díode invers. Una vegada més, tinc en compte que el díode està connectat en direcció enrere, és a dir. càtode a positiu, ànode a negatiu.

Podeu muntar aquest esquema tu mateix, que és molt més barat, a més de fer servir relénominal per a qualsevol tensió constant.

O bé, compra un mòdul preparat o un blindatge complet amb un relé per Arduino:

La foto mostra un escut casolà que, per cert, feia servir el KT315G per amplificar el corrent, i a sota veieu el mateix escut fabricat a la fàbrica:

Es tracta de blindatges de quatre canals, és a dir. podeu incloure fins a quatre línies de 220 V. En detall sobre escuts i relés, ja hem publicat un article al lloc; Escuts útils per a Arduino

El diagrama de connexió de la càrrega a una tensió de 220 V a Arduino mitjançant un relé:

Conclusió

La gestió de la càrrega segura de CA significa primer i més important seguretat del microcontrolador tota la informació descrita anteriorment és vàlida per a qualsevol microcontrolador, no només per a la placa Arduino.

La tasca principal és proporcionar el voltatge i el corrent necessaris per controlar el triac o el relé i l'aïllament galvànic dels circuits de control i del circuit d'alimentació de CA.

A més de la seguretat del microcontrolador, d’aquesta forma s’assegura de manera que no es produeixi una descàrrega elèctrica durant el manteniment. Quan treballeu amb alta tensió, heu de seguir totes les normes de seguretat, complir amb PUE i PTEEP.

Es poden utilitzar aquests esquemes i per controlar potents arrencadors i contactors. En aquest cas, els triassos i els relés actuen com a amplificadors intermedis i coordinadors de senyal. En potents dispositius de commutació, els grans corrents de control de la bobina també depenen directament de la potència del contactor o el motor d’arrencada.