Maiņstrāvas fāzes leņķa kontrole gaismas regulatoriem un motora ātruma vadība, izmantojot 555 taimeri un pwm signālu

Mājas automatizācijas sistēmas katru dienu kļūst arvien populārākas, un mūsdienās ir viegli ieslēgt un izslēgt noteiktas ierīces, izmantojot kādu vienkāršu vadības mehānismu, piemēram, releju vai slēdzi, mēs jau iepriekš esam izveidojuši daudzus Arduino bāzes mājas automatizācijas projektus, izmantojot relejus. Bet ir daudz sadzīves tehnikas, kurām nepieciešama šīs maiņstrāvas vadība, nevis tikai ieslēgšana vai izslēgšana. Tagad ieejiet maiņstrāvas fāzes leņķa vadības pasaulē , tā ir vienkārša metode, ar kuras palīdzību jūs varat kontrolēt maiņstrāvas fāzes leņķi. Tas nozīmē, ka jūs varat kontrolēt griestu vai jebkura cita maiņstrāvas ventilatora ātrumu, vai pat jūs varat kontrolēt LED vai kvēlspuldzes intensitāti.

Lai gan tas izklausās vienkārši, tā īstenošanas process ir ļoti sarežģīts, tāpēc šajā rakstā mēs ar 555 taimera palīdzību izveidosim vienkāršu maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdi, un galu galā mēs izmantosim Arduino ģenerēt vienkāršu PWM signālu, lai kontrolētu kvēlspuldzes intensitāti. Kā jūs tagad varat skaidri iedomāties, ar šo shēmu jūs varat izveidot vienkāršu mājas automatizācijas sistēmu, kurā jūs varat kontrolēt ventilatoru un Ac gaismas regulētājus ar vienu Arduino.

Kas ir maiņstrāvas fāzes leņķa kontrole un kā tā darbojas?

Maiņstrāvas fāzes leņķa vadība ir metode, ar kuras palīdzību mēs varam kontrolēt vai sasmalcināt maiņstrāvas sinusoidālo viļņu. Pēc nulles šķērsošanas noteikšanas komutācijas ierīces šaušanas leņķis tiek mainīts, kā rezultātā rodas vidējā sprieguma izeja, kas mainās proporcionāli modificētajam sinusoidālajam vilnim, tālāk aprakstītajā attēlā ir aprakstīts vairāk.

Kā redzat, vispirms mums ir mūsu maiņstrāvas ieejas signāls. Tālāk mums ir nulles šķērsošanas signāls, kas ģenerē pārtraukumu ik pēc 10ms. Tālāk mums ir vārtu palaišanas signāls, kad mēs saņemam iedarbinošo signālu, mēs gaidām noteiktu laiku, pirms dodam sprūda impulsu, jo vairāk mēs gaidām, jo ​​vairāk mēs varam samazināt vidējo spriegumu un otrādi. Vairāk par šo tēmu mēs apspriedīsim vēlāk rakstā.

Izaicinājumi fāzes leņķa kontrolē

Pirms mēs apskatīsim shēmas un visas materiālās prasības, parunāsim par dažām problēmām, kas saistītas ar šāda veida ķēdi, un par to, kā mūsu ķēde tās atrisina.

Mūsu mērķis šeit ir kontrolēt maiņstrāvas sinusoidālā viļņa fāzes leņķi ar mikrokontrollera palīdzību jebkura veida mājas automatizācijas lietošanai. Ja paskatāmies zemāk redzamo attēlu, jūs varat redzēt, ka dzeltenā krāsā mums ir sinusoidāls vilnis, bet zaļā krāsā - nulles šķērsošanas signāls.

Jūs varat redzēt, ka nulles šķērsošanas signāls nāk ik pēc 10 ms, jo mēs strādājam ar 50Hz sinusa vilni. Mikrokontrollerī tas ģenerē pārtraukumu ik pēc 10 ms. ja papildus tam būtu jāievieto kāds cits kods, pārējais pārtraukuma dēļ var nedarboties. Tā kā mēs zinām, ka līnijas frekvences dzirde Indijā ir 50Hz, tāpēc mēs strādājam ar 50Hz sinusoidālu viļņu, un, lai kontrolētu tīkla maiņstrāvu, mums ir jāieslēdz un jāizslēdz TRIAC noteiktā laika posmā. Lai to izdarītu, fāzes leņķa vadības ķēde, kuras pamatā ir mikrokontrolleris, kā pārtraukumu izmanto nulles šķērsošanas signālu, taču šīs metodes problēma ir tāda, ka jūs nevarat palaist nevienu citu kodu, izņemot tempa leņķa vadības kodu, jo tas savā ziņā saplīsīs cikla cikls un viens no šiem kodiem nedarbosies.

Ļaujiet man paskaidrot ar piemēru. Pieņemsim, ka jums ir jāveic projekts, kurā jums jākontrolē kvēlspuldzes spilgtums, vienlaikus jāmēra arī temperatūra. Lai kontrolētu kvēlspuldzes spilgtumu, jums ir nepieciešama fāzes leņķa vadības ķēde, kā arī jums ir jālasa temperatūras dati, ja tas ir scenārijs, jūsu ķēde nedarbosies pareizi, jo DHT22 sensoram nepieciešams zināms laiks sniedz savus izejas datus. Šajā laika posmā fāzes leņķa vadības ķēde pārtrauks darboties, tas ir, ja jūs to esat konfigurējis vēlēšanas režīmā, bet, ja jūs konfigurējat nulles šķērsošanas signālu pārtraukuma režīmā, jūs nekad nevarēsit nolasīt DHT datus jo CRC pārbaude neizdosies.

Lai atrisinātu šo problēmu, jūs varat izmantot citu mikrokontrolleru dažādām fāzes leņķa vadības ķēdēm, bet tas palielinās BOM izmaksas, vēl viens risinājums ir izmantot mūsu ķēdi, kas sastāv no vispārīgiem komponentiem, piemēram, 555 taimeris, un arī maksā mazāk.

Materiāls, kas nepieciešams maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdei

Zemāk redzamajā attēlā ir parādīti materiāli, kas izmantoti ķēdes izveidošanai, jo tas ir izgatavots ar ļoti vispārīgiem komponentiem, tāpēc jums vajadzētu būt iespējai atrast visu uzskaitīto materiālu savā vietējā hobiju veikalā.

Es arī uzskaitīju komponentus zemāk esošajā tabulā ar veidu un daudzumu, tā kā tas ir demonstrācijas projekts, lai to izdarītu, es izmantoju vienu kanālu. Bet ķēdi var viegli palielināt atbilstoši prasībām.

Sl. Nē	Daļas	Tips	Daudzums
1	Skrūves spaile 5,04 mm	Savienotājs	3
2	Vīriešu galvene 2,54 mm	Savienotājs	1X2
3	56K, 1W	Rezistors	2
4	1N4007	Diode	4
5	0.1uF, 25V	Kondensators	2
6	100uF, 25V	Kondensators	2
7	LM7805	Sprieguma regulators	1
8	1K	Rezistors	1
9	470R	Rezistors	2
10	47R	Rezistors	2
11	82K	Rezistors	1
12	10 000	Rezistors	1
13	PC817	Optrons	1
14	NE7555	IC	1
12	MOC3021	OptoTriac Drive	1
13	IRF9540	MOSFET	1
14	3.3 uF	Kondensators	1
15	Vadu savienošana	Vadi	5
16	0.1uF, 1KV	Kondensators	1
17	Arduino Nano (testēšanai)	Mikrokontrolleris	1

Maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdes shēma

Maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdes shēma ir parādīta zemāk, šī shēma ir ļoti vienkārša un fāzes leņķa regulēšanai tiek izmantoti vispārīgi komponenti.

Maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēde - darbojas

Šo ķēdi veido ļoti rūpīgi izstrādāti komponenti, es katru iziešu cauri un paskaidrošu katru bloku.

Nulles šķērsošanas noteikšanas shēma:

Pirmkārt, mūsu sarakstā nulles šķērsošanas noteikšanas ķēde ir izveidota ar diviem 56K, 1W rezistoriem kopā ar četrām 1n4007 diodēm un PC817 optronu. Šī ķēde ir atbildīga par nulles šķērsošanas signāla nodrošināšanu 555 taimera IC. Turklāt mēs esam pielīmējuši fāzi un neitrālu signālu, lai to tālāk izmantotu sadaļā TRIAC.

LM7809 sprieguma regulators:

Ķēdes darbināšanai tiek izmantots 7809 sprieguma regulators, ķēde ir atbildīga par strāvas padevi visai ķēdei. Turklāt kā LM7809 IC atvienošanas kondensatoru esam izmantojuši divus 470uF kondensatorus un 0,1uF kondensatoru.

Vadības shēma ar NE555 taimeri:

Iepriekš redzamajā attēlā redzama 555 taimera vadības ķēde, 555 ir konfigurēta monostabilā konfigurācijā, tādēļ, kad sprūda signāls no nulles šķērsošanas noteikšanas ķēdes trāpās, 555 taimeris sāk uzlādēt kondensatoru ar rezistora palīdzību (parasti), bet mūsu ķēdē rezistora vietā ir MOSFET, un, kontrolējot MOSFET vārtiņus, mēs kontrolējam kondensatora plūsmu, tāpēc mēs kontrolējam uzlādes laiku, tādējādi kontrolējot 555 taimeru izvadi. Daudzos projektos mēs esam izmantojuši 555 taimera IC, lai izveidotu mūsu projektu. Ja vēlaties uzzināt vairāk par šo tēmu, varat pārbaudīt visus citus projektus.

TRIAC un TRIAC vadītāja shēma:

TRIAC darbojas kā galvenais slēdzis, kas faktiski ieslēdzas un izslēdzas, tādējādi kontrolējot maiņstrāvas signāla izvadi. TRIAC vadīšana ir MOT3021 optotriac piedziņa, tā ne tikai vada TRIAC, bet arī nodrošina optisko izolāciju, 0,01uF 2KV augstsprieguma kondensatoru, un 47R rezistors veido snubber ķēdi, kas aizsargā mūsu ķēdi no augstsprieguma tapām kas rodas, kad tas ir savienots ar induktīvo slodzi, par tapām ir atbildīgs ieslēgtā maiņstrāvas signāla nesinoidiskais raksturs. Turklāt tā ir atbildīga par jaudas koeficienta jautājumiem, taču tā ir cita raksta tēma. Dažādos rakstos mēs izmantojām TRIAC kā vēlamo ierīci. Jūs varat tos pārbaudīt, ja tas interesē jūsu interesi.

Zemfrekvences filtrs un P-kanāla MOSFET (darbojas kā ķēdes rezistors):

82K rezistors un 3.3uF kondensators veido zemfrekvences filtru, kas ir atbildīgs par Arduino radītā augstfrekvences PWM signāla izlīdzināšanu. Kā iepriekš minēts, P-Channel MOSFET darbojas kā mainīgais rezistors, kas kontrolē kondensatora uzlādes laiku. To kontrolē PWM signāls, kuru izlīdzina zemfrekvences filtrs. Iepriekšējā rakstā mēs esam iztīrījuši zemfrekvences filtru jēdzienu. Ja vēlaties uzzināt vairāk par tēmu, varat apskatīt rakstu par aktīvo zemas caurlaidības filtru vai pasīvo zemas caurlaidības filtru.

PCB dizains maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdei

Mūsu fāzes leņķa vadības ķēdes PCB ir veidota vienpusējā dēlī. Esmu izmantojis Eagle, lai noformētu savu PCB, taču jūs varat izmantot jebkuru izvēlēto dizaina programmatūru. Mana dēļa dizaina 2D attēls ir parādīts zemāk.

Lai izveidotu pareizus zemes savienojumus starp visiem komponentiem, tiek izmantots pietiekams zemes piepildījums. 12 V līdzstrāvas ieeja un 220 voltu maiņstrāvas ieeja ir aizpildīta kreisajā pusē, izeja atrodas PCB labajā pusē. Pilnu Eagle dizaina failu kopā ar Gerber var lejupielādēt no saites zemāk.

• Lejupielādējiet maiņstrāvas fāzes leņķa vadības shēmas PCB dizaina, GERBER un PDF failus

Roku darbs PCB:

Ērtības labad es izgatavoju savu PCB versiju ar rokām, un tā ir parādīta zemāk.

Arduino kods maiņstrāvas fāzes leņķa kontrolei

Lai ķēde darbotos, tiek izmantots vienkāršs PWM paaudzes kods, kods un tā paskaidrojums ir norādīts zemāk. Pilnu kodu varat atrast arī šīs lapas apakšdaļā. Pirmkārt, mēs deklarējam visu nepieciešamo mainīgo, const int analogInPin = A0; // Analogais ievades kontakts, ka potenciometrs ir pievienots konst int analogOutPin = 9; // Analogās izejas tapa, kurai gaismas diode ir pievienota int sensorValue = 0; // vērtība, kas nolasīta no pot int outputValue = 0; // vērtības izeja uz PWM (analogā izeja)

Mainīgajiem ir jāpaziņo analoga tapa, analogOut tapa un pārējiem mainīgajiem ir jāsaglabā, jāpārvērš un jādrukā kartētā vērtība. Pēc tam sadaļā setup () mēs sākam UART ar 9600 baudu, lai mēs varētu uzraudzīt izvadi, un tādējādi mēs varam uzzināt, kurš PWM diapazons spēja pilnībā kontrolēt ķēdes izvadi.

void setup () {// inicializēt sērijveida sakarus ar ātrumu 9600 bps: Serial.begin (9600); }

Pēc tam sadaļā loop () mēs nolasām analogo tapu A0 un saglabājam vērtību sensora vērtības mainīgajam, pēc tam mēs sensora vērtību kartējam uz 0-255, jo atmega PWM taimeris ir tikai 8 biti, nākamais iestatiet PWM signālu ar Arduino funkciju analogWrite () . un visbeidzot, mēs izdrukājam vērtības seriālā monitora logā, lai uzzinātu vadības signāla diapazonu. Ja sekojat šai apmācībai, beigās esošais videoklips sniegs skaidrāku priekšstatu par tēmu.

sensorsValue = analogRead (analogInPin); // nolasīt analogo vērtībā: outputValue = karte (sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // piesaistiet to analogās izejas diapazonam: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // mainīt analogās izejas vērtību: Serial.print ("sensors ="); // izdrukāt rezultātus Serial Monitor: Serial.print (sensorValue); Serial.print ("\ t output ="); Serial.println (outputValue);

Maiņstrāvas fāzes leņķa vadības ķēdes pārbaude

Iepriekš redzamajā attēlā parādīta ķēdes testa iestatīšana. 12 V barošanu nodrošina 12 V SMPS ķēde, mūsu gadījumā slodze ir spuldze, to var viegli nomainīt \ ar induktīvu slodzi kā ventilatoru. Tāpat kā redzat, ka esmu piestiprinājis potenciometru, lai kontrolētu spuldzes spilgtumu, bet to var aizstāt ar jebkura cita veida kontrolieri, tuvinot attēlu, jūs varat redzēt, ka katls ir pievienots Ar0010 pin no Arduino un PWM signāls nāk no Arduino pin9.

Kā redzat augšējā attēlā, izejas vērtība ir 84, un kvēlspuldzes spilgtums ir ļoti zems,

Šajā attēlā jūs varat redzēt, ka vērtība ir 82, un kvēlspuldzes spilgtums palielinās.

Pēc daudziem neveiksmīgiem mēģinājumiem es varēju izdomāt ķēdi, kas faktiski darbojas pareizi. Vai esat kādreiz domājis, kā izskatās testa stends, kad ķēde nedarbojas? Ļaujiet man pateikt, ka tas izskatās ļoti slikti,

Šī ir iepriekš izveidota shēma, pie kuras es strādāju. Man tas bija pilnībā jāizmet un jāveido jauns, jo iepriekšējais nedarbojās mazliet.

Turpmākie uzlabojumi

Šajā demonstrācijā shēma tiek izgatavota uz roku darbs PCB, bet shēmu var viegli izveidot labas kvalitātes PCB. Manos eksperimentos PCB izmērs ir patiešām liels, ņemot vērā komponentu izmērus, bet ražošanas vidē tas var samazināt, izmantojot lētus SMD komponentus. Savos eksperimentos es atklāju, ka 7555 taimera izmantošana 555 taimera vietā ievērojami palielina kontrolieri, turklāt palielinās arī ķēdes stabilitāte.