בקרת מהירות מאוורר AC באמצעות ארדואינו וטריאק

אַזהָרָה!! תרשים המעגל הנדון בפרויקט זה נועד למטרות חינוכיות בלבד. שים לב שעבודה עם מתח 220V AC מחייבת אמצעי זהירות קיצוניים ויש להקפיד על נהלי בטיחות. אל תיגע באף אחד מהרכיבים או החוטים בזמן שהמעגל פועל.

קל להפעיל או לכבות כל מכשיר ביתי באמצעות מתג או באמצעות מנגנון בקרה כלשהו כפי שעשינו בפרויקטים רבים של אוטומציה ביתית מבוססת Arduino. אבל יש הרבה יישומים שבהם עלינו לשלוט בכוח ה- AC באופן חלקי, למשל, כדי לשלוט על מהירות המאוורר או על עוצמת המנורה. במקרה זה משתמשים בטכניקת PWM, אז כאן נלמד כיצד להשתמש ב- PWM שנוצר על ידי Arduino כדי לשלוט על מהירות מאוורר AC עם Arduino.

בפרויקט זה נדגים בקרת מהירות מאוורר של Arduino AC באמצעות TRIAC. כאן נעשה שימוש בשיטת בקרת שלב של אות ה- AC לשליטה במהירות מאוורר ה- AC, באמצעות אותות PWM שנוצרו על ידי Arduino. במדריך הקודם שלטנו במהירות מאוורר DC באמצעות PWM.

רכיבים נדרשים

1. ארדואינו UNO
2. 4N25 (גלאי מעבר אפס)
3. פוטנציומטר 10k
4. מצמד MOC3021
5. (0-9) V, שנאי Stepdown 500 mA
6. BT136 טריאק
7. מאוורר AC צירי 230 וולט
8. חוטי חיבור
9. נגדים

עבודה של בקרת מאוורר AC באמצעות Arduino

ניתן לחלק את העבודה לארבעה חלקים שונים. הם כדלקמן

1. אפס גלאי מעבר

2. מעגל בקרת זווית שלב

3. פוטנציומטר לשליטה בכמות מהירות המאוורר

4. מעגל הפקת אות PWM

1. גלאי אפס מעבר

אספקת החשמל שאנו מקבלים בביתנו היא 220 וולט מתח RMS, 50 הרץ. אות AC זה מתחלף באופיו ומשנה את הקוטביות שלו מעת לעת. במחצית הראשונה של כל מחזור, הוא זורם לכיוון אחד ומגיע למתח שיא ואז יורד לאפס. ואז בחצי המחזור הבא הוא זורם בכיוון חלופי (שלילי) למתח שיא ואז שוב מגיע לאפס. לבקרת המהירות של מאוורר ה- AC, יש לקצץ או לשלוט על מתח השיא של שני מחזורי המחזור. לשם כך עלינו לזהות את נקודת האפס ממנה יש לשלוט / לקצוץ את האות. נקודה זו על עקומת המתח בה המתח משנה את הכיוון נקראת חציית מתח אפס.

המעגל המוצג להלן הוא מעגל גלאי מעבר אפס המשמש לקבלת נקודת מעבר אפס. ראשית, מתח הוולט 220 וולט יורד ל 9 וולט AC באמצעות שנאי מדרגות ואז מועבר למצמד אופטי 4N25 בסיכה 1 ו 2. מצמד אופטי 4N25 יש נורית מובנית עם סיכה 1 כאנודה וסיכה 2 כ קָטוֹדָה. כך שלפי המעגל למטה, כאשר גל ה- AC יתקרב לנקודת המעבר האפסית, ה- LED המובנה של 4N25 יכבה וכתוצאה מכך, גם טרנזיסטור הפלט של 4N25 יכבה וסיכת הדופק ביציאה להימשך עד 5V. באופן דומה, כאשר האות עולה בהדרגה עד לשיאנקודה, ואז ה- LED נדלק והטרנזיסטור יופעל גם כאשר סיכת הקרקע מחוברת לסיכת הפלט, מה שהופך את הסיכה הזו ל 0V. באמצעות דופק זה ניתן לאתר את נקודת המעבר האפסית באמצעות Arduino.

2. מעגל בקרת זווית שלב

לאחר שזיהינו את נקודת מעבר האפס, כעת עלינו לשלוט בכמות העיתוי שבגינה הכוח יהיה מופעל וכיבוי. אות PWM זה יחליט על כמות פלט המתח למנוע החשמל, אשר בתורו שולט במהירותו. כאן נעשה שימוש ב- BT136 TRIAC, השולט על מתח ה- AC שכן הוא מתג אלקטרוני כוח לבקרת אות מתח AC.

TRIAC הוא מתג AC בעל שלושה טרמינלים שיכול להיות מופעל על ידי אות אנרגיה נמוכה במסוף השער שלו. ב- SCR זה מתנהל בכיוון אחד בלבד, אך במקרה של TRIAC ניתן לשלוט על הכוח בשני הכיוונים. למידע נוסף על TRIAC ו- SCR, עקוב אחר המאמרים הקודמים שלנו.

כפי שמוצג באיור לעיל, ה- TRIAC מופעל בזווית ירי של 90 מעלות על ידי החלת אות דופק שער קטן עליו. הזמן "t1" הוא זמן העיכוב אשר ניתן בהתאם לדרישת העמעום. לדוגמא, במקרה זה, זווית הירי היא 90 אחוזים, ומכאן שגם תפוקת הכוח תהיה חצויה ומכאן שגם המנורה תנצנץ בחצי עוצמה.

אנו יודעים שתדירות האות AC היא 50 הרץ כאן. אז פרק הזמן יהיה 1 / f, שהוא 20ms. במשך חצי מחזור, זה יהיה 10ms או 10,000 מיקרו שניות. לפיכך לשליטה על עוצמתה של מנורת AC, ניתן לשנות את טווח ה- "t1" בין 0-10000 מיקרו שניות.

מצמד אופטי:

מצמד אופטי ידוע גם בשם Optoisolator. הוא משמש לשמירה על בידוד בין שני מעגלים חשמליים כמו אותות DC ו- AC. ביסודו של דבר, הוא מורכב מ- LED הפולט אור אינפרא אדום ומחוט הצילום שמזהה אותו. כאן משמש מצמד אופטי MOC3021 לבקרת מאוורר ה- AC מאותות המיקרו-בקר שהוא אות DC.

תרשים חיבור TRIAC ומצמד אופטי:

3. פוטנציומטר לשליטה על מהירות המאוורר

כאן משתמשים בפוטנציומטר כדי לשנות את מהירות המאוורר. אנו יודעים כי פוטנציומטר הוא מכשיר מסוף 3 הפועל כמחלק מתח ומספק פלט מתח משתנה. מתח יציאה אנלוגי משתנה זה ניתן במסוף הכניסה האנלוגי של Arduino כדי לקבוע את ערך המהירות של מאוורר ה- AC.

4. יחידת הפקת אותות PWM

בשלב האחרון, דופק PWM ניתן ל- TRIAC בהתאם לדרישות המהירות, אשר בתורו משתנה את עיתוי ה- ON / OFF של אות ה- AC ומספק פלט משתנה לשליטה על מהירות המאוורר. כאן משמש Arduino להפקת הדופק PWM, אשר לוקח את הקלט מהפוטנציומטר ונותן פלט אות PWM למעגל TRIAC ומצמד אופטי שמניע עוד יותר את מאוורר ה- AC במהירות הרצויה. למידע נוסף על ייצור PWM באמצעות Arduino כאן.

תרשים מעגל

דיאגרמת מעגלים למעגל בקרת מהירות מאוורר מבוסס ארדוינו זה הוא 230 וולט:

הערה: הראיתי את המעגל השלם על לוח לחם רק לצורך הבנה. אתה לא צריך להשתמש באספקת AC 220V ישירות על קרש הלחם שלך, השתמשתי בלוח מנוקד כדי ליצור את החיבורים כפי שניתן לראות בתמונה למטה

תכנות את Arduino לבקרת מהירות מאוורר AC

לאחר חיבור החומרה, עלינו לרשום את הקוד עבור Arduino, שייצור אות PWM כדי לשלוט בתזמון ההפעלה / כיבוי של AC באמצעות כניסה לפוטנציומטר. בעבר השתמשנו בטכניקות PWM בפרויקטים רבים.

הקוד השלם של פרויקט בקרת מהירות מאוורר זה של Arduino AC ניתן בתחתית הפרויקט. ההסבר השלבי של הקוד ניתן להלן.

בשלב הראשון, הכריז על כל המשתנים הנדרשים, אשר ישמשו לאורך כל הקוד. כאן ה- BT136 TRIAC מחובר לסיכה 6 של ארדואינו. המשתנה speed_val מוכרז לאחסון הערך של צעד המהירות.

int TRIAC = 6; int speed_val = 0;

לאחר מכן, בתוך פונקציית ההתקנה , הכריזו על סיכת ה- TRIAC כפלט כיוון שיוצא פלט PWM באמצעות סיכה זו. לאחר מכן, הגדר הפרעה לזיהוי מעבר אפס. כאן השתמשנו בפונקציה הנקראת attachInterrupt, שתגדיר את הפין הדיגיטלי 3 של Arduino כהפרעה חיצונית ויקרא לפונקציה בשם zero_crossing כאשר היא מזהה כל הפרעה בסיכה.

הגדרת חלל () {pinMode (LAMP, OUTPUT); attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (3), zero_crossing, CHANGE); }

בתוך הלולאה האינסופית, קרא את הערך האנלוגי מפוטנציומטר המחובר ב- A0 ומפה אותו לטווח ערכים של (10-49).

כדי לגלות טווח זה עלינו לבצע חישוב קטן. מוקדם יותר נאמר כי כל מחצית מחזור שווה ערך ל -10,000 מיקרו שניות. אז כאן עמעום יישלט ב 50 צעדים שזה ערך שרירותי וניתן לשנות אותו. כאן הצעדים המינימליים ננקטים כ- 10, ולא אפס מכיוון ש- 0-9 צעדים נותנים את אותה תפוקת חשמל בערך וצעדים מרביים ננקטים כ- 49 מכיוון שלא מומלץ למעשה לקחת את הגבול העליון (שהוא 50 במקרה זה).

ואז כל זמן שלב יכול להיות מחושב כ- 10000/50 = 200 מיקרו שניות. זה ישמש בחלק הבא של הקוד.

loop loop () {int pot = analogRead (A0); int data1 = מפה (pot, 0, 1023,10,49); speed_val = data1; }

בשלב הסופי, הגדר את הפונקציה מונעת הפסקה zero_crossing. כאן ניתן לחשב את זמן העמעום על ידי הכפלת זמן הצעד האישי ללא. של צעדים. ואז לאחר זמן עיכוב זה, ניתן להפעיל את ה- TRIAC באמצעות דופק גבוה קטן של 10 מיקרו שניות המספיק להפעלת טריאק.

בטל zero_crossing () {int chop_time = (200 * speed_val); delayMicroseconds (chop_time); digitalWrite (TRIAC, HIGH); עיכוב מיקרו-שניות (10); digitalWrite (TRIAC, LOW); }

הקוד המלא יחד עם סרטון עבודה לבקרת מאוורר AC זה באמצעות Arduino ו- PWM מופיע להלן.