Контрола угла наизменичне струје за димере светла и контролу брзине мотора помоћу 555 тајмера и пвм сигнала

Системи кућне аутоматизације из дана у дан све више добијају на популарности, а данас је постало лако укључити и искључити одређене уређаје помоћу неког једноставног контролног механизма попут релеја или прекидача, већ смо изградили многе пројекте кућне аутоматизације засноване на Ардуину користећи релеје. Али постоје многи кућни уређаји којима је потребна контрола овог напајања наизменичном струјом, а не само укључивање или искључивање. Сада, уђите у свет контроле фазног угла наизменичне струје, то је једноставна техника помоћу које можете да контролишете угао наизменичне фазе. То значи да можете да контролишете брзину вашег плафонског вентилатора или било ког другог вентилатора наизменичне струје или чак можете да контролишете интензитет ЛЕД или жаруље са жарном нити.

Иако звучи једноставно, поступак његове стварне примене је веома тежак, па ћемо у овом чланку изградити једноставно коло управљања фазним наизменичном струјом уз помоћ 555 тајмера, а на крају ћемо користити Ардуино за генерисање једноставног ПВМ сигнала за контролу јачине жаруље са жарном нити. Као што сада јасно можете да замислите, помоћу овог кола можете да направите једноставан систем кућне аутоматизације где можете управљати вентилатором и пригушивачима светлости Ац помоћу једног Ардуина.

Шта је контрола угла фазе наизменичне струје и како то функционише?

Контрола фазног угла наизменичне струје је метода помоћу које можемо управљати или уситнити синусни талас наизменичне струје. Угао испаљивање прекидачког уређаја варира након детекције нулте прелаза, што доводи до просечног излазни напон који се мења пропорционално са модификованом синусни талас, слика испод описује више.

Као што видите, прво имамо улазни сигнал наизменичне струје. Даље, имамо сигнал преласка нуле, који генерише прекид сваких 10 мс. Даље, имамо сигнал окидача капије, након што добијемо сигнал окидања, чекамо одређено време пре него што дамо импулс окидачу, што више чекамо, то више можемо смањити просечни напон и обрнуто. О овој теми ћемо разговарати касније у чланку.

Изазови у контроли фазних углова

Пре него што погледамо шему и све материјалне захтеве, хајде да разговарамо о неким проблемима који су повезани са овом врстом кола и како их наше коло решава.

Наш циљ овде је да контролишемо фазни угао синусног таласа наизменичне струје уз помоћ микроконтролера, за било коју врсту примене аутоматизације куће. Ако погледамо доњу слику, можете видети да у жутој имамо синусни талас, а у зеленој имамо сигнал преласка нуле.

Можете видети да сигнал преласка нуле долази сваких 10 мс док радимо са 50Хз синусним таласом. У микроконтролеру генерише прекид сваких 10 мс. ако бисмо ставили било који други код осим тога, други код можда неће радити због прекида. Као што знамо да линијска фреквенција чује у Индији 50Хз, тако да радимо са синусним таласом од 50Хз, а да бисмо контролисали мрежни наизменични систем, морамо да укључимо и искључимо ТРИАЦ у одређеном временском оквиру. Да би то урадио, коло за управљање фазним углом засновано на микроконтролеру користи сигнал преласка нуле као прекид, али проблем ове методе је што не можете покренути ниједан други код осим кода за контролу угла темпа, јер ће се на неки начин прекинути циклус петље и један од тих кодова неће радити.

Дозволите ми да појасним на примеру, претпоставимо да морате да урадите пројекат где треба да контролишете осветљеност жаруље са жарном нити, а истовремено морате да мерите температуру. Да бисте контролисали осветљеност сијалице са жарном нити, потребан вам је круг за контролу фазног угла, такође морате прочитати податке о температури заједно са њим. Ако је ово сценарио, ваше коло неће радити исправно јер сензору ДХТ22 треба одређено време да дати своје излазне податке. У овом временском периоду, коло за управљање фазним углом ће престати да ради, то јест ако сте га конфигурисали у режиму анкете, али ако сте конфигурисали сигнал преласка нуле у режиму прекида, никада нећете моћи да прочитате ДХТ податке јер ЦРЦ провера неће успети.

Да бисте решили овај проблем, можете да користите други микроконтролер за различито коло за управљање фазним углом, али то ће повећати трошак спецификације, друго решење је коришћење нашег кола који се састоји од генеричких компоненти попут тајмера 555 и такође кошта мање.

Материјал потребан за управљачки круг фазног угла наизменичне струје

На доњој слици су приказани материјали коришћени за израду струјног круга, јер је овај направљен од врло генеричких компоненти, сав наведени материјал бисте могли да пронађете у вашој локалној хоби продавници.

Такође сам у доњој табели навео компоненте са типовима и количином, пошто је то демонстрацијски пројекат, за то користим један канал. Али склоп се лако може прилагодити према захтеву.

Сл.бр.	Делови	Тип	Количина
1	Вијчана стезаљка 5.04мм	Конектор	3
2	Мушки заглавље 2,54 мм	Конектор	1Кс2
3	56К, 1В	Отпорник	2
4	1Н4007	Диоде	4
5	0.1уФ, 25В	Кондензатор	2
6	100уФ, 25В	Кондензатор	2
7	ЛМ7805	Регулатор напона	1
8	1К	Отпорник	1
9	470Р	Отпорник	2
10	47Р	Отпорник	2
11	82К	Отпорник	1
12	10К	Отпорник	1
13	ПЦ817	Оптоцоуплер	1
14	НЕ7555	ИЦ	1
12	МОЦ3021	ОптоТриац Дриве	1
13	ИРФ9540	МОСФЕТ	1
14	3.3уФ	Кондензатор	1
15	Повезивање жица	Жице	5
16	0,1уФ, 1КВ	Кондензатор	1
17	Ардуино Нано (за тест)	Микроконтролер	1

Дијаграм управљачког угла фазе наизменичне струје

Шема за круг за управљање фазним углом наизменичне струје је приказана испод, ово коло је врло једноставно и користи генеричке компоненте за постизање контроле фазног угла.

Круг управљања фазним углом наизменичне струје - ради

Ово коло се састоји од врло пажљиво дизајнираних компонената, проћи ћу кроз сваку и објаснити сваки блок.

Круг за откривање нуле-укрштања:

Прво, на нашој листи је коло за откривање прелаза нуле направљено са два отпорника од 56К, 1В у комбинацији са четири диоде 1н4007 и оптичким склопником ПЦ817. А ово коло је одговорно за пружање сигнала преласка нуле на 555 ИЦ тајмера. Такође, траком смо одсекли фазу и неутрални сигнал да бисмо их даље користили у одељку ТРИАЦ.

ЛМ7809 Регулатор напона:

Регулатор напона 7809 користи се за напајање круга, круг је одговоран за напајање целог кола. Поред тога, користили смо два кондензатора од 470уФ и кондензатор од 0,1уФ као одвојни кондензатор за ЛМ7809 ИЦ.

Управљачки круг са НЕ555 тајмером:

Горња слика приказује управљачко коло тајмера 555, 555 је конфигурисан у моностабилној конфигурацији, па када сигнал окидача из кола за откривање преласка нуле погоди окидач, тајмер 555 почиње да пуни кондензатор уз помоћ отпорника (уопште), али наш круг има МОСФЕТ уместо отпорника, а управљајући капијом МОСФЕТ-а, контролишемо струју која иде ка кондензатору, зато контролишемо време пуњења, па стога контролишемо и излаз 555 тајмера. У многим пројектима користили смо 555 ИЦ тајмера како бисмо направили наш пројекат. Ако желите да сазнате више о овој теми, можете погледати све друге пројекте.

ТРИАЦ и ТРИАЦ-управљачки круг:

ТРИАЦ делује као главни прекидач који се заправо укључује и искључује, чиме контролише излаз АЦ сигнала. Погон ТРИАЦ-а је оптички погон МОЦ3021, он не покреће само ТРИАЦ, већ такође пружа оптичку изолацију, високонапонски кондензатор 0,01уФ 2КВ, а отпор 47Р формира снубер круг, који штити наш круг од високонапонских скокова који се јављају када је повезан са индуктивним оптерећењем, несинусоидна природа преклопљеног АЦ сигнала одговорна је за шиљке. Такође је одговоран за питања фактора снаге, али то је тема за други чланак. Такође, у разним чланцима смо користили ТРИАЦ као наш омиљени уређај, а можете их проверити ако вас то занима.

Нископропусни филтер и П-канални МОСФЕТ (делује као отпорник у кругу):

Отпорник 82К и кондензатор 3.3уФ чине нископропусни филтер који је одговоран за изравнавање високофреквентног ПВМ сигнала који генерише Ардуино. Као што је претходно поменуто, П-канални МОСФЕТ делује као променљиви отпорник, који контролише време пуњења кондензатора. Управљање њиме је ПВМ сигнал који се изравнава нископропусним филтером. У претходном чланку смо рашчистили концепт нископропусних филтера, можете погледати чланак о активном нископропусном филтру или пасивном нископропусном филтру ако желите да сазнате више о тој теми.

Дизајн ПЦБ-а за круг управљања фазним углом наизменичне струје

ПЦБ за наше коло контроле фазног угла дизајниран је у једностраној плочи. Користио сам Еагле за дизајнирање ПЦБ-а, али можете користити било који софтвер за дизајн по вашем избору. 2Д слика мог дизајна плоче приказана је доле.

Довољно пуњења земљом користи се за правилно повезивање уземљења између свих компонената. Улаз од 12В једносмерне струје и улаз од 220 В наизменичне струје насељени су на левој страни, а излаз се налази на десној страни ПЦБ-а. Комплетну дизајнерску датотеку за Еагле заједно са Гербером можете преузети са доње везе.

• Преузмите ПЦБ дизајн, ГЕРБЕР и ПДФ датотеке за круг управљања фазним углом наизменичне струје

Ручно рађена ПЦБ:

Ради удобности направио сам своју ручно израђену верзију ПЦБ-а и она је приказана доле.

Ардуино код за контролу фазног угла наизменичне струје

Једноставни код генерације ПВМ-а користи се за рад кола, а код и његово објашњење дати су у наставку. Комплетни код такође можете пронаћи на дну ове странице. Прво, декларишемо све потребне променљиве, цонст инт аналогИнПин = А0; // Аналогни улазни пин који је потенциометар прикључен на цонст инт аналогОутПин = 9; // Аналогни излазни пин који је ЛЕД причвршћен на инт сенсорВалуе = 0; // вредност прочитана из пота инт оутпутВалуе = 0; // излаз вредности на ПВМ (аналогни излаз)

Променљиве треба да декларишу аналогни пин, аналогОут пин, а остале променљиве да складиште, конвертују и штампају мапирану вредност. Следеће у одељку сетуп () покрећемо УАРТ са 9600 бауд-ова да бисмо могли да надгледамо излаз и тако можемо сазнати који је опсег ПВМ-а био у стању да у потпуности контролише излаз кола.

воид сетуп () {// иницијализација серијске комуникације при 9600 бпс: Сериал.бегин (9600); }

Даље, у одељку лооп () читамо аналогни пин А0 и меморишемо вредност у променљиву вредности сензора, затим мапирамо вредност сензора на 0 -255 јер је ПВМ тајмер атмеге само 8-битни, следећи подесите ПВМ сигнал са аналогВрите () функцијом Ардуина . и на крају, исписујемо вредности у прозор серијског монитора како бисмо сазнали опсег контролног сигнала. Ако следите овај водич, видео на крају ће вам дати јаснију идеју о теми.

сенсорВалуе = аналогРеад (аналогИнПин); // читање аналогног у вредности: оутпутВалуе = мап (сенсорВалуе, 0, 1023, 0, 255); // мапирамо га у опсег аналогног излаза: аналогВрите (аналогОутПин, оутпутВалуе); // промена вредности аналогног излаза: Сериал.принт ("сенсор ="); // испис резултата у серијски монитор: Сериал.принт (сенсорВалуе); Сериал.принт ("\ т оутпут ="); Сериал.принтлн (оутпутВалуе);

Испитивање круга за управљање углом фазе наизменичне струје

Горња слика приказује пробно подешавање кола. Напајање од 12 В обезбеђује 12В СМПС коло, у нашем случају је сијалица сијалица, лако се може заменити \ индуктивним оптерећењем попут вентилатора. Такође, као што видите, приложио сам потенциометар да бих контролисао осветљеност лампе, али га може заменити било којим другим обликом контролера. Ако увећате слику, можете видети да је лонац повезан са А0 пин Ардуина и ПВМ сигнал долази са пин9 Ардуина.

Као што видите на горњој слици, излазна вредност је 84, а осветљеност сијалице са жарном нити врло мала,

На овој слици можете видети да је вредност 82, а осветљеност сијалице са жарном нити се повећава.

После многих неуспелих покушаја, успео сам да пронађем струјни круг који стварно ради исправно. Да ли сте се икад запитали како изгледа испитни сто када коло не ради? Рећи ћу вам да изгледа врло лоше,

Ово је претходно дизајнирано коло на којем сам радио. Морао сам га потпуно бацити и направити нови јер претходни није помало радио.

Даља побољшања

За ову демонстрацију коло је направљено на ручно израђеној ПЦБ-у, али коло се лако може направити у добро квалитетној ПЦБ-у, у мојим експериментима је величина ПЦБ-а заиста велика због величине компоненте, али у производном окружењу, може се смањити употребом јефтиних СМД компонената. У својим експериментима открио сам да помоћу тајмера 7555 уместо 555 тајмера увелико повећава контролу, штавише, повећава се и стабилност кола.