Управление приборами 220В

Самый простой вариант — Реле

Электромагнитное реле — самый простой вариант управления микроконтроллером нагрузкой 220В. По сути это обычный электромагнит. При подаче постоянного тока на катушку возникает магнитное поле, сердечник втягивается и замыкает выводы. Для управления самим реле применимы те же методы, описанные в статье «Как управлять мотором постоянного тока». Важно обращать внимание на ток удержания реле и максимальный ток и коммутируемое напряжение. Как правило, ток удержания довольно высокий, около 100 мА, а напряжение 5 или 12В. Поэтому управлять напрямую от микроконтроллера не получится. Нужен будет транзистор.

Примерная схема подключения реле с использованием MOSFET транзистора. Как видно на схеме, обязательно наличие диода. Дополнительно можно ограничить потребляемый ток самим реле, включив его последовательно через резистор.

Обычно ток удержания сильно меньше стартового тока при включении реле. Также можно добавить конденсатор, чтобы он давал стартовый ток. Примерно так можно будет выглядеть полная схема:

Основным минусом схемы с реле является наличие механической части в реле. Именно эта часть ограничивает частоту переключений реле и позволяет использовать реле с частотой 0.5 Гц или меньше. Таким образом управлять реле нагрузкой можно только в режиме включил-выключил, без возможности регулирования мощности подаваемой на нагрузку.

Управляем нагрузкой 220В с регулировкой мощности

Хотелось бы иметь возможность регулировать мощность, подаваемую на управляемый прибор в диапазоне от 0 до 100%. Вот эту задачу и будем решать.

Как известно бытовая электросеть имеет переменное напряжение 220В с частотой 50 Гц. На осциллограмме это выглядит так:

Напряжение меняется по синусоиде, меняя полярность каждые 10 мс. Ограничить полную мощность синусоиды можно двумя методами:

В фазовом методе нагрузка отключается от сети на часть времени каждого полупериода, отключение производится обычно после перехода через 0. Напряжение подаваемое на нагрузку в этом случае выглядит так:

Во втором методе, полных периодов или полупериодов, нагрузка отключается на целое количество периодов:

Например это может выглядеть так, в случае с полупериодами. При таком управлении важно следить за тем, чтобы средний ток был равен нулю.

Рассмотрим подробнее как управлять нагрузкой методом полных периодов. Он обеспечивает меньшие помехи на сеть 220В, так как ток и напряжение в нагрузке нарастают синхронно и дают меньшие выбросы в сеть.

Симистор — мощный ключ для сети 220 В

Самый простой способ управления нагрузкой 220В — использовать реле. Оно позволяет с помощью постоянного напряжения управлять мощной нагрузкой. В этой статье не будет рассматривать этот метод, он достаточно простой. Достаточно подать напряжение на магнит реле и он замкнёт контакты. К сожалению, реле не позволяет управлять нагрузкой достаточно быстро. При большом количестве включений\выключений оно быстро выходит из строя. Также, в момент переключения возникают большие импульсные помехи. Использовать реле лучше при частоте управления не больше одного раза в 2-3 секунды.

Как мы уже знаем по статье «Как управлять мотором постоянного тока» в цепях постоянного тока транзистор является электронным ключом, устройством, которое позволяет малым напряжением или током управлять более мощной нагрузкой.

Для переменного тока тоже существуют такие электронные ключи — Симисторы.

Симистор проводит ток в обоих направлениях, поэтому используется в сетях переменного тока. Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Он остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети переменного тока). Эта точка на синусоиде называется переходом через ноль.

Симистором можно управлять напрямую от микроконтроллера, но для этого нужен довольно большой ток — 10-20 мА. Существуют также логические симисторы. У них ток управления составляет около 5 мА. В схемах лучше использовать обычные симисторы, они более защищены от самопроизвольного открытия. Что это такое и как можно управлять обычными симисторами? Читаем дальше.

Для начала посмотрим насколько мощной нагрузкой может управлять типичный симистор. Возьмём для примера симистор BT139-800. В datasheet обычно приводят графики выделяемой мощности на симисторе при управлении нагрузкой. Вот пример такого графика.

Зная выделяемую мощность, используем параметры рассеивания тепла корпусом, чтобы получить температуру нагрева симистора и оценить его работоспособность.

Из всех этих параметров следует, что без радиатора данный симистор может рассеять около 2Вт тепла. При управлении полными полупериодами нужно брать график тока для a=180 градусам. График в этой области практически линейный, поэтому можно сказать, что средний ток будет около 2А.

То есть без радиатора этот симистор сможет управлять нагрузкой в 2А * 220В = 440 Вт. В остальных случаях нужен будет радиатор.

Теперь разберёмся как микроконтроллер может управлять мощным симистором?

Оптосимистор — удобный метод управления мощным симистором микроконтроллером

Так как симистор проводит ток в обоих направлениях, то по отношению к его основным терминалам, управляющий ток может находится в четырёх квадратах.

Можно это также представить в виде таблицы:

В datasheet приводят, в каких квадрантах управляется конкретный симистор и какой для этого нужен ток. Например, выбранный симистор управляется во всех 4-х квадрантах.

Но при этом различается управляющий ток и защитные свойства от ложных срабатываний.

Видно, что 4-ый квадрант самый невыгодный. Управляющий ток резко возрастает. Также и защитные свойства при таком управлении падают.

Отсюда следует вывод, что при управлении микроконтроллером лучше управлять в 1-3 квадранте.

Если управление прямое, то МК необходимо уметь менять полярность вывода, что сложно, или иметь общее с терминалом A1 плюсовое питание (управление будет во втором и третьем квадранте). Второй вариант не сложно реализовать при конденсаторном источнике питания. В этом appnote AN2986 подробно рассматривается этот случай.

Второй вариант — управлять через оптосимистор. Таких устройств довольно много и они стоят недорого. Например — MOC3041. Есть оптосимисторы со встроенной схемой контроля перехода через ноль, они могут выключаться только около нуля.

Такой нам и нужен для схемы управления полными периодами. А есть без этой схемы. С их помощью можно управлять фазовым методом.

Схема управления с использование оптосимистора получается такая:

само устройство внутри выглядит так:

Управление в этом случае получается одной полярности с терминалом A2, то есть в первом и третьем квадранте.

Дополнительно оптосимистор изолирует схему работы микроконтроллера от сети, что уменьшает помехи, и повышает надёжность прибора. Если нет требований к компактности прибора, то рекомендуем использовать оптосимисторы для управления другими более мощными симисторами.

Цепь защиты симистора от помех в сети

В случае слишком быстрого изменения напряжения на основных выводах симистора или тока он может самопроизвольно открыться и начать проводить ток. Это очень неприятно. В основном это может произойти при управлении индуктивной нагрузкой (индуктивность сопротивляется изменению тока).

Но также это может происходить и при работе прибора с индуктивностью рядом в сети (например, когда через одну розетку работает мотор и управляемый микроконтроллером паяльный фен). В этом случае независимо от микроконтроллера управляемая нагрузка не будет отключаться от сети и ток будет продолжать идти. Например, при управлении паяльным феном эта ситуация может привести даже к пожару.

Простой защитой от этого случая является снабберная цепь (резистор плюс конденсатор):

Но она не гарантирует работу во всех случаях. Параметры рассчитываются под конкретную индуктивность. Appnote AN-3004 подробно рассматривает расчет снаббера.

Второй вариант — использование симисторов работающих в 1-3 квадранте. Например, T405. Производитель указывает, что они могут использоваться для управления даже индуктивной нагрузкой без снаббера.

Фазовый метод

Для решения задачи фазового управления нагрузкой микроконтроллеру необходимо знать когда был совершён переход через ноль. Тогда можно будет рассчитать время задержки включения нагрузки.

Самый простой метод получения события перехода через ноль в сети переменного тока подробно описан в appnote AN521 от компании Microchip. Практически каждый микроконтроллер имеет высоковольтные защитные диоды на каждом цифровом входе. Это можно использовать, чтобы получить информацию о переходе через ноль. Достаточно на входе поставить высокоомный резистор, ограничивающий ток на выводе МК, до значений указанных в datasheet на МК. В этом случае вывод в обычном цифровом режиме будет принимать значение 0 в момент перехода через ноль. Временная задержка от реального состояния до реального будет минимальна и составляет около 50 мкс.

Минусом такой схемы является отсутствие гальванической развязки схемы управления от сети 220В. Если это необходимо, то можно использовать оптопару.

Ну а далее, уже можно управлять мощным симистором как было описано ранее, только если делать это через оптосимистр, то без схемы перехода через ноль.

В этой статье разобраны основные методы управления мощной нагрузкой сети переменного тока 220В с помощью симисторов. После прочтения теоретической части перейдём к практике. Паяльная станция — прибор, в котором микроконтроллер управляет мощным паяльным феном работающим от сети 220В.

Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр

Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками

Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Выбор управляемой нагрузки

Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая

статья

. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).

Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE

Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать

тут

. В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).

Выбор элементной базы

Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в

статье DiHalt’а

. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.

Фазовая модуляция

Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.

Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:

1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера

Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datasheet’а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.

Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.

Гальваническая развязка

Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.

Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:

1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
2. Наличием детектора нуля
3. Током, открывающим драйвер

Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.

Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet’ах.

Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки

В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:

1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
3. Внешняя помеха (грозовой разряд)

Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datasheet’ах соответствующие значения указаны как:

V

— максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.

I

— Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.

dV/dt

— Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.

dI/dt

— Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он

сгорит

из-за того, что не успеет полностью открыться.

(dV/dt)c

— Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.

(dI/dt)c

— Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.

Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в

Application Note AN-3008

. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).

Выбор симистора

Максимальный ток коммутации

Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet’е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.

Минимальный ток коммутации

Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet’е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.

Изоляция

Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.

Защита от перегрузки

Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на

спецификацию

, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться

не ранее

, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.

Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть. 2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.

dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.

С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:

1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.

Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.

Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.

Заключение

Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.

В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.

Управление мощной нагрузкой переменного тока — Конструкции для дома — Конструкции для дома и дачи

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально —управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвестипотенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Схема управления нагрузкой на симисторе. Как переключать симистор батарейкой для управления переменным током.

Какие накладываются ограничения при использовании симисторов

Посмотрело: 7647

Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками

Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Выбор управляемой нагрузки

Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая . Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).
Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать . В этой статье речь пойдет только о RL диммере, так как это самая простая и распространенная схема. Она подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).

Выбор элементной базы

Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в . Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.

Фазовая модуляция

Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.
Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:

Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль

К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера

Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datashit»а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.

Гальваническая развязка

Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.
Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:

Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220

Наличием детектора нуля

Током, открывающим драйвер

Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datashit»ах.

Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки

В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:

Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)

Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать

Внешняя помеха (грозовой разряд)

Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datashit»ах соответствующие значения указаны как:
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в . К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).

Выбор симистора

Максимальный ток коммутации

Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datashit»е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.

Минимальный ток коммутации

Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datashit»е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.

Изоляция

Симисторы в корпусе SOT-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.

Защита от перегрузки

Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на , при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее , чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.
Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.

Защита от короткого замыкания

При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление. В результате цепь фактически замыкается накоротко, что приводит к выгоранию симистора.
Симистор может выгорать из-за двух причин:

Превышение dI/dt. Симистор не успевает открыться полностью, ток идет не через весь кристалл, образуются локальные горячие области, выжигающие кристалл. 2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.

dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.
С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:

Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.

Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.

Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.

Заключение

Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.
В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datashit к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.

Использование оптотиристоров

Оптосимисторы МОС301х, МОС302х, МОС303х, МОС304х, МОС306х, МОС308х
Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большой мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими схемами с малыми уровнями напряжений и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением 220 В. Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура показаны на рис.1.

В таблице приведена классификация оптосимисторов по величине прямого тока, через светодиод IFT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе (VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора открываться при переходе через нуль напряжения питания. Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы, открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.

Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания, то их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением питания некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии МОС301х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться. Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8В (максимум 3В) при токе до 100мА. Ток удержания (IH), поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения.
Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток IF).
У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое обратное напряжение светодиода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х и МОС303х и 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х и МОСЗО8х.
Предельно допустимые характеристики
Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режиме — не более 60ма.
Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада — не более 1 А.
Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при Т — 25˚С).

Применение оптосимисторов

На рис.2 а-д представлены различные схемы типичных применений оптосимисторов, отличающиеся друг от друга характером нагрузки и способами подключения нагрузки и питания.
Сопротивление Rd
Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, Rd = (+V — 1,5) / IF.
Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором c напряжением питания +5 В (рис.3) и напряжением на открытом транзисторе (Uкэ нас), равном 0.3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять IF — 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в тече¬ние срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока. Таким образом, имеем:
Rв = (4,7 — 1,5) / 0,02 = 160 Ом.
Следует подобрать стандартное значение сопротивления, то есть 150 Ом для МОС3041 и сопротивление 100 Ом для МОС3020.
Сопротивление R
Резистор R необязательно включать, когда нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой RР — CР, чаще всего называемой искрогасящей, резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора. Действительно, в случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение, приложенное к схеме, находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепочки СР может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничивает этот ток разряда. Минимальное значение его сопротивления зависит от максимального напряжения конденсатора и максимально допустимого для оптосимистора тока, поэтому для напряжения питания 220 В:
Rmin = 220 В х 1,41 / 1А — 311 Ом.
С другой стороны, слишком большая величина R может привести к нарушению работы. Поэтому принимают R — 330 или 390 Ом.
Сопротивление RG
Резистор RG необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода очень велико, то есть в случае чувствительного симистора. Значение резистора RG может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом.
Резисторы RG и R вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов. Цепочка Ra — Сa
Чтобы ограничить скорость изменения напряжения dV/dt на выходе оптосимистора, необходима snubber-цепочка (рис.2 г).
Выбор значения сопротивления резистора Ra зависит от чувствительности симистора и напряжения Va, начиная с которого симистор должен срабатывать. Таким образом, имеем:
R + Ra = Va / IG.
Для симистора с управляющим током IG = 25мА и напряжением отпирания Va = 20В получим: R + Ra = 20 / 0,025 — 800 Ом
или: Ra = 800 — 330 = 470 Ом.
Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca.
Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс.
Таким образом: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ.
Выбираем: Сa = 68 нФ.
Замечание.
Что касается snubber-цепочки, то экспериментальные значения, как правило, предпочтительнее теоретических расчетов.
Защита
Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих на сеть помехах.
Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, — желательна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до 330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор малочувствительный).
Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-цепочка Ra — Сa обязательна.

Симистор («триак» по терминологии, принятой в США) — это двунаправленный симметричный тиристор. Симисторы очень удобны для систем ключевого регулирования в цепях переменного тока. Как следствие, они практически вытеснили тиристоры из бытовой техники (стиральные машины, пылесосы и т. д.).

У симистора нет анода и катода. Его три вывода называются: УЭ (управляющий электрод), СЭУ (силовой электрод, расположенный ближе к УЭ), СЭ (силовой электрод у основания прибора) . Существуют также аналогичные зарубежные названия, принятые в триаках, соответственно, «G» (Gate — затвор), «Т1» (Main Terminal 1) и «Т2» (Main Terminal 2).

Симистор, в зависимости от конструкции, может открываться как положительными, так и отрицательными импульсами на выводе УЭ. Ветви ВАХ симметричные, поэтому ток через силовые электроды может быть и втекающим, и вытекающим. Итого, различают четыре режима работы в квадрантах 1…4 (Рис. 2.105).

Рис. 2.105. Режимы работы симисторов (триаков).

Первыми были разработаны четырёх квадрантные симисторы или, по-другому, 4Q-TpnaKM. Они требуют для нормальной работы введения в схему демпферных ЛС-цепочек (100 Ом, 0.1 МК Ф), которые устанавливаются параллельно силовым электродам СЭУ и СЭ. Таким нехитрым способом снижается скорость нарастания напряжения через симистор и устраняются ложные срабатывания при повышенной температуре и значительной индуктивной или ёмкостной нагрузке.

Технологические достижения последнего времени позволили создать трёхквадрантные симисторы или, по-другому, 3Q триаки. Они, в отличие от симисторов «4Q», работают в трёх из четырёх квадрантов и не требуют ЯС-цепочек. Типовые параметры 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208…225 фирмы Philips: максимальное коммутируемое напряжение 600…800 В, ток силовой части 8…25 А, ток отпирания затвора (УЭ) 2…50 мА, малогабаритный SMD-корпус.

Схемы подключения симисторов к MK можно условно разделить на две группы: без развязки от сети 220 В (Рис. 2.106, a…r) и с гальванической изоляцией (Рис. 2.107, а…л).

Некоторые замечания. Типы указанных на схемах симисторов однообразны, в основном КУ208х, BTxxx, MACxxx. Это сделано специально, чтобы заострить внимание на схемотехнике низковольтной управляющей части, поскольку она ближе всего к MK. На практике можно использовать и другие типы симисторов, следя за их выходной мощностью и амплитудой управляющего тока.

Демпферные цепочки в силовой части на схемах, как правило, отсутствуют. Это упрощение, чтобы не загромождать рисунки, поскольку предполагается, что сопротивление нагрузки R H носит чисто активный характер. В реальной жизни демпфирование необходимо для 4Q-триаков, если нагрузка имеет значительную индуктивную или ёмкостную составляющую.

а) ВЫСОКИЙ уровень на выходе МК открывает транзистор VT1, через который включается симистор VS1. Варистор RU1 защищает симистор от всплесков напряжения, начиная с порога 470 В (разброс 423…517 В). Это актуально при индуктивном характере нагрузки jR H ;

б) аналогично Рис. 2.106, а, но с другой полярностью сигнала на выходе MK и с транзистором VT1 другой структуры, который выполняет функцию инвертора напряжения. Благодаря низкому сопротивлению резистора R2, повышается помехоусточивость. Сопротивление резистора R2 выбирается по тем же критериям, что и для схем на тиристорах;

Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции.

в) высоковольтный транзистор ГУ2замыкаетдиагональдиодного моста VD1 при НИЗКОМ уровне на линии MK. Транзистор VT1 в момент рестарта MK находится в открытом состоянии из-за резистора R1, при этом симистор VS1 закрывается и ток через нагрузку R H не протекает;

г) прямое управление симистором VS1 с одного или нескольких выходов MK. Запараллеливание линий применяется при недостаточном токе управления (показано пунктиром). Ток через нагрузку R H не более 150 мА. Возможные замены: VS1 — MAC97A8, VD2— KC147A.

а) симистор VS1 включается/выключается при наличии/отсутствии импульсов 50…100 кГц, генерируемых с выхода MK. Изолирующий трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30 и содержит в обмотке I — 15 витков, в обмотке II — 45 витков провода ПЭВ-0.2;

б) простая схема трансформаторной развязки. Симистор VS1 включается короткими импульсами с выхода MK. Ток управления зависит от коэффициента трансформации 77;

Рис. 2.107. Схемы гальванической изоляции МК от симисторов.

в) разделительный трансформатор T1 наматывается на ферритовом кольце M1000HM размерами K20xl2x6 и содержит в обмотке I — 60 витков, в обмотке II — 120 витков провода ПЭВ-0. 2. Цепочка R3, C1 накапливает энергию для импульсной коммутации транзистора K77;

г) если не требуется частое включение/выключение нагрузки, то для гальванической развязки можно использовать реле K1. Его контакты должны выдерживать без пробоя переменное напряжение 220 В. В некоторых схемах токоограничивающий резистор R3 закорачивают;

д) контакты геркона SF1 замыкаются при протекании тока через катушку индуктивности L1, которая намотана на его корпус. Достоинство — сверхбольшое сопротивление изоляции;

е) гальваническая развязка на транзисторной оптопаре VU1. Резистор R3 повышает помехоустойчивость, но может отсутствовать. Резистор Я2определяет порог открывания транзистора VT1. При использовании симисторов КУ208, TC106-10 сопротивление резистора Я2уменьшают до 30…75 кОм;

ж) симистором VS1 управляет драйвер DA1 (по-старому, КР1182ПМ1), который обеспечивает плавное изменение тока в нагрузке R H в зависимости от напряжения на конденсаторе C1. Если транзистор оптопары W/закрыт, то конденсатор С1 заряжается от внутреннего ИОН микросхемы DA1 и в нагрузке устанавливается максимальное напряжение. Резистор R4 может отсутствовать при наличии резистора R3. Резистор R3 можно закоротить при наличии резистора R4\

з) гальваническая развязка на опторезисторе VU1. Резистором R1 подбирается ток через своизлучатель VU1 и, соответственно, ток управления симистором VS1;

и) применение двух оптотиристоров VU1, УУ2щ\я коммутации симистора VS1 в любой пупериод сетевого напряжения. Резистор Л2ограничивает ток управления симистора;

к) питание входа УЭ симистора VS1 осуществляется от отдельной низковольтной обмотки промышленного трансформатора T1ТПП235-220/110-50;

л) применение оптотиристора VU1 для управления симистором VS1 (замена КУ208Д1). Из двух токоограничивающих резисторов R2, R3 обычно оставляют один, второй замыкают перемычкой. Замена VD1 — мост КЦ407А или четыре отдельных диода КД226.

Источник :
Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2, :ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите:). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено. Начнем.

Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА . Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ . При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
— Даташит на биполярный транзистор BC547

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
— Даташит на сборку Дарлингтонов ULN2003

Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2. 2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.

Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы типа BT138.

Автор : elremont от 17-03-2014

Это схема, в которой есть неизолированные металлические части под напряжением! Будьте осторожны и примите все меры предосторожности, чтобы избежать поражения электрическим током. Кроме того, обязательно используйте предохранитель с низким значением отсечки (мА) , поставив его на провод от аккумуляторной батареи до управляющего электрода. Вы имеете дело с 220В! Металлический лепесток на симисторе (T2) всегда ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ. Тем из вас, кто имел мало опыта работы с электроникой, не стоит заниматься этим проектом. Как я говорю и в видео, вам необходимо удостоверится, где в розетке «фазовый» и где «нейтральный» контакт с помощью индикатора на 220 В! Маленькие контакты могут быть фазными, а большое лезвие всегда НЕЙТРАЛЬНО. Ничего не берите на веру. Всегда проверяйте отсутствие напряжения до прикосновения к контакту.
Итак, это руководство для переключения симистора постоянным током. Большинство людей не понимают, что вы можете отдельным источником постоянного тока переключать симистор, как на этой схеме. Для простоты я использую BT136/600 и его распиновка такая: Т1, Т2 … Т2 пойдет к нагрузке, T1 пойдет на нейтраль и G это управление. Итак, что мы делаем, по цепи 220 В, провод идет в нагрузку, которой может быть все что угодно: свет, электронное устройство, а затем попадает на контакт T2 симистора. Контакт T2 переходит на T1 подключенный к нейтральному проводу, завершая цепь. Включить и выключить симистор вы можете с помощью отдельной батареи. При желании вы могли бы использовать понижающий трансформатор с электропитанием от той же линии, что у вас есть, чтобы получить постоянное напряжение для тока управления. Или вы можете использовать внешнюю сеть переменного тока, есть много вариантов получения постоянного тока для управления. Скажем, вы придумали схему, которая работает на постоянном токе, и вы хотите что то включить на переменном, так что это прекрасно подходит для этого. Хорошо, у меня есть 6-вольтовая батарея, я покажу вам ее через минуту. Берем минус и проверяем, что он присоединен к нейтральной шине. Это очень важно. Не надо делать этого в обратном направлении, проверьте, что эта отрицательная клемма на нейтрали. При помощи индикатора или тестера убедитесь, что провода к электрической розетке присоединены правильно. Итак минус на нейтраль, и хорошей идеей будет поставить предохранитель между минусом и нейтралью. В случае, если что либо замкнет в симисторе, и один из контактов замкнет на управляющий электрод, то вы можете получить 220 вольт, проходящие через батарейку. Так что ставьте предохранитель прямо здесь, на очень низкую сила тока. Лучше всего поставить на 50 миллиампер. Так что, если произойдет короткое замыкание, оно будет кратковременно и не катастрофично. Теперь берем наш плюс, он проходит через цепи коммутации и управления и на управляющий электрод симистора плюс поступает через токоограничивающий резистор. Этот симистор — BT136, с током управления максимум 35 мА, а напряжение, я думаю, максимум 12. Но я использую 6. Таким образом, вычислить сопротивление резистора очень просто, вы берете свое напряжение и делите его на ток который необходим, и вы получите сопротивление в Омвх. Я взял резистор 330 Ом, и эта батарея как я уже сказал, на 6.2 вольта. Я покажу прямо сейчас. У меня есть удлинитель подключенный к ночнику на 7 Вт, мощность этого симистора достаточно высока, вероятно, в 1000 или 1500 Вт. Убедитесь, что он стоит на радиаторе с термопастой, и все будет нормально. Нагрузка… я знаю, что это зеленая жила кабеля, но это не имеет значения. Вы проводите линию, идущую к нагрузке, в данном случае это 7 ваттная лампа. С другой стороны нагрузки подключен красный провод, хорошо. Это контакт T2, корпус это его часть, лепесток корпуса и средний контакт на этом симисторе это T2. T1 это первый контакт, он присоединен к нейтральной шине. Эта нейтральная шина соединена с нейтралью домовой проводки.Теперь берем 6 вольтовую батарею. Вы берете общий провод от нейтрали, и присоединяете его к минусу. У меня есть небольшой предохранитель он на 100 миллиампер, но лучше было бы поставить на 50, если ты собираешься это сделать. Поэтому убедитесь, что ставите на 50 с нейтральной стороны. Положительный полюс батарейки присоединяем к резистору, ведущему к управляющему электроду. Я поморгаю светом, просто прикасаясь к нейтральной шине, подключив ее к отрицательному полюсу на батарейке. Все готово к включению. Я все покажу. Мы замкнем цепь от батареи к управляющему электроду, и вы можете увидеть, что свет включается. И я проверил это… Все работает прекрасно, и я проверю разъем на лампе, и я получаю полное напряжение, что означает, что управление полностью открыло симистор. Так что это действительно хорошая схема для понимания работы симистора. Теперь вы можете включать устройства переменного тока. Как я уже говорил… Я оставлю это подключенным. Хорошо, что в итоге. В том случае, если в симисторе будет короткое замыкание, у нас фазовое напряжение будет пытаться идти в эту батарею. Поэтому поставьте предохранитель как можно меньше. Как только высокое напряжение попытается войти, если случится короткое замыкание, предохранитель перегорит, и батарея будет в порядке. Хорошо, я покажу вам еще работу с дрелью, и вы увидите, что питание это не проблема. Я присоединю штекер на секунду. Я отодвину камеру подальше, чтобы вы рассмотрели. Замечательно. Я прикоснусь… Выключено. Включено. Переключается от батарейки.
_

Модульные приборы управления нагрузкой ABB (реле)

Реле управления нагрузкой ABB

Для осуществления контроля мощности приборов-потребителей обычно применяют реле управления нагрузкой, устанавливающее в цепи непосредственно между автовыключателем и источником питания. Благодаря реле управления ABB LSS1/2 можно сравнивать мощность, которая сейчас используется, с просчитанным заранее максимально допустимым значением. В случаях, когда мощность значительно выше предельного уровня, реле может отключить может отключить некоторые не главные нагрузки (одну или две). Это предотвратит срабатывание основного автовыключателя и система в целом продолжит работу.

Индикация на реле управления светодиодная: зеленый контролирует напряжение, красные светодиоды показывают выключение одной, второй или обоих второстепеннных нагрузок. Спустя определённое время реле само попытается подсоединить отключённые неосновные нагрузки.

Реле управления ABB SQZ3 осуществляет наблюдение за трёхфазными сетями DC-тока с номинальным напряжением четыреста вольт. Такое реле может чередовать фазы, обрывать при необходимости и контролировать минимальное напряжение.

В случае получения сигнала об аварии автоматически срабатывает контакт переключения.

Предназначение модульных реле управления нагрузкой ABB

Модульные приборы управления нагрузкой ABВ можно использовать на объектах любого назначения, начиная с подъездов жилых домов, заканчивая крупными производственными цехами. Все они служат для защиты низковольтного электрооборудования от неполадок, вызванных перегрузкой сети или скачками напряжения.

В каталоге интернет-магазина компании ВДЛ представлен большой выбор модульных приборов управления нагрузкой. Это реле, отличающиеся функционально и по характеристикам.

Реле часов работы. Служат для замера часов работы, простоя или отключения бытового и промышленного электрооборудования. Отличаются высокой точностью измерения.

Реле электромеханическое для лестничных клеток. Используются на лестничных клетках многоэтажных домов, в коридорах большой площади и проходах торговых, офисных и других зданий. Их назначение — установка временного интервала при включении освещения.

Реле предупреждения выключения освещения. Это дополнительное устройство, идущее в комплекте с реле для лестничных клеток. Помогает оперативно и вовремя принимать меры во избежание отключения света.

Электромеханическое блокировочное реле. Незаменимо для объектов, где стоит задача управлять освещением помещений из нескольких точек. Помогает экономить время на поиск выключателя, если тот установлен только в одном определенном месте, и разумно расходовать электроэнергию.

Модульное реле перекоса фаз и падения напряжения. Приобретают это устройство для мониторинга сетей переменного тока с тремя фазами. Определяет причины перебоев в электросети — чередование фаз; обрыв фаз; минимальное напряжение — и оповещает о их возникновении.

Реле управления нагрузкой или реле приоритета. Предупреждает отключение электроники из-за перегрузки сети. Реле этого вида удобно тем, что оно сначала измеряет состояние сети, а потом отключает одну из линий, оставляя другие работающими.

Реле освещенности применяют для включения/выключения освещения в зависимости от уровня освещенности окружающей среды в конкретный период времени. Оснащено фотоэлементом, благодаря которому такая информация становится доступной.

Несколько иначе устроено реле освещенности астрономическое. Оно необходимо для управления освещением в соответствии с движением солнца — восходом или закатом. Работает безошибочно, то как определяет географические особенности местности. Фотодатчик в конструкции отсутствует.

Модульные приборы для нужд Ваших объектов по доступным ценам и с оптимальным набором функций выбирайте в интернет-магазине компании ВДЛ.

Удаленное управление электропитанием 220 вольт на базе Mikrotik RB750UP. — asp24.ru

Системы удаленного управления электропитанием 220 вольт для включения или выключения оборудования представлены на рынке многими производителями, в том числе и отечественными – NetPing 2/PWR-220, Икар-ДУ,Aviosys IP Power 9258 S, Planet IPM-8002-EU. Но стоимость подобного оборудования достаточно высока, а функционал встроенного программного обеспечения очень низок. Все, что могут большинство решений – проверять на доступность адрес с помощью команды ping. Но в условиях реальной эксплуатации часто возникает потребность в более гибкой системе проверок работы оборудования и переключения каналов связи, что реализовать с помощью существующих на рынке устройствах невозможно.

Программное обеспечение этих устройств не достаточно стабильное и иногда дает сбои, выраженные в виде самопроизвольного отключения нагрузки или зависаний, что не позволяет использовать их в труднодоступных местах.

Функционал операционной системы Mikrotik Router OS очень большой и стабильность работы хорошая, но в линейке оборудования этого производителя нет устройств управлением питания 220 вольт.

Если готовых устройств нет – можно сделать самостоятельно, на базе нового маршрутизатора со встроенным PoE коммутатором – Mikrotik RB750UP. Это совсем не сложно. При этом у созданного решения может быть одна, две, три или четыре управляемых розетки. Мощность 1500-2000 ватт на каждую.

Для сборки решения понадобятся следующие компоненты:

1. Блок питания 12 вольт – для запитывания устройства и реле.
2. Розетка – для подключения управляемой нагрузки.
3. Шнур питания – для подключения к сетевой розетке.
4. Автомобильное реле 75.3777 с колодкой – для управления питания нагрузкой.
5. Моток изоленты – для изолирования оголенных частей проводов.
6. Кусок кабеля витой пары – для подключения реле к микротику.
7. Mikrotik RB750UP – для управления.

 

Кабель витая пара с одной стороны обжимаем стандартным образом – БО, О, БЗ, С, БС, З, БК, К и подключаем к микротику. С другой стороны в разъем обжимаем только БО, О, БЗ и З. Синюю и коричневую пары разделяем и оголяем провода. Разъем можно использовать для подключения любого сетевого устройства.

 

Блок питания нужно использовать 12 вольт, 1 ампер или более мощный. Реле рассчитаны на напряжение 12 вольт. По этому нельзя применять блок питания на 24 вольта из комплекта поставки RB750U.

 

Сетевая розетка, в данном случае с возможностью установки на DIN рейку и заземлением. Под контакты удобно вставлять провода и зажимать специальными винтами. Купить розетку можно в любом магазине электротоваров.

 

Автомобильное пяти контактное реле 75.3777 и колодку к нему можно купить в автозапчастях. Спрашивать у продавца нужно – пяти контактное реле на 30 ампер с колодкой.

Из колодки выходят 5 проводов. На реле нарисована схема подключений.

• Контакты 86 и 85 (черный и коричневый провод) используются для подачи питания на катушку реле, при этом происходит включение или отключение подключенной нагрузки по другим проводам.
• Контакт 30 вводный, на него подается питающее напряжение нагрузки, красный провод.
• Контакт 87 замыкающий, при включении реле на нем появится питающее напряжение, зеленый провод.
• Контакт 88 размыкающий, при включении реле на нем пропадет питающее напряжение, желтый провод.

Обратите ВНИМАНИЕ – контакты на реле и на колодке отображены зеркально.

 

Синий и коричневый кабели витой пары соединяются к черному и коричневому кабелю колодки реле. С их помощью будет подаваться питание на электромагнитную катушку.

 

Красный кабель подключается к контакту в розетке.

 

К другому контакту розетки подключается подводящий кабель питания. В данном случае синий.

 

Второй провод от кабеля питания соединяется с желтым кабелем от реле. При этом во время включения реле будет происходить отключение подключенной к розетке нагрузки. Если нужно сделать наоборот – что бы при подаче питания на реле включалась и нагрузка, следует коричневый провод от подводящего кабеля соединить с зеленым проводом от реле. Но делать так не стоит, ведь при отключении питания устройства будет отключаться и нагрузка.

 

В итоге получилась следующая схема соединений. Все оголенные провода нужно замотать изоляционной лентой.

 

Для проверки работоспособности схемы собран не сложный тестовый стенд. В розетку подключена лампа, кабель питания подключен в сетевой фильтр, туда же и блок питания от микротика. Витая пара для управления розеткой подключена в 5-й сетевой порт, кабель управления в первый порт. Перед подачей питания проверьте еще раз надежность и правильность подключений.

 

При включении питания сразу загорается лампа – ведь питание на порту PoE отключено.

 

Это видно на Mikrotik RB750UP – горит только индикатор подключенного первого сетевого порта.

 

Теперь включаем на порту 5 питание PoE – лампа выключается.

 

На микротике загорается красный индикатор, сигнализирующий о том, что на 5-й порт подается питание PoE.

 

Видно, что управление питанием 220 вольт подключенной нагрузки работает должным образом.

Управление нагрузкой можно осуществлять в разделе INTERFACES в свойствах сетевого порта. Для этого в пунктеPoE Out меняя значения On и Off включать и выключать питание. Установка значения Auto приведет к отключению питания порта, т.к. произойдет проверка подключенной нагрузки на соответствие режима пассивного PoE, которое реле не пройдет.

 

Управлять питанием порта можно и в окне терминала в разделе New Terminal.

Можно вводить следующие команды для управлением состояния порта:

• /interface ethernet set ether5 poe-out=forced-on – для выключения нагрузки.
• /interface ethernet set ether5 poe-out=off – для включения нагрузки.
• /interface ethernet set ether5 poe-out=auto – в данном случае дано для ознакомления.

 

Кроме ручного управления питанием подключенной нагрузки, можно сделать автоматическую проверку доступности с перезапуском по питанию. Для этого в разделе SYSTEM—+SCRIPTS нужно создать новый скрипт в котором в поле Source ввести следующие команды:

• #220v Script;
• :local PINGCOUNT 5;
• :local PINGIP «10. 0.0.11″;
• :local POEINTERFACE «ether5»;
• :log info message=»START PING TO $PINGIP»;
• :local PINGRESULT [/ping $PINGIP count=$PINGCOUNT];
• :if ($PINGRESULT > 0) do={
• :log info message=»PING TO $PINGIP OK»;
• } else={
• :log info message=»PINGTEST $POEINTERFACE 220V OFF»;
• /interface ethernet set $POEINTERFACE poe-out=forced-on;
• :delay 20;
• :log info message=»PINGTEST $POEINTERFACE 220V ON»;
• /interface ethernet set $POEINTERFACE poe-out=off;
• :delay 10;
• }
• :log info message=»PING TO $PINGIP END»;

Где:

• PINGCOUNT – количество отправляемых запросов для проверки доступности. Нужно устанавливать как минимум 5, что бы при случайных потерях не произошла не запланированная перезагрузка устройства.
• PINGIP – сетевой адрес для проверки доступности. В нашем случае 10.0.0.11.
• POEINTERFACE – сетевой интерфейс, к которому подключено контролируемое устройство. В нашем случае ether5. Указывать имя надо так, как назван интерфейс, большие и маленькие буквы считаются различными, и указав Ether5ничего работать не будет.
• Log info message – сообщения, которые добавляются в лог файл устройства, при выполнении скрипта.

 

Для запуска выполнения команд, с определенным интервалом, в разделе SYSTEM—+SHEDULER нужно создать новое расписание, нажав на +. В открывшемся окне нужно в пункте Start Time выбрать вместо времени – Startup. Тогда при включении устройства сразу начнется отсчет времени на запуск этого расписания. В пункте Intervalуказывается интервал запуска, указываем там 00:01:00 – то есть запускать раз в минуту.

В текстовом поле On Event указываем команду запуска созданного ранее скрипта:

• /system script run script1

 

После создания скрипта и запуска его в планировщике заданий, будет происходить автоматическая проверка подключенного устройства. Если оно вдруг станет не доступно по сетевому адресу – питание 220 вольт будет отключено и через некоторое время включено снова. Произойдет перезапуск подключенного оборудования.

Так же управлять устройством можно удаленно, например по Telnet или SSH.

Если нужно управлять питанием нескольких подключенных устройств – нужно собрать нужное количество реле с розетками и подключить к свободным PoE портам микротика.

Из Mikrotik RB750UP получилось многофункциональное устройство, которое может не только управлять питанием подключенных к ней устройств с помощью PoE, но и управлять питанием любых устройств, имеющих питание 220 вольт. При этом доступен весь спектр возможностей операционной системы Router OS. Разместить его можно в любом удобном корпусе.

---

Часть вторая. Обзор и настройка LM Power Manage System.

Производители различного оборудования постоянно увеличивают надежность работы своих устройств, что позволяет ему долгое время работать без вмешательства обслуживающего персонала. Но иногда, даже надежное оборудование, может дать сбой. Причины возникновения неисправности всегда разные и нельзя полностью исключить все возможные ситуации, которые могут повлиять на его работоспособность. Если оборудование установлено в серверной комнате, в которую есть круглосуточный доступ, постоянно находится дежурный инженер – то перезагрузить оборудование можно в течении 5 минут. Но если доступ к нему затруднен, или требует административных проволочек, таких как выписка пропусков и различных согласований. Самые большие сложности может принести сбой оборудования, установленного в труднодоступных местах, или на расстоянии в несколько десятков, или сотен километров.

Для перезагрузки зависшего устройства можно отправить инженера, который потратит время и деньги на оплату проезда. А можно поставить систему управления питанием, которая автоматически сделает всю работу – перезагрузит устройство в случае отсутствия доступа на него.

Рассмотрим систему управления питания более подробно.

 

LM Power Manage System – система управления питания с 4 не зависимыми розетками 220 вольт, встроенным 5 портовым маршрутизатором Mikrotik RB750UP в металлическом корпусе высотой 1U с возможностью установки в телекоммуникационную стойку.

 

Для демонстрации возможностей системы подключим к управляемым розеткам блоки питания со светодиодным индикатором работы. Видно, что без каких либо настроек питающее напряжение подается на подключенные устройства. Если по каким-то причинам система перестанет работать – подключенное оборудование продолжит свою работу.

 

Блоки питания, подключенные к Power Manage System, показывают наличие питающего напряжения.

 

Отключаем первый порт питания – видно, что индикатор первого подключенного устройства погас.

 

Загорелся индикатор наличия питания PoE на 2 порту устройства. Включается реле и снимается напряжение с розетки.

 

Отключаем в настройках системы управления питанием 3-й порт, о чем сигнализирует погасший индикатор устройства, подключенного в соответствующую розетку.

 

Индикатор Mikrotik RB750UP показывает наличие питания PoE на 2 и 4 портах.

 

Отключаем питание всех четырех розеток, все индикаторы подключенных устройств погасли.

 

Все индикаторы наличия питания на реле включены, все розетки отключены от питающего напряжения 220 вольт.

 

Теперь отключаем питание со всех портов Mikrotik RB750UP и подача напряжения на розетки возобновляется.

 

Встроенный 5 портовый маршрутизатор можно использовать для решения различных задач. В распоряжении все возможности операционной системы Mikrotik RouterOS. Так же все порты можно объединить в режиме обычного коммутатора.

 

Каждый сетевой кабель подключается к соответствующему порту Mikrotik RB750UP. Нумерация портов идет слева на право.

 

Наличие сетевого соединения на каждом порту отображается индикаторами устройства. Но там нумерация идет в обратном порядке.

Теперь рассмотрим управление портами со стороны операционной системы RouterOS.

С помощью Winbox заходим на устройство и видим список сетевых интерфейсов.

 

В свойствах интерфейсов Ether2, Ether3, Ether4 и Ether5 есть пункт управления подачей питания – PoE Out, который может принимать следующие значения:

• Auto – питание на порт подается в случае подключения к нему устройства с питанием по пассивному PoE.
• Off – питание на порту отключено.
• On – питание на порту включено принудительно.

При изменении настройки автоматически изменяется состояние порта. Но при включении питания, прежде чем оно будет подано на порт, происходит задержка 5 секунд.

 

Управлять подачей питания можно и из терминала, вводя следующие команды:

• Interface Ethernet set ether2 poe-out=forced-on – для выключения розетки.
• Interface Ethernet set ether2 poe-out=off — для включения.

 

Имя сетевого порта соответствует подключенной розетке. Сетевой порт Ether2 управляет первой розеткой, порт Ether3 – второй, Ether4 – третьей, а Ether5 – четвертой.

 

Аналогично можно управлять питанием подключенной нагрузки удаленно, через Telnet или SSH, подключившись по IP адресу микротика.

 

Для создания командных файлов, или при разработке программного обеспечения для контроля и управления питанием, можно подавать указания из командной строки. Например, с помощью входящей в комплект поставки программы PuTTY – plink.

Синтаксис команд простой:

• Plink –l admin –pw  -batch 192.168.0.123 /interface Ethernet set ether2 poe-out=forced-on
• Plink –l admin –pw  -batch 192.168.0.123 /interface Ethernet set ether2 poe-out=off

Первая команда отключает нагрузку, вторая – включает.

• -l admin – логин для доступа на устройство
• -pw pass – пароль. В данном примере пароль не указан, поэтому после –pw ничего не написано.

 

Для автоматической проверки доступности подключенных устройств, используется скрипт, который создается в разделе SYSTEM—+SCHEDULER:

• # 220v Script;
• :local PINGCOUNT 5;
• :local PINGIP «10.0.0.11»;
• :local POEINTERFACE «ether5»;
• :log info message=»START PING TO $PINGIP»;
• :local PINGRESULT [/ping $PINGIP count=$PINGCOUNT];
• :if ($PINGRESULT > 0) do={
• :log info message=»PING TO $PINGIP OK»;
• } else={
• :log info message=»PINGTEST $POEINTERFACE 220V OFF»;
• /interface ethernet set $POEINTERFACE poe-out=forced-on;
• :delay 20;
• :log info message=»PINGTEST $POEINTERFACE 220V ON»;
• /interface ethernet set $POEINTERFACE poe-out=off;
• :delay 10;
• }
• :log info message=»PING TO $PINGIP END»;

Где:

• PINGCOUNT – количество отправляемых запросов для проверки доступности. Нужно устанавливать как минимум 5, что бы при случайных потерях не произошла не запланированная перезагрузка устройства.
• PINGIP – сетевой адрес для проверки доступности. В нашем случае 10.0.0.11.
• POEINTERFACE – сетевой интерфейс, к которому подключено контролируемое устройство. В нашем случае ether5. Указывать имя надо так, как назван интерфейс, большие и маленькие буквы считаются различными, и, указав Ether5,ничего работать не будет.
• Log info message – сообщения, которые добавляются в лог файл устройства, при выполнении скрипта.
• DELAY – задержка. При включении в настройках подачи напряжения на порт, сама подача произойдет через несколько секунд. Поэтому нужно вносить задержку. Уменьшать ее ниже 10 секунд нельзя.

Указывается интервал запуска, например 00:01:00, указывается название, например Ping ether2 и самое главное -Start Time указать Startup, что бы скрипт запускался сразу после загрузки устройства.

 

Для создания аналогичного скрипта контроля другой розетки, нажимаем кнопку Copy сбоку и получаем копию, которую можно изменить.

 

Меняем название на Ping ether3, IP-адрес для контроля – 10.0.0.100 и сетевой интерфейс на ether3 – для управления второй розеткой.

 

В списке отображены 2 скрипта, запускающихся автоматически и контролирующие нагрузку к подключенным розеткам.

 

Установить IP адрес на устройстве можно в меню IP—+ADDRESS. Нажимаем на + и в открывшемся окне указываем адрес и интерфейс, на котором он будет работать. С него будут отправляться пинги для контроля работоспособности устройств. Можно установить несколько адресов одновременно.

 

Теперь в случае каких-то проблем с оборудованием, произойдет автоматический перезапуск по питанию. И не придется отправлять инженера на решение таких простых проблем.

С помощью LM Power Manage System – системы управления питанием, или управляемого свича питания, как его еще можно назвать, и операционной системы Mikrotik, легко реализовывать различные способы подключения к сети для обеспечения удаленного доступа:

• 1. Доступ по прямому адресу. Когда у устройства есть белый или серый IP-адрес, который всегда доступен. По нему оператор может подключаться к системе для контроля и изменения параметров.
• 2.Доступ через проброс портов. В этом случае так же нужен один, постоянно доступный IP-адрес.
• 3.Доступ через несколько адресов – к двум или более портам подключаются различные операторы связи, и в случае не доступности одного из них, управление будет происходить через оставшиеся.
• 4.Доступ по туннельным протоколам – PPPoE, PPTP, L2TP, SSTP при отсутствии прямого адреса. Устройство будет автоматически подключаться к удаленному серверу и управление можно осуществлять по выданному ему адресу.
• 5.Доступ через сеть сотовых операторов через 3G модем. Так же возможна работа по прямому адресу, либо через туннельный протокол.
• 6.Работа в качестве маршрутизатора для доступа к другому подключенному оборудованию в аварийном режиме. Через любую сеть можно осуществлять проброс каналов связи на уровнях L3 или L2. Инженер может пробросить физическую сеть через Интернет, например для осуществления доступа к устройству после сброса, когда настройки сети установлены по умолчанию и шлюз на маршрутизатор не указан.

Видно, что даже в случае аварии на магистральных сетях, можно получить доступ на устройство для перезапуска неисправного оборудования. В некоторых случаях, быстрая перезагрузка зависшего оборудования, может сэкономить большую сумму денег, которая с лихвой окупит стоимость устройства — LM Power Manage System.

Подключать к розеткам можно не только сетевое оборудование, но и кондиционеры, вентиляционное оборудование, освещение, даже сирену для сигнализирования о неисправностях или аварийных ситуациях.

Для управления мощными или 3-х фазными нагрузками к розеткам подключаются контакторы, в этом случае максимальные токи устройством не ограничиваются.

Кроме управления нагрузкой, с помощью реле можно управлять запуском генераторов, а так же любой другой автоматики.

---

© lanmart

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками

Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Выбор управляемой нагрузки

Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая статья. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).
Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать тут. В этой статье речь пойдет только о RL диммере, так как это самая простая и распространенная схема. Она подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).

Выбор элементной базы

Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в статье DiHalt’а. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.

Фазовая модуляция

Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.
Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:

1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера

Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datashit’а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.

Гальваническая развязка

Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.
Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:

1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
2. Наличием детектора нуля
3. Током, открывающим драйвер

Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datashit’ах.

Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки

В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:

1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
3. Внешняя помеха (грозовой разряд)

Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datashit’ах соответствующие значения указаны как:
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в Application Note AN-3008. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).

Выбор симистора

Максимальный ток коммутации

Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datashit’е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.

Минимальный ток коммутации

Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datashit’е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.

Изоляция

Симисторы в корпусе SOT-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.

Защита от перегрузки

Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на спецификацию, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.
Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.

Защита от короткого замыкания

При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление. В результате цепь фактически замыкается накоротко, что приводит к выгоранию симистора.
Симистор может выгорать из-за двух причин:

1. Превышение dI/dt. 2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.

dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.
С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:

1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.

Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.

Заключение

Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.
В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datashit к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.

Автор: kibergus

%PDF-1.6 % 842 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 842 65 0000000016 00000 н 0000002813 00000 н 0000002952 00000 н 0000003018 00000 н 0000003573 00000 н 0000003704 00000 н 0000004303 00000 н 0000004929 00000 н 0000005309 00000 н 0000005788 00000 н 0000006322 00000 н 0000006425 00000 н 0000006700 00000 н 0000008838 00000 н 0000011058 00000 н 0000013252 00000 н 0000015479 00000 н 0000017195 00000 н 0000018390 00000 н 0000018800 00000 н 0000018907 00000 н 0000019234 00000 н 0000020396 00000 н 0000022051 00000 н 0000026759 00000 н 0000031616 00000 н 0000034392 00000 н 0000035937 00000 н 0000051022 00000 н 0000358581 00000 н 0000359773 00000 н 0000359878 00000 н 0000360071 00000 н 0000360330 00000 н 0000360577 00000 н 0000371239 00000 н 0000371278 00000 н 0000371810 00000 н 0000371925 00000 н 0000379645 00000 н 0000379684 00000 н 0000380216 00000 н 0000380329 00000 н 0000389199 00000 н 0000389238 00000 н 0000389769 00000 н 0000389880 00000 н 0000415723 00000 н 0000415762 00000 н 0000416294 00000 н 0000416408 00000 н 0000431428 00000 н 0000431467 00000 н 0000431969 00000 н 0000432071 00000 н 0000432603 00000 н 0000432716 00000 н 0000442928 00000 н 0000442967 00000 н 0000443499 00000 н 0000443612 00000 н 0000453062 00000 н 0000453101 00000 н 0000453633 00000 н 0000001633 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 906 0 объект >поток 7_:;Y~y:džtvxu*䰞&a v]j9N3’^ڣy

ȨmCf\mY!. -‘Ttr*[nͼ76Ӫ?%t$&Ĉg3bFo4@-Pp2Ÿ G@,aѯɧ>%opmVO {4uC’c%Ϣ{mUVw=͚>vS’a&A~l3/zQ&9CWc1Ȩs{@LSO$

Что такое реле и почему Так ли они важны для приложений?

Преобразование небольшого электрического входа в большой выходной ток — непростая задача, но эта задача необходима для эффективной работы широкого спектра стандартных приборов и транспортных средств. Во многих схемах такое преобразование достигается за счет использования реле, которые незаменимы во всех видах электронного оборудования.

Что такое реле?

Реле — это электрические переключатели, использующие электромагнетизм для преобразования слабых электрических импульсов в большие токи.

Эти преобразования происходят, когда электрические входы активируют электромагниты для формирования или разрыва существующих цепей.

Используя слабые входы для подачи более сильных токов, реле эффективно действуют либо как переключатель, либо как усилитель для электрической цепи, в зависимости от желаемого применения.

Зачем использовать реле?

Реле

— это универсальные компоненты, которые столь же эффективны в сложных цепях, как и в простых.

Их можно использовать вместо других форм выключателей или они могут быть специально разработаны с учетом таких факторов, как требуемая сила тока.

Уровень переключения тока

Одна из наиболее распространенных ситуаций, требующих использования реле, возникает, когда приложению необходимо переключиться с большого тока на малый (или наоборот) в одной и той же цепи.

Например, датчики температуры, питающие блоки HVAC, требуют уровней силы тока, которые значительно превышают мощность их проводки.

Реле

обеспечивают необходимое усиление для преобразования небольшого тока в больший.

Сложные приложения

Реле

не ограничиваются преобразованием отдельных входов в одиночные выходы в отдельных точках цепи. В других приложениях одно реле может активировать несколько цепей, позволяя одному входу инициировать множество других эффектов.

Точно так же реле можно использовать в сочетании друг с другом для выполнения функций логической логики, которые, хотя и можно реализовать с помощью других компонентов, могут быть более рентабельными при реализации с использованием реле.

Более того, определенные реле могут выполнять более сложные функции, чем другие электронные компоненты. Реле задержки времени, если назвать только одну категорию, позволяют системам работать только в течение установленного периода времени или запускаться только после установленного периода времени.

Это открывает более сложные возможности для построения электронных систем.

Преимущества

Даже если приложение не требует реле, его использование может оказаться полезным.

Реле

могут уменьшить потребность в высокоамперной проводке и переключателях, которые дороги и занимают много места.

Таким образом, переход на реле в ваших электронных системах может, например, уменьшить размер или вес корпуса или позволить производителям разместить больше функций в пространстве того же размера.

Как работает реле?

Реле

различаются по размеру, мощности и назначению. Однако, хотя они могут различаться в этих отношениях, все реле работают по существу одинаково: одна цепь используется для питания другой.

Конкретный способ, которым это происходит, зависит от того, является ли реле нормально разомкнутым (НО) или нормально замкнутым (НЗ).

Нормально открытые реле

Большинство реле нормально разомкнуты; то есть вторая, более крупная цепь по умолчанию находится в выключенном состоянии.

В нормально разомкнутом реле энергия проходит через входную цепь, приводя в действие электромагнит. Это создает магнитное поле, которое притягивает контакт, чтобы соединиться со второй, большей цепью, позволяя току течь. Когда источник питания удаляется, пружина отводит контакт от второй цепи, останавливая поток электричества и отключая конечное устройство.

Нормально замкнутые реле

Основы реле NC такие же, как реле NO: есть две цепи, вторая больше, и электромагнит перемещает физический контакт между двумя положениями.

Но в случае реле NC состояния по умолчанию меняются местами. Когда активируется первая цепь, электромагнит оттягивает контакт от второй цепи. Таким образом, реле NC по умолчанию удерживают большую цепь в положении на .

Как определить неисправное реле

Реле, как правило, надежные, но они могут выйти из строя, как и любой механический компонент. К счастью, относительно легко определить неисправное реле с помощью мультиметра.

Для этого вы должны сначала определить, где цепи входят и выходят из реле, область, обычно отмеченная штырями. Определив это место, можно с помощью мультиметра измерить напряжение в каждой точке.

Используйте следующие шаги по устранению неполадок:

1.     Проверьте наличие напряжения в месте подключения реле.Если такового нет, проверьте предохранитель или выключатель на дефекты.
2.     Если в точке подключения есть напряжение, используйте функцию проверки целостности цепи на мультиметре, чтобы обеспечить надежное заземление на противоположной стороне реле.
3.     Если шаги 1 и 2 не выявили источник проблемы, проверьте напряжение в точке, где реле подключается к аккумулятору или другому источнику питания. Если здесь нет напряжения, возможно проблема с предохранителем или автоматическим выключателем.
4.     Наконец, убедитесь, что между реле и компонентом существует надлежащее соединение, используя функцию проверки целостности мультиметра.Если связь существует, и если предыдущие шаги не выявили другой неисправности, возможно, пришло время заменить реле.

Типы реле

Существует множество типов реле, каждое из которых обеспечивает уникальные функции для различных приложений. Некоторые из более широких категорий включают:

Реле задержки времени Реле с задержкой времени

полезны в любой ситуации, когда требуется питание компонентов в течение заданного промежутка времени, или когда компонент должен включаться или выключаться после определенной задержки. Эти реле имеют встроенную функцию задержки по времени, что делает их предпочтительными для ряда приложений, основанных на времени.

В эту категорию входят несколько типов реле времени, каждое из которых имеет свои особенности применения.

Большинство реле времени можно отнести к одной из двух широких категорий:

• Таймеры с задержкой включения начинают отсчет времени при подаче входного сигнала, подавая питание на вторую цепь после установленного времени ожидания. Это можно использовать для поэтапного включения нескольких компонентов, предотвращения скачков напряжения или для таких приложений, как системы сигнализации и предупреждения.
• Таймеры с задержкой отключения ожидают запуска после подачи питания на вход. После снятия триггера на выход подается питание, а затем по истечении времени задержки он обесточивается. Повторное применение триггера сбрасывает задержку. Эти реле можно использовать для питания устройств с заданными интервалами, например, в циклах стирки и сушки или аттракционах в парке развлечений.

Другие модели запуска и задержки возможны с помощью мигалок, одноразовых таймеров или циклов повторения, каждый из которых позволяет подавать питание на компонент с различными интервалами повторения.Это делает возможным мигание индикатора или сигнальных ламп, а также позволяет использовать определенные типы циклов по времени.

Последовательные реле

Последовательные реле могут использоваться для последовательного питания нескольких компонентов, как правило, в установленном порядке. Обычное применение для этого типа реле включает включение нескольких систем или наборов огней один за другим, например, в огнях взлетно-посадочной полосы или последовательности подачи питания.

Автомобильные реле Реле

имеют почти неограниченное применение в автомобильных приложениях, и эти приложения охватывают многие из обсуждаемых типов реле.Многие автомобильные реле позволяют производителям внедрять передовые функции безопасности и современные электрические удобства.

Вот лишь несколько примеров реле для питания следующих систем в стандартных легковых или грузовых автомобилях:

• Газовые клапаны
• Фары
• Стеклоочистители
• Внутреннее освещение
• Системы сигнализации
• Системы предупреждения, используемые для ограничения веса, использования ремней безопасности или обнаружения опасности

Где найти следующее реле

Поскольку реле являются неотъемлемой частью схемотехники, очень важно использовать высококачественные реле того типа и размера, которые необходимы для вашего приложения.

Amperite предлагает широкий ассортимент реле и других электронных компонентов, предназначенных для экономии времени, денег и энергии.

Мы также специализируемся на производстве продукции на заказ для решения ваших индивидуальных задач.

Если вы хотите узнать больше о наших электронных приложениях и решениях, свяжитесь с нами сегодня!

 

Выбор правильной силы тока реле

Номиналы реле и ограничения

Реле часто имеют два номинала: переменный ток и постоянный ток. Эти рейтинги показывают, какая мощность может быть переключена через реле. Это не обязательно говорит вы, каковы пределы реле. Например, реле на 5 А, рассчитанное на 125 В переменного тока, может также переключать 2,5 А на 250 В переменного тока. Аналогично реле на 5 ампер рассчитанный на 24 В постоянного тока, может коммутировать 2,5 А при 48 В постоянного тока или даже 10 А при 12 В постоянного тока.

Вольт x Ампер = Ватт — Никогда не превышайте Ватт!

Простой способ определить предел реле — умножить номинальные вольты на номинальные амперы. Это даст вам общую мощность, которую реле может выключатель.Каждое реле будет иметь два номинала: переменный ток и постоянный ток. Вы должны определить мощность переменного тока и мощность постоянного тока и никогда не превышать эти значения.

Пример расчета

Вольт переменного тока x Ампер переменного тока = Переменный ток Вт	Вольт постоянного тока x Ампер постоянного тока = Вт постоянного тока
Пример: реле на 5 ампер рассчитано на 250 вольт переменного тока. 5 x 250 = 1250 Вт переменного тока	Пример: Реле на 5 А рассчитано на 24 В постоянного тока. 5 x 24 = 120 Вт постоянного тока
Если вы переключаете устройства переменного тока, убедитесь, что мощность переменного тока переключаемого устройства НЕ ПРЕВЫШАЕТ 1250 при использовании реле 5A.	Если вы переключаете постоянный ток Устройства, убедитесь, что мощность постоянного тока устройства, которое вы переключаете, НЕ МЕНЯЕТСЯ. Превышайте 120 при использовании реле 5A.

Резистивные и индуктивные нагрузки

Реле часто рассчитаны на коммутацию резистивных нагрузок. Индуктивные нагрузки могут сильно воздействовать на контакты реле.Резистивная нагрузка – это устройство, которое остается бесшумным при включении питания, например, лампа накаливания. Индуктивная нагрузка обычно имеет резкий пуск. требования к напряжению или силе тока, такие как двигатель или трансформатор.

Загрузка при запуске и во время выполнения

Для индуктивных нагрузок обычно требуется в 2-3 раза больше рабочего напряжения или силы тока, когда к устройству впервые подается питание. Например, мотор при токе 5 ампер, 125 В переменного тока часто требуется 10-15 ампер только для того, чтобы привести в движение вал двигателя.В движении двигатель может потреблять не более 5 ампер. При управлении этими типами нагрузок выберите реле, которое превосходит первоначальные требования двигателя. В таком случае, реле на 20-30 ампер следует использовать для увеличения срока службы реле.

Конденсаторы подавления индукции

Контроль индуктивных нагрузок требует использования конденсаторов подавления индукции. Назначение этого конденсатора — поглощать высокие напряжения. создаваемые индуктивными нагрузками, блокируя их от контактов реле.Без этого конденсатора срок службы реле будет значительно меньше. уменьшенный. Индукция может быть настолько серьезной, что вызывает электрические помехи в работе микропроцессора. плата, возможно, требует, чтобы плата была выключена и выключена.

---

		Relay Pros, LLC 800-960-4287 [email protected]	Реле Прос, ООО 780 2-й Улица Оцеола, Миссури 64776
		www.relaypros.com facebook.com/RelayPros

%PDF-1.7 % 1629 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 1629 99 0000000016 00000 н 0000003430 00000 н 0000003613 00000 н 0000003650 00000 н 0000003852 00000 н 0000004101 00000 н 0000004816 00000 н 0000004920 00000 н 0000005208 00000 н 0000008360 00000 н 0000008775 00000 н 0000009185 00000 н 0000009921 00000 н 0000010625 00000 н 0000011164 00000 н 0000011707 00000 н 0000012364 00000 н 0000012982 00000 н 0000013213 00000 н 0000016236 00000 н 0000016620 00000 н 0000016987 00000 н 0000017251 00000 н 0000020438 00000 н 0000020827 00000 н 0000021225 00000 н 0000021961 00000 н 0000022133 00000 н 0000022562 00000 н 0000022619 00000 н 0000023008 00000 н 0000023217 00000 н 0000023505 00000 н 0000023861 00000 н 0000024691 00000 н 0000025522 00000 н 0000026355 00000 н 0000027204 00000 н 0000027858 00000 н 0000035762 00000 н 0000039992 00000 н 0000040530 00000 н 0000040656 00000 н 0000090513 00000 н 0000090554 00000 н 0000091097 00000 н 0000091235 00000 н 0000122480 00000 н 0000122521 00000 н 0000351996 00000 н 0000352057 00000 н 0000352189 00000 н 0000352327 00000 н 0000352429 00000 н 0000352549 00000 н 0000352703 00000 н 0000352829 00000 н 0000352967 00000 н 0000353099 00000 н 0000353225 00000 н 0000353349 00000 н 0000353517 00000 н 0000353681 00000 н 0000353797 00000 н 0000353949 00000 н 0000354099 00000 н 0000354271 00000 н 0000354383 00000 н 0000354559 00000 н 0000354699 00000 н 0000354849 00000 н 0000355007 00000 н 0000355171 00000 н 0000355359 00000 н 0000355528 00000 н 0000355654 00000 н 0000355774 00000 н 0000355904 00000 н 0000356038 00000 н 0000356168 00000 н 0000356288 00000 н 0000356424 00000 н 0000356586 00000 н 0000356724 00000 н 0000356878 00000 н 0000356994 00000 н 0000357136 00000 н 0000357276 00000 н 0000357432 00000 н 0000357596 00000 н 0000357738 00000 н 0000357938 00000 н 0000358072 00000 н 0000358214 00000 н 0000358350 00000 н 0000358466 00000 н 0000358612 00000 н 0000358734 00000 н 0000002276 00000 н трейлер ]/предыдущая 1682036>> startxref 0 %%EOF 1727 0 объект >поток hb«`f`T ̀

.