शक्तिशाली एसी लोड नियंत्रण

हर कोई जानता है कि अर्दीनो ड्राइवरों को पलक झपकते ही गर्व होता है।

चूंकि एलईडी को ब्लिंक करना दिलचस्प नहीं है, हम 220-वोल्ट के गरमागरम दीपक को नियंत्रित करने के बारे में बात करेंगे, जिसमें इसकी चमक को नियंत्रित करना शामिल है। हालाँकि, सामग्री कुछ अन्य प्रकार के लोड पर भी लागू होती है। यह विषय काफी पीटा गया है, लेकिन जिन विशेषताओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए, उनके बारे में जानकारी मंचों पर लेख और विषयों पर बिखरी हुई है। मैंने इसे एक साथ रखने और योजनाओं के बीच अंतर का वर्णन करने और आवश्यक घटकों की पसंद को सही ठहराने की कोशिश की।

प्रबंधित लोड चयन

कई अलग-अलग प्रकार के दीपक हैं। उनमें से सभी धुंधले नहीं हैं। और, दीपक के प्रकार के आधार पर, विभिन्न नियंत्रण विधियों की आवश्यकता होती है। दीपक प्रकारों के बारे में एक अच्छा लेख है । मैं केवल एसी पर चलने वाले लैंप पर विचार करूंगा। इस तरह के लैंप के लिए, चमक को नियंत्रित करने के तीन मुख्य तरीके हैं (बढ़ते किनारे पर डिमिंग, गिरने वाले किनारे और साइनस डिमिंग पर)।
एसवीजी प्रारूप में चित्रण, पुराने ब्राउज़रों और विशेष रूप से IE में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है
वे अलग-अलग वर्तमान अवधि के किस भाग में दीपक के माध्यम से पारित हो जाते हैं, इसमें अंतर होता है। इन तरीकों की प्रयोज्यता यहां पाई जा सकती है । यह लेख केवल बढ़ती बढ़त पर ध्यान केंद्रित करने पर ध्यान केंद्रित करेगा, क्योंकि यह सबसे आसान और सबसे आम तरीका है। यह एक फेरोमैग्नेटिक (गैर-इलेक्ट्रॉनिक) ट्रांसफार्मर के माध्यम से जुड़े लोगों सहित तापदीप्त लैंप (हलोजन वाले सहित) की चमक को नियंत्रित करने के लिए उपयुक्त है। एक ही सर्किट का उपयोग हीटिंग तत्वों की शक्ति को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है और कुछ हद तक, इलेक्ट्रिक मोटर्स, साथ ही अन्य बिजली के उपकरणों को चालू / बंद करने के लिए (बिना बिजली नियंत्रण)।

तत्व आधार चयन

इंटरनेट पर लोड नियंत्रण योजनाओं के लिए कई अलग-अलग विकल्प हैं। वे निम्नलिखित मापदंडों में भिन्न होते हैं: पहले दो बिंदु मौलिक आधार द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। बहुत बार, रिले को लोड को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है, कई वर्षों के अनुभव द्वारा परीक्षण किए गए तत्व के रूप में। लेकिन, यदि आप दीपक की चमक को नियंत्रित करना चाहते हैं, तो आपको इसे प्रति सेकंड 100 बार चालू और बंद करना होगा। रिले इस तरह के लोड के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं और जल्दी से विफल हो जाएंगे, भले ही वे इतनी बार स्विच कर सकें। यदि योजना MOSFET का उपयोग करती है, तो इसे किसी भी समय खोला और बंद किया जा सकता है। हम इसका निर्माण कर सकते हैं और आरएल, और आरसी, और एक साइन डिमर। लेकिन चूंकि यह केवल एक दिशा में वर्तमान का संचालन करता है, इसलिए आपको प्रति चैनल दो ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, उच्च वोल्टेज MOSFETs अपेक्षाकृत महंगे हैं। सबसे आसान और सस्ता तरीका एक ट्राइक का उपयोग करना है। यह दोनों दिशाओं में करंट प्रवाहित करता है और जब धारा प्रवाहित होना बंद हो जाता है तो यह अपने आप बंद हो जाता है। आप इस बारे में पढ़ सकते हैं कि यह DiHalt के लेख में कैसे काम करता है। आगे, मैं इस तथ्य पर भरोसा करूंगा कि आप यह जानते हैं।

चरण मॉडुलन

दीपक की चमक को नियंत्रित करने के लिए, हमें त्रिकोणीय गेट पर वर्तमान दालों को लागू करने की आवश्यकता होती है जब त्रिक के माध्यम से वर्तमान एक निश्चित मूल्य तक पहुंचता है। माइक्रोकंट्रोलर के बिना सर्किट में, इसके लिए एक कस्टम वोल्टेज डिवाइडर और एक डाइनिस्टर का उपयोग किया जाता है। जब ट्राइक पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से अधिक होता है, जिस पर डायनास्टर खुलता है, तो करंट ट्राइक के शटर तक जाता है और इसे खोलता है।
यदि नियंत्रण को माइक्रोकंट्रोलर से बाहर किया जाता है, तो दो विकल्प संभव हैं:

1. यह उस समय में आवेगों को देने के बराबर है जब यह आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, आपको शून्य से माइक्रोकंट्रोलर के माध्यम से वोल्टेज संक्रमण के लिए डिटेक्टर से सिग्नल शुरू करना होगा
2. त्रिक द्वार को एक तुलनित्र से जोड़ने के लिए, जिसमें वोल्टेज डिवाइडर से और माइक्रोकंट्रोलर के एनालॉग आउटपुट से सिग्नल

पहला तरीका अच्छा है क्योंकि यह आपको उच्च-वोल्टेज भाग और माइक्रोकंट्रोलर के गैल्वेनिक अलगाव को आसानी से व्यवस्थित करने की अनुमति देता है। इसके महत्व पर बाद में चर्चा की जाएगी। लेकिन arduino के प्रेमी परेशान होंगे: पंजा को समान रूप से जलाने के लिए, बिना चमकती और बुझाने के लिए, समय पर दालों को दिया जाना चाहिए। ऐसा करने के लिए, आपको टाइमर रुकावट से आउटपुट को नियंत्रित करने और "इनपुट कैप्चर" का उपयोग करके शून्य के माध्यम से वोल्टेज संक्रमण के क्षणों को ठीक करने की आवश्यकता है। ये "अनिर्दिष्ट" कार्य हैं। इस समस्या का हल arduino पुस्तकालयों को छोड़ने और एवीआर प्रोसेसर पर डेटाशीट को ध्यान से पढ़ने से किया जाता है। यह उतना मुश्किल नहीं है जितना लगता है।
त्रिक को नियंत्रित करने का दूसरा तरीका सॉफ्टवेयर शब्दों में बेहद सरल है, लेकिन गैल्वेनिक अलगाव की कमी के कारण, मैं इसका उपयोग नहीं करूंगा।

गैल्वेनिक अलगाव

Triac को नियंत्रित करने का सबसे आसान तरीका है कि माइक्रोकंट्रोलर लेग को शटर से जोड़ा जाए। यहां तक ​​कि कम धाराओं द्वारा नियंत्रित BTA-600SW triacs की एक विशेष श्रृंखला भी है। लेकिन तब नियंत्रक और पूरे कम वोल्टेज वाले हिस्से को घरेलू नेटवर्क पर चलने वाले हस्तक्षेप से संरक्षित नहीं किया जाएगा। उनमें से कुछ माइक्रोकंट्रोलर को जलाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो सकते हैं, दूसरों में खराबी का कारण होगा। इसके अलावा, तुरंत एक कंप्यूटर या अन्य माइक्रोकंट्रोलर्स के साथ माइक्रोकंट्रोलर के कनेक्शन के साथ समस्याएं हैं: संचार लाइन को अलग करना या अंतर लाइनों का उपयोग करना आवश्यक होगा, क्योंकि माइक्रोकंट्रोलर के पैर से सीधे त्रिक को नियंत्रित करने के लिए, इसके लिए शून्य क्षमता एक घरेलू नेटवर्क में शून्य क्षमता के साथ मेल खाना चाहिए। एक कंप्यूटर या नेटवर्क में अन्य बिंदु पर जुड़े अन्य माइक्रोकंट्रोलर में लगभग निश्चित रूप से शून्य क्षमता होगी। परिणाम विनाशकारी होगा।
गैल्वेनिक अलगाव सुनिश्चित करने का एक आसान तरीका: MOC30XX triac ड्राइवर का उपयोग करें। ये चिप्स अलग हैं:

1. रेटेड वोल्टेज। यदि 110 वोल्ट के नेटवर्क के लिए, 220 के लिए है
2. एक शून्य डिटेक्टर की उपस्थिति
3. ड्राइवर को खोलने वाला करंट

शून्य डिटेक्टर (MOC306X) वाला ड्राइवर केवल अवधि की शुरुआत में स्विच करता है। यह सुनिश्चित करता है कि त्रिक से मुख्यों पर कोई हस्तक्षेप नहीं है। इसलिए, यदि आवंटित शक्ति को नियंत्रित करने की कोई आवश्यकता नहीं है या नियंत्रित डिवाइस में उच्च जड़ता है (उदाहरण के लिए, यह एक हॉटप्लेट में एक हीटिंग तत्व है), एक शून्य डिटेक्टर वाला ड्राइवर सबसे अच्छा विकल्प होगा। लेकिन, यदि आप प्रकाश दीपक की चमक को नियंत्रित करना चाहते हैं, तो आपको शून्य डिटेक्टर (MOC305X) के बिना ड्राइवर का उपयोग करना होगा और इसे सही समय पर स्वयं खोलना होगा।
यदि आप एक ही समय में कई भारों को नियंत्रित करना चाहते हैं, तो खोलने के लिए आवश्यक वर्तमान महत्वपूर्ण है। MOC3051 के लिए यह 15 mA है, MOC3052 के लिए यह 10 mA है। इस मामले में, एसटीएम माइक्रोकंट्रोलर स्वयं से 80-120 एमए तक गुजर सकते हैं, और 200 एमए तक बढ़ सकते हैं। सटीक संख्याएँ संबंधित डेटाशीट में पाई जानी चाहिए।

हस्तक्षेप प्रतिरक्षा / आगमनात्मक लोड स्विचिंग क्षमता

बिजली की आपूर्ति नेटवर्क में व्यवधान हो सकता है जिससे ट्राइक अनायास खुल जाता है या इसे नुकसान पहुंचा सकता है। हस्तक्षेप का स्रोत हो सकता है:

1. Triac नियंत्रित भार (मोटर वाइंडिंग)
2. त्रिक के बगल में स्थित एक फिल्टर (स्नबर) और इसे बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया
3. बाहरी हस्तक्षेप (बिजली का निर्वहन)

हस्तक्षेप वोल्टेज और वर्तमान दोनों में हो सकता है, और संबंधित मानों के परिवर्तन की दर उनके आयामों से अधिक महत्वपूर्ण हैं। डेटाशीट में, संबंधित मान निम्नानुसार हैं:
वी अधिकतम वोल्टेज है जिस पर ट्राइक संचालित हो सकता है। अधिकतम शिखर वोल्टेज बहुत बड़ा नहीं है।
मैं - अधिकतम करंट जो त्रिक में से होकर गुजरता है। अधिकतम पीक करंट आमतौर पर बहुत बड़ा होता है।
dV / dt - एक बंद त्रिक पर वोल्टेज परिवर्तन की अधिकतम दर। यदि यह मान पार हो जाता है, तो यह अनायास खुल जाएगा।
dI / dt - ट्राइक खुलने पर वर्तमान परिवर्तन की अधिकतम दर। यदि यह मान पार हो जाता है, तो यह इस तथ्य के कारण जल जाएगा कि इसे पूरी तरह से खोलने का समय नहीं है।
(dV / dt) c - त्रिक के ट्रिपिंग के समय वोल्टेज की अधिकतम दर। काफी कम dV / dt। यदि पार हो गया, तो त्रिक वर्तमान का संचालन करना जारी रखेगा।
(dI / dt) c - त्रिक समापन के क्षण में धारा के परिवर्तन की अधिकतम दर। काफी कम dI / dt। यदि पार हो गया, तो त्रिक वर्तमान का संचालन करना जारी रखेगा।
इन प्रतिबंधों की प्रकृति के बारे में विवरण और फ़िल्टर बनाने के लिए जो इन मूल्यों से अधिक की रक्षा करता है, अनुप्रयोग नोट AN-3008 में वर्णित हैं। हम केवल यह जोड़ सकते हैं कि 3Q triacs हैं, जिसके लिए dV / dt और dI / dt के मान चौथे चतुर्थांश (जो आमतौर पर आवश्यक नहीं है) में काम करने की अक्षमता के कारण सामान्य लोगों की तुलना में अधिक हैं।

एक त्रियेक चुनना

अधिकतम स्विचिंग करंट

अधिकतम स्विचिंग करंट दो मापदंडों द्वारा सीमित होता है: अधिकतम करंट जो कि ट्राईक से होकर गुजर सकता है और उससे निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा। पहले पैरामीटर के साथ, सब कुछ सरल है, यह डेटशीट में निर्दिष्ट है। लेकिन अगर आप ध्यान से देखें, तो 16 एम्पीयर में, लगभग 20 वाट BTA16-600BW को आवंटित किए जाते हैं। आप वेंटिलेशन के बिना स्विचिंग बॉक्स में ऐसा हीटिंग पैड नहीं डाल सकते।

न्यूनतम स्विचिंग वर्तमान

त्रिक चालकता को तब तक बनाए रखता है जब तक कि प्रवाह इसके माध्यम से बहता है। न्यूनतम आवश्यक वर्तमान को डेटाशीट में निर्दिष्ट किया जाता है, जिसमें लैचिंग करंट नाम से आता है। तदनुसार, एक बहुत शक्तिशाली triac कम-शक्ति बल्ब को चालू करने में सक्षम नहीं होगा क्योंकि शटर से नियंत्रण संकेत गायब होते ही वह बंद हो जाएगा। लेकिन चूंकि हम स्वतंत्र रूप से एक माइक्रोकंट्रोलर द्वारा इस सिग्नल को उत्पन्न करते हैं, इसलिए हम नियंत्रण सिग्नल को लगभग आधे चक्र के बहुत अंत तक पकड़ सकते हैं, जिससे न्यूनतम भार पर प्रतिबंध हटा दिया जाता है। हालांकि, यदि आपके पास सिग्नल को हटाने का समय नहीं है, तो त्रिक बंद नहीं होगा और दीपक बाहर नहीं जाएगा। जब स्थिरांक खराब रूप से चुने जाते हैं, तो दीपक पूरी चमक में समय-समय पर संचालित नहीं होते हैं।

इन्सुलेशन

TO-220 पैकेज में Triacs को अलग किया जा सकता है या अलग नहीं किया जा सकता है। सबसे पहले मैंने गलती की और BT137 खरीदा, परिणामस्वरूप, शीतलन रेडिएटर्स को सक्रिय किया गया था, जो मेरे मामले में अवांछनीय है। BTA के साथ लेबल किए गए Triacs इंसुलेटेड हैं, जिसमें BTB अंकित नहीं है।

अधिभार संरक्षण

सर्किट तोड़ने वालों पर भरोसा न करें। विनिर्देश को देखें , जब 1.4 बार ओवरलोड किया जाता है, तो मशीन को एक घंटे बाद से पहले बंद नहीं करना चाहिए। एक त्वरित उद्घाटन केवल तब होता है जब 5 बार ओवरलोड किया जाता है (टाइप सी मशीनों के लिए)। ऐसा इसलिए किया जाता है ताकि सतत संचालन के दौरान स्टार्ट-अप में काफी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता वाले उपकरणों को चालू करते समय मशीन बंद न हो। इस तरह के उपकरण का एक उदाहरण एक रेफ्रिजरेटर है।
त्रिक को एक अलग फ्यूज के साथ संरक्षित किया जाना चाहिए, या इसके माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करना और अतिभारित होने पर इसे बंद करना, ठंडा करने की अनुमति देना।

शॉर्ट सर्किट से सुरक्षा

अगर गरमागरम दीपक बाहर जलता है, तो एक स्पार्क डिस्चार्ज हो सकता है जिसमें बहुत कम प्रतिरोध होता है। नतीजतन, सर्किट वास्तव में शॉर्ट-सर्कुलेटेड है, जो त्रिक को बाहर जलाने का कारण बनता है।
Triac दो कारणों से जल सकता है:

1. अतिरिक्त dI / dt। तीनों के पास पूरी तरह से खुलने का समय नहीं है, वर्तमान पूरे क्रिस्टल के माध्यम से प्रवाह नहीं करता है, स्थानीय गर्म क्षेत्र बनते हैं जो क्रिस्टल को जलाते हैं।
2. जूल अभिन्न से अधिक मैं ^ 2t। गर्मी की मात्रा को निर्दिष्ट करता है जिसका क्रिस्टल में संचय क्रिस्टल को नष्ट कर देगा।

dI / dt वायरिंग के शामिल होने और त्रिक के आंतरिक समाई द्वारा सीमित है। चूंकि dI / dt काफी बड़ा है (BTA16 के लिए 50 A / s), आपूर्ति वायरिंग का अधिष्ठापन पर्याप्त हो सकता है यदि यह काफी लंबा है। आप इसे सुरक्षित रूप से खेल सकते हैं और कोर के चारों ओर तार के कई मोड़ के रूप में एक छोटा उपपादन जोड़ सकते हैं।
जूल इंटीग्रल से अधिक को नियंत्रित किया जा सकता है या तो ट्राइक से गुजरने वाले समय को कम करके या वर्तमान को सीमित करके। चूंकि त्रिक तब तक बंद नहीं होगा जब तक कि वर्तमान शून्य से गुजरता है, अतिरिक्त ब्रेकरों को पेश किए बिना, वर्तमान पास का समय एक आधा चक्र से कम करना असंभव है। ऐसे ब्रेकर के रूप में, आप उपयोग कर सकते हैं:

1. तेजी से फ्यूज। एक पारंपरिक फ्यूज काम नहीं करेगा क्योंकि ट्राइक यात्रा से पहले जल जाएगा। लेकिन ऐसे फ़्यूज़ नए triacs से ज्यादा महंगे हैं।
2. रीड स्विच / रिले। यदि आप एक ऐसा पा सकते हैं जो अल्पकालिक उच्च धाराओं का सामना कर सकता है।

आप दूसरे रास्ते से जा सकते हैं। BTA16-600 एक अवधि के लिए 160 एम्पीयर के वर्तमान का सामना कर सकता है। यदि सर्किट बंद होने का प्रतिरोध 1.5 ओम के क्रम का है, तो यह आधा चक्र का सामना करेगा। वायरिंग प्रतिरोध 0.5 ओम देगा। यह सर्किट में 1 ओम के प्रतिरोध को जोड़ने के लिए रहता है। सर्किट कम कुशल हो जाएगा और एक और हीटिंग पैड होगा जो सामान्य ऑपरेशन के दौरान 16 वाट तक गर्मी उत्पन्न करता है (100-वाट दीपक के साथ 0.45 वाट), लेकिन triac नहीं जलाएगा यदि आप इसे समय में बंद कर देते हैं और अच्छी शीतलन का ख्याल रखते हैं, ताकि हीटिंग के लिए पर्याप्त जगह हो। कम समय।
इस प्रतिरोध से, आप अतिरिक्त लाभ प्राप्त कर सकते हैं: इसके पार वोल्टेज ड्रॉप को मापकर, आप त्रिक के माध्यम से बहने वाले वर्तमान को पहचान सकते हैं। प्राप्त मूल्य का उपयोग शॉर्ट सर्किट या अधिभार निर्धारित करने और ट्राइक को बंद करने के लिए किया जा सकता है।

निष्कर्ष

मैं लिखी गई हर चीज के प्रति पूरी तरह से विश्वासयोग्य होने का दिखावा नहीं करता। लेख को इंटरनेट पर पढ़े गए ज्ञान को सुव्यवस्थित करने और यह जांचने के लिए लिखा गया था कि क्या मैं भूल गया था। विशेष रूप से, अधिभार संरक्षण पर अनुभाग मैंने अभ्यास में परीक्षण नहीं किया है। अगर मैं कहीं गलत हूं, तो मुझे त्रुटियों के बारे में जानने में दिलचस्पी होगी।
लेख में एक भी आरेख नहीं है: जो विषय से परिचित हैं वे पहले से ही उन्हें दिल से जानते हैं, और एक शुरुआत करने वाले को MOC3052 या AN-3008 की डेटशीट पर गौर करना होगा और, शायद, उसी समय वह कुछ और सीखेगा और समाप्त योजना को बिना सोचे-समझे लागू नहीं करेगा।