- AC Faz Açısı Kontrolü Nedir ve Nasıl Çalışır?
- Faz Açısı Kontrolündeki Zorluklar
- AC Faz Açısı Kontrol Devresi için Gerekli Malzeme
- AC Faz Açısı Kontrol Devresi Şeması
- AC Faz Açısı Kontrol Devresi - Çalışma
- AC Faz Açısı Kontrol Devresi için PCB Tasarımı
- AC Faz Açısı Kontrolü için Arduino Kodu
- AC Faz Açısı Kontrol Devresinin Test Edilmesi
- Diğer Geliştirmeler
Ev otomasyon sistemleri gün geçtikçe popülerlik kazanıyor ve günümüzde röle veya anahtar gibi bazı basit kontrol mekanizmalarını kullanarak belirli cihazları açmak ve kapatmak kolay hale geldi, daha önce röleler kullanarak birçok Arduino tabanlı Ev Otomasyon Projesi inşa ettik. Ancak, sadece açıp kapatmak yerine bu AC gücünün kontrolünü gerektiren birçok ev aleti vardır. Şimdi, AC faz açısı kontrolü dünyasına girin, AC faz açısını kontrol edebileceğiniz basit bir tekniktir. Bu , tavan fanınızın veya başka bir AC fanının hızını kontrol edebileceğiniz veya hatta bir LED veya akkor ampulün yoğunluğunu kontrol edebileceğiniz anlamına gelir.
Kulağa basit gelse de, aslında uygulama süreci çok zordur, bu yüzden bu yazıda, 555 zamanlayıcı yardımıyla basit bir AC faz açısı kontrol devresi oluşturacağız ve sonunda bir Arduino kullanacağız. akkor ampulün yoğunluğunu kontrol etmek için basit bir PWM sinyali üretmek için. Şimdi açıkça hayal edebileceğiniz gibi, bu devre ile, tek bir Arduino ile fan ve Ac ışık dimmerlerini kontrol edebileceğiniz basit bir ev otomasyon sistemi kurabilirsiniz.
AC Faz Açısı Kontrolü Nedir ve Nasıl Çalışır?
AC faz açısı kontrolü, bir AC sinüs dalgasını kontrol edebileceğimiz veya kesebileceğimiz bir yöntemdir. Anahtarlama aygıtının ateşleme açısı takip eden bir değiştirilir sıfır geçiş algılama, modifiye edilmiş bir sinüs dalgası ile orantılı olarak değişen bir ortalama voltaj çıkışı ile sonuçlanan, görüntü aşağıda daha tarif eder.
Gördüğünüz gibi, önce AC giriş sinyalimiz var. Sonra, her 10 ms'de bir kesinti oluşturan sıfır geçiş sinyalimiz var. Daha sonra, kapı tetik sinyaline sahibiz, bir tetikleme sinyali aldığımızda, tetik darbesini vermeden önce belirli bir süre bekleriz, ne kadar çok beklersek, ortalama gerilimi o kadar çok düşürebiliriz ve bunun tersi de geçerlidir. Makalenin ilerleyen kısımlarında konunun daha fazlasını tartışacağız.
Faz Açısı Kontrolündeki Zorluklar
Şemaya ve tüm malzeme gereksinimlerine bir göz atmadan önce, bu tür bir devre ile ilişkili bazı problemlerden ve devremizin bunları nasıl çözdüğünden bahsedelim.
Buradaki amacımız, her türlü ev otomasyon uygulaması için bir mikrodenetleyici yardımıyla bir AC sinüs dalgasının faz açısını kontrol etmektir. Aşağıdaki resme bakarsak, bunu sarı renkte görebilirsiniz, sinüs dalgamız var ve yeşilde sıfır geçiş sinyalimiz var.
50Hz'lik bir sinüs dalgasıyla çalışırken sıfır geçiş sinyalinin her 10 ms'de bir geldiğini görebilirsiniz. Bir mikro denetleyicide, her 10 ms'de bir kesinti oluşturur. bunun dışında başka bir kod koyarsak, diğer kod kesinti nedeniyle çalışmayabilir. Hindistan'da hat frekansının 50Hz olduğunu bildiğimiz için, 50Hz'lik bir sinüs dalgasıyla çalışıyoruz ve AC şebekesini kontrol etmek için, TRIAC'ı belirli bir zaman diliminde açıp kapatmamız gerekiyor. Bunu yapmak için, mikro denetleyici tabanlı faz açısı kontrol devresi, sıfır geçiş sinyalini bir kesme olarak kullanır, ancak bu yöntemle ilgili sorun, hız açısı kontrol kodunun yanı sıra başka bir kodu çalıştıramayacağınızdır, çünkü bir şekilde kırılacaktır döngü döngüsü ve bu kodlardan biri çalışmayacaktır.
Bir örnekle açıklığa kavuşturayım, farz edin ki akkor ampulün parlaklığını kontrol etmeniz gereken bir proje yapmanız gerekiyor, aynı zamanda sıcaklığı da ölçmeniz gerekiyor. Akkor bir ampulün parlaklığını kontrol etmek için bir faz açısı kontrol devresine ihtiyacınız var, ayrıca sıcaklık verilerini de okumalısınız, eğer senaryo buysa devreniz düzgün çalışmayacaktır çünkü DHT22 sensörü biraz zaman alır. çıktı verilerini verin. Bu süre içinde, faz açısı kontrol devresi çalışmayı durduracaktır, yani onu bir sorgulama modunda yapılandırdıysanız, ancak sıfır geçiş sinyalini kesme modunda yapılandırdıysanız, DHT verilerini asla okuyamazsınız. çünkü CRC kontrolü başarısız olacaktır.
Bu sorunu çözmek için, farklı faz açısı kontrol devresi için farklı bir mikrodenetleyici kullanabilirsiniz, ancak ürün reçetesi maliyetini artıracaktır, diğer bir çözüm ise 555 zamanlayıcı gibi jenerik bileşenlerden oluşan ve aynı zamanda daha az maliyetli olan devremizi kullanmaktır.
AC Faz Açısı Kontrol Devresi için Gerekli Malzeme
Aşağıdaki resim, devreyi oluşturmak için kullanılan malzemeleri göstermektedir, bu çok genel bileşenlerle yapıldığından, listelenen tüm malzemeleri yerel hobi mağazanızda bulabilmelisiniz.
Ayrıca bileşenleri aşağıdaki tabloda tür ve miktar olarak listeledim, bir gösteri projesi olduğu için bunu yapmak için tek bir kanal kullanıyorum. Ancak devre, ihtiyaca göre kolayca ölçeklendirilebilir.
|
Sl. Yok hayır |
Parçalar |
Tür |
Miktar |
|
1 |
Vidalı Terminal 5.04mm |
Bağlayıcı |
3 |
|
2 |
Erkek Başlık 2.54mm |
Bağlayıcı |
1X2 |
|
3 |
56.000, 1 W |
Direnç |
2 |
|
4 |
1N4007 |
Diyot |
4 |
|
5 |
0.1 uF, 25V |
Kondansatör |
2 |
|
6 |
100 uF, 25V |
Kondansatör |
2 |
|
7 |
LM7805 |
Voltaj regülatörü |
1 |
|
8 |
1.000 |
Direnç |
1 |
|
9 |
470R |
Direnç |
2 |
|
10 |
47R |
Direnç |
2 |
|
11 |
82 bin |
Direnç |
1 |
|
12 |
10 bin |
Direnç |
1 |
|
13 |
PC817 |
Optokuplör |
1 |
|
14 |
NE7555 |
IC |
1 |
|
12 |
MOC3021 |
OptoTriac Sürücü |
1 |
|
13 |
IRF9540 |
MOSFET |
1 |
|
14 |
3.3 uF |
Kondansatör |
1 |
|
15 |
Kabloların Bağlanması |
Teller |
5 |
|
16 |
0.1 uF, 1KV |
Kondansatör |
1 |
|
17 |
Arduino Nano (Test İçin) |
Mikrodenetleyici |
1 |
AC Faz Açısı Kontrol Devresi Şeması
AC faz açısı kontrol devresi için şematik aşağıda gösterilmiştir, bu devre çok basittir ve faz açısı kontrolü sağlamak için genel bileşenleri kullanır.
AC Faz Açısı Kontrol Devresi - Çalışma
Bu devre çok özenle tasarlanmış bileşenlerden oluşuyor, her birinin üzerinden geçip her bloğu açıklayacağım.
Sıfır Geçiş Algılama Devresi:
Birincisi, listemizde sıfır geçiş algılama devresi, dört adet 1n4007 diyot ve bir PC817 optocoupler ile birlikte iki adet 56K, 1W direnç ile yapılır. Ve bu devre, 555 zamanlayıcı IC'ye sıfır geçiş sinyalini sağlamaktan sorumludur. Ayrıca, TRIAC bölümünde daha fazla kullanmak için fazı ve nötr sinyali bantladık.
LM7809 Voltaj Regülatörü:
Devreye güç sağlamak için 7809 voltaj regülatörü kullanılır, devre tüm devreye güç sağlamaktan sorumludur. Ek olarak, LM7809 IC için dekuplaj kondansatörü olarak iki 470uF kapasitör ve 0.1 uF kapasitör kullandık.
NE555 Zamanlayıcılı Kontrol Devresi:
Yukarıdaki görüntü 555 zamanlayıcı kontrol devresini göstermektedir, 555 tek kararlı bir konfigürasyonda yapılandırılmıştır, bu nedenle sıfır geçiş algılama devresinden gelen bir tetikleme sinyali tetiğe çarptığında, 555 zamanlayıcı bir direnç yardımıyla kapasitörü şarj etmeye başlar (genel olarak), ancak devremizde bir direnç yerine bir MOSFET var ve MOSFET'in kapısını kontrol ederek kondansatöre giden akımı kontrol ediyoruz, bu yüzden şarj süresini kontrol ediyoruz, dolayısıyla 555 zamanlayıcının çıkışını kontrol ediyoruz.. Pek çok projemizde 555 timer IC'yi projemizi yapmak için kullandık, bu konu hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz diğer tüm projelere göz atabilirsiniz.
TRIAC ve TRIAC-Sürücü Devresi:
TRIAC, gerçekte açılan ve kapanan ana anahtar görevi görür ve böylece AC sinyalinin çıkışını kontrol eder. TRIAC'ı sürmek, MOC3021 optotriac sürücüdür, sadece TRIAC'ı sürmekle kalmaz, aynı zamanda optik izolasyon sağlar, 0.01uF 2KV yüksek voltaj kondansatörü ve 47R direnci, devremizi yüksek voltaj yükselmelerinden koruyan bir snubber devresi oluşturur. endüktif bir yüke bağlandığında meydana gelen, sivri uçlardan anahtarlanan AC sinyalinin sinüzoidal olmayan doğası sorumludur. Ayrıca, güç faktörü sorunlarından sorumludur, ancak bu başka bir makalenin konusudur. Ayrıca çeşitli makalelerde tercih ettiğimiz cihaz olarak TRIAC'ı kullandık, ilginizi çekiyorsa bunları kontrol edebilirsiniz.
Lowpass-Filter ve P-Channel MOSFET (Devrede Direnç Olarak Görev Yapma):
82K direnç ve 3,3 uF kapasitör, Arduino tarafından üretilen yüksek frekanslı PWM sinyalini yumuşatmaktan sorumlu olan düşük geçiş filtresini oluşturur. Daha önce belirtildiği gibi, P-Channel MOSFET, kapasitörün şarj süresini kontrol eden değişken direnç görevi görür. Bunu kontrol etmek, alçak geçiren filtre ile yumuşatılan PWM sinyalidir. Bir önceki makalede, alçak geçiren filtreler kavramını temizledik, konu hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz aktif alçak geçiren filtre veya pasif alçak geçiren filtre hakkındaki makaleye göz atabilirsiniz.
AC Faz Açısı Kontrol Devresi için PCB Tasarımı
Faz açısı Kontrol devremizin PCB'si, tek taraflı bir kartta tasarlanmıştır. PCB'mi tasarlamak için Eagle'ı kullandım, ancak istediğiniz herhangi bir Tasarım yazılımını kullanabilirsiniz. Kart tasarımımın 2D görüntüsü aşağıda gösterilmektedir.
Tüm bileşenler arasında uygun topraklama bağlantıları yapmak için yeterli toprak dolgusu kullanılır. 12V DC girişi ve 220 Volt AC girişi sol tarafta bulunur, çıkış PCB'nin sağ tarafında bulunur. Gerber ile birlikte Eagle için eksiksiz tasarım dosyası aşağıdaki bağlantıdan indirilebilir.
- AC Faz Açısı Kontrol Devresi için PCB Tasarımı, GERBER ve PDF dosyalarını indirin
El yapımı PCB:
Kolaylık sağlamak için PCB'nin el yapımı versiyonunu yaptım ve aşağıda gösteriliyor.
AC Faz Açısı Kontrolü için Arduino Kodu
Devrenin çalışması için basit bir PWM oluşturma kodu kullanılır, kod ve açıklaması aşağıda verilmiştir. Kodun tamamını bu sayfanın altında da bulabilirsiniz. İlk olarak, gerekli tüm değişkeni beyan ederiz, const int analogInPin = A0; // Potansiyometrenin const'a bağlı olduğu analog giriş pini const int analogOutPin = 9; // LED'in int sensorValue'ye bağlı olduğu analog çıkış pini = 0; // pottan okunan değer int outputValue = 0; // PWM'ye değer çıkışı (analog çıkış)
Değişkenler, Analog pini, analogOut pinini bildirmek içindir ve diğer değişkenler eşlenen değeri saklamak, dönüştürmek ve yazdırmaktır. Bir Sonraki kurulumu () bölümünde, biz biz tamamen devre çıkışını kontrol edebildi hangi PWM aralığı öğrenmek için aşağıdaki adımlar çıkışını ve bu 's izlemek böylece 9600 baud ile UART başlangıç.
void setup () {// seri iletişimi 9600 bps'de başlat: Serial.begin (9600); }
Daha sonra loop () bölümünde, analog pin A0'ı okuruz ve değeri sensör değeri değişkenine kaydederiz, sonra sensör değerini 0-255'e eşleriz çünkü atmega'nın PWM zamanlayıcısı sadece 8 bittir, sonra biz PWM sinyalini Arduino'nun analogWrite () işlevi ile ayarlayın. ve son olarak, kontrol sinyalinin aralığını bulmak için değerleri seri monitör penceresine yazdırıyoruz, bu eğiticiyi takip ediyorsanız, sondaki video size konu hakkında daha net bir fikir verecektir.
sensorValue = analogRead (analogInPin); // analogu değer olarak okuyun: outputValue = map (sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // analog çıkış aralığına eşleyin: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // analog çıkış değerini değiştirin: Serial.print ("sensor ="); // sonuçları Seri Monitöre yazdırın: Serial.print (sensorValue); Seri.print ("\ t output ="); Serial.println (outputValue);
AC Faz Açısı Kontrol Devresinin Test Edilmesi
Yukarıdaki görüntü, devrenin test kurulumunu göstermektedir. 12V besleme 12V SMPS devresi ile sağlanır, bizim durumumuzda yük bir ampuldür, fan gibi endüktif bir yük ile kolayca değiştirilebilir. Ayrıca, lambanın parlaklığını kontrol etmek için bir potansiyometre taktığımı görebileceğiniz gibi, ancak başka herhangi bir kontrolörle değiştirilebilir, görüntüyü yakınlaştırırsanız, kabın elektriğe bağlı olduğunu görebilirsiniz. Arduino'nun A0 pini ve PWM sinyali Arduino'nun pin9'undan geliyor.
Yukarıdaki resimde görebileceğiniz gibi çıkış değeri 84 ve akkor ampulün parlaklığı çok düşük,
Bu görselde değerin 82 olduğunu ve akkor ampulün parlaklığının arttığını görebilirsiniz.
Birçok başarısız denemeden sonra, gerçekten düzgün çalışan bir devre bulabildim. Bir devre çalışmadığında bir test tezgahının nasıl göründüğünü hiç merak ettiniz mi? Sana çok kötü göründüğünü söyleyeyim
Bu, üzerinde çalıştığım önceden tasarlanmış bir devre. Onu tamamen atmak ve yenisini yapmak zorunda kaldım çünkü bir önceki biraz çalışmıyordu.
Diğer Geliştirmeler
Bu gösterim için devre el yapımı bir PCB üzerinde yapılır, ancak devre kolayca kaliteli bir PCB'de kurulabilir, deneylerimde PCB'nin boyutu bileşen boyutundan dolayı gerçekten büyük, ancak bir üretim ortamında ucuz SMD bileşenleri kullanılarak azaltılabilir, Deneylerimde, 555 zamanlayıcı yerine 7555 zamanlayıcı kullanmanın kontrolleri büyük ölçüde artırdığını, ayrıca devrenin kararlılığının da arttığını gördüm.