Управление мощной нагрузкой: Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр

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.

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. Симистор не успевает открыться полностью, ток идет не через весь кристалл, образуются локальные горячие области, выжигающие кристалл.
2. Превышение интеграла Джоуля I^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 постоянного тока. Часть 2

Когда на раскачку нагрузки мощности одного транзистора не хватает, то применяют составной транзистор (транзистор Дарлингтона). Тут суть в том, что один транзистор открывает другой. А вместе они работают как единый транзистор с коэффициентом усиления по току равным произведению коэффициентов первого и второго транзов.

Если взять, например, транзистор MJE3055T у него максимальный ток 10А, а коэффициент усиления всего около 50, соответственно, чтобы он открылся полностью, ему надо вкачать в базу ток около двухста миллиампер. Обычный вывод МК столько не потянет, а если влючить между ними транзистор послабже (какой-нибудь BC337), способный протащить эти 200мА, то запросто. Но это так, чтобы знал. Вдруг придется городить управление из подручного хлама — пригодится.

На практике обычно используются готовые транзисторные сборки. Внешне от обычного транзистора ничем не отличается. Такой же корпус, такие же три ножки. Вот только мощи в нем больно дофига, а управляющий ток микроскопический 🙂 В прайсах обычно не заморачиваются и пишут просто — транзистор Дарлигнтона или составной транзистор.

Например пара BDW93C (NPN) и BDW94С (PNP) Вот их внутренняя структура из даташита.

Обрати внимание, что там уже встроен защитный диод (нужен для защиты транзистора от пробоя при обрыве индуктивной нагрузки) и есть дополнительные резисторы. Когда VT1 закрыт то у него все равно есть ток утечки, так вот чтобы он не приоткрывал транзистор VT2 ставят R2, который отводит через себя значительную часть этого тока. R1 стоит для той же цели, но для защиты от утечки со стороны внешнего мира.
Мало того, существуют сборки дарлингтонов. Когда в один корпус упаковывают сразу несколько. Незаменимая вещь когда надо рулить каким-нибудь мощным светодиодным таблом или шаговым двигателем (хотя там лучше L298 или L293 я еще не встречал). Отличный пример такой сборки — очень популярная и легко доступная ULN2003, способная протащить до 500мА на каждый из своих семи сборок. Выходы можно включать в параллель, чтобы повысить предельный ток. Итого, одна ULN может протащить через себя аж 3.5А, если запараллелить все ее входы и выходы. Что мне в ней радует — выход напротив входа, очень удобно под нее плату разводить. Напрямик.

В даташите указана внутренняя структура этой микросхемы. Как видишь, тут также есть защитные диоды. Несмотря на то, что нарисованы как будто бы операционные усилители, здесь выход типа открытый коллектор. То есть он умеет замыкать только на землю. Что становится ясно из того же даташита если поглядеть на структуру одного вентиля.

Что до практического применения, то вот таким макаром, через одну ULN2003 можно рулить, например, семью релюшками или соленоидами.

Продолжение следует

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 с помощью микроконтроллера

Помигав светодиодам, изучив что и как происходит в микроконтроллере обычно думаешь: «…а может научиться управлять при помощи микроконтроллера к примеру освещением в комнате, или вентилятором, или просто подключить к выходу микроконтроллера что-то мощнее чем светодиод…».

В данном случаи нагрузка относительно мощная, так как порты микроконтроллера по документации выдерживают до 50мА ток нагрузки (поверьте оно так и есть горят порты аж бегом!) необходимо выбрать промежуточное устройство, которое будет коммутировать нашу оконечную нагрузку.
Для примера возьмем микромощный коллекторный двигатель, который использовался в статье про регулятор скорости вращения двигателя.

Варианты построения выходного каскада устройств на микроконтроллерах:
1. Применение биполярного транзистора или микросхемы сборки(драйвера).
2. Применение полевого транзистора или сборки.
Рассмотрим преимущества и недостатки двух этих вариантов.

Биполярный транзистор.
Биполярный транзистор управляется током, что приводит к нескольким недостаткам его использования как выходного-коммутирующего устройства:
— нагрев самого транзистора,
— необходимость применять громоздкие радиаторы,
— максимальная частота коммутации ниже чем у полевых транзисторов.

Тем не менее биполярные транзисторы занимают определенную нишу в электронике и очень широко применяются в наше время.
Схема включения биполярного транзистора показана на рис. 1

Рис.1

Схема включения биполярного транзистора для питания коллекторного двигателя рис.2:

Рис. 2
Широкое распространение получили микросхемы-сборки так называемых ключей(ключевых каскадов, от слова «ключ» — описывающее режим работы, как коммутацию двух положений «включено», «выключено»), так же еще эти микросхемы называют драйверами.
Пример таких микросхем Рис.3:
L293DNE, M54531P, ULN2004.
Схема включения L293:

Рис. 3

Микросхема позволяет управлять сразу двумя коллекторными двигателями, так же что примечательно дает возможность управлять направлением вращения двигателей.
Очень полезно если двигатель установлен в гусеничное шасси и реверс просто необходим.

Микросхема M54531P имеет в своём составе 7 ключевых транзисторных каскадов, соответственно можно выполнить подключение 7-ми двигателей или других мощных нагрузок.
Схема включения M54531P рис. 4:

Рис. 4
При протекании тока близкого к максимально допустимому настоятельно рекомендуется использовать радиатор. Радиатор для L293 я делал из банке Nescafe Рис. 5:

Рис. 5
Полевой транзистор.
Управляется напряжением, что дает определенные преимущества перед биполярным транзистором. А именно отсутствие нагрева при коммутации (верней нагрев есть, но он не сравним с нагревом биполярного), в следствии чего отсутствует падение напряжения. Что благоприятно сказывается на энергетических характеристика устройства построенного на полевых транзисторах.
В роли коммутирующих элементов или выходных каскадов малой и средней мощности зачастую используют так называемые «сборки» из нескольких полевых транзисторов. В одной сборке может быть от 2х и более транзисторов. Чаще транзисторы содержаться n и p канальные, так предусмотрено для удобства построения выходного каскада в виде мостовой схемы. Для мощных выходных каскадов применяют одиночные полевые транзисторы.
На рисунке ниже показана сборка из двух полевых транзисторов IRF7105 Рис. 6:

Рис. 6
Пример включения коллекторного двигателя через сборку IRF7105 на полевых транзисторах, задействован только один из полевых транзисторов Рис. 7:

Рис. 7
А так же пример включения p-канального полевого транзистора IRFZ44 с коллекторным двигателем Рис. 8:

Рис. 8

Управление мощной нагрузкой переменного тока микроконтроллером

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 BT139Схема 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 произвести потенциальную 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.

источник: easyelectronics.ru

 

Начинающим | Электроника для всех

Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.
(далее…)

Read More »

Начинающим | Электроника для всех

Есть такое очень простое и очень популярное схемотехническое решение. Но, несмотря на его простоту, для многих начинающих оно незнакомо, а при встрече неочевидно. Что порой вызвает непонимание сути процесса, а порой и выход из строя оборудования.

Что такое соединение в монтажное И.
Представь себе линию, подтянутую резистором к плюсу питания. Так как сопротивление между линией и землей бесконечность, а между питанием и линией равно резистору, то напряжение на линии равно напряжению питания. То есть высокий уровень aka (обычно) логическая единица.

К линии подключаются девайсы. Которые могут замыкать эту линию на землю. Так вот, исходя из этого подключения, на линии будет высокий уровень только тогда, когда все остальные девайсы выставят выставят высокий уровень на своих выходах. Стоит какому-либо одному поганцу придавить линию к земле нулем, как вся шина станет низкого уровня и никто из других девайсов на это повлиять не сможет.

Как это можно использовать? Да по разному. Простеший пример — сигнал готовности. Есть куча блоков единого устройства. Каждый из которых работает по своему алгоритму и, например, требует начальную инициализацию. Чтобы главный понял, что все остальные блоки закончили инициализацию и подготовились он «слушает» линию связи. В качестве сигнала готовности — блок отпускает линию. Когда каждый блок пройдет инициализацию, то линия примет высокий уровень и это будет сигналом полной готовности устройства.

На этом же принципе работает и шина 1-Wire и I²C — там если приемник не успевает прожевать байт, то он просто придавливает тактовую линию, не давая передатчику генерировать импульсы. А передатчик, видя что его обламывают, делает паузу.

Как с этим работать
Очевидно, что при работе на шину с монтажным И нельзя в эту шину подавать сильный высокий уровень. Иначе если какой либо из блоков выдаст свой сильный низкий то один из них выгорит в результате КЗ. Соответственно, если говорить про AVR, то ноль задаем сочетанием DDR=1 PORT=0, а единицу (когда линия отпущена) DDR=0 PORT=0. Вот такая вот инверсная логика.

Read More »

Детали для тяжелых грузов — заводской ввод / вывод

перейти к содержанию 

Введите, чтобы начать поиск

• Добро пожаловать
• Установка
• Начиная Начиная
  • Обзор
  • 1.Навигация
  • 2. Открытие сцены
  • 3. Создание сцены
  • 4. Ручное управление сценой
  • 5. Управление с помощью ПЛК
• Руководство Руководство
  • Обзор
  • Пользовательский интерфейс
  • Параметры
  • Навигация
  • Редактировать и запускать
  • Теги
  • Инъекция отказов
  • Сцены Сцены
    • Обзор
    • 1.От а до б
    • 2. От A до B (установка и сброс)
    • 3. Заправочный бак (таймеры)
    • 4. Очередь товаров (счетчики)
    • Ассемблер
    • Ассемблер (аналоговый)
    • Автоматизированный склад
    • Буферная станция
    • Конвергентная станция
    • Лифт (базовый)
    • Лифт (Продвинутый)
    • Контроль уровня
    • Паллетайзер
    • Pick & Place (базовый)
    • Выбрать и разместить XYZ
    • Конвейер
    • Разделительная станция
    • Сортировка по высоте (базовая)
    • Сортировка по высоте (Дополнительно)
    • Сортировка по весу
    • Сортировочная станция
  • Запчасти Запчасти
    • Обзор
    • Эмиттер
    • Съемник
    • Предметы
    • Детали для тяжелых грузов Детали для тяжелых грузов Оглавление
      • Роликовый конвейер
        • Конфигурации
          • Цифровой
          • Цифровой (+/-)
.

MAXOLUTION: Индуктивная тяжелая нагрузка на гусеничном ходу AGVS

Системы автоматизированных транспортных средств (AGVS) в настоящее время используются на сборочных линиях во многих отраслях промышленности. Они используются для автоматизации внутренних потоков материалов или служат основой для гибкой сборки.

Автоматизировано, безопасно, гибко: индуктивная тяжелая нагрузка с направляющими на гусеницах AGVS

Автоматизированная транспортная система для внутренних логистических задач с тяжелыми грузами Автоматизированная система управления транспортными средствами для внутренних логистических задач с тяжелыми грузами

Индуктивная система AGVS для тяжелых нагрузок, направляемая по рельсам, делает возможным безбарьерное производство.

Наше системное решение охватывает отдельные транспортные средства, энергоснабжение, связь WLAN, а также навигацию и координацию транспортных средств. Прокладываемый в полу линейный кабель MOVITRANS ^® обеспечивает бесконтактную передачу энергии, а значит, не изнашивается и не требует обслуживания.

Индуктивная навигация по фиксированному маршруту основана на линейном кабеле MOVITRANS ^® .

RFID транспондер, встроенный в пол, обеспечивает точное позиционирование.

Связь WLAN с автомобилем и обратно осуществляется через излучающий кабель, проложенный в полу.

Наше собственное параметризуемое программное обеспечение MOVIVISION ^® позволяет вам заранее планировать, моделировать и моделировать конвейерные линии, а также параметризовать любой профиль движения и поведение для различных участков пути.

.

5 Признаков неисправности клапана регулировки холостого хода (и стоимость замены в 2020 г.)

Когда двигатель работает, но автомобиль не движется, это означает, что двигатель работает на холостом ходу. За это время количество оборотов в минуту (RPM) внутри двигателя изменится.

Клапан регулировки холостого хода отвечает за управление частотой вращения двигателя на холостом ходу. Клапан является основным элементом управления двигателем, который может либо уменьшать, либо увеличивать количество оборотов в минуту, в зависимости от текущих условий эксплуатации.

Клапан соединен с корпусом дроссельной заслонки рядом с впускным коллектором. Блок управления двигателем — это то, что управляет работой клапана. Основываясь на информации, которую он получает, например, о нагрузке на двигатель и температуре, он соответственно изменяет скорость холостого хода.

Как работает регулирующий клапан холостого хода





Скорость двигателя — это количество оборотов, которые он делает в минуту. Обычно это называется RPM. Текущие условия эксплуатации вашего автомобиля заставят клапан регулировки холостого хода увеличивать или уменьшать частоту вращения вашего двигателя.

Например, если у вашего автомобиля большая нагрузка или он слишком быстро нагревается, то клапан регулировки холостого хода будет регулировать число оборотов, увеличивая или уменьшая его; соответственно. Это позволит двигателю выдерживать более тяжелую нагрузку или в каждом случае остыть.

Блок управления двигателем отвечает за управление воздушным клапаном холостого хода. Когда этот центральный компьютер получает информацию о температуре и нагрузке двигателя, он использует эту информацию для правильной регулировки клапана управления воздухом холостого хода.

Таким образом, клапан будет правильно регулировать частоту вращения двигателя на основе информации, передаваемой с компьютера.

Связано: Как проверить и очистить клапан регулирования холостого хода

Признаки неисправности клапана регулирования холостого хода

Если в вашем автомобиле неисправен клапан регулирования подачи воздуха холостого хода, возникает несколько проблем и симптомов, которые проявляются сами собой. Если вы не замените клапан немедленно, ваш автомобиль выйдет из строя.

Ниже приведены 5 основных симптомов неисправности клапана регулирования холостого хода, которые вы легко заметите.

1) Прерывистая частота вращения на холостом ходу





Поскольку регулирующий воздушный клапан на холостом ходу должен управлять частотой вращения двигателя на холостом ходу, неисправный клапан наверняка выведет его из строя. Это приведет к тому, что скорость холостого хода будет случайным образом колебаться в сторону разных скоростей, а не оставаться на одной постоянной скорости.

Скорость холостого хода может быть слишком высокой в ​​один момент, а затем слишком низкой в ​​другие моменты. Вы четко заметите это изменение холостого хода, просто взглянув на тахометр на приборной панели.

2) Контрольная лампа проверки двигателя





Каждый раз, когда возникает малейшая проблема или проблема с чем-либо, связанным с двигателем, центральный компьютер включает контрольную лампу проверки двигателя на приборной панели. Одной из причин этого, безусловно, может быть неисправный регулирующий клапан холостого хода.

Если количество оборотов в минуту покажется блоку управления двигателем необычным, он сообщит вам об этом, включив контрольную лампу.

Конечно, может быть целый список других причин, по которым сигнальная лампа загорается.В любом случае вам следует отнести свой автомобиль в автомагазин, чтобы сразу сдать его на проверку.

3) Неровная работа на холостом ходу





Нормальный воздушный клапан управления нормальным холостым ходом обеспечит плавную работу вашего автомобиля на холостом ходу. Но если клапан выходит из строя по какой-либо причине, холостой ход будет переходить от плавного к грубому.

Неровный холостой ход приведет к возникновению сильных вибраций всякий раз, когда ваш автомобиль останавливается при работающем двигателе. Поскольку во время холостого хода в двигатель будет поступать меньше воздуха, автомобиль будет сильно трястись.

4) Остановка двигателя





Если вы столкнетесь с остановкой двигателя из-за плохого клапана регулирования подачи воздуха на холостом ходу, вы вообще не сможете управлять автомобилем. Как только вы заведите автомобиль, сразу же выйдет из строя регулирующий клапан холостого хода.

Если вы оказались вдали от дома и это случается, то вначале задержка будет происходить каждые пару минут. Вы должны успеть добраться до ближайшего механика до того, как двигатель полностью заглохнет.

См. Также: Причины, по которым автомобиль заводится, а затем сразу умирает

5) Нагрузка вызывает остановку





Иногда заглох двигателя происходит сам по себе, а в других случаях увеличение нагрузки на двигатель вызывает это заглохнуть.

Например, если вы включите обогреватель или кондиционер, когда у вас плохой клапан регулировки холостого хода, то ваш двигатель, вероятно, сразу же заглохнет. Рулевое колесо тоже может ощущаться, как будто его тянут в сторону.

Чтобы временно решить эту проблему, просто выключите обогреватель или кондиционер, чтобы уменьшить нагрузку. Затем дайте двигателю остыть в течение нескольких минут.

Стоимость замены регулирующего клапана холостого хода





Если вольтметр показывает показания за пределами нормального диапазона, то вам необходимо приобрести новый регулирующий клапан холостого хода. Если вы не разбираетесь в ремонте автомобилей, вам придется заплатить механику, чтобы он выполнил замену. Это означает, что вам придется оплачивать как детали, так и рабочую силу.

Средняя стоимость замены регулирующего клапана холостого хода составляет от 120 до 500 долларов. Детали могут стоить от 45 до более чем 400 долларов, в то время как стоимость рабочей силы составляет всего около 70 долларов.

Конечно, стоимость рабочей силы действительно зависит от почасовой ставки механика. Поскольку выполнение этой работы не должно занимать более 1 часа, не ожидайте, что затраты будут слишком высокими.

С некоторыми автомобилями работать сложнее, чем с другими, так что это тоже важный фактор.

.

Heavy Load — Википедия


Ragne Wahlquist

Heavy Load
Bakgrund	Stockholm, Sverige
Genrer	Heavy metal, power metal
Å19119 Å19, ак. 1987, 2017–
Skivbolag	Thunderload Records, Heavy Sound
Художник Relaterade	Highbrow, Red Baron, Swedish Metal Aid, Tommy Mac Frees, Treat
Senaste medlemmarb
Tidigare medlemmar
Micke Backler Dan Molén Torbjörn Ragnesjö Eddy Malm Eero Koivisto Leif Liljegren Andreas Fritz

968 968 968 968 968 968 968 968 950 9000 46 свенскт хэви-метал-группа.Gruppen bildades 1976 года от bröderna Ragne (гитара, клавишные, пение) и Стирбьорна Валквиста (трубка, пение) Самт Мик Бэклер (басгитарр и сонг). ^[1] Мягкая пионерна из свенского хэви-метала ^{[1] [2]} и прочая под другим содержанием белка Полная скорость на высоком уровне , Metal Conquest , Stronger Than Evil samt Death Или Слава .

Året efter att gruppen bildats, 1977, lämnade Backler bandet och ersattes med en ny basist, Дэн Молен. ^[1] 1978 загрузка Heavy Load с добавлением дебютного альбома Heavy Sound Full Speed ​​на высоком уровне сом записана в студии звукозаписи Mill под управлением Джули Манада. ^[3]

Molén ersattes 1979 av Eero Koivisto och gruppen utökades med ytterligare en gitarrist, Leif «Lillen» Liljegren som tidigare spelat med KSMB. Dessa lämnade dock bandet efter några månader, och ersattes av Torbjörn Ragnesjö (basgitarr), kusin till Ragne och Styrbjörn, samt Eddy Malm (gitarr, sång).1981 мини-альбом Metal Conquest , прослушать июль в студии Decibel. Albumet fick bra kritik ^{[4] [2]} och placerade sig på de svenska skivlistorna. 1982 год выходит в прямом эфире из Мальме и Стокгольма и на радио Sveriges Radio, и все это звучит под новым альбомом Death Or Glory , который находится под подписью на 47: и платс на свежем скивлисте. Дом для отпуска, находящийся на открытом воздухе, в одиночку Take Me Away .

1983 видео в прямом эфире, снято в жанре, прямо сейчас на полном LP, Stronger Than Evil , от Phil Lynott из Thin Lizzy, гостеприимно на несколько Бесплатных просмотренных песен. ^[5] Framgången med LP: n gjorde att bandet planerade konserter ute i Europa, men detta skrinlades då baseten Ragnesjö lämnade bandet 1984.

1985 ersattes Ragnesjö av Andreas Fritz, och medan de tidigare albumen varit självfinansierade, skrev man nu kontrakt med skivbolaget WEA och släppte singeln Monsters of the Night . Ничего подобного в альбоме, если вы хотите узнать больше, Эдди Мальм и Эдди Мальм заменили его под новым именем, чтобы получить подписку на солокарриар. Брёдерна Вальквист сделала Heavy Load на своем сайте Thunderload Studios.

Noterbart i övrigt är albumomslagen, vilka alla ritades av Johan Holm ^[6] och där temat, så när som på första skivan, alltid var en vikingakrigare i strid. ^[7]

2017 meddelades det att Heavy Load hade återförenats. ^[8]

Senaste medlemmar

• Styrbjörn Wahlquist — sång, trummor (1976–1983, 1985, 1987)
• Рань Вальквист — сонг, гитара, клавишные (1976–1983, 1985, 1987)
• Никлас Суннерберг — пес, гитарр, (2018–)

Медлеммар Тидигар

• Мик Бэклер — басгитарр, сан (1976–1977)
• Дэн Молен — басгитарр (1977–1978)
• Торбьорн Рагнесйо — басгитарр (1978–1984)
• Эдди Мальм — гитарист (1978–1985)
• Ээро Койвисто — басгитарр (1979)
• Лейф Лильегрен — гитарист (1979)
• Андреас Фриц — басгитарр (1984–1985)
• Пол Грей — басгитарр (1987)
• Патрик Карлссон — гитарист (1987)

Демо

Studioalbum

• Полная скорость на высоком уровне (1978)
• Смерть или слава (1982)
• Stronger Than Evil (1983)

EP

Singlar

• Take Me Away (1982)
• «Бесплатно» (1983)
• «Монстры ночи» (1985)

Samlingsalbum

• Металлические ангелы в коже (1991)

Видео

1. ^ [ a b c ] Биографии Эдуардо Ривадавиа на всю музыку.Metalpionjärerna Heavy Load Tillbaka — efter 33 år
.