Устройство ФИУ на симисторе (диммер) для Ардуино
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Чт, 05/05/2016 - 00:00
Доброго времени суток!
Поскольку в этом форуме первый пост не вырубишь и топором, то вся содержательная часть — в последующих.
Не отвечайте на этот пост! Второй пост – организационно технический. Сюда я буду добавлять новые ссылки или краткие описания апдейтов, чтобы не искать их по всей теме.
В статье предлагается устройство фазо-импульсного управления нагрузкой в сети 220 В 50 Гц. Ток нагрузки до 16 А (действующее значение). Устройство обладает следующими особенностями:
В статье приводятся функциональная и принципиальная электрическая схемы устройства, даны подробные объяснения по выбору схемотехнических решений, элементной базе, настройке и подключению.
Скачать материал темы в виде отдельной статьи в формате .pdf можно по ссылке https://yadi.sk/i/DRGolhmorWArf
Ниже идут следующие разделы темы:
Для чего
Собственно задачи данной статьи не просто дать работающую схему, а показать и объяснить, что откуда взялось. Поэтому «букв будет много». Впрочем, каждый может выбрать только те, которые ему нравятся. Статья не научит электронике тех, кто, как говорит о себе мой сосед, «ноль на землю», профессионалы и так знают, «что и как». А вот для тех, кто начал, но еще «не в полном объеме», статья, я надеюсь, будет в самый раз.
О чём
На просторах форума среди тем, повторяющихся со «средней интенсивностью», встречается вопрос управления от Ардуино нагрузкой в сети 220 В 50 Гц. В основном дело касается нагревателей, но встречаются варианты асинхронных двигателей и коллекторных двигателей переменного тока.
Для решения всех трех задач с разной степенью адекватности может подойти вариант фазо-импульсного управления (ФИУ). Применимость собственно ФИУ для разных задач — вопрос отдельный. Оговорюсь сразу. Я ни капли не фанат ФИУ. Просто для определенности здесь я считаю, что вопрос о целесообразности применения ФИУ решился положительно, и дело за реализацией. При обсуждении этого способа предлагались варианты вплоть до 2-х Ардуино, одна из которых следит за фазой в сети, а другая формирует управляющее воздействие.
В статье «Фазоимпульсное управление силовым симистором» можно посмотреть вариант такой разработки: (http://www.embed.com.ua/mikrokontrollernyiy-konstruktor/fazoimpulsnoe-up...)
Более того, можно приобрести уже готовую плату с минимальной электронной обвязкой и управлением на базе микроконтроллера Atmega8 (например http://chipster.ru/catalog/arduino-and-modules/control-modules/3402.html). Плата позволяет использовать как фазо-импульсный, так и число-импульсный метод регулирования мощности в нагрузке. Переключение методов достигается переключением перемычки. В качестве входного задания плата использует напряжение с установленного на плате потенциометра. Если управляющий сигнал нужно получать в другом виде, то придется заняться программированием. При этом программирование МК нужно будет вести с использованием прерываний и системных таймеров, что, на мой взгляд, весьма затруднительно для неискушенных в этом деле людей.
Мой вариант — чисто аппаратный. Он больше подходит для тех, кто с паяльником и осциллографом дружит сильнее, чем с клавиатурой и дисплеем.
Без ТЗ – никуда
Мне представилось полезным разработать устройство, позволяющее реализовать ФИУ и отвечающее вот такому скромному техническому заданию (ТЗ):
Почему симистор, а не ключ на MOSFET-транзисторе?
Сделать управление мощностью в нагрузке с питающей сетью 220 В 50 Гц можно разными способами. Вместо симистора можно использовать ключ на мощном и высоковольтном полевом транзисторе. Но к нему обязательно нужно добавить управляющий драйвер, а при работе на переменном токе еще и диодный мост. Либо использовать два КМОП-транзистора, каждый из которых будет работать в свою полярность полуволны питающего напряжения. Само по себе это уже существенно дороже, чем симистор на аналогичный ток. Если речь идет о токах порядка 10 А, то все эти приборы потребуется установить на радиаторы, это очень заметно увеличит габариты по сравнению с одиночным симистором.
Возможен вариант, когда ШИМ-выход Ардуино просто транслируется через драйвер на КМОП-ключ. Такой вариант возможен (http://arduino.ru/forum/apparatnye-voprosy/ne-fazovyi-regulyator-moshchn...). Он работоспособен при активной нагрузке. В варианте с диодным мостом стоит обратить внимание, что не все выпрямительные диоды способны работать на такой частоте. А импульсные мощные диоды – уже отдельная статья в каталоге компонентов и свой ценник. Такой способ также создает значительное количество электромагнитных помех, поэтому практически обязательно требует применения противопомеховых LC-фильтров. Есть еще одна особенность управления быстрыми и мощными КМОП-ключами. Из-за высокой входной емкости на частотах в сотни Герц (ШИМ Ардуино около 500 Гц) импульсный ток управления может достигать несколько сотен миллиампер. Чтобы его поддерживать, нужен уже полноценный источник питания.
Есть у КМОП-ключа и преимущества: возможность включить его практически при нулевом питающем напряжении и низкое, если не сказать сверхнизкое, сопротивление в открытом состоянии. Возможность работы КМОП-ключа на относительно высоких частотах реализуется в мостовых инверторных схемах, где питание осуществляется постоянным током. При питающей сети в 50 Гц это преимущество остается не востребованным.
Ввиду отсутствия явных показаний к применению КМОП-ключей для классического ФИУ я выбрал симистор в качестве коммутирующего элемента.
А где же суть?
При разработке я решил строить устройство из четко очерченных функциональных узлов, чтобы обеспечить при необходимости возможность самостоятельной независимой по-узловой доработки. Функциональная схема приведена на рисунке 1, принципиальная – на рисунке 2. Здесь нет открытий или откровений. Просто аккуратная проработка.
Рис. 1. Устройство фазо-импульсного управления. Схема функциональная.
Рис. 2. Устройство фазо-импульсного управления. Схема электрическая принципиальная.
Смысл работы схемы сводится к следующему. «Аналоговый» (точнее говоря — конечно не аналоговый, а пропорциональный) сигнал с ШИМ-выхода Ардуино преобразуется с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) ZQ в постоянное напряжение, пропорциональное среднему значению ШИМ-сигнала. Это и есть наша уставка мощности. В начале каждого полупериода питающей сети запускается генератор линейно-изменяемого напряжения (ГЛИН) GU. По-просту говоря, это генератор «пилы». Напряжение на его выходе прямо пропорционально времени, прошедшему от начала полупериода, т.е. прямо пропорционально значению угла фазы питающего напряжения. Напряжение уставки (задания) и напряжения с выхода ГЛИН сравниваются аналоговым компаратором UI. Как только напряжение с выхода ГЛИН превысит напряжение уставки, на выходе компаратора появляется высокое напряжение, разрешающее работу генератора запускающих импульсов G. Импульсы усиливаются ключевым каскадом на биполярном транзисторе VT и запускают схему включения силового симистора VS. Симистор открывается, подавая часть мощности, оставшуюся до окончания полупериода сети, в нагрузку. По окончании полупериода и снижению тока через нагрузку ниже тока удержания, симистор отключается, ожидая новой команды на включение. Классика.
Теперь о тонкостях
Инверсия сигнала уставки (ШИМ-сигнала)
Чем больше мощности нужно отдать в нагрузку, тем раньше нужно включить симистор. В привычной логике, чем больше нужна мощность, тем больше должно быть значение уставки, а значит и напряжение на выходе ФНЧ. Но чем больше напряжение с выхода ФНЧ, тем позже с ним сравняется напряжение с выхода ГЛИН и тем позже включится симистор. Получается противоречие. Нужно либо инвертировать сигнал уставки, либо сделать так, чтобы напряжение с выхода ГЛИН не увеличивалось со временем от (почти) нуля до максимума, а уменьшалось от начального максимума до (почти) нуля. На основе своего опыта я посчитал, что быстро и правильно зарядить времязадающий конденсатор в ГЛИН при каждом переходе сети через ноль сложнее, чем быстро разрядить. Поэтому остается вариант с инверсией уставки. Чтобы не создавать дополнительной головнй боли у пользователя, а именно для этого устройство и разработано, инверсия делается аппаратно с помощью соответствующего включения оптрона VU и нормализатора импульсов ZL. Когда на ШИМ-выходе Ардуино высокий уровень, т. е. оптрон VU включен, на выходе ZL нулевое напряжение. Нормализатор ZL выполняет еще одну важную функцию. Чтобы напряжение на выходе RC-ФНЧ было прямо-пропорционально среднему значению импульсного напряжения на его входе нужно, чтобы и при заряде, и при разряде сопротивление цепи оставалось постоянным. Резистор на входе RC-фильтра коммутируется транзисторными ключами на выходе нормализатора ZL. Хотя в примененной логической микросхеме выходные КМОП-ключи не совсем одинаковы, их сопротивление в открытом состоянии много меньше, а в закрытом много больше, чем сопротивление резистора фильтра. Поэтому условие постоянства сопротивления цепи при зарядке и разрядке конденсатора фильтра можно считать выполненным.
Для надежной работы устройства на малой мощности (больших углах открытия тиристора), нужно, чтобы в конце полупериода напряжение с выхода ГЛИН гарантированно превысило напряжение уставки. Поскольку в качестве опорного напряжения в схеме RC-фильтра берется напряжение питания, т.е. максимально присутствующее в схеме, то чтобы его снизить до нужного уровня, используется делитель R7R8. Значение сопротивлений резисторов R7, R8 лучше взять именно те, что по схеме. От них одновременн зависит и частота среза RC-фильтра, и максимальный уровень напряжения уставки.
Схема управления симистором
В качестве коммутирующего элемента был выбран распространенный симистор BTA16-600 в стандартном исполнении. Ток симистора выбирался исходя из максимального тока в «современной квартирной розетке». Т.е. он должен перекрыть все привычные в быту нагрузки. Судя по отзывам в Интернете, обычные т.е. STANDARD, а не SNUBBERLESS и LOGIC LEVEL симисторы ведут себя стабильнее.
Схема управления выбрана тоже самая популярная, из трех деталей. Двух резисторов и одного оптосимистора. Причем в данном случае оптосимистор используется не столько для гальванической развязки с сетью, сколько как ключ, способный работать с разнополярным напряжением без дополнительной обвязки. Преимущество этой схемы в том, что ток в 50 мА, требуемый для гарантированного открытия силового симистора, берется непосредственно из цепи нагрузки, минуя схему питания блока управления. Как только симистор включается, напряжение на его аноде падает и ток управления практически прекращается, не нагружая гасящие резисторы и промежуточный оптосимистор. Номиналы резисторов были несколько уменьшены по сравнению с фирменными значениями по рекомендациям из форума.(http://arduino.ru/forum/apparatnye-voprosy/mozhno-li-s-pomoshchyu-arduin...) Самостоятельного сравнительного анализа я не проводил.
Кому интересно, может прочитать весьма разумный материал «Управление тринисторами и симисторами» (http://radio-gl.narod.ru/constr/auto/upr_tir/upr_tir.htm).
При наладке макета устройства обнаружился странный глюк. Устройство срабатывало как реле (вкл/выкл), на полную мощность, стоило подать минимальный управляющий сигнал. Чуть было голову себе не сломал. Оказалось, что «чудит» оптосимистор MOC3023, переключаясь только в моменты, когда напряжение сети близко к нулю, как это должен был бы делать MOC3063 со встроенным детектором перехода через ноль. Похоже, китайские товарищи по привлекательной цене продали мне «гораздо более ценный мех», т.е. либо отбраковку, и/или перемаркировку. Чтобы не вводить себя в заблуждение пришлось выбросить. Замена на настоящий MOC3023 (хоть и из той же кучи) расставила все на свои места.
Импульсный запуск симистора
Чтобы симистор открылся нужно выполнить два условия: обеспечить ток не ниже заданного через управляющий электрод и наличие тока не ниже тока удержания в анодной цепи симистора (тиристора). Поскольку мы, подавая ток в управляющий электрод, точно не знаем будут ли в этот момент условия для возникновения достаточного тока в анодной цепи, то самый надежный способ — подавать управляющий ток постоянно. Как только ток на аноде выполниться условие протекания тока удержания, симистор включится. Постоянный ток управления поможет нам избежать преждевременного отключения нагрузки и при нестабильном, например подвижном, контакте. При кратковременном разрыве в цепи нагрузки симистор выключится, но при восстановлении контакта тут же включится снова. А чем плоха такая схема? В данном случае тем, что управляющий ток весьма существенен — десятки миллиампер. Для его поддержания уже нужен специальный источник питания, без которого хотелось бы обойтись, чтобы ограничить сложность и стоимость устройства. Рассеивать же на балластных резисторах несколько ватт мощности только ради тока управления симистора, на мой взгляд, не рационально. Выход можно найти, применив импульсную схему запуска симистора. Для этого ток управления подается не постоянно, а частыми короткими импульсами. Каждого импульса достаточно для запуска симистора, при этом средний ток управления, потребляемый от схемы питания, оказывается существенно ниже. Ниже во столько раз, какова скважность импульсов запуска. Для запуска симистора, в нашем случае промежуточного оптосимистора, достаточна длительность в 20 мкс. Обычно в таких случаях используют блокинг-генераторы. Чтобы избежать необходимости мотать трансформаторы я реализовал простой генератор на логической КМОП-микросхеме, поэтому импульс получился длиннее. В реальной схеме скважность сигналов на выходе генератора около 2-х. Т.е. необходимый средний ток управления оптосимистором такая схема снижает в 2 раза. Чтобы надежно включить популярный оптосимистор MOC3021 нужен управляющий ток в 15 мА. В данном случае это все равно многовато. Поэтому выбран оптосимистор MOC3023 с управляющим током в 5 ма. Т.е. с учетом импульсности работы на его открытие от источника питания нужно будет отобрать средний ток в 2,5 мА. Непосредственно с выхода логической микросхемы К561ЛА7 при напряжении питания 10 В можно взять не более 1,3 мА, поэтому применен буферный ключевой усилитель на биполярном транзисторе. Диод, шунтирующий переход база-эмиттер, защищает его от повышенного относительно допустимого обратного напряжения, которое прикладывается к базе транзистора в момент перезаряда разделительного конденсатора. Импульсное управление не очень хорошо для нагрузки с заметной индуктивной составляющей, поскольку за время действия короткого запускающего импульса ток в анодной цепи из-за индуктивности нагрузки может не успеть дорасти до тока удержания. Тиристор банально не включится. Но тут уж… «Бороться» с индуктивной нагрузкой можно, но это отдельная тема.
Вам с фильтром или без?
Фазо-импульсный способ управления мощностью способствует получению большого количества электромагнитных помех из-за резкого включения нагрузки при высоком питающем напряжении. Это особенно бывает заметно в районе 40% – 60% мощности, т.е. ближе к пику полуволны питающего напряжения. Хорошо хоть, что отключение нагрузки происходит естественным путем, при малом напряжении, когда ток в нагрузке становится меньше тока удержания симистора. Для выбранной модели симистора он около 50 мА.
По-хорошему, при использовании ФИУ нужно всегда ставить помехоподавляющие LC-фильтры. Помехи – штука очень разноплановая и коварная. Фильтры, пригодные для одного случая, могут оказаться малоэффективны, а то и вредны для другого. Если делать «на все случаи жизни» для всех диапазонов токов и видов нагрузок, то получится такая коробка в два кулака размером с дифференциальными дросселями на разных магнитных материалах (для ВЧ и НЧ составляющих помех соответственно), конденсаторами разных типов и требованиями обязательного заземления средней точки емкостного делителя и цельнофрезерованного металлического корпуса. Я как то применил такой фильтр в тиристорных приводах коллекторных двигателей (220 В, 50 Гц, 4 кВт). Фильтры оказались настолько хороши, что заперли все помехи в шкафу управления, где стояли привода. Помехи, не найдя другого выхода, стали излучаться в пространстве шкафа и сводить с ума систему управления. Стоило удалить фильтры и помехи «стекли» в питающую сеть, управляющая электроника вздохнула свободно.
Поэтому в данной схеме я изначально оставил только цепи, защищающие собственно симистор от незапланированного открытия помехой, «прилетевшей» из питающей сети. Симисторы чувствительны к двум параметрам – скорости нарастания напряжения на анодах (dU/dT) и предельному напряжению на анодах. Защитная RC-цепь, так называемая снабберная (демпфирующая), растягивающая резкие изменения напряжения на симисторе до допустимых значений и варистор с классификационным напряжением 430 В, «срезающий» импульсы напряжения до значений, от которых симистор не откроется.
Если нагрузка имеет заметную индуктивную составляющую, то может понадобиться увеличить емкость конденсатора и сопротивление резистора в снабберной цепи.
Рекомендации по расчету снабберной цепи можно найти в фирменном документе руководстве по применению Application Note AN-3008 RC Snubber Networks for Thyristor Power Control and Transient Suppression (https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-3008.pdf)
Если окажется необходимым использовать LC-фильтры то лучше действовать по аналогии и взять готовые из какого-либо серийного устройства схожей мощности. Если ничего подходящего найти не удалось, то можно воспользоваться рекомендациями в статье «Помехи тиристорных регуляторов мощности» (http://nauchebe.net/2010/06/pomexi-tiristornyx-regulyatorov-moshhnosti/)
Детектор нуля и ГЛИН
Функциональное разделение этих элементов схемы довольно условно. ГЛИН без детектора нуля срабатывает один раз при включении питания и все. Чтобы вырабатывалась полноценная пила, нужна синхронизация с питающей сетью. С выхода диодного моста VD1 – VD4 получаем пульсирующее напряжение. Чтобы не искажать его влиянием стабилизатора на стабилитроне VD8 и фильтрующей емкости C3 служит диод VD5. Когда напряжение на выходе моста станет меньше напряжения стабилизации VD8, диод VD5 закроется и напряжение на выходе моста при смене полярности напряжения в сети беспрепятственно упадет до нуля. В этот момент перестанет поступать ток в базу транзистора VT1, он закроется, а следующий за ним транзистор VT2 откроется и разрядит на свой переход эмиттер-коллектор времязадающий конденсатор ГЛИН C4. Как только напряжение на выходе моста VD1 – VD4 снова начнет возрастать, транзистор VT1 откроется, а транзистор VT2 закроется и конденсатор C1 начнет заряжаться стабильным током через коллектор транзистора VT3.
Для уменьшения влияния на полезный сигнал различного рода помех, шумов и нестабильностей амплитуда пилы выбрана максимально близко к напряжению питания электроники управления. Если в таком случае заряжать конденсатор просто через резистор, напряжение на нем будет изменяться по экспоненциальному закону и в конце периода заряда будет весьма пологий участок. Это может вызвать увеличенный разброс срабатываний компаратора на больших углах открытия симистора (малая мощность). Чтобы этого избежать, конденсатор C1 заряжается от источника тока. Это позволяет получить на конденсаторе практически линейную зависимость роста напряжения от времени. Источник тока собран на транзисторе VT3 по классической схеме эмиттерного повторителя, поддерживающей входное опорное напряжение с диодов VD6, VD7 на токозадающем резисторе R6. Включенные последовательно диоды VD6, VD7 за счет крутой прямой вольт-амперной характеристики играют роль низковольтных стабилитронов. Указанные на схеме Д220С – это специальное исполнение диодов Д220 для работы в качестве стабилитронов на прямом участке вольт-амперной характеристики. В данном случае указание на схеме этого типа диодов - просто некий реверанс с моей стороны достижениям минувшей эпохи. В данном случае их вполне можно заменить на любые кремниевые маломощные диоды. Например КД102, КД103 и т.п.
Аналоговый компаратор
По логике схемы управления включение симистора происходит в тот момент, когда линейно нарастающее от начала полупериода сети выходное напряжение ГЛИН сравнивается с напряжением уставки на выходе RC-фильтра R7C2. Сравнение напряжений можно осуществить разными способами. Я для этого выбрал специализированную микросхему аналогового компаратора LM393. При большой распространенности и низкой цене микросхема надежно работает с однополярными сигналами, имеет меньшее чем у ОУ общего назначения смещение нуля и высокое быстродействие при высоком входном сопротивлении. Поскольку напряжение на выходе ГЛИН по меркам электроники меняется не быстро, то для повышения четкости срабатывания компаратора он включен в режиме триггера Шмитта, за счет положительной обратной связи через резисторный делитель R9R10. Величина гистерезиса выбрана достаточно большой, чтобы надежнее защититься от возможных помех и избежать режима генерации компаратора, когда напряжение на его входах «практически равны». Поскольку микросхема LM393 имеет выход с открытым коллектором, то для его нормальной работы используется внешний нагрузочный резистор R11. Его величина примерно в 2 раза больше, встречающейся в схемах документации изготовителя. Это компромисс между надежной работой выходного каскада и минимизацией общего тока, потребляемого микросхемой компаратора.
Полировка
После успешного монтажа всех необходимых деталей у нас остались некоторые излишки. «Четвертушка» логики К561ЛА7 и половинка компаратора LM393. В схеме они никак не используются, но забывать о них нельзя. Высокоомные входы могут набрать разного рода помех, микросхемы их усилят и подадут на выход. И хотя выходы незадействованных микросхем никуда не подключены, за счет связей по питанию и емкостных связей по монтажу помехи будут оказывать негативное влияние на задействованные части микросхем. Чтобы этого избежать необходимо принудительно привести незадействованные части микросхем в стабильное и безопасное состояние. Здесь это достигается подсоединением свободных входов микросхем к общему проводу.
Настройка
При внешней громоздкости схемы она максимально проста в наладке. До подключения схемы к питающей сети выверните ползунок подстроечного резистора R6 в положение максимального сопротивления. В качестве нагрузки подключите лампу накаливания мощностью от 60 Вт до 100 Вт. У меня была матовая (чтоб не так в глаза била) лампа 60 Вт. Вход устройства оставьте неподключенным. Вход по своей сути токовый, его никуда «подтягивать» или заземлять не надо. Пусть себе «висит в воздухе». Подключите устройство к сети 220 В. Лампа нагрузки должна ярко засветиться. Медленно вращая ползунок резистора R6, добейтесь, чтобы свечение нити накаливания лампы было едва-едва заметно на глаз. Это и будет «почти 0 мощности в нагрузке». Всё. Настройка устройства закончена. Ловить «настоящий ноль» смысла не имеет, поскольку из-за дрейфа параметров электронных компонентов (температура, старение) пойманный «0» всё равно может немного дрейфовать.
Подключение
К используемому ШИМ-выходу Ардуино подключите вывод X5, а вывод X6 подключите к общему проводу питания Ардуино. Всё. Никаких «земель» или других проводов от устройства к Ардуино тянуть не надо. Это банально опасно. Сеть 220 В все-таки. Полная гальваническая развязка не просто так сделана.
Потребляемый по входу ток при лог. 1 составляет около 10 мА. Если по какой-то причине нужно инвертировать сигнал с ШИМ-выхода , то вывод X5 следует подключить к плюс 5 В питания Ардуино, а X6 - к выходу МК.
При включении устройства в сеть на время заряда конденсатора C2 (десятые доли секунды) в нагрузку будет подана максимальная мощность. Этого можно избежать, добавив специальную RC-цепь запуска, блокирующую на время заряда конденсатора C2 работу генератора на элементах DD1.3, DD1.4. Но я посчитал, что «и так хорошо». :))
Это устройство разработано не «на Ардуино», а «для Ардуино». Благодаря этому оно получилось «ардуинонезависимым». Т.е. использовать приведенную схему симисторного ФИУ можно с любым управляющим устройством, использующим ШИМ на частотах от единиц сотен герц до десятка килогерц. В нижнюю сторону диапазон частоты ШИМ может быть расширен пропорциональным увеличением емкости конденсатора C2, а в верхнюю сторону – выбором более быстродействующего оптрона вместо PC817.
Еще следует помнить, что при ФИУ зависимость выходной мощности от входного сигнала нелинейна, а, например, яркость свечения лампы накаливания – еще более нелинейна. В случае необходимости, «выпрямление» характеристики – уже чисто программная задача.
Большой труд и куча рассыпухи. Не проще ли операционником сравнивать управляющее напряжение, используя его как опорное, с текущим поделенным напряжением питающей сети, если уж очень хочеся управлять именно ШИМ выходом? Я уже не говорю о генерации ШИМ, синхронизированной с нулём питающей сети.
И почему тут оно ФИМ называеся, мне непонятно... Где тут фаза то двигаеся?
Большой труд и куча рассыпухи.
Нет труда - нет и рыбки из пруда. :)) Готовое устройство ориентированно, в первую очередь, на "железячников", которым для получения гарантированного результата гораздо проще спаять не такую уж и большую кучку рассыпухи, чем ступать на зыбкую для них почву таймеров и прерываний.
Не проще ли операционником сравнивать управляющее напряжение, используя его как опорное, с текущим поделенным напряжением питающей сети, если уж очень хочеся управлять именно ШИМ выходом?
Может быть и проще, но такой метод может дать в идеале регулирование мощностью в диапазоне от 50% до 100%. А в данном случае (условно идеально) - от 0% до 100%. Реально и в том, и в другом случае - меньше.
Я уже не говорю о генерации ШИМ, синхронизированной с нулём питающей сети.
Я тоже не говорю. Честно говоря, даже не пойму о чем речь.
И почему тут оно ФИМ называеся, мне непонятно... Где тут фаза то двигаеся?
Тут "оно" называется фазо-импульсным управлением (ФИУ). Фаза включения симистора определяется моментом равенства напряжений ГЛИН, синхронизируемым питающей сетью, и напряжением уставки, прямо пропорциональным выходному сигналу ШИМ Ардуино. В зависимости от уровня напряжения уставки фаза включения тиристора для каждого полупериода может двигаться почти от 0 до почти 180 градусов, что позволяет управлять мощность (опять же почти) от 100% до 0%. Все это очень подробно, с картинками, описано в статье.
Почему операционник даст от 50%?
ШИМ с синхронизацией с питающей сетью - очень простое устройство. При прохождении нуля, герениртруется импульс, длительностью от 0 до 0.01с? чем и определяется тот самый кусок винусоиды, отдаваемый в нагрузку. :)
ФИМ-ФИУ..., да недогладел. :) Но и ФИУ, как мне кажется не спасает, ибо оно по сути есть ШИУ, как мне кажется. :)
Вы думаете кому-то будет интересно городить всё это, вместо того, чтобы сделать программно, как простой синхронизацией по нулю, так и с помощью АЦП, или уж даже в наборе оптопара-резистор-кондёр = опора для операционника + выпрямитель-два резистора делителя = сравнение с текущим напряжением питающей сети + оптопара на выходе черет транзисторный повторитель?
Я не пойму одного: зачем детектировать ноль, запускать им пилу, когда можно сразу мерить саму синусоиду? Измеряя синусоиду, получим точно определённое напряжение отсечки, а используя пилу, получим разность функций.
Почему операционник даст от 50%?
Измеряя только амплитуду питающей сети, нельзя отличить напряжения от 0 градусов до 90 градусов (до пика) от таких же значений после пика (от 90 до 180). Поэтому и подать управляющий импульс можно только в диапазоне от 0 град. до 90 град., что соответствует диапазону мощностей в нагрузке от 100% (0 град.) до 50% (90 град.)
Вы думаете кому-то будет интересно городить всё это, вместо того, чтобы сделать программно, как простой синхронизацией по нулю, так и с помощью АЦП, или уж даже в наборе оптопара-резистор-кондёр = опора для операционника + выпрямитель-два резистора делителя = сравнение с текущим напряжением питающей сети + оптопара на выходе черет транзисторный повторитель?
Насчет "интересно" сказать не берусь. Тот, перед кем стоит реальная задача с использованием ФИУ мощностью в нагрузке, которую хочется решить в соизмерные сроки без глубокого изучения С/С++ и архитектуры контроллера, вполне может это сделать. Его познания в программировании ФИУ в этом случае можно ограничить функцией "аналогового вывода". Программные хитросплетения отсутствуют вовсе, ровно как и накладные расходы ПО. Только прикладная задача. И все будет работать. С паяльником, правда, в этом случае дружбу надо водить. :)
Более того, только... Тс-с-с-с! Никому... а то еще забанят за "аполитичное схемотехническое решение"... тут Ардуино и вовсе "не нать". Выдать управляющий ШИМ-сигнал может любое цифровое или аналоговое устройство в широком диапазоне частот ШИМ. Програмиируемое там оно, или вовсе две четвертушки от ЛА7. Можно и вовсе быстро приделать вход "напряжение уставки", хоть от одиночного резистора, хоть, к примеру, с выхода ПИД-регулятора. Причем о существовании сети 220 В 50 Гц управляющее устройство и вовсе может быть не в курсе. И все будет работать. Испробовано. :))
Почему операционник даст от 50%?
Измеряя только амплитуду питающей сети, нельзя отличить напряжения от 0 градусов до 90 градусов (до пика) от таких же значений после пика (от 90 до 180). Поэтому и подать управляющий импульс можно только в диапазоне от 0 град. до 90 град., что соответствует диапазону мощностей в нагрузке от 100% (0 град.) до 50% (90 град.)
Вы думаете кому-то будет интересно городить всё это, вместо того, чтобы сделать программно, как простой синхронизацией по нулю, так и с помощью АЦП, или уж даже в наборе оптопара-резистор-кондёр = опора для операционника + выпрямитель-два резистора делителя = сравнение с текущим напряжением питающей сети + оптопара на выходе черет транзисторный повторитель?
Насчет "интересно" сказать не берусь. Тот, перед кем стоит реальная задача с использованием ФИУ мощностью в нагрузке, которую хочется решить в соизмерные сроки без глубокого изучения С/С++ и архитектуры контроллера, вполне может это сделать. Его познания в программировании ФИУ в этом случае можно ограничить функцией "аналогового вывода". Программные хитросплетения отсутствуют вовсе, ровно как и накладные расходы ПО. Только прикладная задача. И все будет работать. С паяльником, правда, в этом случае дружбу надо водить. :)
Более того, только... Тс-с-с-с! Никому... а то еще забанят за "аполитичное схемотехническое решение"... тут Ардуино и вовсе "не нать". Выдать управляющий ШИМ-сигнал может любое цифровое или аналоговое устройство в широком диапазоне частот ШИМ. Програмиируемое там оно, или вовсе две четвертушки от ЛА7. Можно и вовсе быстро приделать вход "напряжение уставки", хоть от одиночного резистора, хоть, к примеру, с выхода ПИД-регулятора. Причем о существовании сети 220 В 50 Гц управляющее устройство и вовсе может быть не в курсе. И все будет работать. Испробовано. :))
Шото у меня глюки уже каке-то... Открывать симистор же надо отступая постепенно от 180 гр в сторону нуля, по заднему фронту, чтобы ему было возможно закрыться в нуле? Но тогда как работают простые схемы на динисторе? У меня перелом головы уже, похоже... :)
Шото у меня глюки уже каке-то...
Бывает. Праздники то удлиненные. :))
Открывать симистор же надо отступая постепенно от 180 гр в сторону нуля, по заднему фронту, чтобы ему было возможно закрыться в нуле?
Полупериод синуса считается от 0 град. (0 В, 0 мс) до 180 град. (0 В, 10 мс) через максимум напряжения на 90 град. (Uампл, 5 мс). Постепенности и "заднего фронта" нет. Просто в какой то момент (фазы полуволны) на симистор подают открывающий импульс. Если условия открытия выполнились, симистор остался открытым от угла открытия до угла 180 град. (почти). Потом закрылся и ждет нового открывающего импульса.
Но тогда как работают простые схемы на динисторе?
Не скажу. Пусть останется хоть минимальная интрига. :)) А впрочем... Идея та же, напряжение на конденсаторе пропорционально времени, прошедшему от начала полупериода. Только заряд конденсатора идет через переменный резистор от питающей сети. Точнее заряд идет от момента восстановления динистора, что при правильном расчете параметров схемы близко к 0 напряжения, до момента открытия (срабатывания) динистора. Сеть пульсирует, ток заряда гуляет. Закрыться динистор тоже может далеко от нуля. Синхронизация там сильно хуже. Стабильность хуже. Из-за этого на малых мощностях (большие углы открытия) не редко случаются "перелеты". Симистор вместо окончания текущего полупериода открывается в начале следующего. Т.е. крутишь ручку, лампочка пригасает, пригасает, а потом внезапно как пыхнет. В данной схеме такого нет. :)) Тут синхронизация с сетью жесткая.
У меня перелом головы уже, похоже... :)
Да ладно... Впереди еще праздники. Подлечите... :))
Открывать симистор же надо отступая постепенно от 180 гр в сторону нуля, по заднему фронту, чтобы ему было возможно закрыться в нуле?
Полупериод синуса считается от 0 град. (0 В, 0 мс) до 180 град. (0 В, 10 мс) через максимум напряжения на 90 град. (Uампл, 5 мс). Постепенности и "заднего фронта" нет. Просто в какой то момент (фазы полуволны) на симистор подают открывающий импульс. Если условия открытия выполнились, симистор остался открытым от угла открытия до угла 180 град. (почти). Потом закрылся и ждет нового открывающего импульса.
Я тут и говроли, что ширина импульса открытия должна рости от 180 градусов до нуля - таким образом и симистор будет закрываться, и нормирование переданной энергии будет верное. Т.е. вырезаем из полупериода его начало.
Так вот это меня и смутило же... и что-то с головой моей стало. И делитель на 2-х резисторах в другой теме неверно посчитал, и тут залип... Схема на динисторе, получается, может вырезать только первую половину полупериода? Но почему, блин, у мерня яркость лампочек в люстре от самого-самого малого начинается. Где меня заклинило? :)
Схема на динисторе, получается, может вырезать только первую половину полупериода? Но почему, блин, у мерня яркость лампочек в люстре от самого-самого малого начинается. Где меня заклинило? :)
Правильно рассчитанная схема на динисторе работает почти от 0 град. до почти 180 град. Динистор открывается не от напряжения в сети, а от напряжения на фазосдвигающем конденсаторе. Это очень не одно и тоже. Напряжение в сети в течение полупериода пульсирует по синусу, а напряжение на конденсаторе нелинейно, но монотонно растет до определенной величины, пока не сравняется с уже уменьшающемся напряжением в сети. Если до этого момента (на участке монотонного роста напряжения) напряжение на конденсаторе достигает напряжения открытия динистора, тот срабатывает и подает запускающий импульс на симистор. При правильно рассчитанной схеме и динистор, и симистор в открытом состоянии дотягивают почти до 180 град. Где то около 0 В в сети оба (хоть и в несколько разное время) закрываются. Конденсатор снова начинает заряжаться, отсчитывая время от почти начала нового полупериода. Чем ниже напряжения срабатывания динистора, тем больший диапазон мощности можно регулировать, причем в обе стороны. Чем меньше у динистора ток удержания, тем точнее может быть синхронизация с сетью. В простых схемах со стабильностью и синхронизацией плоховато, и управляются они "посредством кручения ручки резистора", что для всяких автоматических систем практически непригодно. Для быта тянет и ладно. Дома у меня такие стоят в трех светильниках. Вполне себе нормально. Как резисторы протираются, меняю диммеры на аналогичные. "Омикропроцессоривать" не собираюсь. :))
Где меня заклинило? :)
Не знаю. :))
http://www.ti.com/lit/an/slaa043a/slaa043a.pdf
Прочитайте это. Конечно не Ардуино но принцип описан полностью. Начиная от источника питания, через детектор пересечения нуля, до использования таймера аппаратно - программно только загружаются константа задержки ФИУ. На Ардуине можно сделать всё точно также.
Модуль на рассыпухе это сильно, снимаю шляпу
я использую намного более простую схему на tiny10 или tiny13 которая в зависимости от прошивки управляется или ШИМом или обычным напряжением от 0 до 5в, управляет нагрузкой от 0 до 100% номинальной мощности с 256 ступенями
схема такая же как в этой теме http://arduino.ru/forum/proekty/spi-modul-upravleniya-moshchnostyu-setevoi-nagruzki
Модуль на рассыпухе это сильно, снимаю шляпу
Спасибо. Я ценю признание коллег по цеху. :)) То, что все на рассыпухе, так это специально. Устройство, как устройство, чисто для "железячников", чтобы получить гарантированный результат без какого-либо программирования вообще. Играешься с Ардуино - цепляй по-простому к Ардуино. Захотел к чему еще прицепить - прицепил предельно простым образом. А в методическом плане - описание всяких электронных премудростей на конкретном примере. Кому интересно, тот может подучиться. Будет делать, понимать, что делает, и у него все заработает без "танцев с бубном" (и даже без осциллографа) при использовании заведомо исправных элементов указанных типов и номиналов.
Если задаваться чисто утилитарными целями, то модуль ФИУ на отдельном мелком МК выглядит предпочтительнее, но конкретное воплощение зависит уже от конкретного ТЗ. Всяких реально важных требований как и чудесных "хотелок" может быть куча разных. Единственного технического решения на все случаи в жизни не бывает.
Если задаваться чисто утилитарными целями, то модуль ФИУ на отдельном мелком МК выглядит предпочтительнее, но конкретное воплощение зависит уже от конкретного ТЗ. Всяких реально важных требований как и чудесных "хотелок" может быть куча разных. Единственного технического решения на все случаи в жизни не бывает.
Да уж... Бросить вместо всей рассыпухи мелкую тинку: одна нога на детектор нуля, одна нога на управление симистором и ещё две ноги остаётся на интерфейс или чтение перменника. :)
Доброго всем. Не хочу создавать новой темы, коли уже такая есть. Вот решил обратиться за помощью сюда.
Долгие годы, пользуюсь разработанной и годами доработанной аналоговой схемой ФИУправления электрокотлами, не создающий скачков напряжения и помех. Но это такой довольно приличный огород получается, техника движется вперед, решил сделать на МК, только вот незадача, програмку написать, я в этом полный.... (к гуглу не отправляйте там этого нет, а то что есть непригодно)
вот такая схемка получилась, выводы можно менять по прошивке, кварц 8мГц или внутренний
принцип работы;
Управление
1) Датчик основной, меряет Т обогреваемого объекта
2) Датчик коррекции, меряет внешнюю Т (если установлена Т +25, внешняя +15, мощность 0%, если внешняя -25 то мощность 100%)
3) Установка Т управляющим U (переменным резистором или другим устройством)
4) Синхронизация от потающего U, переменка 7v
Два выхода ФИУ
1) Управляет симистором ( импульс или включение от мощности, выключение при переходе через 0)
2) Управление мосфетом (включение при переходе через 0, выключение по мощности. Нужно для, хоть како-то компенсации обрезки синусоиды симистором)
3) Включение нагрева при 20% мощности, отключение при 10%
Индикация LCD 16x1
1 - 4 внешняя Т, диапазон, -50,0 +50,0
6 - 9 Т объекта, диапазон, -05,0 +30,0
11 - 13 установленная Т, диапазон, 05,0 27,0
15 - 16 мощность в % выкл -- 99
(надписи обозначений на панели)
Кто дружит с програмированием! помогите написать прошивку пожалуйстооо
Рискну предположить, что желающих из "любви к искусству" написать (а ещё и заочно отладить!) ПО к чужому устройству может не найтись вовсе. Тем более, что аккуратная программка тут не на две строчки, а при наличии экранчика - тем более.
Это предложение, скорее, для рубрики "Ищу исполнителя".
скетч с шим регулированием и экранчиком имеется готовый просто туда надо ШИМ на ФИУ переписать. и непонятно почему она так не популярна. наверно придется самому на старость С++ курить, ну ладно зима в переди, чего мы не проходили.
удивляюсь я, не лень людям вручную бегать и подогрев в теплицах включать, и постоянные щелкание пускателей в бытовках и сторожках слушать, и т.д. и т.п.
проект не комерческий и рубрика "ищу исполнителя" точно не по адресу
Вот и будет развлекуха долгими зимними вечерами. :)
Если честно, то готовая платка регулятора температуры на Али стоит смешных денег, а вопрос закрывает. Задача - образцово классическая. Наверняка, и у нас готового полно, пусть чуть дороже, зато сразу. Одним лень руку протянуть, а другим надо, чтобы обязательно через самодельный спутник. Тут уж, кому что. :)
Дело не в коммерческой составляющей, а в том, что рубрику "Ищу исполнителя" постоянно смотрят как раз те люди, кто готов работать над чужим проектом. Они могут оценить трудоемкость, оправданность привлечения других специалистов. За деньги/опыт/от скуки/... это вопрос отдельный и договорной. А в этой теме Вы точно никого не найдёте, поскольку:
1. Тема не касается программирования от слова "вообще".
2. Тема и Ардуино то касается "по стольку, по скольку". Чисто для примера.
3. Содержание темы не сильно модно, а решение - это вообще "аппаратный ретро-винтаж". :) Интересующихся с гулькин нос. Музейные работники. :)
4. Тема старая, активности никакой. Т.е. её ни из интереса никто не смотрит, ни по уведомлениям.
Долгие годы, пользуюсь разработанной и годами доработанной аналоговой схемой ФИУправления электрокотлами, не создающий скачков напряжения и помех.
хмм... не дофига ли деталей для "решил сделать на МК" ?
про-мини, индикатор + 2 шт DS18B20 + задающий потенциометр + SSR (zero cross). Всё.
вариант: то же, но с одним термодатчиком.
помехи создают простые схемки ФИУ, которых колбасит по черному, особенно на минимуме и максимуме. моя никаких помех не создает, только слегка изменяет синусоиду, для чего и нужны 2 выхода, чтоб резать симметрично, а при 50% вообще не вносить искажений от туда и схема как цветного телека на транзистора. ну конечно сейчас есть уже и другой вариант, ИНВЕРТОР, но он не проще. а то что предлагается включил/выключил и у всех светомузыка в такт, это вообще не вариант
Насколько я понял, по силовой части у Вас включены последовательно: нагрузка, симистор, полевик. В начале полупериода Вы включаете полевик (тока в цепи нет, симистор закрыт), потом в нужный момент включаете симистор (идет ток), а потом симметрично относительно четверти периода выключаете полевик. Ток прекращается, симистор закрывается по отсечке тока удержания до следующего открытия.
Зачем в такой схеме нужен симистор? Почему нельзя открывать и закрывать в нужные моменты только полевик?
"Светомузыка" возникает в случае, когда мощность сети не соответствует мощности подключаемой нагрузки. Есть способ управления, суть которого сводится к тому, чтобы на большом интервале времени максимально равномерно распределять полупериоды, когда нагрузка включена и полупериоды, когда выключена. В этом случае обеспечивается "бесшумность" и меньшая заметность манипуляции мощностью.
Насколько я понял, по силовой части у Вас включены последовательно: нагрузка, симистор, полевик.
вы неправильно поняли, симистор и мосфет работают каждый на свою нагрзку (2тена) мосфет включается при переходе через 0 и вылючается в зависимости от мощности, симистор наоборот. (убиваем сразу 2 зайца) асиметрия синусоиды и уменьшаем в 2раза ток комутации нагрузки
выкидовать полупериоды тоже не годится, даже когда просто ставишь диод, лампочки начинают мерцать
можно конечно выпрямлять и ШИМить, но уж больно ненадежная штука конденцатор
Если сетка настолько слабая, то вообще стрёмновато использовать. Так и до возгорания не далеко :(
Выпрямлять не обязательно. Поскольку нагрузка активная, можно просто использовать ключи на силовых полевиках и частоту коммутации до нескольких килогерц. Такие решения даже на форуме попадались. Хоть я и не фанат этого дела.
а причем тут возгорание когда километровые провода от ТП и сечение никакое, обычное дело, "электросети"
да дело и не в этом, просто хочу зделать универсальный блочек на все случаи а то приходится каждый раз выдумывать, а тут будет универсальный блок управления, и температуру показывает и лепи любую силовую, можно даже 3 выход ШИМ 75Гц сделать (бльше нельзя, будет писк, выше изоляторы не выдержат)
К километровым проводам малого сечения обычно прилагаются клеммы/розетки/вилки/... , рассчитанные на незначительный ток ввиду малой запроектированнй мощности. По моему опыту при большой токовой перегрузке первыми не выдерживают контактные группы в обычных бытовых розетках и вилках.
Тогда изучение долгими вечерами С++ - неизбежность. :)
ну это в старых домах, в новых все впорядке с разетками и со вводом, а вот по столбам что висит смех и слезы
мне бы кто подсказал что в готовый чкетч с шим, как и что вставить для ФИУ а то сам я в этом слаб, не въеду пока в этот С++ да и с английским беда совсем, вот не дается он мне
вы неправильно поняли, симистор и мосфет работают каждый на свою нагрзку (2тена) мосфет включается при переходе через 0 и вылючается в зависимости от мощности, симистор наоборот.
вы неправильно поняли, симистор и мосфет работают каждый на свою нагрзку (2тена) мосфет включается при переходе через 0 и вылючается в зависимости от мощности, симистор наоборот.
Тут всё совсем не так просто. Чтобы отловить переход через "0" и более-менее точно отсчитать фазу для подачи импульса на открытие/закрытие силового ключа, необходимо задействование механизма аппаратных прерываний микропроцессора и, соответственно, их программной обработки. А это другое качество понимания работы устройства. Поскольку речь идёт о практической разработке, то придеётся разбираться в тонкостях и глюках реализации этого дела с учётом того, что в разных "Ардуинах" они разные.
"Простота" цифровой схемотехники тут с лихвой компенсируется "выносом мозга" по части ПО. Хотя всё решаемо. "Люди же делают..." :)
Разные варианты управления мощностью с помощью Ардуино на форуме обсуждались. Поищите. Наверняка найдёте варианты, идейно близкие к Вашему. Поспрошайте тогда конкретных людей, кто это дело практически реализовал, что присоветуют.
В этой теме я специально ушел от всех "Ардуино-тонкостей", чтобы "железячник", если ему надо, гарантированно, без "танцев с бубном", смог использовать Ардуино наиболее простым и понятным сопособом для решения целевых задач управления мощностью, избежав трудоёмкую "ловлю блох и фронтов".
Тут всё совсем не так просто. Чтобы отловить переход через "0" и более-менее точно отсчитать фазу для подачи импульса на открытие/закрытие силового ключа, необходимо задействование механизма аппаратных прерываний микропроцессора и, соответственно, их программной обработки.
(....................)
В этой теме я специально ушел от всех "Ардуино-тонкостей", чтобы "железячник", если ему надо, гарантированно, без "танцев с бубном", смог использовать Ардуино наиболее простым и понятным сопособом для решения целевых задач управления мощностью, избежав трудоёмкую "ловлю блох и фронтов".
Без использования прерываний дискретность отсчета фазы будет определяться полным циклом основной программы. Точность определения - точностью и стабильностью воспроизведения этого самого полного цикла. Какие ресурсы будет забирать основная программа - неизвестно, стабильность - неизвестна. Миллисекунды могут перерасти в десятки миллисекунд с полным срывом управления.
А для управления температурой ТЭНами... Способ, оптимальный по быстродействию - релейное управление. :)
"А для управления температурой ТЭНами... Способ, оптимальный по быстродействию - релейное управление. :)"
ненадо нести бред, управление реле, - это даже не самый дешевый (из-за дороговизны самого реле) и совершенно ненадежный метод. а грохот от этого реле мертвого разбудет, скачки напяжений, тен то не греет, то жарит на полную, что совершенно не допустимо. а самый большой минус, это невозможность потдержания постоянной температуры. проходили, и отказались уже от этого давным давно, и бльше не вспоминам.
главное,- это плавное управление нгрузкой, индикация температур и мощности, и полное исключение участия человека (включил и забыл, как минимум лет на 15)
"А для управления температурой ТЭНами... Способ, оптимальный по быстродействию - релейное управление. :)"
ненадо нести бред, управление реле, - это даже не самый дешевый (из-за дороговизны самого реле) и совершенно ненадежный метод. а грохот от этого реле мертвого разбудет, скачки напяжений, тен то не греет, то жарит на полную, что совершенно не допустимо. а самый большой минус, это невозможность потдержания постоянной температуры. проходили, и отказались уже от этого давным давно, и бльше не вспоминам.
главное,- это плавное управление нгрузкой, индикация температур и мощности, и полное исключение участия человека (включил и забыл, как минимум лет на 15)
1. Это не бред, а научно доказанный факт. И не только для ТЭНов.
2. Твердотельное реле с контролем перехода через ноль сети (SSR zero cross) работает бесшумно от слова "совсем". И электрических помех не создаёт. При правильном выборе параметров наработка на отказ - десятки тысяч часов. Цена вполне доступная, заметно зависит от максимального тока. Конкретные варианты лучше смотреть на Али.
3. Если ТЭН не греет, а жарит, при этом еще пригибая питающую сеть, значит ошибочно рассчитана его мощность.
4. При простейшем релейном методе управления точность поддержания параметра, в данном случае - температуры, зависит от величины гистерезиса на переключение, заданного в системе управления. Конечно, элементы системы управления должны предварительно правильно рассчитаны и исполнены. Без этого простейшие системы склонны к "раскачке".
5. Для ответственных объектов управления, где манипуляция подводимой мощности возможна тоже только 0%/100% используют существенно более сложные, иногда адаптивные алгоритмы управления. Но и там оптимальными по быстродействию оказываются релейные (с точки зрения манипуляции исполнительным устройством) регуляторы. Только моменты включения и отключения 100% мощности рассчитываются весьма хитрым образом.
4. При простейшем релейном методе управления точность поддержания параметра, в данном случае - температуры, зависит от величины гистерезиса на переключение, заданного в системе управления. Конечно, элементы системы управления должны предварительно правильно рассчитаны и исполнены. Без этого простейшие системы склонны к "раскачке".
тут ещё проще - есть 2 ТЭНа. Поставить на выходах 2 шт. SSR и управлять 0-50-100%, программка совсем простая получается.
Насколько я понял из пояснений GEN, единичная мощность ТЭНов такова, что даже включение их через диод вызывает мерцание лампочек освещения. Т.е. манипуляция 100% мощности ТЭНов, чем бы она не осуществлялась, вызывает "светомузыку". Поэтому GEN уменьшает среднюю мощность ТЭНов с помощью ФИУ, размазывая её по каждому полупериоду сети. Так визуально меньше заметно.
И у него желание реализовать "в цифре" именно ФИУ двумя ключами на каждом полупериоде. По моему разумению, и просто, и хорошо так сделать не получается.
Если ТЭНы одинаковые, то их можно было бы включить последовательно и управлять через одно SSR. Возможно, в этом случае их включение/выключение не перегружало бы сеть заметным образом. Это бы дало возможность уйти от ФИУ. Но это надо пробовать.
вы хоть знаете что такое SSR? это обычный симистор (причем не лучший) и оптрон с весьма ограниченой наработкой в одном корпусе, вот и все SSR. они у меня в бойлерах стоят и в дешевых котлах. я пользуюсь, высоковольтным симистором (1600v) и разделительным трансформатором, да сложней но на порядок надежней, и не собираюсь я никуда уходить от ФИУ
а почему МК? это индикация и отключение нагрузки при 10% а включение при 20% мощности, в аналоге это зделать намного сложней
вы хоть знаете что такое SSR? это обычный симистор (причем не лучший) и оптрон с весьма ограниченой наработкой в одном корпусе, вот и все SSR.
Твердотельное реле - это общее название большой группы полупроводниковых силовых устройств. В силовой части которых применяют: тиристоры, симисторы, полевые транзисторы, IGBT-транзисторы.
http://www.power-io.com/library/appnotes/solid-state-relay-terminology.htm
Использование того или другого конкретного типа определяется конкретной задачей и опытом разработчика. Например, реле фирмы Omron достаточно надежное изделие, применяемое в промышленности, в том числе, для ответственных объектов. Это подтверждается практикой.
они у меня в бойлерах стоят и в дешевых котлах.
Использование дешевых китайских комплектующих для объектов, не подлежащих контролю со стороны Ростехнадзора - вполне оправданное решение. Но даже в этом случае необходим их правильный подбор.
И имеете на это полное право.
Для реализации логически сложных алгоритмов управления использовать МК удобнее всего. Здесь МК вне конкуренции. Вы же хотите, не вдаваясь в программирование, на одном и том же МК реализовать и логическое управление, и сервисные функции (индикация, ввод уставки), и ФИУ. Это задачи разных классов. Для их реализации нужны разные подходы и дополнительные знания. Упростить себе задачу можно, применив для ФИУ отдельный МК, где за счет предельно короткой программы можно попробовать обойтись без задействования механизма прерываний и получить приемлемую точность и стабильность результатов. Но это тоже вопрос исследовательский. Может получиться, а может - нет. Да и два МК связывать надо будет между собой.
Я бы в таком случае использовал комбинированный подход. Собственно узел ФИУ, как требующий наибольшего быстродействия, выполнил аппаратно, а логическое управление и сервисные функции реализовал на МК. Вариант классического симисторного ФИУ для реализации такого подхода я привел в данной теме.
"Вариант классического симисторного ФИУ" состоит из одной микросхемы КА555, с обвязкой и SSR
"Вариант классического симисторного ФИУ" состоит из одной микросхемы КА555, с обвязкой и SSR
Мне неизвестен человек, который бы мог вынудить Вас применять описанное схемотехническое решение или запретить использование "одной микросхемы КА555, с обвязкой и SSR".
Включенные последовательно диоды VD6, VD7 за счет крутой прямой вольт-амперной характеристики играют роль низковольтных стабилитронов. Указанные на схеме Д220С – это специальное исполнение диодов Д220 для работы в качестве стабилитронов на прямом участке вольт-амперной характеристики. В данном случае указание на схеме этого типа диодов - просто некий реверанс с моей стороны достижениям минувшей эпохи. В данном случае их вполне можно заменить на любые кремниевые маломощные диоды. Например КД102, КД103 и т.п.
Стабисторов Д220С в магазнах нет, но есть 2С107А.
По характеристике прямое падение напряжения 0,7В вместо 0,6В у Д220С,
но при Iст.ном.=10мА, а не 1мА, как у Д220С.
Нужно ли менять номиналы резиторов/конденсаторов в ГЛИНе?
При замене Д220С на 2С107А остальные детали можно оставить без изменения. Ток в 1 мА для 2С107А находится на краю рабочего диапазона, т.е. он допустим. До 10 мА его увеличивать нельзя. Вся схема питается от параметрического стабилизатора и ориентирована на минимальные токи потребления. В качестве номинального тока для стабилитронов и стабисторов обчыно указывают ток, соответствующий т.н. "термостабильной точке характеристики". Т.е. при таком токе изменение напряжения на приборе от температуры минимальны. Если планируется бытовое применение схемы, то вместо Д220С можно включить любой маломощный кремниевый диод, не обязательно стабистор. Небольшая разница в напряжении стабилизации будет компенсирована при наладке устройства подбором сопротивления резистора R6.
Спасибо. Еще вопрос, если можно.
Хотелось бы иметь сигнал "детектор нуля" для Ардуино, чтобы можно было использовать без изменений программы, написанные для обычной связки "детектор-программа-управление триаком". Можно ли вставить в схему для этого оптопару, чтобы не городить отдельную дорогу "АС-резистор-мост-оптрон".
Данное устроойство специально спроекттировано для того, чтобы снять с Ардуино необходимость контролировать нуль сети и рассчитывать фазу открывания симистора. Поэтому не совсем понятно для чего выводить сигнал нуля сети наружу. Программы для "обычной связки "детектор-программа-управление триаком"" с этим устройством работать не будут. Данному устройству на вход нужно подавать не фазовый сдвиг на открытие симистора, а значение требуемой мощности в нагрузке в виде ШИМ-сигнала.
Если хочется получить сигнал "нуль фазы" для каких-то других опытов, то я прикинул несколько вариантов включения оптрона для внешней синхронизации.
1. Сделать дополнительный узел, как на элементах R2, R3, VT1, только в коллекторную цепь транзистора включить последовательно соединенные светодиод оптрона типа PC817 и резистор сопротивлением 2,2 к - 2,7 к. Эмиттер транзистора оптрона соединит с общим проводом питания Ардуино, а коллектор подтянуть к "+" питания Ардуино через резистор сопротивлением 4,7 к - 6,2 к. Вход Ардуино подключается к коллектору оптрона.
2. Можно попробовать вместо резистора R2 поставить последовательно соединенные вход оптрона и резистор 2,2 к - 2,7 к. Выход оформить, как в варианте 1. Такое включение может увеличить минимальное значение регулируемой мощности, но как конкретно, нужно проверять.
В данном устройстве для упрощения и повышения надежности детектор нуля совмещен с узлом питания, выполненным по схеме параметрического стабилизатора. По нагрузочной способности он весьма ограничен. Пришлось даже для управления силовым симистором использовать оптрон с пониженным входным током и импульсным включением (см. раздел "Импульсный запуск симистора"). Для распространенных типов оптронов условно-номинальный ток светодиода порядка 20 мА. Здесь такого тока взять негде. В предложенных вариантах я снижаю входной ток примерно до 3 мА, учитывая малый ток на выходе. При этом уже могут сказаться характеристики конкретного примененного оптрона. Поэтому, на мой взгляд, если Вы хотите экспериментировать с прямым управлением симистором от Ардуино, то имеет смысл сделать для этой цели отдельный аппаратный узел.