коммутация мощных нагрузок / Хабр
Привет, Geektimes!
Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.
Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.
Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.
Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:
- Гальваническая развязка входа и нагрузки
- Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
- Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности
Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.
Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.
Включаем:
Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи.
Ожидаемо.
Выключаем:
Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.
Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.
Включаем:
Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.
Выключаем:
Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.
Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.
Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.
А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.
Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.
Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом).
Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.
Включение:
Выключение:
Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.
Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:
Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза.
За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.
Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.
Каталог радиолюбительских схем. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ.
Каталог радиолюбительских схем. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ.СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ
Ю.ЗИРЮКИН,
225210, г.Береза, ул.Северная, 55 — 35.
В радиолюбительской практике хорошо зарекомендовали себя простые тиристорные устройства защиты блоков питания от перегрузок по току, например описанные в [1] и [2]. Схема, изображенная на рис. 1, представляет собой несколько измененный стабилизатор напряжения с защитой [2]. Как показала практика, при использовании кремниевых транзисторов и токе нагрузки не более 1 …2 А нет необходимости в дополнительной защите с помощью реле. Даже разогретый регулирующий транзистор надежно запирается тиристорной защитой.
Схема собственно защиты собрана на Rl, R2, VD1, VD2 и VS1. При увеличении тока нагрузки увеличивается падение Напряжения на R2. По достижении им некоторого значения тиристор открывается и база VT1 через VD2 и VS1 оказывается подключенной к «-» источника, VT1 и VT2 закрываются и напряжение на выходе стабилизатора падает примерно до 0,1…0,2 В. Загорается светодиод индикации перегрузки. Для повторного включения стабилизатора необходимо устранить причину перегрузки и закрыть тиристор кратковременным нажатием кнопки SB1. Можно использовать кнопку с нормально замкнутыми контактами, включив ее в разрыв цепи катода тиристора.
При настройке сначала подбором R3 следует установить ток стабилитрона VD3 на уровне 20…30 мА, а затем измерить ток через тиристор. Для этого в разрыв катода тиристора следует включить миллиамперметр на 60… 100 мА, резистором R4 установить максим альное выходное напряжение и вызвать срабатывание защиты, кратковременно «коротнув» выход стабилизатора. Если ток тиристора превышает 60…65 мА, сопротивление R3 необходимо увеличить, т.к. максимально допустимый ток анода КУ101 — 75 мА. Далее изменением сопротивления резистора R2 установить требуемое значение тока нагрузки, при котором срабатывает защита. Его величина может составлять от 20…30 мА до 1.. .2 А. Например для указанных на схеме напряжений и VS1 КУ101Б, a R2=36 Ом защита включается при токе нагрузки около 30 мА, а для R2=4 Ом — 0,5А.
Транзисторы и диоды указанных типов — с любыми буквенными индексами.
VT1, VT2—мощные кремниевые, тип — исходят требуемых тока нагрузки и выходного напряжения. Например VT1 —КТ801,КТ807; VT2—КТ802…КТ805ит.п. VD2 — любой кремниевый (КД102…КД105, Д 206… Д211). Стабилитрон VD3 определяет максимальное выходное напряжение стабилизатора. Его можно заменить цепочкой диодов с меньшим напряжением стабилизации, например использовать 2 шт. Д814Б. Но коэффициент стабилизации при этом может уменьшиться.
Значительно увеличить стабильность выходного напряжения при нестабильной сети можно, если заменить резистор R3 генератором тока согласно рис.2. Подбором R7 устанавливается требуемый ток через VD3. VT3 заменяется на МП21, МП25, МП26 или на аналогичный по параметрам кремниевый.
Необходимо отметить, что работа защиты зависит не только от величины тока нагрузки, но и от скорости его нарастания. Например если зашита включается при медленном возрастании тока нагрузки, скажем, до 500мА, то при его резком скачкообразном увеличении защита срабатавает при токе примерно 450.
..480мА. Литература
1. Лукьянчиков О. Стабилизатор напряжения с двойной защитой от КЗ в нагруз-ке//Радио. —1986. —N9.
2. Галацкий Б. Упрощенный стабилизатор напряжения с двойной защитой от перегрузки//Радио. —1992. — N8.
Радиолюбитель 12/95, с. 15.
| Содержание | © Каталог радиолюбительских схемВсе права защищены. Радиолюбительская страница.Перепечатка разрешается только с указанием ссылки на данный сайт. Пишите нам. E-mail: [email protected] или [email protected]. | Я радиолюбитель |
переключателей — Реле или тиристоры: что лучше всего подходит для быстрого включения и выключения света 230 В (~ 5 Гц)?
Здесь три основных вопроса.
Во-первых, вы, кажется, не осознаете, что эффективно строите диммерную схему, когда начинаете использовать электронное переключение.
Если вы погуглите «схема диммера театрального света», вы найдете несколько полезных ссылок, в том числе старую статью ePanorama о различных типах. Вы также можете найти полезные ссылки на сайте Everyday Practical Electronics. Сейчас это уже почти исторично, так как в основном это было изобретено в 19 веке.80-х и нельзя было сделать лучше/по-другому.
Вторая серьезная проблема заключается в том, что вы не осознаете, что ваш дизайн имеет серьезные недостатки. Обычные бытовые лампы мощностью 60 Вт не предназначены для приличного освещения сцены. Бросок совершенно неправильный, и, кроме того, они просто недостаточно сообразительны, чтобы сделать все дерьмо. Сценическое освещение требует сумасшедшей мощности, если вы используете лампы накаливания. Однако, когда вы используете такую мощность, вы получаете много тепла, и тогда вам нужен дизайн сценического номинала, чтобы держать это под контролем. Так что с таким же успехом можно купить сценические парсы.
За исключением того, что управлять всей этой мощью просто кошмар.
Это настоящая работа, чтобы убедиться, что вы не перегорите предохранители во время вашего концерта. И что еще хуже, вашей схеме переключения также придется рассеивать большое количество тепла. А также необходимость не мешать звуку при включении и выключении, что является вечной проблемой для каждого когда-либо созданного сетевого диммера, даже самого лучшего. На самом деле, неважно ваш звук — вам также нужно не блокировать прием теле- и радиосигналов на пару кварталов вокруг вас.
Решение, которое в наши дни использует каждая сцена, каждый диджей и музыкант, — это светодиоды pars. Довольно дешевый, маломощный, приличная яркость, управляемый по DMX. Дело сделано.
Итак, если вы собираетесь строить свои собственные светильники в наши дни, вам следует использовать светодиоды. Делайте работу правильно. Конечно, сделать это самостоятельно будет намного дороже, чем купить его в готовом виде, но тогда у вас должна была быть та же ситуация с вашим первоначальным предложением, поэтому я предполагаю, что вы делаете это как проект, чтобы изучайте электронику, а не потому, что конечный результат будет очень полезным или рентабельным.
Но есть и третья проблема. Это связано с сетевым напряжением, и вы совершенно очевидно еще не очень хорошо разбираетесь в электронике. Это представляет явную опасность для вас, вашего дома и всех, кто в нем живет. Я настоятельно советую вам не пытаться это сделать, потому что вы еще недостаточно знаете, чтобы быть в безопасности с сетью.
Изменить, чтобы добавить: Если вы планируете выступать в качестве ди-джея, это также представляет явную опасность для всех на ваших концертах. Ваш набор для домашнего пивоварения не пройдет тест на электробезопасность. Если что-то пойдет не так, то вы непосредственно виноваты в грубой небрежности, и ваша страховка вас не покроет. Это означает, что вы и ваша семья также можете потерять свой дом и все, что у вас есть.
Если я недостаточно ясно выразился, вам действительно не следует этого делать…
ac — Замена реле симистором
спросил
Изменено 2 года, 5 месяцев назад
Просмотрено 220 раз
\$\начало группы\$
Я разрабатываю простое приложение для управления напряжением 230 В переменного тока вкл/выкл с нагрузкой менее 2 А.
Я ежедневно использую реле, управляемые микроконтроллерами, в других своих проектах, но из-за нехватки места я думаю об использовании симистора в этом проекте.
Я выбрал BT134-600E, меня беспокоит продолжительность жизни схемы.
Я ожидаю 5 лет средней продолжительности жизни при 8-10 часах работы в день.
Кто-нибудь может подсказать, какие меры предосторожности мне нужно предпринять, чтобы симистор прослужил не менее 5 лет?
Также приветствуются другие предложения.
- переменный ток
- управление
- симистор
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Я ежедневно использую реле, управляемые микроконтроллерами, в других моих проектах, но из-за нехватки места я думаю использовать симистор в этом проекте.
Если вы ограничены в пространстве, я советую вам использовать обычное реле (электромагнитное), а не одно с симистором, потому что в последнем случае вам придется использовать оптопару для гальванической развязки + цепь демпфера для симистора + демпфер для оптопары как рекомендуется в спецификации на стр.
4.
Ожидаемый средний срок службы 5 лет при 8-10 часах работы в день
Я не могу сказать точное время жизни твердотельного реле (одно с симистором), но, безусловно, оно больше, чем у электромагнитного реле. Так что, возможно, вам не нужно беспокоиться об этом.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Реле дает гальваническую развязку, симистор нет. Используйте твердотельное реле. Срок службы реле ЭМ измеряется в оборотах включения-выключения. Симистор зависит от качества.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Реле с известной нагрузкой и напряжением выдержит довольно предсказуемое количество срабатываний.
Симистор может мгновенно выйти из строя из-за переходного процесса или продолжать работать десятилетиями. Чтобы продлить срок службы, постарайтесь свести к минимуму скачки температуры на кристалле, купите максимально возможное напряжение и защитите его с помощью MOV или подобного устройства.
