Управление Освещением С Помощью Реле Схема

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117 не сильно сложная а использование драйвера позволяет наиболее эффективно использовать транзистор. Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например IR2151) для построения двухтактной схемы но для простого включения нагрузки это не требуется Это нужно если нагрузку нельзя оставлять «висеть в воздухе» а требуется обязательно подтягивать. Таким образом эта оптопара выступает в роли драйвера симистора Существуют и драйверы с детектором нуля — например MOC3061 Они переключаются только в начале периода что снижает помехи в электросети. Кроме заряда паразитный конденсатор нужно ещё и разряжать Поэтому оптимальной представляется двухтактная на комплементарных биполярных транзисторах (можно взять например КТ3102. Подкупают своей простотой и эффективностью Например HLS8-22F-5VDC — управляется напряжением 5 В и способно коммутировать нагрузку подтребляющую ток до. В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В а ток — 60 мА поэтому при подключении к микроконтроллеру возможно придётся использовать дополнительный транзисторный ключ. Это кстати означает что подключать светодиоды напрямую к выводам нельзя Без токоограничивающих резисторов микро просто сгорит а с ними светодиодам не будет хватать тока чтобы светить ярко. Таким образом мы нашли значения сопротивлений R1. После того как симистор открылся его можно закрыть поменяв полярность или снизив ток через него то величины меньшей чем так называемый ток удержания Но так как питание организовано переменным током это автоматически произойдёт по окончании полупериода. С точки зрения микроконтроллера само является мощной нагрузкой причём индуктивной Поэтому для включения или выключения нужно использовать например транзисторный ключ подключения и также улучшение этой схемы было рассмотрено ранее. Модели выбраны случайно просто это транзисторы которые легко найти или откуда-то выпаять Для ключа в рассматриваемой схеме конечно можно использовать любой n-p-n-транзистор подходящий по параметрам.

Для пуска электродвигателя в противоположном направлении условно При управлении типа push-pull разряда конденсатора образует фактически RC-цепочку в которой максимальный ток разряда будет равен I_{разр} = \frac{V}{R_1} где $V$ — напряжение которым управляется транзистор. Основные параметры на которые следует обращать внимание — это пороговое напряжение $V_{th}$ максимальный ток через сток $I_D$ и сопротивление сток — исток $R_{DS}$ у открытого транзистора Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов. Симистор — это фактически двунаправленный тиристор А значит он позволяет пропускать не полуволны а полную волну напряжения питания нагрузки Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами: Все схемы нарисованы в KiCAD В последнее время для своих проектов использую именно его очень удобно рекомендую С его можно не только чертить схемы но и проектировать печатные платы. Зная мощность нагрузки $P$ и напряжение питания $V$ можно найти ток коллектора а из него и ток базы: I_б = \frac1{\beta} \frac{P}{V} По закону Ома получаем: Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET (даже для двухтактных схем) Это связано с тем что n-канальные транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики Простейшая ключа на MOSFET приведена ниже. Пример IGBT — IRG4BC30F. Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора Примеры таких транзисторов приведены в таблице. Обратите внимание что нагрузка (LOAD) подключена к коллектору то есть «сверху» Если подключить её «снизу» у нас возникнет несколько проблем. Рис 2.8 управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с магнитного пускателя: Q – выключатель; F – предохранитель; Для этого можно применить схему приведённую ниже Есть также модели симисторов которым не требуется снаббер Например BTA06-600C. Главное преимущество — простота использования — омрачается несколькими недостатками: Изменение тока статора Iи частоты вращения ротора n2во время пуска электродвигателя показано. Для расчёта сопротивления R1 нужно вспомнить соотношение для упрощённой модели транзистора: I_к = \beta I_б Коэффициент $\beta$ — это коэффициент усиления по току Его ещё обозначают $h_{21э}$ или $h_{FE}$ У разных транзисторов он разный.

Управлять ключом на IGBT можно так же как и ключом на MOSFET Из-за того что IGBT применяются больше в силовой электронике они обычно используются вместе с драйверами Например согласно даташиту IR2117 можно использовать для управления IGBT. Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до 1 А Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через второй силовой симистор Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например лампой накаливания). Нелишним будет напомнить что 220 В в электросети — это значение действующего напряжения Пиковое напряжение равно $\sqrt2 \cdot 220 \approx 310\,В$. Второй способ нам не подходит так как напряжение питания у нас будет постоянной амплитуды. Примеры симисторов приведены в таблице ниже Здесь $I_H$ — ток удержания $\max\ I_{T(RMS)}$ — максимальный ток $\max\ V_{DRM}$ — максимальное напряжение $I_{GT}$ — отпирающий ток. С фазным ротором: QF – выключатель; КМ – магнитный пускатель в цепи статора КМ1 – КМ3 – магнитный пускатель ускорения; SBC – кнопочный выключатель включения двигателя;R – пусковой реостат; SBT – кнопочный выключатель отключения двигателя Простейший ключ на биполярном транзисторе проводимости n-p-n выглядит следующим образом В остальном работа ключа остаётся. На естественной характеристике ток статора и частота вращения ротора достигают номинальных значений Остановка электродвигателя осуществляется кнопочным выключателем SBT. Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени относится и к другим видам ключей Если нагрузка резистивная то диод не нужен В итоге усовершенствованная принимает следующий вид. Таким образом в арсенале у нас достаточно способов управления нагрузкой чтобы решить практически любую задачу которая может возникнуть перед радиолюбителем. Все предыдущие схемы отличало то что нагрузка хоть и была мощной но работала от постоянного тока В х была чётко выраженные земля и линия питания (или две линии — для контроллера и нагрузки). Таким образом при подаче «1» на вход нашей схемы ток от источника питания потечёт через резистор R1 базу и эмиттер на землю При этом транзистор откроется (если конечно ток достаточно большой) и ток сможет идти через переход коллектор — эмиттер а значит и через нагрузку. Ёмкость C1 зависит от времени переключения Можно взять например 10 мкФ С другой стороны ёмкость будет ограничивать частоту переключения хоть и на незначительную для практических целей величину. Возможно регулирование частоты вращения изменением напряжения на обмотке статора Для этих целей используются автотрансформаторы с плавным регулированием напряжения магнитные усилители тиристорные регуляторы напряжения. Также важно при выборе модели транзистора помнить о предельном токе коллектора и напряжении коллектор — эмиттер Ниже как пример приведены характеристики некоторых популярных транзисторов с проводимостью n-p-n. Они сочетают в себе преимущества как МОП- так и биполярных транзисторов: управляются напряжением имеют большие значения предельно допустимых напряжений. Если нагрузка очень мощная то ток через неё может достигать нескольких ампер Для мощных транзисторов коэффициент $\beta$ может быть недостаточным (Тем более как видно из таблицы для мощных транзисторов он и так невелик.) Главной цепи и в цепи управления Вспомогательный контакт КМ1 в цепи управления шунтирует кнопочный выключатель SBС1 и обеспечивает продолжительную работу привода после снятия нагрузки нажатия с кнопочного выключателя. Резистор R2 обычно берут с сопротивлением в 10 раз большим чем сопротивление R1 чтобы образованный этими резисторами делитель не понижал слишком сильно напряжение между базой и эмиттером. Характеристики (рабочий ток и падение напряжения) типичных светодиодов диаметром 5 мм можно приблизительно оценить по таблице. Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора Этот фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным ключом. Резистор R1 играет важную роль — он ограничивает ток через переход база — эмиттер Если бы его не было ток не был бы ничем ограничен и просто испортил бы управляющую микросхему (ведь именно она связывает линию питания с транзистором). Рис Изменение тока статора и частоты вращения ротора асинхронного двигателя с фазным ротором во. Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше использовать оптопару или специальный симисторный драйвер Например MOC3023M. Будем считать что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой Части схем решающие эту задачу называют ключами ШИМ-регуляторы диммеры и прочее рассматривать не будем (почти) Условно можно выделить 3 группы методов: Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов достаточно маленькое но следует помнить что при больших напряжениях управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной мощности в. Значение сопротивление было округлено чтобы попасть в ряд E12 Для тока $I_{LED} = 0{,}075\,А$ управляющий ток должен быть в $\beta = 50$ раз меньше: Пусть например требуется включать и выключать светодиод с микроконтроллера Тогда управления будет выглядеть следующим образом Пусть напряжение питания равно. Во многих случаях при управлении электроприводом необходимо изменять направление вращения электродвигателя Для этого применяются реверсивные магнитные пускатели. Км – магнитный пускатель КК1 КК2 – тепловое ; SBC – кнопочный выключатель включения двигателя; SBT – кнопочный выключатель отключения двигателя Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору между стоком и землёй то решение есть Можно использовать готовую микросхему — драйвер верхнего плеча Верхнего — потому что транзистор сверху. Рис управления асинхронным двигателем Керамический конденсатор дожен быть рассчитан на напряжение большее пикового в сети питания Ещё раз вспомним что для 220 В — это 310 В Лучше брать с запасом Типичные значения: $C_1 = 0{,}01\,мкФ$ $R_4 = 33\,Ом$. В этой схеме коэффициенты $\beta$ двух транзисторов умножаются что позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить эмиттер и базу резистором. В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов Первый транзистор управляет током который открывает второй транзистор Такая включения называется схемой Дарлингтона Для цепей переменного тока нужно использовать другие подходы Самые распространённые — это использование тиристоров симисторов и рассмотрим чуть позже а пока поговорим о первых двух. Сопротивления должны быть достаточно большими чтобы не влиять на ток база — эмиттер Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В. Тиристор — это полупроводниковый прибор который может находится в двух состояниях: © Вадим Великодный 2018 Рис Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором: 1 2 3 – при включении ступеней пускового реостата; 4 – естественная; П –.   При выборе симистора важно учесть величину тока удержания ($I_H$) Если взять мощный симистор с большим током удержания ток через нагрузку может оказаться слишком маленьким и симистор просто не откроется. Простейшая управления электродвигателем может иметь только неавтоматический выключательQи предохранителиF или автоматический выключатель. Пусть используется белый светодиод В качестве транзисторного ключа используем КТ315Г — он подходит по максимальному току (100 мА) и напряжению (35 В) Будем считать что его коэффициент передачи тока равен $\beta = 50$ (наименьшее значение). Падение напряжения на переходе эмиттер — база примем равным $V_{EB} = 0{,}7\,В$ Отсюда R_1 = \frac{V - V_{EB}}{I_б} \approx 2{,}7\,кОм Сопротивление округлялось в меньшую сторону чтобы обеспечить запас. Реверсивного включения может в обоснованных случаях применяться для торможения двигателя противовключением электродвигателями с фазным ротором На рис приведена управления асинхронным двигателем с фазным ротором.

Выбор способа управления зависит как от типа нагрузки так и от вида применяемой цифровой логики Если построена на ТТЛ-микрох то следует помнить что они управляются током в отличие от КМОП где осуществляется напряжением Иногда. Итак если падение напряжения на диоде равно $V_{LED} = 3{,}6\,В$ а напряжение насыщения транзистора $V_{CE} = 0{,}4\,В$ то напряжение на резисторе R2 будет равно $V_{R2} = 5{,}0 - 3{,}6 - 0{,}4 = 1\,В$ Для рабочего тока светодиода $I_{LED} = 0{,}075\,А$ получаем Снаббер не сильно улучшает ситуацию с выбросами но с ним лучше чем.