Симисторная оптопара. Управление симистором. Переключатель
Симисторная оптопара (оптосимистор) принадлежат к классу оптронов и обеспечивают отличную гальваническую развязку между низковольтной управляющей частью схемы и силовой нагрузкой, посредством оптического канала. Они состоят из инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными
симисторами, например, при реализации реле высокого напряжения или большой мощности.Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами. Цоколевка и внутренняя структура показана на рисунке.
Внутренняя структура оптосимистораНиже приведена таблица классификации симисторных оптопар МОС3009-МОС3083
| Ток светодиода оптосимистора, (мА) | Типы оптосимисторов | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 30 | МОС 3009 | МОС3020 | ||||
| 15 | МОС 3010 | МОС3021 | МОС3031 | МОС3041 | МОС3061 | МОС3081 |
| 10 | МОС 3011 | МОС3022 | МОС3032 | МОС3042 | МОС3062 | МОС3082 |
| 5 | МОС 3012 | МОС3023 | МОС3033 | МОС3043 | МОС3063 | МОС3083 |
| Напряжение на нагрузке | 110/120В | 220/240В | 110/120В | 220/240В | 220/240В | 220/240В |
| Схема обнаружения нуля | Нет | Нет | Да | Да | Да | Да |
| Максимальное обратное напряжение | 250 В | 400 В | 250 В | 400 В | 600 В | 800 В |
| Максимальное падение прямого напряжения на светодиоде оптосимистора | 1,5В | 1,5В | 1,5В | 1,5В | 1,5В | 1,5В |
| Максимально допустимое обратное напряжение светодиода оптосимистора | 3 В | 3 В | 3 В | 6 В | 6 В | 6 В |
| Максимально допустимый ток светодиода оптосимистора, не более мА | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
Для снижения помех желательно использовать симисторы, открывающиеся при переходе через ноль напряжения питания.
Оптосимисторы без обнаружения нуля чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания должно отключаться.Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8в (максимум 3 вольта) при токе до 100 мА.
Ток удержания, поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100 мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения.
Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии варьируется в зависимости от модели симисторной оптопары. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5 мА, если светодиод находится под напряжением.
У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5 вольт для всех моделей оптосимисторов.
Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада – не более 1 А.
Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при температуре 25 градусов.)
Типичная схема подключения, расчеты элементов.
Сопротивление ограничительного резистора Rдиода зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, необходимого для отпирания симистора.
Для примера рассчитаем Rдиода для оптосимистора МОС3083 и напряжения питания +5 вольт. В нашем случае максимальный ток, который может пропустить через себя светодиод оптосимистора 60 мА, рабочий ток 5 мА. Следует принять ток светодиода 10 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течении срока службы, постепенного ослабления силы тока (запас 5 мА).
Таким образом Rдиода = (5-1,5)/0,01 = 350 Ом (ближайшее 360 Ом).
При использовании транзисторного ключа, следует учитывать падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения – порядка 0,3 вольта и расчеты проводить не для 5 вольт, а 4,7 вольт.
В таком случае Rдиода составит 320 Ом (ближайшее 330 Ом).Рассмотрим
типичную схему подключения симисторной оптопары.Резистор
R на схеме включать необязательно, если нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой Rзащ-Cзащ (смотрите подробнее — защита симистора), резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора.В случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через ноль, конденсатор
Сзащ может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничит этот ток разряда. Зная, что максимально допустимый ток для оптосимистора 1 ампер и, приняв за максимальное значение действующего напряжения в сети 260 вольт, рассчитаем минимальное значение сопротивления R:R = 260 х √2 / 1 = 368 Ом (ближайшее 360 Ом).
Слишком большая величина может привести к нарушению работы.
Значение резистора
Rупр может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом. Резисторы R и Rупр вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов.Защитная цепочка для симистора просто необходима. Для оптосимисторов с обнаружением нуля, такой как МОС3083, — желательна. Для высокоиндуктивной нагрузки значение
Rзащ необходимо увеличить до 360 Ом.Практические замечания
В выше приведенной схеме нагрузка подключается к аноду А1. Если подключить к аноду А2, схема работать не будет, нагрузка будет подключаться сразу и не будет управляться электродом.
Глядя на
структурную схему симистора, можно заметить, что управляющий электрод находится рядом с анодом А1. И сопротивление между ними невелико. Так, например для симистора ВТА41 оно составляет 60 Ом. Положение анодов для симистора ВТА41 приведено на рисунке ниже.
Симистор ВТА41Как видно из рисунка теплоотводящая часть симистора может быть изолированной или может служить дополнительным выводом анода А2. Это нужно учитывать перед креплением на радиатор.
Радиатор для симистора следует выбирать в зависимости от рабочего тока, который будет протекать через нагрузку, и от падения напряжения на переходе между анодами А1 и А2. Так в открытом состоянии падение напряжения Ua1a2 на симисторе ВТА41 составляет 0,9 вольт.
Мощность, выделяемую в качестве тепла на радиаторе, вычислить просто.P = Ua1a2 х IнагрЕсли мощность нагрузки 1 кВт, то ток, проходящий через симистор, составит приблизительно 4,5 ампера. Следовательно, симистор должен рассеять примерно 4 Вт тепла. И чем больше ток, проходящий через симистор, тем больший необходимо установить радиатор.
Так, если на симистор ВТА41 посадить радиатор 14х14 мм и нагрузку в 1 кВт, симистор долго не протянет, температура будет обжигающей.
При размере радиатора 60х66 мм (что в 20 раз больше) — температура уже 60 градусов и он сможет обеспечить стабильную работу симистора в вентилируемом корпусе. Увеличив нагрузку до 2 кВт, придется увеличить площадь радиатора. Нагрев — это проблема симистора и никуда от этого не денешься.Радиаторы 66х60 мм и 14х14 мм.Радиаторы 66х60 мм и 80х110 ммПереключение нагрузок управляющим сигналом
Иногда нужно не просто отключать или включать нагрузки с помощью симистора, а еще и переключать их. Самые распространённые реле обычно так и работают. Если через катушку реле проходит достаточный ток, замыкаются контакты, если нет – автоматически замыкаются другие контакты. Происходит переключение.
Чтобы заставить переключаться нагрузки на симисторе необходимо создать условия, при которых нагрузки будут управляться одним сигналом. При этом если подача напряжения (например, +5 вольт) открывает один оптосимистор, второй должен тут же закрыться. Такую схему легко реализовать, если использовать на входе второго оптосимистора простой инвертор на транзисторе.
Транзистор работает в ключевом режиме. При открытии создает на светодиоде оптрона фактически нулевое напряжение. Ток через второй оптосимистор не протекает, он закрыт. Первый оптрон работает как обычно. Все поменяется при отсутствии управляющего сигнала. Произойдет переключение как в обычном реле.
Схема может работать даже от маломощного источника сигнала. Например, можно использовать выходы элементов логики или микроконтроллеров.
Без подачи управляющего сигналаПодаем сигналВторой вариант схемы проще, но зависит от реализации схемы источника сигнала. Если, например, внутри микросхемы триггера «нулевой» выходной сигнал означает заземление выходного контакта, то схема будет работать. Нужно смотреть внутреннюю структуру конкретного источника.
Ссылки на основные компоненты:
Оптосимисторы МОС3083 и др.
Симисторы на 16 ампер
Симисторы на 20 ампер
Симистор BTA40
Симистор BTA41-600B
Исправите ошибку на схеме. На правильное подключение.
1
Добрый день! Дело в том, что moc3083 предназначен для управления симистором. При использовании реле симистор не нужен, следовательно, не нужен и какой бы то ни было оптосимистор. В вашем случае реле включает или отключает нагрузку, а управляется вероятнее всего обычным транзисторным ключом.
1
org/Person”> Вася ИвановДень добрый, МОС3083 подойдет если реле будет управлять тэном котла (резистивной нагрузкой) ? Если нет то какое выбрать?
Александр, значение емкости конденсатора 0,01 мкФ указано в технической документации к оптосимистору. В данном случае производители посчитали, что разряд такой емкости конденсатора через оптосимистор будет оптимальным. Симистор не всегда управляется с помощью оптронов. Нам не всегда известно насколько индуктивной будет нагрузка. Поэтому емкость конденсатора зачастую устанавливается приблизительно. У китайских производителей, например, встречаются цепочки с емкостью 0,22 мкф И 100 Ом. Если в техническом описании к симистору найдете упоминание о параметрах защиты – пользуйтесь ими. Если нет – используйте емкость порядка 0,1 мкФ плюс/минус и резистор, сопротивление которого рекомендуется иногда увеличить вплоть до 360Ом с ростом индуктивности нагрузки.
Если нагрузка чисто резистивная – защитные цепочки можно вовсе не устанавливать.
Прочитал. Все вроде бы понятно. Один вопрос. Снабберная цепочка. Конденсатор 0,01 мкф. Далее по тексту ссылка на статью о защите симистора. В той статье указано что конденсатор 100 нф, то есть 0,1 мкф. В чем фокус?
Простите, перечитываю Ваш вопрос, не могу вникнуть в его суть. Если Вы имеете в виду управление оптопарой с помощью элементов логики, то есть несколько нюансов. На первый вывод нужно подать такое же напряжение, каким питается микросхема логики.
На второй вывод подключается логический сигнал этой микросхемы. При подаче логической “1” – оптосимистор будет отключен “OFF”, логического нуля – включен “ON”. Ограничительный резистор на первом выводе оптрона может быть и не нужен, поскольку у микросхем логики итак небольшой втекающий ток.2
Валерий
Добрый человек ! Прекрасное толкование, если позволите частный вопросик, на оптическом входе “0” выход ключа нужен ON на входе “5” выход OFF судя по Вашему примечанию это невозможно ?
3
org/Person”> НиколайДа попросту не имею макетки. А собирать буду сразу прототип. И схемку придумал, только что! Зажигаться должны будут одноименные лампочки, две другие, как я полагаю, не имеют права, даже моргнуть!! Все у меня, кроме одной оптопары, имеется. Но продавец обещал подсобить. А лампочки будут светодиодные без всяких внутренних наворотов, а лучше просто по два встречно параллельных светодиода с соответствующими резисторами (как в выключателях с подсветкой бывало). А там где общая точка, после ламп будет уже одна лампа накаливания. Ведь просто лампочки в дефиците уже, а вот у светодиодов и реакция повыше. Получится – постараюсь отписаться. И еще.. Мне кажется разницы нет межу 4 и 6 ногами оптопары. Вот если только внутреннее устройство “zero” вносит какие либо запреты по этому поводу? Спасибо Вам! Огромное!
1
Не заметил сразу, что фаза подключается с разных сторон. Теперь более логично. Думаю схема должна заработать. Не спешите только спаивать, проверьте на макетной плате. Порой причуды вылазят из ни откуда. Возможно схема еще заставит понервничать. Но теоретически теперь все ОК.1
Николай
Извините забыл сообщить, что пуск двигателя – именно – “плавный”, благодаря конденсаторам С2, С2а , в третьем скрине.
4
На верхнем выводе якоря, при переключениях, будет или L или N, а на нижнем N или L, а это и есть реверс.
BTA16 на радиаторе со спичечный коробок. Мотор в 300W крутит вальцы профилегиба, через редуктор, конечно. А вот про эту приблуду никак не могу копнуть информации. Приходилось мне разбивать вышедший из строя трехфазный симисторный модуль (твердотельное реле) SSR на 100А, так там не симисторы, а по два, включенных встречно параллельно, бескорпусных тиристора, на каждую фазу. Думаю получится, если подумать, а не пороть горячку (не жечь кремний)!? Скинул и “кишки” твердотелки … Проще представить L и N, заменив на “+” и “-” . У некоторых стиралок применяется выпрямитель. Ведь при переменном токе изменение направления ЭДС происходит одновременно и в ОВ и в якоре. Двигатели такого типа работают как от постоянки, так, и, от переменки. Нагрузка силового симистора может быть как со стороны электрода Т1, так и со стороны Т2. Это как в простом выключателе. На выводе -12V по схеме – “шасси”, но так как не прорисован источник, пришлось так обозначить. На пускателе ПМЛ1501 (спаренный) схема работает, так ведь не устраивает, не нравятся мне “хлопушки”. Кстати R330Om на Вашей схеме не управляющий, а удерживающий (запирающий) симистор от всяких “неожиданностей”. А вот другой, что в цепи оптосимистора – управляющий. Извиняюсь за свою “неожиданность” – первый скрин сбросил “недоработанным”, потом исправился! На последнем скрине (помечено РЧО на первом) все проверено – регулирует обороты от 16000 и почти до минимальных, не зависимо от приложенной нагрузки (в разумных пределах конечно).1
И не забывайте о пусковых токах. Возможно симисторы окажутся слабоватыми.
2
Давайте по порядку. При управлении схемой от 12 вольт ограничивающий резистор для оптопары MOC3063 маловат.
Зачем ему вращаться в другом направлении? Схема не дает ответа зачем одновременно использовать два оптосимистора. Это всё равно, что использовать два выключателя для включения одной и той же лампочки. Перед лампочкой и после ее. Будет греться не один, а два симистора. Думаю, даже при правильном подключении электродов реверс не получится. Впрочем, практика лучшая наука. Дерзайте, пусть лучше все получится! С расчетом на выгорание оптимальным будет 1.2 кОм (для тока 8 мА) максимум 2 кОм (можно 2.1 кОм, но такого номинала нет). 1 кОм маловато, но работать разумеется будет. Это все с учетом, если у Вас на 2 выводе оптосимисторов именно земля, а не -12В. ( В случае -12В сопротивление нужно увеличивать еще в два раза).
Далее, управляющие электроды всех симисторов подключены не правильно. Нужно подключать к 4, а не 6 выводу оптосимистора. Оптимальное значение резистора между 6 выводом оптосимистора и электродом А2 симистора 360 Ом, между 4-ым выводом и электродом А1 – 330 Ом. (номинал 310 мне не встречался).
Двигатель является индуктивной нагрузкой. Снабберные цепочки для индуктивной нагрузки просто необходимы. Конденсатор 0,01мкФ 350В и выше, резистор до 360 Ом (для высокоиндуктивных нагрузок). Это рекомендация производителя оптосимисторов.
В целом присмотритесь внимательно к схеме. +12В подается либо на 1,4 оптосимистор, либо на 3,4. Вопрос, что при этом изменяется для двигателя. Он получает одно и тоже напряжения.Николай
Здравствуйте! Иконка скрепки, при наведении курсора, изменяет цвет. Но на этом всё удовольствие – она неконтактильна. Оптрон у меня будет при каждом симисторе из четырех. И само собой реверс при полной остановке двигателя. Оказывается нажимал не на ту “скрепочку”. Включаться будут попарно: два красных или два зеленых симистора.
Меня интересует, правильно ли посчитаны номиналы резисторов. В снабберных цепочках, думаю, нет необходимости? Тумблер со средним положением. В электро инструментах реверс производится именно якорем. А в моем варианте можно и якорем и, полюсными обмотками.1
Здравствуйте! С Рождеством Вас! Так уж сложилось, что я очень редко работаю с мощными электродвигателями. Вижу у Вас серьезная задумка. Но, на сколько я понимаю, в болгарках или электродрелях реверс включается путем переключения напряжения на другие обмотки. Изменение направления тока с помощью симисторов, звучит как-то не корректно (ведь мы имеем дело с переменным током). Я так понимаю, с помощью оптосимисторов напряжение должно подаваться, то на прямую, то на реверсивную обмотку. Но при этом, по идее, достаточно двух оптронов. Плюс нельзя забывать о инерционном движении двигателя.
Возможно, нужна обмотка, фиксирующая отсутствие вращения (напряжения) и разрешающая реверс. Или делать все вручную. Как, собственно, и предполагается при использовании трехфазных реверсивных реле. Вот, что пишет производитель: “Не переключайте реверс до полной остановки двигателя!
Для изменения направления вращения используйте 3-позиционный переключатель с фиксацией в среднем положении (стоп)”.
Кстати, к сообщениям можно прикреплять рисунки или pdf-файлы до 1,5 Мб. Нужно нажать на значок скрепки в поле комментария. В целях безопасности другие переписки не приветствуются. Спасибо за понимание.3
Николай
Здравствуйте! Всех с Новым Годом 2021! Мой вопрос посложнее.. Собираю реверсивный пускатель ~220V для управления двигателем от стиральной машины-автомат (по принципу сходный с моторами: болгарок, эл.
дрелей). Реверс будет осуществляться посредством изменения направления тока в якоре – четырьмя симисторами BTA16(24, 26) и оптопарами MOC3063. В промышленных станках встречал 3х фазные реверсивные твердотельные реле (SSR), управлявшие асинхронником 180W. Мой движок 300W. Реверс будет происходить при полной его остановке. Но на сайте “непозволительно скинуть” скриншот. Если позволите..в личку? Хотелось бы проконсультироваться?6
4,3 кОм – это очень условно и это только резистивное сопротивление. Таким образом я хотел сказать, что при воздействии оптической связи внутри оптосимистора, сопротивление его канала между ножками 4 и 6 уменьшается, через канал начинает протекать ток. Этот ток протекает через упр. электрод и почти мгновенно открывает симистор (в нашем случае при переходе фазы через ноль).
2)*4300 Ом = 10,75Вт….moc3081 расплавилась бы просто. Или вы имели ввиду что то другое?Я так же попробовал создать эквивалентную схему в сервисе www.falstad.com вот ссылка на нее
http://tinyurl.com/y7783k9q
Тут уже внес это сопротивление в общую цепь с симистром и нагрузкой и вроде все стало получше, но наверное тоже что то не то…вообще говоря тут в такой эквивалентной схеме можно совсем убрать сопротивление 4,3кОм.. ибо оно мешает нормально симистру открыться…но это другой разговор, так как не факт что я верно ее составил.
4
Добрый день! Резистор R1, я так понимаю это резистор, который подходит к 6-ой ножке оптосимистора, R на схеме. В случае использования паяльника как нагрузки этот резистор можно не ставить, т.к. не обязательно ставить Rзащ и Cзащ. Они нужны для защиты от индуктивной нагрузки, а резистор R ограничивает ток разряда конденсатора Сзащ через оптосимистор (когда еще закрыт симистор).
Но в случае если на устройство будут воздействовать помехи, они могут сыграть такую же злую шутку как индуктивная нагрузка. Никогда не знаешь точно, что может произойти. Лишняя защита никогда не помешает. Помехи могут быть разного рода и они не ощущаются. Они причина случайных проколов в работе. Я провел много экспериментов с симисторами и последствия тому – десяток сгоревших. Что касается Rупр разработчики рекомендуют значения от 100 до 500 Ом, а еще, что он необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода слишком высоко. Все мои коллеги советуют не заморачиваться и ставить как в даташите. Не ставить совсем как-то совсем не логично. 330 Ом показывают стабильные результаты при разных значениях входного сопротивления управляющего электрода. НО ДАВАЙТЕ ПОДУМАЕМ. На Rупр и на внутреннем сопротивлении управляющего электрода должно упасть напряжение управления. Так МОС3081 в открытом состоянии имеет сопротивление порядка 4,3 кОм и при напряжении 220 вольт будет пропускать ток порядка 50 mA. При Rупр – 330 Ом и внутреннем сопротивлении управляющего электрода – 50 Ом, на управляющем электроде будет порядка 2,5 вольт. Через Rупр потечет ток порядка 7mA и почти 50 mA через управляющий электрод. Уменьшая Rупр, уменьшим ток через управляющий электрод. Измеряйте входное сопротивление вашего симистора и делайте выводы. У BTA41 – 60 Ом, у ВТА16 – 270 Ом, везде по разному и нет единого ответа каким должно быть Rупр.2
Добрый день, интересная статья. Возникла пара вопросов, по резистрам R1 и Rупр, если можете помогите убедиться что их можно не ставить вообще? Моя задача, схема такая же как у вас в статье одни в один, только не задвоенная (половину по горизонтали отрезать в последнем рисунке). То есть оптосимистр управляет более мощным симистром BT138 600E минимальный ток управления 0,025A .
Оптосимистр moc3041 и нагрузка у меня это обычный паяльник (хочу сделать управление через компаратор чтобы можно было температуру регулировать). Мощность паяльника 200-300вт. И мне не понятно каким делать R1 и Rупр. Да и вообще нужно ли их ставить?Информации по этим резистрам в рунете ноль, точнее все что я нашел это что номиналы их можно менять. Хорошо что хоть в вашей статье что то увидел, но хочеться разоборатся до конца. Вы пишете что R1 можно вобще не ставить, но тогда что будет ограничивать ток упр.электр. мощного симистра? Зачем вообще Rупр? тем более вы написали что R1 уже вводит задержку управления, два резиста занимаются одним и тем же?
org/Comment” itemscope=””>Спасибо! Исправил, бывает)
На второй вывод подключается логический сигнал этой микросхемы. При подаче логической “1” – оптосимистор будет отключен “OFF”, логического нуля – включен “ON”. Ограничительный резистор на первом выводе оптрона может быть и не нужен, поскольку у микросхем логики итак небольшой втекающий ток.
Теперь более логично. Думаю схема должна заработать. Не спешите только спаивать, проверьте на макетной плате. Порой причуды вылазят из ни откуда. Возможно схема еще заставит понервничать. Но теоретически теперь все ОК.
Проще представить L и N, заменив на “+” и “-” . У некоторых стиралок применяется выпрямитель. Ведь при переменном токе изменение направления ЭДС происходит одновременно и в ОВ и в якоре. Двигатели такого типа работают как от постоянки, так, и, от переменки. Нагрузка силового симистора может быть как со стороны электрода Т1, так и со стороны Т2. Это как в простом выключателе. На выводе -12V по схеме – “шасси”, но так как не прорисован источник, пришлось так обозначить. На пускателе ПМЛ1501 (спаренный) схема работает, так ведь не устраивает, не нравятся мне “хлопушки”. Кстати R330Om на Вашей схеме не управляющий, а удерживающий (запирающий) симистор от всяких “неожиданностей”. А вот другой, что в цепи оптосимистора – управляющий. Извиняюсь за свою “неожиданность” – первый скрин сбросил “недоработанным”, потом исправился! На последнем скрине (помечено РЧО на первом) все проверено – регулирует обороты от 16000 и почти до минимальных, не зависимо от приложенной нагрузки (в разумных пределах конечно).
С расчетом на выгорание оптимальным будет 1.2 кОм (для тока 8 мА) максимум 2 кОм (можно 2.1 кОм, но такого номинала нет). 1 кОм маловато, но работать разумеется будет. Это все с учетом, если у Вас на 2 выводе оптосимисторов именно земля, а не -12В. ( В случае -12В сопротивление нужно увеличивать еще в два раза).
Далее, управляющие электроды всех симисторов подключены не правильно. Нужно подключать к 4, а не 6 выводу оптосимистора. Оптимальное значение резистора между 6 выводом оптосимистора и электродом А2 симистора 360 Ом, между 4-ым выводом и электродом А1 – 330 Ом. (номинал 310 мне не встречался).
Двигатель является индуктивной нагрузкой. Снабберные цепочки для индуктивной нагрузки просто необходимы. Конденсатор 0,01мкФ 350В и выше, резистор до 360 Ом (для высокоиндуктивных нагрузок). Это рекомендация производителя оптосимисторов.
В целом присмотритесь внимательно к схеме. +12В подается либо на 1,4 оптосимистор, либо на 3,4. Вопрос, что при этом изменяется для двигателя. Он получает одно и тоже напряжения.
Меня интересует, правильно ли посчитаны номиналы резисторов. В снабберных цепочках, думаю, нет необходимости? Тумблер со средним положением. В электро инструментах реверс производится именно якорем. А в моем варианте можно и якорем и, полюсными обмотками.
Возможно, нужна обмотка, фиксирующая отсутствие вращения (напряжения) и разрешающая реверс. Или делать все вручную. Как, собственно, и предполагается при использовании трехфазных реверсивных реле. Вот, что пишет производитель: “Не переключайте реверс до полной остановки двигателя!
Для изменения направления вращения используйте 3-позиционный переключатель с фиксацией в среднем положении (стоп)”.
Кстати, к сообщениям можно прикреплять рисунки или pdf-файлы до 1,5 Мб. Нужно нажать на значок скрепки в поле комментария. В целях безопасности другие переписки не приветствуются. Спасибо за понимание.
дрелей). Реверс будет осуществляться посредством изменения направления тока в якоре – четырьмя симисторами BTA16(24, 26) и оптопарами MOC3063. В промышленных станках встречал 3х фазные реверсивные твердотельные реле (SSR), управлявшие асинхронником 180W. Мой движок 300W. Реверс будет происходить при полной его остановке. Но на сайте “непозволительно скинуть” скриншот. Если позволите..в личку? Хотелось бы проконсультироваться?
2)*4300 Ом = 10,75Вт….moc3081 расплавилась бы просто. Или вы имели ввиду что то другое?
Но в случае если на устройство будут воздействовать помехи, они могут сыграть такую же злую шутку как индуктивная нагрузка. Никогда не знаешь точно, что может произойти. Лишняя защита никогда не помешает. Помехи могут быть разного рода и они не ощущаются. Они причина случайных проколов в работе. Я провел много экспериментов с симисторами и последствия тому – десяток сгоревших. Что касается Rупр разработчики рекомендуют значения от 100 до 500 Ом, а еще, что он необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода слишком высоко. Все мои коллеги советуют не заморачиваться и ставить как в даташите. Не ставить совсем как-то совсем не логично. 330 Ом показывают стабильные результаты при разных значениях входного сопротивления управляющего электрода. НО ДАВАЙТЕ ПОДУМАЕМ. На Rупр и на внутреннем сопротивлении управляющего электрода должно упасть напряжение управления. Так МОС3081 в открытом состоянии имеет сопротивление порядка 4,3 кОм и при напряжении 220 вольт будет пропускать ток порядка 50 mA.
При Rупр – 330 Ом и внутреннем сопротивлении управляющего электрода – 50 Ом, на управляющем электроде будет порядка 2,5 вольт. Через Rупр потечет ток порядка 7mA и почти 50 mA через управляющий электрод. Уменьшая Rупр, уменьшим ток через управляющий электрод. Измеряйте входное сопротивление вашего симистора и делайте выводы. У BTA41 – 60 Ом, у ВТА16 – 270 Ом, везде по разному и нет единого ответа каким должно быть Rупр.
Оптосимистр moc3041 и нагрузка у меня это обычный паяльник (хочу сделать управление через компаратор чтобы можно было температуру регулировать). Мощность паяльника 200-300вт. И мне не понятно каким делать R1 и Rупр. Да и вообще нужно ли их ставить?Информации по этим резистрам в рунете ноль, точнее все что я нашел это что номиналы их можно менять. Хорошо что хоть в вашей статье что то увидел, но хочеться разоборатся до конца. Вы пишете что R1 можно вобще не ставить, но тогда что будет ограничивать ток упр.электр. мощного симистра? Зачем вообще Rупр? тем более вы написали что R1 уже вводит задержку управления, два резиста занимаются одним и тем же?Симисторный регулятор мощности на arduino
Все бытовые устройства в постсоветском пространстве работают в сети переменного тока 220 вольт и для реализации сложных алгоритмов управления нагрузкой отлично подходит симисторный регулятор мощности на arduino.
Симистор — потому что один полупроводниковый прибор может управлять питанием нагрузкой при любой полярности сетевого напряжения .
Arduino потому что это самый простой способ реализовать алгоритм управления не имея особых навыков в сложной современной электронной схемотехники.Симистор — triac.
Подойду к этому с точки зрения схемотехники — по большому счёту не столь важно внутреннее устройство электронного прибора — важно что он умеет делать. И современный triac
симисторуправление симистором в сети ~220Vв бытовом применении в основном упаковывается в широкораспространённые транзисторные корпуса поэтому внешне часто выглядят примерно так же как мосфеты. В плане управления большинство схем включения предполагают подачу напряжения (на самом деле тока отпирания) по примерно такой схеме:
Цель этой статьи — симисторный регулятор мощности на arduino — поэтому отметём сразу схемы без гальванической развязки и разные простые схемотехнические решения. Оставляю только надёжные с опторазвязкой. Для управления симистором существуют готовые микросхемы разных производителей с даташитными схемами включения нужно лишь правильно применять и подавать нужные сигналы в нужные моменты времени.
Регулятор мощности на arduino и MOC3063.
MOC 3063Сам я с удовольствием применяю для управления triac микросхемы серии MOC30** . Например MOC3063 отлично подходит когда симистор управляет очень инертной нагрузкой а управление осуществляется низковольтным сигналом например от arduino. При этом нужно учитывать особенности микросхемы MOC3063 — включение симистора привязано к переходу сетевого напряжения через ноль. То есть включение нагрузки вне зависимости от момента когда поступает активный уровень сигнала произойдёт только в ближайшей точке изменения полярности напряжения. Точно так же симисторный регулятор мощности выключит нагрузку вне зависимости от момента снятия активного напряжения только лишь при смене полярности напряжения сети.
Справедливости ради стоит уточнить : симистор , как впрочем и тиристор, не умеет сам выключаться — для того чтобы симистор перестал пропускать ток в нагрузку нужно вывести его из стабильного тригерного эффекта пропускания тока. То есть triac под напряжением имеет два устойчивых состояния — либо полностью включен — пропускает ток в нагрузку , либо полностью выключен — не пропускает ток в нагрузку.
Чтобы перевести симистор из состояния выключено в состояние включено нужно подать активный ток на управляющий электрод достаточной для включения длительности и достаточного для включения уровня. А вот дальше чуток интереснее — даже если управляющий сигнал выключить, симистор всё равно останется в открытом состоянии до момента пока текущий сквозь него ток не станет меньше тока удержания — то есть симисторный регулятор мощности выключится в момент перехода сетевого напряжения через ноль.
Для нас важно грубое понимание принципа работы симисторного ключа : включается управляющим сигналом, выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Применение MOC3063 при цыфровом управлении в нашем случае от arduino приводит к ситуации когда симисторный регулятор мощности на arduino может пропускать в нагрузку исключительно целое число полупериодов сетевого напряжения. То есть мы можем либо :
- включать нагрузку на один полупериод сети и потом на какое-то целое число полупериодов сетевого напряжения не включать питание в потребителе
- выключать нагрузку на один полупериод сети и потом на какое-то целое число полупериодов сетевого напряжения включать питание нагрузке
- какое-то количество полупериодов сетевого напряжения нагрузку включать и какое-то количество полупериодов сетевого напряжения не включать.
Практическое применение проще всего в последнем варианте. Дело в том, что симисторный регулятор мощности должен обладать какой-то плавностью регулировки а при применении простых алгоритмов управления на платформе ардуино удобно зафиксировать период Широтно Импульсной Модуляции , а в первых двух вариантах период ШИМ будет плавающий. А для плавности придётся выбирать компромисс между инертностью управления и инертностью нагрузки.
Эмпирически симисторный регулятор мощности на arduino при активной нагрузке например ТЭН ом или другим инфракрасным источником тепла нормально работает при периоде от 10 секунд до минуты. При этом у нас в распоряжении 1 000 полупериодов сетевого напряжения в 10 секундном периоде. Один шаг регулировки мощности не хуже 1% — это приемлимая плавность регулировки при мощности нагревателя до 5 Квт даже в ПИД применении.
При таком периоде нет необходимости синхронизироваться с сетевым напряжением и ловить микропроцессором переход сетевого напряжения через ноль.
При этом регулятор мощности на arduino за счёт MOC3063 минимизирует помехи в сети — ведь сама MOC3063 будет включать симистор в момент минимального сетевого напряжения за счёт внутреннего встроенного детектора нуля.
Регулятор мощности на arduino и MOC3023.
MOC 3023Для фазового управления регулятор мощности на arduino может быть подключен через ключ опторазвязки MOC3023. В отличие от MOC3063 в этой микросхеме нет схемы детекции нуля , что позволяет включить triac в любой момент и при любом напряжении. С помощью этого ключа можна реализовывать фазовое управление симистором.
Есть один момент, который необходимо подробно обьяснить : симистор выключается только по смене полярности — соответственно момент выключения у нас строго привязан к переходу сетевого напряжения через ноль. Регулировать момент включения нужно отсчитывая от момента следующего перехода сетевого напряжения через ноль. В сети 50Герц переменного тока, то есть один полупериод это 10 милисекунд и для 100% мощности в нагрузке управляющий сигнал нужно подать за 10 милисекунд до следующего перехода сетевого напряжения через ноль.
Для получения же в нагрузке 0% мощности, либо значений близких к этому, нужно подавать сигнал на MOC3023 практически перед выключением триака. Для реализации привязки к сетевому напряжению регулятор мощности на arduino синхронизируется с помощью оптронного ключа
Я применяю оптический детектор нуля подключая светодиод через резистор к сети 220 Вольт и получая на стороне ключа меандр синхронизированный с сетью ~220V .
Включив прерывания по смене уровня сигнала на входе. регулятор мощности на arduino. получает фазу сетевого напряжения. Я учитываю нестабильность частоты сети, но для практического применения достаточно учесть возможные ошибки например ограничив время включения симистора не 10 милисекундами а 9. Момент перехода сетевого напряжения через ноль можно один раз вычислить и потом использовать в виде константы. Достаточно измерить время между фронтом и спадом , выдать результат в терминал порта , разделить его пополам — это и будет пик сетевого напряжения — добавляем время по формуле t0 = (tfront-tspad)/2+25ms внести константой в программу.
В таким случае простая синхронизация от спада импульса плюс например 28,6 милисекунды это и будет момент перехода сетевого напряжения через ноль. Принимаем за 100% мощности момент 28,6 милисекунды и за 0% мощности 53,6 милисекунды от прерывания по спаду импульса от ардуины и пишем скетч.
Используя фазовое управление, симисторный регулятор мощности на arduino может управлять как лампами накаливания, так и различной индуктивной нагрузкой, например разного рода коллекторными электродвигателями и бытовыми электроприборами.
Для плавного управления мощностью в нагрузке при фазовом управлении нужно учесть факт синусоидальной формы сетевого напряжения, то есть линейность мощности не коррелируется с линейной шкалой периода ШИМ — сильно не коррелируется. Я в своих проектах использую массив переменных для получения линейной мощности в нагрузке.
Summary : симисторный переменного тока 220 Вольт регулятор мощности на arduino.
Основные моменты, которые нужно учесть при управлении мощностью в нагрузке с помощью микроконтроллера :
- опторазвязка сетевого напряжения от низковольтной части
- применение специализированных микросхем управления симистором сильно облегчает жизнь
- для активной инертной нагрузки применяем ШИМ с минимизацией сетевых помех на MOC3063
- для чувствительной к частоте нагрузки применяем фазовое управление с привязкой к сетевой синусоиде на MOC3023
- линеаризируем алгоритм управления с учётом того факта что мощность связана с напряжением квадратично
- не забываем что симистор греется точно так же как и любой полупроводниковый прибор
- применение микросхем серии MOC30** сводит задачу проэктирования скетча к банальному миганию светодиодом по сложному алгоритму
- применение в качестве ключевого элемента симистора позволяет реализовывать весьма сложные алгоритмы управления мощностью в нагрузке например по ПИД алгоритму
Arduino не панацейя — микроконтроллеры существовали задолго до появления ардуино на рынке — но именног этот проект сделал доступным микроконтроллерное програмирование широкому кругу чайников и ламеров, а , как известно, количество всегда переходит в качество.
Поэтому сейчас не проблемма сварганить какой нибудь говнокод и получить массу удовольствия от самостоятельно сделанной игрушки. В этом смысле симистор как продолжение устройств ввода-вывода микроконтроллера, а управление сетевыми устройствами ещё никогда не было таким простым и доступным.
6-контактный DIP-драйвер симисторного оптрона с нулевым переходом (600 В пик.)
%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > транслировать 2022-09-08T12:36:45+02:00BroadVision, Inc.2022-09-08T12:37:29+02:002022-09-08T12:37:29+02:00Acrobat Distiller 22.0 (Windows)application/pdf
”Оптопара MOC3063, BTA 16 TRIAC – PLCGOODS Automation
Все о твердотельных реле и микросхемах TRIAC : BTA16 TRIAC и MOC3063 оптопараКогда дело доходит до включения и выключения устройства переменного тока, реле может без проблем справиться с этой задачей. Реле представляет собой довольно мощный электромеханический переключатель, который может переключать большие нагрузки, имеет очень низкое контактное сопротивление, поэтому практически не имеет потерь мощности на стороне переменного тока и обеспечивает гальваническую развязку.
Единственная проблема в том, что реле все же частично механическое, а значит переключается довольно медленно, не переключается бесшумно, его контакты со временем изнашиваются, при размыкании контактов могут образовываться пятна и катушка должна быть постоянно запитана. Чтобы противодействовать этим проблемам, стал популярен другой тип реле, полностью электрическое реле, так называемое реле 9.
0013 твердотельное реле , и хотя в настоящее время вы можете получить такое мощное твердотельное реле на 40 ампер примерно за 3-4 доллара в Китае.
На рис. 1 показан типичный модуль твердотельного реле производства FOTEK
.Давайте поговорим об основах таких твердотельных реле, потому что, хотя в их названии есть слово «реле», на самом деле они имеют очень мало общего с реле, с которыми мы знакомы. Во-первых, все они имеют входную сторону и сторону нагрузки. Со стороны нагрузки мы можем просто подключить наше устройство переменного тока в сочетании с нашим напряжением переменного тока, как мы это сделали бы с контактами традиционного реле.
Рисунок 2: показывает внутреннюю часть типичного реле
На вход мы просто должны подать постоянное напряжение, которое твердотельное реле имеет на своем корпусе, чтобы пропустить ток через вход, который, таким образом, замыкает переключатель на стороне нагрузки и, следовательно, активирует устройство переменного тока.
На самом деле это довольно просто, поэтому давайте создадим тестовую схему с переменным напряжением 24 вольта из соображений безопасности и резистором 1 кОм на стороне нагрузки и входным напряжением 5 вольт. После подачи входного напряжения мы сразу замечаем, что входной ток/мощность твердотельного реле намного ниже, чем входной ток/мощность традиционного реле.
И если мы посмотрим на напряжение на резисторе 1 кОм на осциллографе , мы увидим синусоиду сетевого напряжения, что означает, что переключатель нагрузки работает без проблем, но если мы измерим максимальное напряжение на резисторе , мы получаем только значение 35,4 вольта, в то время как выходное напряжение моего трансформатора имеет пиковое напряжение 36,2 вольта.
Это означает заметное падение напряжения примерно на 1,46 В на контактах нагрузки твердотельного реле, что, очевидно, свидетельствует о потере мощности. Чтобы лучше понять эту проблему, я удалил нагрузку и источник напряжения со стороны нагрузки и вместо этого напрямую подключил свой блок питания лабораторного стола, который я установил на ограничение тока 1 ампер.
Этот ток создал падение напряжения на 0,87 В на контактах нагрузки, и, следовательно, с увеличением потребления тока на стороне нагрузки мы производили все больше и больше потерь мощности, что является большим недостатком по сравнению с традиционными реле, но, по крайней мере, оно должно быть в состоянии. чтобы включить и выключить мой пример с лампочкой намного быстрее.
После подачи прямоугольной волны частотой 1 килогерц на вход мы видим, что выходные контакты остаются замкнутыми, даже когда я полностью отключаю входное напряжение. Причина в том, что основным компонентом твердотельного реле является так называемый СИМИСТОР .
Суть в том, что симистор имеет ток удержания, что означает, что симистор будет оставаться проводящим до тех пор, пока протекающий ток не упадет ниже этого значения. Итак, в двух словах, переключение постоянного напряжения с твердотельным реле довольно избыточно , поэтому давайте вернемся к цепи переменного тока на стороне нагрузки.
Как вы можете видеть, используя довольно высокую частоту, почти все полуволны переменного напряжения пропускаются, но если мы уменьшим частоты под частотой сетевого напряжения 50 Гц мы можем наблюдать довольно много интересных аспектов переключателя.
Во-первых, твердотельное реле может отключаться только вблизи нулевой точки, поскольку ток течет только вблизи этой точки под током удержания.
Далее, выключатель также включается только вблизи нулевой точки, что позволяет уменьшить начальный импульсный ток и, следовательно, электромагнитные помехи , которые реле может, например, легко создавать, но, с другой стороны, эта функция делает фазовый угол управление невозможно, которое можно было бы использовать для управления мощностью нашего устройства переменного тока.
Причина в том, что это твердотельное реле типа с переходом через нуль , которое, как следует из названия, включается только вблизи нулевой точки.
Что нам понадобится для управления фазовым углом , так это твердотельное реле без перехода через нуль , которое, конечно же, также существует.
Последней упоминаемой особенностью переключателя является то, что, как и реле, он предлагает гальваническая развязка между входом и стороной нагрузки, что делает его безопасным для использования, например, с микроконтроллером , и теперь, когда мы разобрались с основами и узнали, что твердотельное реле устраняет несколько десятков проблем традиционного реле, а также добавить несколько новых недостатков, как мы можем построить его самостоятельно?
Коммерческое твердотельное реле состоит из BTA16 TRIAC , который фактически может выдерживать только 16 ампер вместо заявленных 40 ампер. Оптопара MOC3063 со встроенной схемой перехода через ноль и NPN-транзистор SS8050 .
Рисунок 3: отображает BTA16 TRIAC IC
Рисунок 4: отображает MOC3063 IC
Рисунок 5: отображает схему внутреннего блока оптопары MOC3063
.
И, проследив следы печатной платы и проведя небольшое тестирование непрерывности, я придумал схему коммерческого продукта, которая должна быть более или менее правильной. Что мы получили в виде простой схемы переключателя TRIAC, которая активируется оптопарой.
Вот почему я перерыл компоненты, которые у меня лежали, и придумал собственную, еще более простую схему. То, что я использовал в качестве TRIAC , — это BT138 , который может выдерживать только 12 ампер, но, с другой стороны, очень дешевый. Для оптопары я выбрал MOC3020 , который вы также можете приобрести недорого и по сравнению с коммерческим продуктом не включает схему пересечения нуля , что означает, что моя версия твердотельного реле может использоваться для контроль фазового угла .
Рисунок 6: схема подключения микросхем MOC3063 и BTA16
Остальные компоненты в значительной степени представляют собой токоограничивающие резисторы, значения которых можно легко рассчитать, и, закончив теорию, я собрал все необходимые компоненты и припаял их к небольшому кусочку perfboard .
