Wechselstrom-Lichtdimmer mit Arduino und Triac

In unserem Haushalt werden die meisten Geräte über die Wechselstromversorgung wie Lichter, Fernseher und Lüfter usw. mit Strom versorgt. Wir können sie bei Bedarf mithilfe von Arduino und Relais digital ein- und ausschalten, indem wir ein Setup für die Hausautomation erstellen. Was aber, wenn wir die Leistung dieser Geräte steuern müssen, um beispielsweise die Wechselstromlampe zu dimmen oder die Drehzahl des Lüfters zu steuern? In diesem Fall müssen wir Phasensteuerungstechniken und statische Schalter wie TRIAC verwenden, um die Phase der AC-Versorgungsspannung zu steuern.

In diesem Tutorial lernen wir einen AC-Lampendimmer mit Arduino und TRIAC kennen. Hier wird ein TRIAC zum Schalten der Wechselstromlampe verwendet, da dies ein leistungselektronisches Schnellschaltgerät ist, das für diese Anwendungen am besten geeignet ist. Folgen wir dem vollständigen Artikel für die Hardwaredetails und die Programmierung dieses Projekts. Lesen Sie auch unsere vorherigen Tutorials zum Thema Lichtdimmen:

• IR-ferngesteuerter TRIAC-Dimmerkreis
• Arduino-basierter LED-Dimmer mit PWM
• 1 Watt LED Dimmer Schaltung
• Power LED Dimmer mit ATmega32 Microcontroller

Verwendete Komponenten:

• Arduino UNO-1
• MCT2E Optokoppler -1
• Optokoppler MOC3021 -1
• BT136 TRIAC-1
• (12-0) V, 500mA Abwärtstransformator-1
• 1K, 10K, 330 Ohm Widerstände
• 10K Potentiometer
• Wechselstromhalter mit Lampe
• Wechselstromkabel
• Jumper

Bevor wir fortfahren, lernen wir Nulldurchgang, TRIAC und Optokoppler kennen.

Nulldurchgangserkennungstechnik

Um die Wechselspannung zu steuern, müssen wir zunächst den Nulldurchgang des Wechselstromsignals erkennen. In Indien beträgt die Frequenz des Wechselstromsignals 50 Hz und wechselt in der Natur. Daher müssen wir jedes Mal, wenn das Signal den Nullpunkt erreicht, diesen Punkt erkennen und danach den TRIAC gemäß dem Leistungsbedarf auslösen. Der Nulldurchgangspunkt eines Wechselstromsignals ist unten dargestellt:

TRIAC arbeiten

TRIAC ist ein Wechselstromschalter mit drei Anschlüssen, der durch ein Niedrigenergiesignal an seinem Gate-Anschluss ausgelöst werden kann. In SCRs leitet es nur in eine Richtung, aber im Fall von TRIAC kann die Leistung in beide Richtungen gesteuert werden. Hier verwenden wir einen BT136 TRIAC zum Dimmen von Wechselstromlampen.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, wird der TRIAC bei einem Zündwinkel von 90 Grad durch Anlegen eines kleinen Gate-Impulssignals an ihn ausgelöst. Die Zeit „t1“ ist die Verzögerungszeit, die wir gemäß unserer Dimmanforderung angeben müssen. Wenn in diesem Fall beispielsweise der Zündwinkel 90 Prozent beträgt, wird auch die Ausgangsleistung halbiert und die Lampe leuchtet ebenfalls mit halber Intensität.

Wir wissen, dass die Frequenz des Wechselstromsignals hier 50 Hz beträgt. Die Zeitspanne beträgt also 1 / f, was 20 ms entspricht. Für einen halben Zyklus sind dies also 10 ms oder 10.000 Mikrosekunden. Daher kann zur Steuerung der Leistung unserer Wechselstromlampe der Bereich von „t1“ von 0 bis 10000 Mikrosekunden variiert werden. Erfahren Sie hier mehr über Triac und seine Arbeitsweise.

Optokoppler

Optokoppler ist auch als Optoisolato r bekannt. Es wird verwendet, um die Isolation zwischen zwei Stromkreisen wie Gleich- und Wechselstromsignalen aufrechtzuerhalten. Grundsätzlich besteht es aus einer LED, die Infrarotlicht emittiert, und dem Photosensor, der es erkennt. Hier wird ein MOC3021-Optokoppler verwendet, um die Wechselstromlampe aus Mikrocontrollersignalen zu steuern, bei denen es sich um ein Gleichstromsignal handelt. Wir haben zuvor den gleichen MOC3021-Optokoppler in der TRIAC-Dimmerschaltung verwendet. Erfahren Sie auch mehr über Optokoppler und ihre Typen, indem Sie dem Link folgen.

Schaltplan:

Der Schaltplan für den AC-Lichtdimmer ist unten angegeben:

.

Anschlussplan für TRIAC und Optokoppler:

Ich habe eine Schaltung aus TRIAC und Optokoppler MOC3021 auf eine Perf-Platine gelötet. Nach dem Löten sieht es wie folgt aus:

Ich habe auch den Optokoppler MCT2E auf die Perf-Platine gelötet, um ihn an den Transformator für die Wechselstromversorgung anzuschließen:

Und die komplette Schaltung für Arduino Lamp Dimmer sieht wie folgt aus:

Programmierung von Arduino für AC Light Dimmer:

Nach erfolgreichem Abschluss des Hardware-Setups ist es nun an der Zeit, das Arduino zu programmieren. Das komplette Programm mit einem Demo- Video finden Sie am Ende. Hier haben wir den Code schrittweise erklärt, um ihn besser zu verstehen.

Deklarieren Sie im ersten Schritt alle globalen Variablen, die im gesamten Code verwendet werden sollen. Hier ist der TRIAC mit Pin 4 von Arduino verbunden. Dann wird dim_val deklariert, um den Wert des Dimmschritts zu speichern, den wir im Programm verwenden werden.

int LAMP = 4; int dim_val = 0;

Als nächstes deklarieren Sie innerhalb der Setup- Funktion den LAMP-Pin als Ausgang und konfigurieren als nächstes einen Interrupt, um den Nulldurchgang zu erkennen. Hier haben wir eine Funktion namens attachInterrupt verwendet, die den digitalen Pin 2 von Arduino als externen Interrupt konfiguriert und die Funktion zero_cross aufruft, wenn sie Interrupts an ihrem Pin erkennt.

void setup () {pinMode (LAMP, OUTPUT); attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (2), zero_cross, CHANGE); }}

Innerhalb unendliche Schleife , lesen Sie den Analogwert von Potentiometer, das an A0 verbunden ist. Ordnen Sie es dann einem Wertebereich von (10-49) zu. Um dies herauszufinden, müssen wir eine kleine Berechnung durchführen. Früher habe ich gesagt, dass jeder Halbzyklus 10.000 Mikrosekunden entspricht. Lassen Sie uns also das Dimmen in 50 Schritten steuern (was ein beliebiger Wert ist. Sie können ihn auch ändern). Ich habe den minimalen Schritt als 10 und nicht als Null gewählt, da 0-9 Schritte ungefähr die gleiche Ausgangsleistung ergeben und es praktisch nicht empfohlen wird, die maximale Schrittzahl zu verwenden. Also habe ich den maximalen Schritt als 49 gemacht.

Dann kann jede Schrittzeit als 10000/50 = 200 Mikrosekunden berechnet werden. Dies wird im nächsten Teil des Codes verwendet.

void loop () {int data = analogRead (A0); int data1 = map (data, 0, 1023, 10, 49); dim_val = data1; }}

Konfigurieren Sie im letzten Schritt die Interrupt-gesteuerte Funktion zero_cross. Hier kann die Dimmzeit berechnet werden, indem die einzelne Schrittzeit mit Nr. 1 multipliziert wird. von Schritten. Nach dieser Verzögerungszeit kann der TRIAC mit einem kleinen hohen Impuls von 10 Mikrosekunden ausgelöst werden, der ausreicht, um einen TRIAC einzuschalten.

void zero_cross () {int dimming_time = (200 * dim_val); delayMicroseconds (dimming_time); digitalWrite (LAMP, HIGH); delayMicroseconds (10); digitalWrite (LAMP, LOW); }}

Funktionsweise des Arduino Lamp Dimmer Circuit

Unten sehen Sie die Bilder, die drei Stufen des Dimmens der Wechselstromlampe mit Arduino und TRIAC zeigen.

1. Niedriger Dimmschritt

2. Mittlerer Dimmschritt

3. Maximaler Dimmschritt:

Auf diese Weise kann eine AC-Lichtdimmerschaltung mit TRIAC und Optokoppler einfach aufgebaut werden. Ein Arbeitsvideo und ein Arduino Light Dimmer Code sind unten angegeben

/>