2014年1月2日 星期四

Arduino 控制 AC 110V 電路設計

http://4rdp.blogspot.com/2014/01/arduino-ac-110v.html

電驛 (Relay) 一文網友 Stonez 詢問 Arduino 控制 AC 110V 問題,我畫個電路說明:

想直接取用AC 110V電源轉換出 DC 5V是可以的,可是你需要追加下圖電路,上下圖AB兩點是AA及BB相接的,AC 110V 高壓需要經過變壓器將它降壓,建議選購線圈匝數比 16:1 左右,那可以降壓成AC 6.9V,經過四顆 1N4004 二極體全波整流,再經過 4700uF 電解電容、0.1uF 塑膠電容濾波就可以獲得直流約 8.3V,再經過 7805 穩壓器可得 DC 5V,再第二次電容濾波,這樣設計只要你的直流迴路吃電不超過 100mA7805 可以免裝散熱片。


另外注意,
4700uF 電解電容是有正負極性不要裝反,這些電容至少需要耐壓 16V 以上。如果覺得自製電源電路太麻煩,也可以買一個 USB 充電器,取用 DC 5V


Arduino部分,你需要選用一個 IO 腳接控制電路,再準備 3.3kΩ 電阻與 NPN 電晶體 9013 2N22221N4148 二極體。通常電驛線圈 (Relay coil) 需要 50mA 電流以上才能動作(不同規格電驛電流有差異),這麼大的電流,Arduino 是無法直接提供,因此經過電晶體電路來驅動,IO 輸出低電位時,電晶體處在截止區,電驛不工作,IO高電位時,電晶體處在飽和區,可以流過 50mA 驅動電驛線圈,就可以接通負載端接點,讓電燈或風扇通電運作。二極體 1N4148 當飛輪作用,因為電驛線圈通電後,會儲存電能,一旦電晶體關閉,那瞬間線圈會依楞次定律(Lenz's law)放電,少了它恐損壞 Arduino 9013


一般這類自製控制電路,基於安全的理由,建議使用在低耗電的電器上,工作電流不超過 1A 或是消耗電力 100W 以下,保險絲可裝 3A,原則上不建議應用於風扇控制,因為家用電風扇多半是交流感應馬達,啟動瞬間電流可能很大,需要修改設計及加裝許多保護電路以符合大電流狀況使用。
若找不到適合的零件或不懂的地方可以將電路圖給電子材料行老闆看,會協助你取得適合的代替品。

13 則留言:

  1. Dear Marie,

    歡迎參閱本文,這給有興趣DIY電路,但又不太懂電學的人參考。

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  2. 這個電路可用在220V的控制嗎?

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    1. 你好,
      這電路可用於 220V,只有變壓器須改成 32:1,其它條件不變。

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  3. 請問一下用PWM輸出可以控制交流感應馬達的轉速嗎?

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    1. 首先了解一下交流感應應馬達的轉速控制方法,一種是電壓控制 (電壓越高轉速越快),另一種是頻率控制 (頻率越高轉速越快)

      能否用 PWM 控制交流感應馬達,這要看你的整體電路如何設計,

      假設馬達電源使用交流 50/60 Hz,一般使用工業電子方式控制,如 SCR 或 TRIAC,控制馬達電源的相角 (電壓控制),PWM 控制訊號不適合直接接到 SCR 及 TRIAC 上,因為電源頻率與 PWM 頻率並不同步,馬達會時轉時不轉,會出現許多奇奇怪怪的狀況。不過可以將 PWM 訊號以直流濾波處理,轉換成以直流準位控制 SCR 或 TRIAC 相角是可行的。

      另一種是變頻器方法控制,馬達電源是直流,控制 IGBT 等電力電子電路,將直流電源變換為交流,這不會涉及電源頻率同步的問題,PWM 頻率決定馬達電源的頻率,PWM 的 DUTY 決定馬達電源的電壓。

      控制

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    2. 作者已經移除這則留言。

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  4. 版主您好,
    很有榮幸的在網路上搜尋到您的部落格,
    本身也是做電子類開發,不過還是經驗不足的菜鳥,
    在這邊有些關於馬達控制的問題,想跟版主請教一下,如下
    目前在製作直流有刷伺服馬達驅動器,電壓是24V /300W的馬達,
    使用的架構是H橋配合PWM控制正反轉與煞車,
    現在馬達運轉是沒有什麼問題,但就是急煞車時,馬達回來的反電勢
    無法招架,(現在是運轉切換到煞車,MOSFET僅先全關閉100ms就開電子煞車的下臂兩顆mosfet)
    一瞬間就會將我的Gate Driver打掛,就無法正常運轉了,
    不知道對於這方面反電勢的處理,版主先前有沒有相關的經驗可以分享,
    最近想在DC24V之間增加回生電阻(100歐姆/50W),
    然後執行電子煞車時,也一併將回生電路開啟,盼能減少對電路的衝擊,
    小弟對回生電阻選用的概念很不熟悉,
    還請版主能夠根據您所接觸過這方面的經驗上給小弟一點指導,
    如果還有資訊不夠仔細的地方,在麻煩您跟我告知,非常感謝^^!

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    1. Hardy,

      很高興在網路上認識你,你的貼文不見了,因此重貼說明,

      24V, 300W的直流伺服馬達,相當於有12.5A的電流,想要立即煞車是很困難的,也難怪你的 MOSFET很快就掛掉 !

      很久以前曾做過直流無刷馬達變頻控制,不過沒有煞車需求,因此也沒用過回生電阻,不過你可以請教回生電阻的廠商,台達電是不錯選擇,可以找他們。另外,計算回升電阻應該注意熱能的累積,因為過多的熱能累積會讓電阻壽命減損。還有煞車前,應先接上回生電阻,這樣對 MOSFET才有保護。

      最後建議可安裝多棵 1N4008 並接在H下臂以保護MOSFET

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  5. Hardy 已針對您的文章「Arduino 控制 AC 110V 電路設計」留下新意見:

    我還以為我的文章怎麼一發出去就消失了(當天有發現到),
    沒想到版主還是很熱心的幫我找回來,且提供相關建議給我,
    我最早是使用台廠的Gate Driver,然後一煞車就損壞,
    後來改測試IR的,恩...目前情況改善很多,
    連回生電阻都還沒有上,
    老實說電路與韌體幾乎沒有什麼修改,
    不過,一切還是要再觀察看看,
    最後謝謝版大的回覆,
    後續如有馬達PID控制的問題,
    再來向您請教,謝謝!!!

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    1. Hardy

      你的貼文怎又不見了,因此再補貼回覆,
      沒想到 Gate Driver 不同廠牌,竟然結果大不同,應該是台廠的缺少保護迴路。
      歡迎線上討論 PID 控制,http://4rdp.blogspot.tw/2008/05/pid-speed-control.html
      這一篇是我部落格中點閱率最高的一篇,已有數萬人參閱過,應該對你有所助益

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  6. 網友 Brian Huang 的貼文不見了,補貼如下

    如一顆1/4HP, 單相, 110V, 60Hz交流感應馬達,是否可以直接TIP 120電晶體與Arduino PWM來控制呢?

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    1. 一馬力 = 745.7 W, 1/4 HP = 186.425 W,交流單相感應馬達一般效率約在 60 %,也就是說輸入 100 % 的電能,僅能產出 60 % 動能,
      換算成電流量 = 186.425 W / 0.6 / 110 V = 2.825 A,這只是一般滿載電流,考量馬達起動電流可能有 3 倍以上,因此晶體最大工作電流應有 10 A。
      因為你控制的物件是交流馬達,沒辦法直接接一般電晶體來控制,應使用 SCR 或 TRIAC 之類工業電子控制。

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