- एक एसी चरण कोण नियंत्रण क्या है और यह कैसे काम करता है?
- चरण कोण नियंत्रण में चुनौतियां
- एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए आवश्यक सामग्री
- एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट आरेख
- एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट - कार्य करना
- एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए पीसीबी डिजाइन
- एसी चरण कोण नियंत्रण के लिए Arduino कोड
- एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट का परीक्षण
- इसके अलावा संवर्द्धन
होम ऑटोमेशन सिस्टम दिन-प्रतिदिन लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है, और आजकल रिले या स्विच जैसे कुछ सरल नियंत्रण तंत्र का उपयोग करके कुछ उपकरणों को चालू और बंद करना आसान हो गया है, हमने पहले रिले का उपयोग करके कई Arduino आधारित होम ऑटोमेशन प्रोजेक्ट बनाए हैं। लेकिन ऐसे कई घरेलू उपकरण हैं जिन्हें सिर्फ चालू या बंद करने के बजाय इस एसी बिजली के नियंत्रण की आवश्यकता होती है। अब, एसी चरण कोण नियंत्रण की दुनिया में प्रवेश करें , यह एक सरल तकनीक है जिसके माध्यम से आप एसी चरण कोण को नियंत्रित कर सकते हैं। इसका मतलब है कि आप अपने छत के पंखे या किसी अन्य एसी पंखे की गति को नियंत्रित कर सकते हैं या यहां तक कि आप एक एलईडी या तापदीप्त प्रकाश बल्ब की तीव्रता को भी नियंत्रित कर सकते हैं।
हालांकि यह सरल लगता है, वास्तव में इसे लागू करने की प्रक्रिया बहुत कठिन है, इसलिए इस लेख में, हम 555 टाइमर की मदद से एक साधारण एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट बनाने जा रहे हैं, और अंत में, हम एक Arduino का उपयोग करेंगे एक गरमागरम प्रकाश बल्ब की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए एक सरल पीडब्लूएम सिग्नल उत्पन्न करना। जैसा कि आप अब स्पष्ट रूप से कल्पना कर सकते हैं, इस सर्किट के साथ, आप एक सरल होम ऑटोमेशन सिस्टम का निर्माण कर सकते हैं जहां आप एक ही Arduino के साथ पंखे और एसी लाइट डिमर्स को नियंत्रित कर सकते हैं।
एक एसी चरण कोण नियंत्रण क्या है और यह कैसे काम करता है?
एसी चरण कोण नियंत्रण एक ऐसी विधि है जिसके माध्यम से हम एसी साइन वेव को नियंत्रित या काट सकते हैं। स्विचिंग उपकरण की फायरिंग कोण एक निम्नलिखित विविध है शून्य-पार का पता लगाने, एक औसत वोल्टेज निर्गम कि संशोधित साइन वेव के साथ आनुपातिक बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप छवि के नीचे अधिक वर्णन करता है।
जैसा कि आप देख सकते हैं, पहले हमारे पास हमारे एसी इनपुट सिग्नल हैं। अगला, हमारे पास शून्य-क्रॉसिंग सिग्नल है, जो हर 10ms में एक बाधा उत्पन्न करता है। अगला, हमारे पास गेट ट्रिगर सिग्नल है, एक बार ट्रिगरिंग सिग्नल मिलने के बाद, हम ट्रिगर पल्स देने से पहले एक निश्चित अवधि तक प्रतीक्षा करते हैं, जितना अधिक हम प्रतीक्षा करते हैं, उतना ही हम औसत वोल्टेज को कम कर सकते हैं और इसके विपरीत। हम लेख में बाद में विषय पर अधिक चर्चा करेंगे।
चरण कोण नियंत्रण में चुनौतियां
इससे पहले कि हम योजनाबद्ध और सभी भौतिक आवश्यकताओं पर एक नज़र डालते हैं, आइए कुछ समस्याओं के बारे में बात करते हैं जो इस तरह के सर्किट से जुड़ी होती हैं और हमारा सर्किट कैसे हल करता है।
हमारा उद्देश्य किसी भी प्रकार के होम ऑटोमेशन एप्लिकेशन के लिए, एक माइक्रोकंट्रोलर की मदद से एसी साइन वेव के चरण कोण को नियंत्रित करना है । यदि हम नीचे दी गई छवि को देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि पीले रंग में, हमारी साइन लहर है, और हरे रंग में, हमारे पास हमारा शून्य-क्रॉसिंग सिग्नल है।
आप देख सकते हैं कि हर 10ms में शून्य-क्रॉसिंग सिग्नल आता है क्योंकि हम 50Hz साइन लहर के साथ काम कर रहे हैं। एक माइक्रोकंट्रोलर में, यह हर 10ms में एक बाधा उत्पन्न करता है। अगर हमें इसके अलावा कोई अन्य कोड डालना था, तो अन्य कोड रुकावट के कारण काम नहीं कर सकते हैं। जैसा कि हम जानते हैं कि भारत में लाइन फ्रीक्वेंसी 50Hz है, इसलिए हम 50Hz साइन वेव के साथ काम कर रहे हैं, और मेन AC को नियंत्रित करने के लिए हमें एक निश्चित समय सीमा में TRIAC को चालू और बंद करना होगा। ऐसा करने के लिए, माइक्रोकंट्रोलर-आधारित चरण कोण नियंत्रण सर्किट एक अवरोध के रूप में शून्य-क्रॉसिंग सिग्नल का उपयोग करता है, लेकिन इस पद्धति के साथ समस्या यह है कि आप गति कोण नियंत्रण कोड के अलावा कोई अन्य कोड नहीं चला सकते, क्योंकि एक तरह से यह टूट जाएगा लूप चक्र और उनमें से एक कोड काम नहीं करेगा।
मुझे एक उदाहरण के साथ स्पष्ट करना चाहिए, मान लीजिए कि आपको एक प्रोजेक्ट करना है जहां आपको गरमागरम प्रकाश बल्ब की चमक को नियंत्रित करने की आवश्यकता है, साथ ही आपको एक ही समय में तापमान को मापने की आवश्यकता है। एक गरमागरम प्रकाश बल्ब की चमक को नियंत्रित करने के लिए, आपको एक चरण कोण नियंत्रण सर्किट की आवश्यकता होती है, इसके साथ-साथ आपको तापमान डेटा को भी पढ़ने की आवश्यकता होती है, यदि यह परिदृश्य है, तो आपका सर्किट ठीक से काम नहीं करेगा क्योंकि DHT22 सेंसर को चमकने में कुछ समय लगता है इसका आउटपुट डेटा दें। इस समयावधि में, चरण कोण नियंत्रण सर्किट काम करना बंद कर देगा, यदि आपने इसे एक मतदान मोड में कॉन्फ़िगर किया है, लेकिन यदि आपने शून्य-क्रॉस सिग्नल को बाधित मोड में कॉन्फ़िगर किया है, तो आप कभी भी DHT डेटा को पढ़ने में सक्षम नहीं होंगे क्योंकि CRC जाँच विफल हो जाएगी।
इस समस्या को हल करने के लिए, आप विभिन्न चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए एक अलग माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग कर सकते हैं लेकिन यह बीओएम लागत में वृद्धि करेगा, एक अन्य समाधान हमारे सर्किट का उपयोग करना है जो 555 टाइमर की तरह जेनेरिक घटकों से बना है और इसमें लागत भी कम है।
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए आवश्यक सामग्री
नीचे दी गई छवि सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को दिखाती है, क्योंकि यह बहुत सामान्य घटकों के साथ बनाई गई है, आपको अपने स्थानीय शौक स्टोर में सूचीबद्ध सभी सामग्रियों को खोजने में सक्षम होना चाहिए।
मैंने घटकों को प्रकार और मात्रा के साथ नीचे दी गई तालिका में भी सूचीबद्ध किया है, क्योंकि यह एक प्रदर्शन परियोजना है, मैं ऐसा करने के लिए एकल चैनल का उपयोग कर रहा हूं। लेकिन आवश्यकता के अनुसार सर्किट को आसानी से बढ़ाया जा सकता है।
|
Sl.No |
पार्ट्स |
प्रकार |
मात्रा |
|
1 |
पेंच टर्मिनल 5.04 मिमी |
योजक |
३ |
|
२ |
पुरुष हैडर 2.54 मिमी |
योजक |
1X2 |
|
३ |
56K, 1W |
अवरोध |
२ |
|
४ |
1N4007 |
डायोड |
४ |
|
५ |
0.1uF, 25V |
संधारित्र |
२ |
|
६ |
100uF, 25V |
संधारित्र |
२ |
|
। |
LM7805 |
वोल्टेज रेगुलेटर |
1 |
|
। |
1 के |
अवरोध |
1 |
|
९ |
470 आर |
अवरोध |
२ |
|
१० |
47 आर |
अवरोध |
२ |
|
1 1 |
82 कि |
अवरोध |
1 |
|
१२ |
10 के |
अवरोध |
1 |
|
१३ |
PC817 |
optocoupler |
1 |
|
१४ |
NE7555 |
I C |
1 |
|
१२ |
MOC3021 |
OptoTriac Drive |
1 |
|
१३ |
IRF9540 |
MOSFET |
1 |
|
१४ |
३.३ यूएफ |
संधारित्र |
1 |
|
१५ |
तारों को जोड़ना |
तारों |
५ |
|
१६ |
0.1uF, 1KV |
संधारित्र |
1 |
|
१। |
Arduino नैनो (टेस्ट के लिए) |
microcontroller |
1 |
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट आरेख
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए योजनाबद्ध नीचे दिखाया गया है, यह सर्किट बहुत सरल है और चरण कोण नियंत्रण को प्राप्त करने के लिए सामान्य घटकों का उपयोग करता है।
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट - कार्य करना
यह सर्किट बहुत सावधानी से तैयार किए गए घटकों से बना है, मैं प्रत्येक के माध्यम से जाऊंगा और प्रत्येक ब्लॉक को समझाऊंगा।
जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किट:
सबसे पहले, हमारी सूची में शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किट को दो 56K, 1W प्रतिरोधों के साथ चार 1n4007 डायोड और एक PC817 ऑप्टोकॉपलर के साथ बनाया गया है। और यह सर्किट 555 टाइमर आईसी को शून्य-क्रॉसिंग सिग्नल प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है। इसके अलावा, हमने TRIAC सेक्शन में इसे इस्तेमाल करने के लिए चरण और न्यूट्रल सिग्नल को टैप-ऑफ कर दिया है।
LM7809 वोल्टेज नियामक:
सर्किट को बिजली देने के लिए 7809-वोल्टेज नियामक का उपयोग किया जाता है, सर्किट पूरे सर्किट को शक्ति प्रदान करने के लिए जिम्मेदार होता है। इसके अतिरिक्त, हम दो 470uF कैपेसिटर और एक 0.1uF कैपेसिटर का उपयोग LM7803 आईसी के लिए एक डिकम्प्लिंग कैपेसिटर के रूप में करते हैं।
NE555 टाइमर के साथ नियंत्रण सर्किट:
उपरोक्त छवि 555 टाइमर नियंत्रण सर्किट को दिखाती है, 555 एक अखंड विन्यास में कॉन्फ़िगर किया गया है, इसलिए जब शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किट से ट्रिगर सिग्नल ट्रिगर को हिट करता है, तो 555 टाइमर एक रोकनेवाला की मदद से संधारित्र को चार्ज करना शुरू करता है सामान्य तौर पर), लेकिन हमारे सर्किट में एक अवरोधक के स्थान पर एक MOSFET होता है, और MOSFET के गेट को नियंत्रित करके, हम संधारित्र को जाने वाले करंट को नियंत्रित करते हैं, इसीलिए हम चार्जिंग समय को नियंत्रित करते हैं इसलिए हम 555 टाइमर के आउटपुट को नियंत्रित करते हैं । कई परियोजनाओं में, हमने अपनी परियोजना बनाने के लिए 555 टाइमर आईसी का उपयोग किया है, यदि आप इस विषय के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो आप अन्य सभी परियोजनाओं की जांच कर सकते हैं।
TRIAC और TRIAC- चालक सर्किट:
TRIAC मुख्य स्विच के रूप में कार्य कर रहा है जो वास्तव में चालू और बंद होता है, इस प्रकार AC सिग्नल के उत्पादन को नियंत्रित करता है। TRIAC ड्राइविंग MOC3021 ऑप्टोट्राइक ड्राइव है, यह न केवल TRIAC को चलाता है, बल्कि यह ऑप्टिकल अलगाव, 0.01uF 2KV उच्च वोल्टेज संधारित्र भी प्रदान करता है, और 47R रोकनेवाला एक स्नबर सर्किट बनाता है, जो हमारे सर्किट को उच्च वोल्टेज स्पाइक्स से बचाता है। जो तब होता है जब यह एक प्रेरक भार से जुड़ा होता है, स्विच किए गए एसी सिग्नल का गैर-साइनसॉइडल प्रकृति स्पाइक्स के लिए जिम्मेदार होता है। इसके अलावा, यह पावर फैक्टर मुद्दों के लिए जिम्मेदार है, लेकिन यह एक अन्य लेख के लिए एक विषय है। इसके अलावा, विभिन्न लेखों में, हमने TRIAC को हमारे पसंदीदा उपकरण के रूप में उपयोग किया है, आप उन लोगों की जांच कर सकते हैं जो आपकी रुचि को देखते हैं।
लोपास-फ़िल्टर और पी-चैनल MOSFET (सर्किट में रेजिस्टर के रूप में कार्य करना):
82K रोकनेवाला और 3.3uF संधारित्र निम्न पास फिल्टर बनाता है जो Arduino द्वारा उत्पन्न उच्च आवृत्ति PWM सिग्नल को चौरसाई करने के लिए जिम्मेदार है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, पी-चैनल MOSFET चर अवरोधक के रूप में कार्य करता है, जो संधारित्र के चार्जिंग समय को नियंत्रित करता है। इसे नियंत्रित करना पीडब्लूएम संकेत है जो कम-पास फिल्टर द्वारा सुचारू किया जाता है। पिछले लेख में, हमने लोपास फ़िल्टर की अवधारणा को साफ़ कर दिया है, यदि आप विषय के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो आप सक्रिय कम पास फ़िल्टर या निष्क्रिय कम पास फ़िल्टर पर लेख देख सकते हैं।
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट के लिए पीसीबी डिजाइन
हमारे फेज एंगल कंट्रोल सर्किट के लिए पीसीबी एक तरफा बोर्ड में बनाया गया है। मैंने अपने PCB को डिजाइन करने के लिए ईगल का उपयोग किया है लेकिन आप अपनी पसंद के किसी भी डिजाइन सॉफ्टवेयर का उपयोग कर सकते हैं। मेरे बोर्ड डिज़ाइन की 2D छवि नीचे दिखाई गई है।
सभी घटकों के बीच उचित ग्राउंड कनेक्शन बनाने के लिए पर्याप्त ग्राउंड फिलिंग का उपयोग किया जाता है। 12V डीसी इनपुट और 220 वोल्ट एसी इनपुट बाईं ओर स्थित है, आउटपुट पीसीबी के दाईं ओर स्थित है। ईगल के लिए गेरबर के साथ पूर्ण डिजाइन फ़ाइल नीचे दिए गए लिंक से डाउनलोड की जा सकती है।
- AC फेज़ एंगल कंट्रोल सर्किट के लिए PCB Design, GERBER & PDF फाइल्स डाउनलोड करें
हस्तनिर्मित पीसीबी:
सुविधा के लिए, मैंने पीसीबी का अपना हस्तनिर्मित संस्करण बनाया और इसे नीचे दिखाया गया है।
एसी चरण कोण नियंत्रण के लिए Arduino कोड
सर्किट काम करने के लिए एक सरल PWM पीढ़ी कोड का उपयोग किया जाता है, कोड और इसकी व्याख्या नीचे दी गई है। आप इस पृष्ठ के नीचे पूर्ण कोड भी पा सकते हैं। सबसे पहले, हम सभी आवश्यक चर घोषित करते हैं, const int analogInPin = A0; // एनालॉग इनपुट पिन जो कि पोटेंशियोमीटर को कॉन्स्ट इंट एनालॉगऑउटपिन = 9 से जुड़ा हुआ है; // एनालॉग आउटपुट पिन जो एलईडी int Sensalalue = 0 से जुड़ा हुआ है; // पॉट इंट आउटपुट से पढ़ी गई वैल्यू = 0; // PWM के लिए आउटपुट आउटपुट (एनालॉग आउट)
वेरिएबल्स को एनालॉग पिन, एनालॉगऑउट पिन और अन्य वेरिएबल्स को मैप किए गए मान को स्टोर, कन्वर्ट और प्रिंट करने की घोषणा करनी है। सेटअप () अनुभाग में अगला, हम UART को 9600 बॉड के साथ आरंभ करते हैं ताकि हम आउटपुट की निगरानी कर सकें और इस तरह हम यह पता लगा सकें कि कौन सी PWM रेंज सर्किट के आउटपुट को पूरी तरह से नियंत्रित करने में सक्षम थी।
शून्य सेटअप () {// 9600 बीपीएस पर धारावाहिक संचार शुरू करें: सीरियल.बेगिन (9600); }
अगला, लूप () सेक्शन में, हम एनालॉग पिन A0 को पढ़ते हैं और सेंसर वैल्यू वैरिएबल को स्टोर करते हैं। आगे हम सेंसर वैल्यू को 0 -255 पर मैप करते हैं क्योंकि पाइमेम का प्यूमा टाइमर केवल 8-बिट्स है, अगला Arduino के एक analogWrite () फ़ंक्शन के साथ PWM सिग्नल सेट करें । और अंत में, हम कंट्रोल सिग्नल की सीमा का पता लगाने के लिए सीरियल मॉनिटर विंडो के मानों को प्रिंट करते हैं, यदि आप इस ट्यूटोरियल का अनुसरण कर रहे हैं, तो अंत में वीडियो आपको विषय पर एक स्पष्ट विचार देगा।
SensValue = analogRead (analogInPin); // मूल्य में एनालॉग पढ़ें: outputValue = map (सेंसरवैल्यू, 0, 1023, 0, 255); // इसे एनालॉग की सीमा तक मैप करें: analogWrite (analogOutPin, outputValue); // एनालॉग आउट मान बदलें: Serial.print ("सेंसर ="); // परिणामों को सीरियल मॉनिटर पर प्रिंट करें: Serial.print (SensValue); Serial.print ("\ t आउटपुट ="); Serial.println (outputValue);
एसी चरण कोण नियंत्रण सर्किट का परीक्षण
उपरोक्त छवि सर्किट के परीक्षण सेटअप को दिखाती है। 12V आपूर्ति एक 12V SMPS सर्किट द्वारा प्रदान की जाती है, लोड हमारे मामले में एक प्रकाश बल्ब है, इसे आसानी से पंखे की तरह एक प्रेरक भार के साथ \ बदला जा सकता है। जैसा कि आप देख सकते हैं कि मैंने दीपक की चमक को नियंत्रित करने के लिए एक पोटेंशियोमीटर संलग्न किया है, लेकिन इसे किसी अन्य नियंत्रक नियंत्रक के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, यदि आप छवि को ज़ूम करते हैं, तो आप देख सकते हैं कि पॉट कनेक्ट है Arduino का A0 पिन और PWM सिग्नल Arduino के पिन 9 से आ रहा है।
जैसा कि आप ऊपर चित्र में देख सकते हैं, आउटपुट वैल्यू 84 है और गरमागरम प्रकाश बल्ब की चमक बहुत कम है,
इस छवि में, आप देख सकते हैं कि मान 82 है, और गरमागरम प्रकाश बल्ब की चमक बढ़ जाती है।
कई असफल प्रयासों के बाद, मैं एक सर्किट के साथ आने में सक्षम था जो वास्तव में ठीक से काम करता है। कभी आपने सोचा है कि जब सर्किट काम नहीं करता तो टेस्ट बेंच कैसी दिखती है? आपको बता दें कि यह बहुत बुरा लगता है,
यह एक पहले से डिज़ाइन किया गया सर्किट है जिस पर मैं काम कर रहा था। मुझे इसे पूरी तरह से फेंक देना था और एक नया बनाना था क्योंकि पिछले वाला थोड़ा काम नहीं कर रहा था।
इसके अलावा संवर्द्धन
इस प्रदर्शन के लिए, सर्किट एक हस्तनिर्मित पीसीबी पर बनाया गया है, लेकिन सर्किट आसानी से एक अच्छी गुणवत्ता वाले पीसीबी में बनाया जा सकता है, मेरे प्रयोगों में, पीसीबी का आकार घटक आकार के कारण वास्तव में बड़ा है, लेकिन एक उत्पादन वातावरण में, यह सस्ते SMD घटकों का उपयोग करके कम किया जा सकता है, मेरे प्रयोगों में, मैंने 555 टाइमर के बजाय 7555 टाइमर का उपयोग करते हुए बड़े पैमाने पर कंट्रोली को बढ़ाया, इसके अलावा, सर्किट की स्थिरता में भी वृद्धि हुई।