Επαναπροσαρμογή ελέγχου BLE σε φορτία υψηλής ισχύος - Δεν απαιτούνται πρόσθετες απαιτήσεις: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ενημέρωση: 13 Ιουλίου 2018 - προστέθηκε ρυθμιστής 3 τερματικών στην παροχή τοροειδών

Αυτό το οδηγό καλύπτει τον έλεγχο BLE (Bluetooth Low Energy) ενός υπάρχοντος φορτίου στην περιοχή 10W έως> 1000W. Η τροφοδοσία αλλάζει από απόσταση από το Android Mobile μέσω pfodApp.

Δεν απαιτείται επιπλέον καλωδίωση, απλώς προσθέστε το κύκλωμα ελέγχου BLE στον υπάρχοντα διακόπτη.

Συχνά κατά την εκ των υστέρων εγκατάσταση αυτοματισμού σπιτιού σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις, το μόνο λογικό μέρος για να προσθέσετε τον έλεγχο είναι ο υπάρχων διακόπτης. Ιδιαίτερα όταν θέλετε να διατηρήσετε τον διακόπτη ως χειροκίνητη παράκαμψη. Ωστόσο, συνήθως υπάρχουν μόνο δύο καλώδια στο διακόπτη, το Active και το καλώδιο του διακόπτη στο φορτίο, χωρίς ουδέτερο. Όπως φαίνεται παραπάνω, αυτός ο έλεγχος BLE λειτουργεί μόνο με αυτά τα δύο καλώδια και περιλαμβάνει χειροκίνητο διακόπτη παράκαμψης. Τόσο το τηλεχειριστήριο όσο και ο χειροκίνητος διακόπτης λειτουργούν όταν το φορτίο είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο.

Το συγκεκριμένο παράδειγμα εδώ είναι για τον έλεγχο μιας τράπεζας φώτων 200W τοποθετώντας το κύκλωμα πίσω από τον διακόπτη τοίχου. Παρέχεται κωδικός τόσο για το RedBear BLE Nano (V1.5) όσο και για το RedBear BLE Nano V2 για την εμφάνιση του κουμπιού ελέγχου στο pfodApp. Μια προαιρετική χρονική λειτουργία αυτόματης απενεργοποίησης είναι επίσης διαθέσιμη στον κώδικα.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Αυτό το έργο απευθύνεται μόνο σε έμπειρους κατασκευαστές. Η πλακέτα τροφοδοτείται από το ρεύμα και μπορεί να είναι θανατηφόρα αν αγγίξετε οποιοδήποτε μέρος της ενώ λειτουργεί. Η καλωδίωση αυτής της πλακέτας στο υπάρχον κύκλωμα διακόπτη φώτων πρέπει να γίνεται μόνο από εξειδικευμένο ηλεκτρολόγο

Βήμα 1: Γιατί αυτό το έργο;

Το προηγούμενο έργο, Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control, λειτούργησε για φορτία μεταξύ 10W και 120W για 240VAC (ή 5W έως 60W για 110VAC) αλλά δεν ήταν σε θέση να αντιμετωπίσει τα φώτα του σαλονιού που αποτελούνται από 10 x 20W = 200W συμπαγή φθορισμού. Αυτό το έργο προσθέτει μερικά συστατικά και ένα τοροειδές τραύμα στο χέρι για να καταργήσει αυτόν τον περιορισμό φορτίου διατηρώντας παράλληλα όλα τα πλεονεκτήματα του προηγούμενου έργου. Το φορτίο που μπορεί να αλλάξει αυτός ο σχεδιασμός περιορίζεται μόνο από τις αξιολογήσεις επαφών ρελέ. Το ρελέ που χρησιμοποιείται εδώ μπορεί να αλλάξει αντίσταση 16 Amps. Δηλαδή> 1500W σε 110VAC και> 3500W σε 240VAC. Το κύκλωμα ελέγχου BLE και το ρελέ χρησιμοποιεί mWs και έτσι δεν ζεσταίνεται καν.

Τα πλεονεκτήματα αυτού του έργου είναι:- (ανατρέξτε στην ενότητα Μετασκευή ενός υπάρχοντος διακόπτη φωτός με τηλεχειριστήριο για περισσότερες λεπτομέρειες)

Απλή εγκατάσταση και συντήρηση Αυτή η λύση τροφοδοτείται με ρεύμα αλλά ΔΕΝ απαιτεί επιπλέον καλωδίωση για εγκατάσταση Απλώς εγκαταστήστε προσθέστε το κύκλωμα ελέγχου στον υπάρχοντα χειροκίνητο διακόπτη.

Ευέλικτος και στιβαρός Ο χειροκίνητος διακόπτης παράκαμψης συνεχίζει να ελέγχει το φορτίο ακόμη και αν το κύκλωμα του τηλεχειριστηρίου αποτύχει (ή δεν μπορείτε να βρείτε το κινητό σας). Επίσης, μπορείτε να ενεργοποιήσετε απομακρυσμένα το φορτίο αφού χρησιμοποιήσετε τον χειροκίνητο διακόπτη παράκαμψης για να τον απενεργοποιήσετε

Μόλις έχετε έναν μικροεπεξεργαστή που ελέγχει το φορτίο σας, μπορείτε εύκολα να προσθέσετε επιπλέον λειτουργίες. Ο κώδικας σε αυτό το έργο περιλαμβάνει μια επιλογή για να απενεργοποιήσετε το φορτίο μετά από μια δεδομένη ώρα. Μπορείτε επίσης να προσθέσετε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας για να ελέγξετε το φορτίο και να ρυθμίσετε από απόσταση το σημείο ρύθμισης της θερμοκρασίας.

Δημιουργεί τη βάση για ένα πλήρες δίκτυο αυτοματισμού σπιτιού Αυτό το διάγραμμα προέρχεται από το Bluetooth V5 "Mesh Profile Specification 1.0", 13 Ιουλίου 2017, Bluetooth SIG

Όπως μπορείτε να δείτε, αποτελείται από έναν αριθμό κόμβων ρελέ σε ένα πλέγμα. Οι κόμβοι ρελέ είναι ενεργοί όλη την ώρα και παρέχουν πρόσβαση σε άλλους κόμβους στο πλέγμα και στους αισθητήρες που τροφοδοτούνται με μπαταρία. Η εγκατάσταση αυτής της λειτουργικής μονάδας BLE Remote θα παρέχει αυτόματα ένα σύνολο κόμβων στο σπίτι σας που μπορούν να προστεθούν στο πλέγμα ως κόμβοι ρελέ. Το RedBear BLE Nano V2 είναι συμβατό με Bluetooth V5.

Ωστόσο, η προδιαγραφή BLE Mesh είναι πολύ πρόσφατη και δεν υπάρχουν προς το παρόν παραδείγματα εφαρμογών. Έτσι, η ρύθμιση του πλέγματος δεν καλύπτεται σε αυτό το έργο, αλλά μόλις γίνει διαθέσιμος ο κώδικας του παραδείγματος, θα μπορείτε να προγραμματίσετε εκ νέου το RedBear BLE Nano V2 για να παρέχετε ένα πλεγμένο δίκτυο οικιακού αυτοματισμού

Βήμα 2: Πώς λειτουργεί το τηλεχειριστήριο BLE όταν δεν υπάρχει ουδέτερη σύνδεση;

Η ιδέα για αυτόν τον έλεγχο χρονολογείται, αρκετά χρόνια, σε ένα απλό κύκλωμα πηγής σταθερού ρεύματος. (National Semiconductor Application Note 103, Figure 5, George Cleveland, August 1980)

Αυτό που είναι ενδιαφέρον για αυτό το κύκλωμα είναι ότι έχει μόνο δύο καλώδια, ένα και ένα έξω. Δεν υπάρχει σύνδεση με την παροχή -ve (gnd) παρά μόνο μέσω του φορτίου. Αυτό το κύκλωμα τραβιέται από τους ιμάντες μπότας του. Χρησιμοποιεί την πτώση τάσης στον ρυθμιστή και την αντίσταση για να τροφοδοτήσει τον ρυθμιστή.

Το Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control χρησιμοποίησε μια παρόμοια ιδέα.

Ένα 5V6 Zener σε σειρά με το φορτίο τροφοδοτεί την ισχύ για τον ελεγκτή BLE και το ρελέ μανδάλωσης. Όταν το φορτίο απενεργοποιηθεί, μια πολύ μικρή ποσότητα ρεύματος μικρότερη από 5mA συνεχίζει να ρέει μέσω του zener (και του φορτίου) μέσω των 0.047uF και 1K παρακάμπτοντας τον ανοιχτό διακόπτη. Αυτό το μικροσκοπικό ρεύμα, το οποίο είναι ελάχιστα ανιχνεύσιμο και «ασφαλές», είναι αρκετό για να τροφοδοτήσει τον ελεγκτή BLE όταν το φορτίο είναι απενεργοποιημένο και επίσης να φορτίσει έναν πυκνωτή για να οδηγήσει το ρελέ ασφάλισης για να ενεργοποιήσει το φορτίο από απόσταση. Ανατρέξτε στην ενότητα Μετασκευή ενός υπάρχοντος διακόπτη φωτός με τηλεχειριστήριο για το πλήρες κύκλωμα και λεπτομέρειες.

Ο περιορισμός του παραπάνω κυκλώματος είναι ότι όταν το φορτίο είναι ON, όλο το ρεύμα φορτίου περνάει από το zener. Η χρήση zener 5W περιορίζει το ρεύμα σε περίπου μισό ενισχυτή. Δηλαδή για μια λάμπα 60W (σε 110VAC) 3W διαχέεται ως θερμότητα από το zener όταν το φορτίο είναι ενεργοποιημένο. Για συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος 110V αυτό περιορίζει το φορτίο σε περίπου 60W και για συστήματα 240V περίπου 120W. Με τον σύγχρονο φωτισμό LED αυτό είναι συχνά αρκετό, ωστόσο δεν θα αντιμετωπίσει τα 200W λαμπτήρων στο σαλόνι.

Το κύκλωμα που περιγράφεται εδώ καταργεί αυτόν τον περιορισμό και επιτρέπει στα κιλοβάτ ισχύος να ελέγχονται εξ αποστάσεως από mWs μέσω BLE και pfodApp.

Βήμα 3: Διάγραμμα κυκλώματος

Το παραπάνω κύκλωμα δείχνει το φορτίο OFF. Σε αυτήν την κατάσταση, ο ελεγκτής BLE τροφοδοτείται μέσω των 0.047uF και 1K όπως στο προηγούμενο κύκλωμα. Όταν το φορτίο είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ (δηλ. Λειτουργεί είτε ο διακόπτης τοίχου είτε το ρελέ μανδάλωσης στο παραπάνω κύκλωμα), ο επάνω ανορθωτής γέφυρας και τα εξαρτήματα 0.047uF και 1K βραχυκυκλώνονται από το ρελέ και τον διακόπτη. Το ρεύμα πλήρους φορτίου στη συνέχεια ρέει μέσω του Τοροειδούς Μετασχηματιστή που παρέχει τα mW που απαιτούνται για το κύκλωμα ελέγχου. Παρόλο που το τοροειδές φαίνεται ότι έχει περίπου 3,8V AC κατά κύριο λόγο, η κύρια περιέλιξη είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου αντιδραστική και εκτός φάσης με την τάση φορτίου, οπότε πολύ λίγη ισχύς λαμβάνεται στην πραγματικότητα από τον τοροειδή, mWs στην πραγματικότητα.

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος είναι εδώ (pdf). Η λίστα μερών, BLE_HighPower_Controller_Parts.csv, είναι εδώ

Μπορείτε να δείτε τα πρόσθετα στοιχεία στην αριστερή πλευρά. Ο τοροειδής μετασχηματιστής, κατασταλτής υπερτάσεων, περιοριστική αντίσταση και ανορθωτής πλήρους κύματος. Η μετασκευή ενός υπάρχοντος διακόπτη φωτός με τηλεχειριστήριο περιγράφει το υπόλοιπο κύκλωμα.

Η τάση που παρέχει ο Τοροειδής μετασχηματιστής ποικίλλει ανάλογα με το ρεύμα φορτίου (δείτε παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες). Περισσότερο το 7V χρειάζεται για να οδηγήσει τον ανορθωτή πλήρους κύματος και το zener. Η αντίσταση RL έχει επιλεγεί για να περιορίσει το ρεύμα μέσω του Zener σε μερικά mAs, ας πούμε λιγότερο από 20mA. Η τοποθέτηση μιας τοροειδούς τάσης τροφοδοσίας που ποικίλλει με το ρεύμα φορτίου δεν αποτελεί μεγάλο πρόβλημα λόγω του μεγάλου εύρους ρευμάτων που μπορεί να χειριστεί το zener, 0,1mA έως 900mA, το οποίο δίνει ένα ευρύ φάσμα διαθέσιμων πτώσεων τάσης σε RL και ως εκ τούτου ένα ευρύ φάσμα αποδεκτών Τοροειδείς τάσεις τροφοδοσίας. Φυσικά για αποδοτικότητα θα θέλαμε η τάση εξόδου από το τοροειδές να ταιριάζει περισσότερο με αυτό που χρειάζεται.

Ενημέρωση: 13 Ιουλίου 2018-αντικαταστάθηκε το RL με ρυθμιστή 3 τερματικών

Κατά τον έλεγχο του υλικού μετά από μερικούς μήνες, η τρέχουσα αντίσταση RL φαινόταν ελαφρώς καμένη, οπότε το κύκλωμα του τοροειδούς μετασχηματιστή τροποποιήθηκε (τροποποιημένοCircuit.pdf) για να χρησιμοποιήσει έναν περιοριστή ρεύματος 3 ακροδεκτών.

Προστέθηκε Z1 (ένα διπλής κατεύθυνσης zener) για να περιορίσει την αύξηση της τάσης στο πρωτεύον σε <12V και IC1 όπως προστέθηκε για να περιορίσει το ρεύμα που παρέχεται από το δευτερεύον σε ~ 10mA. Χρησιμοποιήθηκε ένας LM318AHV με όριο τάσης εισόδου 60V και το Z2 περιορίζει την έξοδο του μετασχηματιστή σε <36V για προστασία του LM318AHV.

Βήμα 4: Σχεδιασμός του Τοροειδούς Μετασχηματιστή

Ένας τοροειδής μετασχηματιστής χρησιμοποιείται εδώ επειδή έχει πολύ χαμηλή διαρροή μαγνητικής ροής και έτσι ελαχιστοποιεί τις παρεμβολές στο υπόλοιπο κύκλωμα. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι πυρήνων τοροειδών, η σκόνη σιδήρου και ο φερρίτης. Για αυτό το σχέδιο πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον τύπο σκόνης σιδήρου που έχει σχεδιαστεί για τη χρήση ισχύος. Χρησιμοποίησα έναν πυρήνα HY-2 από το Jaycar, LO-1246. 14.8mm ightψος, 40.6mm OD, 23.6mm ID. Εδώ είναι το φύλλο προδιαγραφών. Αυτό το φύλλο σημειώνει ότι τα τοροειδή T14, T27 και T40 είναι παρόμοια, οπότε μπορείτε να δοκιμάσετε ένα από αυτά.

Ο σχεδιασμός μετασχηματιστή είναι μια τέχνη λόγω της μη γραμμικής φύσης της καμπύλης B-H, της μαγνητικής υστέρησης και των απωλειών πυρήνα και σύρματος. Η Magnetic Inc έχει μια διαδικασία σχεδιασμού που φαίνεται να είναι ευθεία, αλλά απαιτεί Excel και δεν λειτουργεί στο Open Office, οπότε δεν το χρησιμοποίησα. Ευτυχώς εδώ το μόνο που χρειάζεται είναι να έχετε το σχέδιο σχεδόν σωστά και μπορείτε να το προσαρμόσετε προσθέτοντας κύριες στροφές ή αυξάνοντας το RL. Χρησιμοποίησα τη διαδικασία σχεδιασμού παρακάτω και πήρα έναν αποδεκτό μετασχηματιστή για πρώτη φορά, αφού πρόσθεσα μια δεύτερη κύρια περιέλιξη. Έχω βελτιώσει τον αριθμό των στροφών και τη διαδικασία περιέλιξης για τον δεύτερο μετασχηματιστή.

Τα βασικά κριτήρια σχεδιασμού είναι:-

• Πρέπει να υπάρξει αρκετή αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο (Η) στον πυρήνα για να ξεπεραστεί η υστέρηση της καμπύλης Β-Η, αλλά όχι αρκετή για να κορεστεί ο πυρήνας. δηλ. 4500 έως 12000 Gauss.
• Τα πρωτεύοντα βολτ εξαρτώνται από:- την επαγωγή της κύριας περιέλιξης και τη συχνότητα δικτύου για να δώσουν την αντίσταση και κατόπιν τους χρόνους από το ρεύμα φορτίου για να δώσουν την τάση του πρωτεύοντος τυλίγματος.
• Τα δευτερεύοντα βολτ εξαρτώνται, κατά προσέγγιση, από την αναλογία στροφών δευτερεύουσα σε σχέση με την αρχική φορά τα πρωτεύοντα βολτ. Οι απώλειες πυρήνα και η αντίσταση περιέλιξης σημαίνουν ότι η έξοδος είναι πάντα μικρότερη από έναν ιδανικό μετασχηματιστή.
• Τα δευτερεύοντα βολτ πρέπει να υπερβαίνουν τα 6,8V (== 5,6V (zener) + 2 * 0,6V (διόδους ανορθωτή)) για αρκετό από τον κύκλο εναλλασσόμενου ρεύματος για να παράσχει ένα μέσο ρεύμα μέσω του zener μεγαλύτερο από μερικά mA για να τροφοδοτήσει το κύκλωμα BLE Το
• Το κύριο σύρμα περιέλιξης πρέπει να επιλεγεί για να μπορεί να μεταφέρει το ρεύμα πλήρους φορτίου. Το δευτερεύον θα φέρει κανονικά mA μόνο μετά την εισαγωγή της αντίστασης περιορισμού RL, ώστε το μέγεθος του δευτερεύοντος καλωδίου περιέλιξης να μην είναι κρίσιμο.

Βήμα 5: Σχεδιασμός για κύριο δίκτυο 50Hz

Ο Υπολογιστής Toroid Inductance per Turn θα υπολογίσει την επαγωγή και το Gauss/Amp για έναν δεδομένο αριθμό στροφών, λαμβάνοντας υπόψη τις διαστάσεις τοροειδούς και τη διαπερατότητα, ui.

Για αυτήν την εφαρμογή, το σαλόνι ανάβει, το ρεύμα φορτίου είναι περίπου 0,9Α. Αν υποθέσουμε ότι ο μετασχηματιστής 2: 1 ανεβαίνει και η κορυφή είναι μεγαλύτερη από 6,8V στο δευτερεύον, τότε η πρωτεύουσα τάση αιχμής πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 6,8 / 2 = 3,4V Peak / sqrt (2) == Βολτ AC RMS, έτσι ώστε τα πρωτεύοντα βολτ RMS να χρειάζονται να είναι μεγαλύτερη από 3,4 / 1,414 = 2,4V RMS. Ας στοχεύσουμε λοιπόν σε ένα πρωτεύον βολτ RMS για περίπου 3V AC.

Η πρωταρχική τάση εξαρτάται από τους χρόνους αντιστάσεως του ρεύματος φορτίου, δηλ. 3/0,9 = 3,33 πρωτεύουσα αντίσταση. Η αντίδραση για την περιέλιξη δίνεται κατά 2 * pi * f * L, όπου f είναι η συχνότητα και L είναι η επαγωγή. Έτσι για ένα κύριο σύστημα 50Hz L = 3.33 / (2 * pi * 50) == 0.01 H == 10000 uH

Χρήση του Toroid Inductance per Turn Calculator και εισαγωγή των διαστάσεων τοροειδούς ύψους 14,8mm, 40,6mm OD, 23,6mm ID, και αν υποθέσουμε ότι 150 για ui δίνει για 200 στροφές 9635uH και 3820 Gauss/A Σημείωση: το ui παρατίθεται στις προδιαγραφές ως 75 αλλά για τα χαμηλότερα επίπεδα πυκνότητας ροής που χρησιμοποιούνται εδώ, 150 είναι πιο κοντά στο σωστό σχήμα. Αυτό προσδιορίστηκε μετρώντας την κύρια τάση του τελικού πηνίου. Αλλά μην ανησυχείτε πολύ για τον ακριβή αριθμό, καθώς μπορείτε να διορθώσετε την κύρια περιέλιξη αργότερα.

Έτσι, χρησιμοποιώντας 200 στροφές, δώστε, για 50Hz, f, τροφοδοτήστε την αντίδραση == 2 * pi * f * L == 2 * 3.142 * 50 * 9635e-6 = 3.03 και έτσι τα βολτ στην κύρια περιέλιξη στα 0.9A RMS AC είναι 3,03 * 0,9 = 2,72V RMS για τάση αιχμής 3,85V και δευτερεύουσα τάση κορυφής 7,7V, υποθέτοντας μετασχηματιστή 2: 1 βαθμίδας.

Το μέγιστο Gauss είναι 3820 Gauss / A * 0,9A == 4861 Gauss που είναι μικρότερο από το επίπεδο κορεσμού των 12000 Gauss για αυτόν τον πυρήνα.

Για μετασχηματιστή 2: 1 η δευτερεύουσα περιέλιξη πρέπει να έχει 400 στροφές. Οι δοκιμές έδειξαν ότι αυτός ο σχεδιασμός λειτούργησε και μια αντίσταση RL 150 ohms έδωσε ένα μέσο ρεύμα zener περίπου 6mA.

Το κύριο μέγεθος καλωδίου υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας Υπολογισμός μετασχηματιστών ισχύος συχνότητας δικτύου - Επιλέγοντας το σωστό καλώδιο. Για 0,9Α αυτή η ιστοσελίδα έδωσε διάμετρο 0,677 mm. Έτσι χρησιμοποιήθηκε σύρμα με σμάλτο διαμέτρου 0,63 mm (Jaycar WW-4018) για το πρωτεύον και 0,25 mm καλώδιο με σμάλτο με διάμετρο 0,25 mm (Jaycar WW-4012) για το δευτερεύον.

Η πραγματική κατασκευή του μετασχηματιστή χρησιμοποίησε ένα μόνο δευτερεύον τύλιγμα 400 στροφών από σμαλτωμένο σύρμα διαμέτρου 0,25 mm και δύο (2) κύριες περιελίξεις 200 στροφών το καθένα από καλώδιο με σμάλτο διαμέτρου 0,63 mm. Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει στον μετασχηματιστή να διαμορφωθεί ώστε να λειτουργεί με ρεύματα φορτίου στην περιοχή 0.3Α έως 2Α, δηλαδή (33W έως 220W στα 110V ή 72W έως 480W στα 240V). Η σύνδεση των κύριων περιελίξεων είναι σειρά, διπλασιάζει την επαγωγή και επιτρέπει στον μετασχηματιστή να χρησιμοποιείται για ρεύματα τόσο χαμηλά όσο 0,3A (33W στα 110V ή 72W στα 240V) με RL == 3R3 και έως 0,9A με RL = 150 ohms. Η σύνδεση των δύο κύριων περιελίξεων παράλληλα διπλασιάζει την τρέχουσα ικανότητα μεταφοράς τους και παρέχει ρεύμα φορτίου 0,9Α έως 2Α (220W στα 110V και 480W στα 240V) με κατάλληλο RL.

Για την εφαρμογή μου που ελέγχει φώτα 200W στα 240V, ένωσα ότι η περιέλιξη είναι παράλληλη και χρησιμοποίησα 47 Ω για RL. Αυτό ταιριάζει απόλυτα με την τάση εξόδου με αυτήν που χρειαζόταν, επιτρέποντας στο κύκλωμα να εξακολουθεί να λειτουργεί για φορτία έως 150W εάν ένας ή περισσότεροι λαμπτήρες αποτύχουν.

Βήμα 6: Τροποποίηση των στροφών για ρεύμα 60Hz

Στα 60 Hz η αντίδραση είναι 20% υψηλότερη οπότε δεν χρειάζεστε τόσες στροφές. Δεδομένου ότι η επαγωγή ποικίλλει ως N^2 (στροφές σε τετράγωνο) όπου N είναι ο αριθμός των στροφών. Για συστήματα 60Hz μπορείτε να μειώσετε τον αριθμό των στροφών κατά περίπου 9%. Δηλαδή 365 στροφές για το δευτερεύον και 183 στροφές για κάθε πρωτεύουσα για να καλύψουν 0,3Α έως 2Α όπως περιγράφηκε παραπάνω.

Βήμα 7: Σχεδιασμός για υψηλότερα ρεύματα φορτίου, 10Α 60Hz Παράδειγμα

Το ρελέ που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο μπορεί να αλλάξει ρεύμα αντίστασης φορτίου έως 16Α. Ο παραπάνω σχεδιασμός θα λειτουργεί για 0,3Α έως 2Α. Πάνω από αυτό το τοροειδές αρχίζει να κορεστεί και το μέγεθος του κύριου σύρματος περιέλιξης δεν είναι αρκετά μεγάλο για να μεταφέρει το ρεύμα φορτίου. Το αποτέλεσμα, επιβεβαιωμένο με δοκιμή με φορτίο 8,5Α, είναι ένας μετασχηματιστής που βρωμάει.

Ως παράδειγμα σχεδιασμού υψηλού φορτίου, ας σχεδιάσουμε για φορτίο 10Α σε σύστημα 110V 60Hz. Δηλαδή 1100W στα 110V.

Ας υποθέσουμε μια πρωτεύουσα τάση ας πούμε 3.5V RMS και έναν μετασχηματιστή 2: 1 που επιτρέπει κάποιες απώλειες, τότε η πρωταρχική αντίδραση που απαιτείται είναι 3.5V / 10A = 0.35. Για 60Hz αυτό συνεπάγεται επαγωγή 0,35/(2 * pi * 60) = 928,4 uH

Χρησιμοποιώντας το ui των 75 αυτή τη φορά, καθώς η πυκνότητα ροής θα είναι υψηλότερη, δείτε παρακάτω, μερικές δοκιμές του αριθμού στροφών στον Υπολογιστή Toroid Inductance per Turn δίνει 88 στροφές για την κύρια και 842 Gauss / A για την πυκνότητα ροής ή 8420 Gauss στα 10Α που εξακολουθεί να βρίσκεται εντός του ορίου κορεσμού των 12000 Gauss. Σε αυτό το επίπεδο ροής, το u i είναι πιθανώς υψηλότερο από 75, αλλά μπορείτε να ρυθμίσετε τον αριθμό των κύριων στροφών όταν δοκιμάζετε τον μετασχηματιστή παρακάτω.

Ο υπολογισμός των μετασχηματιστών ισχύος συχνότητας δικτύου δίνει ένα μέγεθος σύρματος 4mm^2 διατομής ή διαμέτρου 2.25mm ή ίσως λίγο λιγότερο δύο κύριες περιελίξεις 88 στροφών το καθένα με διατομή 2mm^2, δηλαδή καλώδιο dia 1,6mm, συνδεδεμένο παράλληλα για να δώσει συνολική διατομή 4mm^2.

Για να κατασκευάσετε και να δοκιμάσετε αυτό το σχέδιο, τυλίξτε μια δευτερεύουσα περιέλιξη 176 στροφών (για να δώσει τη διπλή τάση εξόδου από πριν) και στη συνέχεια τυλίξτε μόνο μία κύρια στροφή 88 καλωδίων διαμέτρου 1,6 mm. Σημείωση: Αφήστε επιπλέον καλώδιο στο πρώτο, ώστε να μπορείτε να προσθέσετε περισσότερες στροφές εάν χρειάζεται. Στη συνέχεια, συνδέστε το φορτίο 10Α και δείτε εάν το δευτερεύον μπορεί να παρέχει την τάση/ρεύμα που απαιτείται για τη λειτουργία του κυκλώματος BLE. Το καλώδιο διαμέτρου 1,6 mm μπορεί να αντέξει τα 10Α για μικρό χρονικό διάστημα που μετράτε δευτερεύοντα.

Εάν υπάρχουν επαρκή βολτ, καθορίστε το RL που είναι απαραίτητο για τον περιορισμό του ρεύματος και ίσως απογειώστε μερικές στροφές εάν υπάρχει μεγάλη περίσσεια τάσης. Διαφορετικά, εάν δεν υπάρχει αρκετή δευτερεύουσα τάση, προσθέστε μερικές ακόμη στροφές στο πρωτεύον για να αυξήσετε την πρωτεύουσα τάση και συνεπώς τη δευτερεύουσα τάση. Η κύρια τάση αυξάνεται ως N^2 ενώ η δευτερεύουσα τάση μειώνεται περίπου 1/N λόγω της αλλαγής του λόγου στροφών, οπότε η προσθήκη πρωτογενών περιελίξεων θα αυξήσει τη δευτερεύουσα τάση.

Αφού προσδιορίσετε τον αριθμό των πρωτογενών στροφών που χρειάζεστε, μπορείτε στη συνέχεια να τυλίξετε τη δεύτερη κύρια περιέλιξη παράλληλα με την πρώτη για να παρέχετε την πλήρη ικανότητα μεταφοράς ρεύματος φορτίου.

Βήμα 8: Τύλιγμα του Τοροειδούς Μετασχηματιστή

Για να τυλίξετε τον μετασχηματιστή, πρέπει πρώτα να τυλίξετε το σύρμα σε ένα προηγούμενο που θα χωρέσει μέσα από το τοροειδές.

Πρώτα υπολογίστε πόσα καλώδια χρειάζεστε. Για το Jaycar, το τοροειδές LO-1246 κάθε στροφή είναι περίπου 2 x 14,8 + 2 * (40,6-23,6)/2 == 46,6 mm. Έτσι για 400 στροφές χρειάζεστε περίπου 18,64μ σύρμα.

Στη συνέχεια υπολογίστε το μέγεθος της απλής στροφής στην πρώτη που θα χρησιμοποιήσετε. Χρησιμοποίησα ένα μολύβι διαμέτρου περίπου 7,1 mm που έδωσε μήκος στροφής pi * d = 3,14 * 7,1 == 22,8 mm ανά στροφή. Έτσι, για 18,6 μέτρα σύρμα χρειάστηκα περίπου 840 στροφές στο πρώτο. Αντί να μετρήσω τις στροφές που θα γίνονταν στην πρώτη, υπολόγισα το κατά προσέγγιση μήκος των 840 στροφών, υποθέτοντας σύρμα διαμέτρου 0,26 mm (λίγο μεγαλύτερο από το πραγματικό διάμετρο 0,25 mm του σύρματος). 0,26 * 840 = περιέλιξη μήκους 220 mm της κοντινής περιστροφής για να περάσει 18,6 m σύρματος στο πρώτο. Δεδομένου ότι το μολύβι είχε μήκος μόνο 140 χιλιοστά, θα χρειαζόμουν τουλάχιστον 2,2 στρώσεις μήκους 100 χιλιοστών το καθένα. Τέλος πρόσθεσα περίπου 20% επιπλέον σύρμα για να επιτρέψω την ατημέλητη περιέλιξη και να αυξήσω το μήκος της στροφής στο τοροειδές για το δεύτερο στρώμα και στην πραγματικότητα έβαλα 3 στρώματα μήκους 100 mm το καθένα στο πρώτο μολύβι.

Για να τυλίξω το σύρμα πάνω στο μολύβι, χρησιμοποίησα ένα τρυπάνι πολύ αργής ταχύτητας για να περιστρέψω το μολύβι. Χρησιμοποιώντας το μήκος των στρωμάτων ως οδηγό, δεν χρειάστηκε να μετρήσω τις στροφές. Θα μπορούσατε επίσης να χρησιμοποιήσετε ένα τρυπάνι χειρός τοποθετημένο σε βίτσιο.

Κρατώντας το τοροειδές σε μια μαλακή σιαγόνα που μπορεί να περιστρέψει τα σαγόνια για να κρατήσει το τοροειδές οριζόντια, έβγαλα πρώτα τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Ξεκινώντας με ένα στρώμα λεπτής ταινίας διπλής όψης γύρω από το εξωτερικό του τοροειδούς για να διατηρήσω το σύρμα στη θέση του καθώς το πληγώνω. Πρόσθεσα ένα άλλο στρώμα βρύσης μεταξύ κάθε στρώματος για να διατηρήσω τα πράγματα στη θέση τους. Μπορείτε να δείτε το τελευταίο επίπεδο πατήματος στην παραπάνω φωτογραφία. Αγόρασα το Vice ειδικά για αυτή τη δουλειά, ένα Stanley Multi Angle Hobby Vice. Άξιζε πολύ τα λεφτά του.

Παρόμοιος υπολογισμός έγινε για την προετοιμασία του πρώτου τυλίγματος για τις δύο κύριες περιελίξεις. Αν και σε αυτή την περίπτωση μέτρησα το νέο μέγεθος του τοροειδούς, με τη δευτερεύουσα περιέλιξη στη θέση του, για να υπολογίσω το μήκος της στροφής. Πάνω είναι μια φωτογραφία του μετασχηματιστή με τη δευτερεύουσα πληγή και το σύρμα για την πρώτη κύρια περιέλιξη στο πρώτο έτοιμο να ξεκινήσει την περιέλιξη.

Βήμα 9: Κατασκευή

Για αυτό το πρωτότυπο ξαναχρησιμοποίησα ένα από τα PCB που περιγράφονται στο Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control και έκοψα δύο κομμάτια και πρόσθεσα ένα σύνδεσμο για να το επαναδιαμορφώσω για το τοροειδές.

Το τοροειδές τοποθετήθηκε χωριστά και ο κατασταλτικός υπερτάσεων τοποθετήθηκε απευθείας κατά μήκος της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Μια θυγατρική σανίδα χρησιμοποιήθηκε για την τοποθέτηση του ανορθωτή πλήρους κύματος και του RL.

Ο κατασταλτικός κύματος ήταν μια καθυστερημένη προσθήκη. Όταν δοκίμασα για πρώτη φορά το πλήρες κύκλωμα με φορτίο 0,9Α, άκουσα μια απότομη ρωγμή όταν χρησιμοποιούσα το pfodApp για να ενεργοποιήσω το φορτίο από απόσταση. Με πιο στενή επιθεώρηση διαπιστώθηκε μια μικρή μπλε εκκένωση από το RL κατά την ενεργοποίηση. Κατά την ενεργοποίηση ολόκληρου του 240V RMS (κορυφή 340V) εφαρμόζονταν στο πρωτεύον του τοροειδούς κατά τη διάρκεια του παροδικού. Το δευτερεύον, με αναλογία στροφών 2: 1, παρήγαγε έως 680V, το οποίο ήταν αρκετό για να προκαλέσει διάσπαση μεταξύ RL και μιας κοντινής πίστας. Η εκκαθάριση των κοντινών διαδρομών και η προσθήκη 30,8V κατασταλτικού εναλλασσόμενου ρεύματος στο δευτερεύον πηνίο έλυσε αυτό το πρόβλημα.

Βήμα 10: Προγραμματισμός του BLE Nano και σύνδεση

Ο κωδικός στο BLE Nano είναι ο ίδιος με αυτόν που χρησιμοποιήθηκε στο Retrofit an Existing Light Switch με τηλεχειριστήριο και το έργο αυτό συζητά τον κώδικα και τον τρόπο προγραμματισμού του Nano. Η μόνη αλλαγή ήταν στο όνομα διαφήμισης BLE και η προτροπή που εμφανίστηκε στο pfodApp. Η σύνδεση μέσω pfodApp από το κινητό Android εμφανίζει αυτό το κουμπί.

Το κύκλωμα παρακολουθεί την τάση που εφαρμόζεται στο φορτίο για να εμφανίσει σωστά ένα κίτρινο κουμπί όταν το φορτίο τροφοδοτείται είτε από το τηλεχειριστήριο είτε από τη χειροκίνητη παράκαμψη.

συμπέρασμα

Αυτό το έργο επεκτείνει την αναβάθμιση ενός υπάρχοντος διακόπτη φωτός με τηλεχειριστήριο για να μπορείτε να ελέγχετε εξ αποστάσεως κιλοβάτ φορτίου προσθέτοντας απλώς αυτό το κύκλωμα στον υπάρχοντα διακόπτη. Δεν απαιτείται επιπλέον καλωδίωση και ο αρχικός διακόπτης συνεχίζει να λειτουργεί ως χειροκίνητη παράκαμψη, ενώ παράλληλα σας επιτρέπει να ενεργοποιήσετε απομακρυσμένα το φορτίο αφού χρησιμοποιήσετε τον χειροκίνητο διακόπτη παράκαμψης για να τον απενεργοποιήσετε

Εάν το κύκλωμα του τηλεχειριστηρίου αποτύχει ή δεν μπορείτε να βρείτε το κινητό σας, ο χειροκίνητος διακόπτης παράκαμψης συνεχίζει να λειτουργεί.

Προχωρώντας, αναβαθμίζοντας τους διακόπτες φωτισμού του σπιτιού σας με μονάδες ελέγχου BLE Nano V2 που υποστηρίζουν Bluetooth V5 σημαίνει ότι στο μέλλον μπορείτε να δημιουργήσετε ένα οικιακό δίκτυο αυτοματισμού χρησιμοποιώντας ένα πλέγμα Bluetooth V5.