ชุดติดตั้งเพิ่มเติม BLE ควบคุมเพื่อโหลดกำลังสูง - ไม่ต้องเดินสายไฟเพิ่มเติม: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

อัปเดต: 13 กรกฎาคม 2018 - เพิ่มตัวควบคุม 3 ขั้วเพื่อจัดหา toroid

คำแนะนำนี้ครอบคลุมการควบคุม BLE (บลูทูธพลังงานต่ำ) ของโหลดที่มีอยู่ในช่วง 10W ถึง >1000W พลังงานถูกเปลี่ยนจากระยะไกลจาก Android Mobile ของคุณผ่าน pfodApp

ไม่จำเป็นต้องเดินสายเพิ่มเติม เพียงเพิ่มวงจรควบคุม BLE เข้ากับสวิตช์ที่มีอยู่

บ่อยครั้งเมื่อติดตั้งระบบอัตโนมัติภายในบ้านเข้ากับการติดตั้งที่มีอยู่ ที่ที่เหมาะสมเพียงแห่งเดียวในการเพิ่มการควบคุมอยู่ที่สวิตช์ที่มีอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณต้องการให้สวิตช์เป็นแบบแทนที่ด้วยตนเอง อย่างไรก็ตามโดยปกติจะมีเพียงสองสายที่สวิตช์คือสาย Active และสายสวิตช์ไปที่โหลดไม่มีเป็นกลาง ดังที่แสดงไว้ข้างต้นการควบคุม BLE นี้ใช้งานได้กับเพียงสองสายดังกล่าวและมีสวิตช์แทนที่แบบแมนนวล ทั้งรีโมทคอนโทรลและสวิตช์แบบแมนนวลทำงานเมื่อโหลดเปิดหรือปิด

ตัวอย่างเฉพาะที่นี่คือการควบคุมไฟธนาคาร 200W โดยวางวงจรไว้ด้านหลังสวิตช์ผนัง รหัสมีให้สำหรับทั้ง RedBear BLE Nano (V1.5) และ RedBear BLE Nano V2 เพื่อแสดงปุ่มควบคุมบน pfodApp นอกจากนี้ยังมีฟังก์ชันปิดอัตโนมัติตามกำหนดเวลาที่เป็นอุปกรณ์เสริมในโค้ดอีกด้วย

คำเตือน: โครงการนี้มีไว้สำหรับผู้สร้างที่มีประสบการณ์เท่านั้น บอร์ดเป็นแบบใช้ไฟเมนและอาจถึงตายได้หากส่วนใดส่วนหนึ่งของบอร์ดถูกสัมผัสขณะทำงาน การเดินสายไฟของบอร์ดนี้เข้ากับวงจรสวิตช์ไฟที่มีอยู่ควรทำโดยช่างไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 1: ทำไมต้องเป็นโครงการนี้

โครงการก่อนหน้านี้ Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control จะทำงานสำหรับโหลดระหว่าง 10W ถึง 120W สำหรับ 240VAC (หรือ 5W ถึง 60W สำหรับ 110VAC) แต่ไม่สามารถรับมือกับไฟห้องนั่งเล่นที่ประกอบด้วย 10 x 20W = 200W ของ คอมแพคฟลูออเรสเซนต์ โปรเจ็กต์นี้เพิ่มส่วนประกอบบางส่วนและ Toroid ที่พันด้วยมือเพื่อขจัดข้อจำกัดด้านโหลดนั้นในขณะที่ยังคงรักษาข้อดีทั้งหมดของโปรเจ็กต์ก่อนหน้านี้ไว้ โหลดการออกแบบนี้สามารถสลับได้เฉพาะโดยการจัดอันดับหน้าสัมผัสรีเลย์เท่านั้น รีเลย์ที่ใช้ที่นี่สามารถเปลี่ยนตัวต้านทานได้ 16 แอมป์ นั่นคือ >1500W ที่ 110VAC และ >3500W ที่ 240VAC วงจรควบคุมและรีเลย์ BLE ใช้ mW จึงไม่ร้อนด้วยซ้ำ

ข้อดีของโครงการนี้คือ:- (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการติดตั้งสวิตช์ไฟที่มีอยู่พร้อมรีโมทคอนโทรลเพิ่มเติม)

ง่ายต่อการติดตั้งและบำรุงรักษา โซลูชันนี้ใช้แหล่งจ่ายไฟหลักแต่ไม่ต้องติดตั้งสายไฟเพิ่มเติม เพียงติดตั้งเพิ่มวงจรควบคุมให้กับสวิตช์แบบแมนนวลที่มีอยู่

ยืดหยุ่นและทนทานสวิตช์ควบคุมด้วยตนเองจะควบคุมโหลดต่อไปแม้ว่าวงจรควบคุมระยะไกลจะล้มเหลว (หรือคุณไม่สามารถหามือถือของคุณได้) นอกจากนี้ คุณสามารถเปิดการโหลดจากระยะไกลได้หลังจากที่คุณใช้สวิตช์แทนที่แบบแมนนวลเพื่อปิด

ฟังก์ชันเพิ่มเติมเมื่อคุณมีไมโครโปรเซสเซอร์ที่ควบคุมโหลดของคุณแล้ว คุณสามารถเพิ่มฟังก์ชันเพิ่มเติมได้ทันที รหัสในโครงการนี้มีตัวเลือกในการปิดการโหลดหลังจากเวลาที่กำหนด คุณยังสามารถเพิ่มเซ็นเซอร์อุณหภูมิเพื่อควบคุมโหลดและปรับค่าอุณหภูมิจากระยะไกลได้อีกด้วย

สร้างพื้นฐานสำหรับเครือข่ายระบบอัตโนมัติในบ้านเต็มรูปแบบแผนภาพนี้มาจาก Bluetooth V5 “Mesh Profile Specification 1.0”, 13 กรกฎาคม 2017, Bluetooth SIG

อย่างที่คุณเห็นมันประกอบด้วยจำนวนโหนดรีเลย์ในเมช โหนดรีเลย์ทำงานตลอดเวลาและให้การเข้าถึงโหนดอื่นๆ ในตาข่ายและเซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ การติดตั้งโมดูล Mains Powered BLE Remote นี้จะจัดเตรียมชุดโหนดทั่วทั้งบ้านของคุณโดยอัตโนมัติ ซึ่งสามารถเพิ่มลงในเมชเป็นโหนดรีเลย์ได้ RedBear BLE Nano V2 รองรับ Bluetooth V5

อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนด BLE Mesh นั้นใหม่มาก และขณะนี้ยังไม่มีตัวอย่างการใช้งาน ดังนั้นการตั้งค่าเมชจะไม่ครอบคลุมในโปรเจ็กต์นี้ แต่เมื่อโค้ดตัวอย่างพร้อมใช้งาน คุณจะสามารถตั้งโปรแกรม RedBear BLE Nano V2 ของคุณใหม่เพื่อให้เครือข่าย Home Automation แบบตาข่าย

ขั้นตอนที่ 2: สวิตช์ระยะไกล BLE ทำงานอย่างไรเมื่อไม่มีการเชื่อมต่อแบบเป็นกลาง

แนวคิดสำหรับการควบคุมนี้มีขึ้นเมื่อหลายปีก่อน จนถึงวงจรแหล่งกระแสคงที่อย่างง่าย (หมายเหตุการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์แห่งชาติ 103 รูปที่ 5 จอร์จ คลีฟแลนด์ สิงหาคม 1980)

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับวงจรนี้คือมีสายไฟเพียงสองเส้น หนึ่งและหนึ่งออก ไม่มีการเชื่อมต่อกับแหล่งจ่าย -ve (gnd) ยกเว้นผ่านการโหลด วงจรนี้ดึงตัวเองขึ้นด้วยสายรัดบูต ใช้แรงดันตกคร่อมตัวควบคุมและตัวต้านทานเพื่อจ่ายไฟให้กับตัวควบคุม

ชุดติดตั้งเพิ่มเติมสวิตช์ไฟที่มีอยู่พร้อมรีโมทคอนโทรลใช้แนวคิดที่คล้ายกัน

ซีเนอร์ 5V6 ในชุดที่มีโหลดจ่ายไฟให้กับคอนโทรลเลอร์ BLE และรีเลย์ล็อค เมื่อโหลดถูกปิด กระแสไฟจำนวนเล็กน้อยที่น้อยกว่า 5mA จะยังคงไหลต่อไปแม้ว่าซีเนอร์ (และโหลด) ผ่าน 0.047uF และ 1K จะข้ามสวิตช์เปิด กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กนี้ซึ่งแทบจะไม่สามารถตรวจจับได้และ 'ปลอดภัย' ก็เพียงพอแล้วที่จะจ่ายไฟให้กับตัวควบคุม BLE เมื่อโหลดถูกปิดและยังชาร์จตัวเก็บประจุเพื่อขับเคลื่อนรีเลย์ล็อคเพื่อเปิดโหลดจากระยะไกล ดูการดัดแปลงสวิตช์ไฟที่มีอยู่พร้อมรีโมทคอนโทรลสำหรับวงจรทั้งหมดและรายละเอียด

ข้อจำกัดของวงจรข้างต้นคือเมื่อโหลดเป็น ON กระแสโหลดทั้งหมดจะผ่านซีเนอร์ การใช้ซีเนอร์ 5W จะจำกัดกระแสไฟไว้ที่ประมาณครึ่งแอมป์ นั่นคือสำหรับหลอด 60W (ที่ 110VAC) 3W จะกระจายความร้อนจากซีเนอร์เมื่อเปิดโหลด สำหรับระบบ AC 110V จะจำกัดโหลดไว้ที่ประมาณ 60W และสำหรับระบบ 240V ประมาณ 120W ด้วยไฟ LED ที่ทันสมัยซึ่งมักจะเพียงพอ แต่ไม่สามารถรับมือกับโคมไฟ 200W ในห้องนั่งเล่นได้

วงจรที่อธิบายไว้ในที่นี้จะขจัดข้อ จำกัด ดังกล่าวและอนุญาตให้มีการควบคุมพลังงานกิโลวัตต์จากระยะไกลโดย mWs ผ่าน BLE และ pfodApp

ขั้นตอนที่ 3: แผนภาพวงจร

วงจรด้านบนแสดงโหลด OFF ในสถานะนี้คอนโทรลเลอร์ BLE จะถูกจ่ายผ่าน 0.047uF และ 1K เช่นเดียวกับในวงจรก่อนหน้า เมื่อโหลดเป็น ON (เช่น ใช้งานสวิตช์ผนังหรือรีเลย์ล็อคในวงจรด้านบน) วงจรเรียงกระแสบนสะพานและส่วนประกอบ 0.047uF และ 1K จะลัดวงจรโดยรีเลย์และสวิตช์ กระแสโหลดเต็มจะไหลผ่านหม้อแปลง Toroidal ซึ่งจ่าย mW ที่จำเป็นสำหรับวงจรควบคุม แม้ว่าทอรอยด์จะแสดงว่ามีไฟฟ้ากระแสสลับประมาณ 3.8 โวลต์ในหลัก แต่ขดลวดปฐมภูมินั้นเกือบทั้งหมดมีปฏิกิริยาและไม่อยู่ในเฟสด้วยแรงดันโหลด ดังนั้นโทรอยด์จึงใช้พลังงานน้อยมากจริง ๆ แล้ว mWs จริง ๆ แล้ว

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์อยู่ที่นี่ (pdf) รายการชิ้นส่วน BLE_HighPower_Controller_Parts.csv อยู่ที่นี่

คุณสามารถดูส่วนประกอบเพิ่มเติมได้ทางด้านซ้ายมือ หม้อแปลง Toroidal ตัวป้องกันไฟกระชาก ตัวต้านทานจำกัด และวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น การดัดแปลงสวิตช์ไฟที่มีอยู่ด้วยรีโมทคอนโทรลจะอธิบายส่วนที่เหลือของวงจร

แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายโดย Toroidal Transformer จะแตกต่างกันไปตามกระแสโหลด (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง) จำเป็นต้องใช้ 7V มากขึ้นในการขับเคลื่อนวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นและซีเนอร์ ตัวต้านทาน RL ถูกเลือกเพื่อจำกัดกระแสผ่านซีเนอร์เป็นสองสาม mA น้อยกว่า 20mA การมีแรงดันไฟ Toroidal ที่แปรผันตามกระแสโหลดนั้นไม่เป็นปัญหามากนักเนื่องจากกระแสที่หลากหลายที่ซีเนอร์สามารถจัดการได้ตั้งแต่ 0.1mA ถึง 900mA ซึ่งทำให้แรงดันตกคร่อม RL ได้หลากหลายและด้วยเหตุนี้จึงเป็นช่วงที่ยอมรับได้ แรงดันไฟฟ้าของ Toroidal แน่นอนสำหรับประสิทธิภาพ เราต้องการแรงดันเอาต์พุตจาก toroid เพื่อให้ตรงกับความต้องการมากขึ้น

อัปเดต: 13 กรกฎาคม 2018 – แทนที่ RL ด้วยตัวควบคุม 3 ขั้ว

ในการตรวจสอบฮาร์ดแวร์หลังจากผ่านไปสองสามเดือน ตัวต้านทานจำกัดกระแส RL ดูไหม้เล็กน้อย ดังนั้นวงจรหม้อแปลง Toroidal จึงได้รับการแก้ไข (modifiedCircuit.pdf) เพื่อใช้ตัวจำกัดกระแส 3 ขั้วแทน

เพิ่ม Z1 (ซีเนอร์แบบสองทิศทาง) เพื่อจำกัดแรงดันไฟกระชากบนตัวหลักเป็น <12V และ IC1 ตามที่เพิ่มเข้ามาเพื่อจำกัดกระแสที่จ่ายโดยตัวรองเป็น ~10mA ใช้ LM318AHV ที่มีขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 60V และ Z2 จะจำกัดเอาต์พุตของหม้อแปลงไว้ที่ <36V เพื่อป้องกัน LM318AHV

ขั้นตอนที่ 4: การออกแบบ Toroidal Transformer

ที่นี่ใช้หม้อแปลง Toroidal เนื่องจากมีการรั่วไหลของสนามแม่เหล็กต่ำมาก จึงลดการรบกวนกับส่วนที่เหลือของวงจร แกนโทรอยด์มีสองประเภทหลักคือผงเหล็กและเฟอร์ไรท์ สำหรับการออกแบบนี้ คุณต้องใช้ชนิดผงเหล็กที่ออกแบบมาสำหรับกำลังที่ใช้ ฉันใช้แกน HY-2 จาก Jaycar, LO-1246 ความสูง 14.8 มม., OD 40.6 มม., รหัส 23.6 มม. นี่คือแผ่นข้อมูลจำเพาะ แผ่นงานนั้นระบุว่า Toroid T14, T27 และ T40 นั้นคล้ายกัน ดังนั้นคุณสามารถลองใช้หนึ่งในนั้นแทน

การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นสิ่งที่มีศิลปะเนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของเส้นโค้ง BH ฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก และการสูญเสียแกนและลวด Magnetic Inc มีขั้นตอนการออกแบบที่ดูเหมือนจะตรงไปตรงมา แต่ต้องใช้ Excel และไม่ทำงานภายใต้ Open Office ดังนั้นฉันจึงไม่ได้ใช้มัน โชคดีที่ที่นี่คุณแค่ต้องออกแบบให้ถูกต้องคร่าวๆ เท่านั้น และคุณสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเพิ่มรอบหลักหรือเพิ่ม RL ฉันใช้ขั้นตอนการออกแบบด้านล่างและได้รับหม้อแปลงที่ยอมรับได้เป็นครั้งแรก หลังจากเพิ่มขดลวดปฐมภูมิที่สอง ฉันปรับแต่งจำนวนรอบและขั้นตอนการพันของหม้อแปลงตัวที่สอง

เกณฑ์การออกแบบขั้นพื้นฐาน ได้แก่:-

• จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก (H) ในแกนกลางมากพอที่จะเอาชนะฮิสเทรีซิสของเส้นโค้ง B-H แต่ไม่มากพอที่จะทำให้แกนอิ่มตัว เช่น 4500 ถึง 12000 เกาส์
• โวลต์ปฐมภูมิขึ้นอยู่กับ:- การเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิและความถี่ไฟเมนเพื่อให้รีแอกแตนซ์และคูณด้วยกระแสโหลดเพื่อให้แรงดันของขดลวดปฐมภูมิ
• โวลต์ทุติยภูมิขึ้นอยู่กับอัตราส่วนรอบรองกับเวลาปฐมภูมิโดยประมาณของโวลต์ปฐมภูมิ การสูญเสียแกนและความต้านทานของขดลวดหมายความว่าเอาต์พุตจะน้อยกว่าหม้อแปลงในอุดมคติเสมอ
• โวลต์ทุติยภูมิต้องเกิน 6.8V (== 5.6V (zener) + 2 * 0.6V (rectifier diodes)) สำหรับวงจร AC ที่เพียงพอเพื่อให้กระแสเฉลี่ยผ่านซีเนอร์มากกว่าสองสาม mA เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจร BLE.
• ต้องเลือกขนาดลวดขดลวดปฐมภูมิเพื่อให้สามารถรับกระแสโหลดได้เต็มที่ ปกติรองจะแบก mA เท่านั้นหลังจากใส่ตัวต้านทานจำกัด RL ดังนั้นขนาดลวดขดลวดทุติยภูมิไม่สำคัญ

ขั้นตอนที่ 5: การออกแบบสำหรับแหล่งจ่ายไฟหลัก 50Hz

Toroid Inductance per Turn Calculator จะคำนวณความเหนี่ยวนำและ Gauss/Amp สำหรับจำนวนรอบที่กำหนด โดยพิจารณาจากขนาด Toroid และการซึมผ่าน ui

สำหรับแอปพลิเคชันนี้ ไฟในห้องนั่งเล่น กระแสโหลดอยู่ที่ประมาณ 0.9A สมมติว่าหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ 2: 1 และมีค่าพีคมากกว่า 6.8V บนตัวทุติยภูมิ แรงดันหลักพีคจะต้องมากกว่า 6.8 /2 = 3.4V พีค / sqrt (2) == โวลต์ AC RMS ดังนั้นโวลต์ RMS หลักจึงต้องการ ให้มากกว่า 3.4 / 1.414 = 2.4V RMS ดังนั้นให้ตั้งเป้าไปที่โวลต์ RMS หลักเกี่ยวกับ 3V AC

แรงดันไฟฟ้าหลักขึ้นอยู่กับค่ารีแอกแตนซ์คูณกับกระแสโหลด เช่น 3/0.9 = 3.33 ค่ารีแอกแตนซ์หลัก ค่ารีแอกแตนซ์สำหรับขดลวดให้ 2 * pi * f * L โดยที่ f คือความถี่และ L เป็นตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นสำหรับระบบหลัก 50Hz L = 3.33 / (2 * pi * 50) == 0.01 H == 10000 uH

การใช้ Toroid Inductance per Turn Calculator และใส่ขนาด Toroid ที่ความสูง 14.8mm, 40.6mm OD, 23.6mm ID และสมมติว่า 150 สำหรับ ui ให้ 200 รอบ 9635uH และ 3820 Gauss/A หมายเหตุ: ui ถูกระบุไว้ในข้อกำหนดว่า 75 แต่สำหรับระดับความหนาแน่นของฟลักซ์ที่ต่ำกว่าที่ใช้ในที่นี้ 150 จะใกล้เคียงกับตัวเลขที่ถูกต้องมากขึ้น สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการวัดแรงดันหลักของคอยล์สุดท้าย แต่อย่ากังวลมากเกี่ยวกับตัวเลขที่แน่นอน เพราะคุณสามารถแก้ไขการไขลานหลักได้ในภายหลัง

ดังนั้นการใช้ 200 รอบให้สำหรับ 50Hz, f จ่ายรีแอกแตนซ์ == 2*pi*f*L == 2 * 3.142 * 50 * 9635e-6 = 3.03 ดังนั้นโวลต์ข้ามขดลวดปฐมภูมิที่ 0.9A RMS AC คือ 3.03 * 0.9 = 2.72V RMS สำหรับแรงดันไฟสูงสุด 3.85V และแรงดันไฟสูงสุดรองที่ 7.7V สมมติว่าหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ 2: 1

พีคเกาส์คือ 3820 เกาส์ / A * 0.9A == 4861 เกาส์ ซึ่งน้อยกว่าระดับความอิ่มตัว 12000 เกาส์สำหรับแกนนี้

สำหรับหม้อแปลง 2: 1 ขดลวดทุติยภูมิต้องมี 400 รอบ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าการออกแบบนี้ใช้งานได้และตัวต้านทานจำกัด RL ที่ 150 โอห์มให้กระแสซีเนอร์เฉลี่ยประมาณ 6mA

ขนาดลวดหลักคำนวณโดยใช้การคำนวณหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังความถี่หลัก - การเลือกลวดที่เหมาะสม สำหรับ 0.9A หน้าเว็บนั้นให้เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.677 มม. ดังนั้นลวดเคลือบเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.63 มม. (Jaycar WW-4018) จึงถูกใช้สำหรับลวดหลักและลวดเคลือบเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.25 มม. (Jaycar WW-4012) สำหรับลวดรอง

โครงสร้างหม้อแปลงจริงใช้ขดลวดทุติยภูมิเพียงเส้นเดียว 400 รอบของลวดเคลือบเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.25 มม. และขดลวดปฐมภูมิสอง (2) เส้นที่ 200 รอบแต่ละเส้นลวดเคลือบเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.63 มม. การกำหนดค่านี้ช่วยให้สามารถกำหนดค่าหม้อแปลงให้ทำงานกับกระแสโหลดในช่วง 0.3A ถึง 2A เช่น (33W ถึง 220W ที่ 110V หรือ 72W ถึง 480W ที่ 240V) การเชื่อมต่อขดลวดปฐมภูมิเป็นแบบอนุกรม ซึ่งจะเพิ่มความเหนี่ยวนำเป็นสองเท่า และอนุญาตให้ใช้หม้อแปลงสำหรับกระแสที่ต่ำถึง 0.3A (33W ที่ 110V หรือ 72W ที่ 240V) ที่มี RL == 3R3 และสูงถึง 0.9A พร้อม RL = 150 โอห์ม การเชื่อมต่อขดลวดปฐมภูมิทั้งสองแบบขนานกันเป็นสองเท่าของความจุกระแสไฟฟ้าของพวกมัน และให้กระแสโหลดที่ 0.9A ถึง 2A (220W ที่ 110V และ 480W ที่ 240V) ด้วย RL ที่เหมาะสม

สำหรับแอปพลิเคชันของฉันที่ควบคุมไฟ 200W ที่ 240V ฉันเชื่อมต่อขดลวดแบบขนานและใช้ 47 โอห์มสำหรับ RL สิ่งนี้ตรงกับแรงดันเอาต์พุตอย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่จำเป็นในขณะที่ปล่อยให้วงจรยังคงทำงานสำหรับโหลดได้ถึง 150W หากหลอดไฟอย่างน้อยหนึ่งหลอดล้มเหลว

ขั้นตอนที่ 6: การปรับเปลี่ยนเทิร์นสำหรับไฟหลัก 60Hz

ที่ 60 Hz ค่ารีแอกแตนซ์จะสูงขึ้น 20% ดังนั้นคุณจึงไม่ต้องเลี้ยวหลายครั้ง เนื่องจากการเหนี่ยวนำแปรผันเป็น N^2 (รอบกำลังสอง) โดยที่ N คือจำนวนรอบ สำหรับระบบ 60Hz คุณสามารถลดจำนวนรอบได้ประมาณ 9% นั่นคือ 365 รอบสำหรับรองและ 183 รอบสำหรับแต่ละหลักเพื่อให้ครอบคลุม 0.3A ถึง 2A ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น

ขั้นตอนที่ 7: การออกแบบสำหรับกระแสโหลดที่สูงขึ้น ตัวอย่าง 10A 60Hz

รีเลย์ที่ใช้ในโครงการนี้สามารถเปลี่ยนกระแสโหลดความต้านทานได้ถึง 16A การออกแบบด้านบนจะใช้ได้กับ 0.3A ถึง 2A เหนือสิ่งอื่นใด toroid เริ่มอิ่มตัวและขนาดลวดขดลวดปฐมภูมิไม่ใหญ่พอที่จะรับกระแสโหลด ผลลัพธ์ซึ่งยืนยันโดยการทดสอบกับโหลด 8.5A คือหม้อแปลงร้อนที่มีกลิ่นเหม็น

ตัวอย่างการออกแบบโหลดสูง มาออกแบบโหลด 10A ในระบบ 60Hz 110V นั่นคือ 1100W ที่ 110V

สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าหลักเป็น 3.5V RMS และหม้อแปลง 2: 1 ที่ยอมให้สูญเสียบางส่วน จากนั้นรีแอกแตนซ์หลักที่ต้องการคือ 3.5V / 10A = 0.35 สำหรับ 60Hz นี่แสดงถึงความเหนี่ยวนำ 0.35/(2*pi * 60) = 928.4 uH

การใช้ ui ของ 75 ในครั้งนี้ เนื่องจากความหนาแน่นของฟลักซ์จะสูงขึ้น ดูด้านล่าง การทดลองไม่กี่รอบใน Toroid Inductance per Turn Calculator ให้ 88 รอบสำหรับหลักและ 842 Gauss / A สำหรับความหนาแน่นของฟลักซ์หรือ 8420 Gauss ที่ 10A ซึ่งยังอยู่ภายในขีดจำกัดความอิ่มตัวของสีเกาส์ 12000 ที่ระดับฟลักซ์นี้ ui อาจยังสูงกว่า 75 แต่คุณสามารถปรับจำนวนรอบปฐมภูมิได้เมื่อคุณทดสอบหม้อแปลงด้านล่าง

การคำนวณหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังความถี่หลักให้ขนาดลวดที่มีหน้าตัด 4 มม. ^ 2 หรือเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.25 มม. หรืออาจน้อยกว่านั้นเล็กน้อยว่าขดลวดหลักสองเส้นที่ 88 รอบแต่ละหน้าตัด 2 มม. 2 คือลวดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 มม. เชื่อมต่อแบบขนานเพื่อให้ รวม 4mm^2 ภาพตัดขวาง

ในการสร้างและทดสอบการออกแบบนี้ ให้พันขดลวดทุติยภูมิ 176 รอบ (เพื่อให้แรงดันเอาต์พุตเป็นสองเท่าของเดิม) จากนั้นพันรอบหลัก 88 รอบด้วยลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 มม. หมายเหตุ: ทิ้งลวดเพิ่มเติมไว้ที่เดิมเพื่อให้คุณสามารถเพิ่มจำนวนเทิร์นได้หากจำเป็น จากนั้นเชื่อมต่อโหลด 10A และดูว่ารองสามารถจ่ายแรงดัน / กระแสที่จำเป็นสำหรับการรันวงจร BLE ได้หรือไม่ ลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 มม. สามารถทนต่อ 10A ได้ในระยะเวลาอันสั้นที่คุณกำลังวัดระดับทุติยภูมิ

หากมีโวลต์เพียงพอ ให้หาค่า RL ที่จำเป็นในการจำกัดกระแส และอาจปิดสองสามรอบหากมีแรงดันไฟฟ้ามากเกินไป มิฉะนั้น หากมีแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิไม่เพียงพอ ให้เพิ่มกระแสไฟหลักอีกจำนวนหนึ่งเพื่อเพิ่มแรงดันไฟหลักและด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มแรงดันทุติยภูมิ แรงดันไฟหลักเพิ่มขึ้นเป็น N^2 ในขณะที่แรงดันทุติยภูมิลดลงประมาณ 1/N เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในอัตราส่วนรอบ ดังนั้นการเพิ่มขดลวดปฐมภูมิจะเพิ่มแรงดันทุติยภูมิ

เมื่อคุณกำหนดจำนวนรอบปฐมภูมิที่ต้องการได้แล้ว คุณสามารถม้วนขดลวดปฐมภูมิที่สองให้ขนานกับอันแรกเพื่อให้รองรับกระแสโหลดได้เต็มที่

ขั้นตอนที่ 8: ไขลานหม้อแปลง Toroidal

ในการไขลานหม้อแปลง ก่อนอื่นคุณต้องพันลวดเข้ากับตัวเดิมที่จะสอดผ่าน toroid ได้

ขั้นแรกให้คำนวณว่าคุณต้องการลวดมากแค่ไหน สำหรับ Jaycar นั้น LO-1246 toroid ในแต่ละรอบจะอยู่ที่ประมาณ 2 x 14.8 + 2 * (40.6 – 23.6)/2 == 46.6mm. ดังนั้นสำหรับ 400 รอบ คุณต้องใช้ลวดประมาณ 18.64 ม.

ถัดไปคำนวณขนาดของเทิร์นเดียวในอดีตที่คุณจะใช้ ฉันใช้ดินสอขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 7.1 มม. ซึ่งให้ความยาวการหมุนของ pi*d = 3.14 * 7.1 == 22.8 มม. ต่อเทิร์น ดังนั้นสำหรับลวด 18.6 ม. ฉันต้องการประมาณ 840 รอบของอันแรก แทนที่จะนับการเลี้ยวที่จะเข้าสู่อดีต ฉันคำนวณความยาวโดยประมาณของ 840 รอบ โดยสมมติว่าเส้นลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.26 มม. (ใหญ่กว่าเล็กน้อยจากเส้นลวดจริง 0.25 มม.) 0.26 * 840 = ขดลวดยาว 220 มม. ของแผลปิดจะหมุนเพื่อดึงลวด 18.6 ม. เข้าที่เดิม เนื่องจากดินสอมีความยาวเพียง 140 มม. ฉันจึงต้องใช้ความยาวอย่างน้อย 100 มม. อย่างละ 2.2 ชั้น ในที่สุดฉันก็เพิ่มลวดพิเศษอีกประมาณ 20% เพื่อให้ม้วนตัวเลอะเทอะและเพิ่มความยาวการหมุนบน toroid สำหรับเลเยอร์ที่สองและจริงๆแล้ววาง 3 ชั้นยาว 100 มม. แต่ละตัวบนดินสอเดิม

ในการม้วนลวดบนดินสอ ฉันใช้สว่านความเร็วต่ำมากเพื่อหมุนดินสอ โดยใช้ความยาวของชั้นเป็นแนวทาง ฉันไม่จำเป็นต้องนับรอบ คุณสามารถใช้สว่านมือที่ติดตั้งในเครื่องรองได้

การถือ toroid ในคีมรองแบบนิ่มที่สามารถหมุนขากรรไกรเพื่อยึด toroid ในแนวนอน ฉันทำแผลที่ขดลวดทุติยภูมิก่อน เริ่มต้นด้วยชั้นเทปกาวสองหน้าบางๆ รอบด้านนอกของ toroid เพื่อช่วยให้ลวดเข้าที่ในขณะที่ฉันพัน ฉันเพิ่มการแตะอีกชั้นหนึ่งระหว่างแต่ละชั้นเพื่อช่วยให้สิ่งต่างๆ เข้าที่ คุณสามารถเห็นชั้นสุดท้ายของการแตะในรูปภาพด้านบน ฉันซื้อรองสำหรับงานนี้โดยเฉพาะ คือ Stanley Multi Angle Hobby Vice มันคุ้มค่าเงิน

มีการคำนวณที่คล้ายกันเพื่อเตรียมขดลวดสำหรับขดลวดปฐมภูมิทั้งสอง แม้ว่าจะเป็นกรณีนั้น ฉันวัดขนาดใหม่ของ Toroid โดยมีขดลวดทุติยภูมิเข้าที่ เพื่อคำนวณความยาวเทิร์น ด้านบนเป็นรูปถ่ายของหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีบาดแผลรองและเส้นลวดสำหรับขดลวดปฐมภูมิตัวแรกบนตัวเดิมพร้อมที่จะเริ่มม้วน

ขั้นตอนที่ 9: การก่อสร้าง

สำหรับต้นแบบนี้ ฉันใช้ PCB ตัวใดตัวหนึ่งที่อธิบายไว้ใน Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control และตัดสองแทร็กและเพิ่มลิงก์เพื่อกำหนดค่าใหม่สำหรับ toroid

โทรอยด์ถูกติดตั้งแยกจากกัน และตัวป้องกันไฟกระชากถูกวางไว้ตรงข้ามกับขดลวดทุติยภูมิโดยตรง

บอร์ดลูกถูกใช้เพื่อติดตั้งวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นและ RL

ตัวป้องกันไฟกระชากคือการเพิ่มสาย เมื่อฉันทดสอบวงจรเต็มรูปแบบด้วยโหลด 0.9A ฉันได้ยินเสียงแตกเมื่อใช้ pfodApp เพื่อเปิดโหลดจากระยะไกล การตรวจสอบอย่างใกล้ชิดพบว่ามีการปล่อยสีน้ำเงินเล็ก ๆ จาก RL ระหว่างการเปิดเครื่อง เมื่อเปิด 240V RMS ทั้งหมด (สูงสุด 340V) จะถูกนำไปใช้กับหลักของ toroid ระหว่างชั่วครู่ ทุติยภูมิที่มีอัตราส่วน 2 ต่อ 1 กำลังสร้างสูงถึง 680V ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เกิดการแบ่งระหว่าง RL และแทร็กใกล้เคียง การล้างแทร็กใกล้ ๆ และเพิ่มตัวป้องกันไฟกระชาก AC 30.8V ข้ามขดลวดทุติยภูมิช่วยแก้ปัญหานี้ได้

ขั้นตอนที่ 10: การเขียนโปรแกรม BLE Nano และการเชื่อมต่อ

โค้ดใน BLE Nano เหมือนกับที่ใช้ใน Retrofit an Existing Light Switch with Remote Control และโปรเจ็กต์ดังกล่าวจะกล่าวถึงโค้ดและวิธีตั้งโปรแกรม Nano การเปลี่ยนแปลงเพียงอย่างเดียวคือชื่อโฆษณา BLE และข้อความแจ้งที่แสดงบน pfodApp การเชื่อมต่อผ่าน pfodApp จากมือถือ Android จะแสดงปุ่มนี้

วงจรจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโหลดเพื่อแสดงปุ่มสีเหลืองอย่างถูกต้องเมื่อโหลดถูกขับเคลื่อนโดยสวิตช์ระยะไกลหรือโดยการแทนที่ด้วยตนเอง

บทสรุป

โปรเจ็กต์นี้ขยายการติดตั้ง Retrofit สวิตช์ไฟที่มีอยู่ด้วยรีโมทคอนโทรล เพื่อให้คุณสามารถควบคุมกิโลวัตต์ของโหลดจากระยะไกลได้โดยการเพิ่มวงจรนี้ไปยังสวิตช์ที่มีอยู่ ไม่จำเป็นต้องเดินสายเพิ่มเติม และสวิตช์เดิมยังคงทำงานเป็นการแทนที่แบบแมนนวลในขณะที่ยังช่วยให้คุณเปิดโหลดจากระยะไกลได้หลังจากที่คุณใช้สวิตช์แทนที่แบบแมนนวลเพื่อปิด

หากวงจรรีโมตคอนโทรลล้มเหลว หรือคุณไม่พบมือถือของคุณ สวิตช์แทนที่แบบแมนนวลจะยังคงทำงานอยู่

ในอนาคต การติดตั้งสวิตช์ไฟบ้านของคุณด้วยโมดูลควบคุม BLE Nano V2 ที่รองรับ Bluetooth V5 หมายความว่าในอนาคต คุณสามารถตั้งค่าเครือข่ายระบบอัตโนมัติทั่วทั้งบ้านโดยใช้ Bluetooth V5 Mesh