Wi-Fi Реле для умного дома с управлением через интернет

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Принцип действия и настройка

В основе всех (по непроверенным данным почти всех) Wi-Fi реле Sonoff лежит микроконтроллер ESP8266 который и обеспечивает подключение к беспроводной сети. Кроме него на плате размещено силовое реле, блок питания и клеммники. В интернете есть описание, коды и схемы для самостоятельной сборки устройства, но рациональность и стоимость этой затеи сомнительна.

Wi-Fi реле Sonoff подключается к вашему роутеру и связывается с сервером-облаком. Вы подключаетесь к интернету со смартфона и управляете электроприборами. Можно управлять прибором и в «местном» режиме, нажав на клавишу на его корпусе. И благодаря простейшей схеме подключения домашняя автоматизация не требует глубоких знаний электротехники.

Разберемся, как подключить Сонофф к смартфону, это несложно. Для подключения вам нужно:

  1. Скачать приложение eWeLink с Appstore или Play Market.
  2. Зарегистрироваться в нём.
  3. Подать питание на устройство, при этом нужно нажать и долго держать кнопку на корпусе реле (или другом подключаемом устройстве из этого семейства).
  4. Когда начнёт моргать светодиодный индикатор — отпустите клавишу.
  5. Нажать в приложении на значок поиска устройств.
  6. Указать параметры беспроводного подключения.
  7. Назначить имя устройства и использовать со смартфона или нажатием на кнопку на самом Sonoff’е.

Беспроводное управление без интернета работает на моделях RF и Basic

Всё достаточно просто, такая работа позволяет осуществлять управление приборами с любой точки мира, ведь связь происходит именно через интернет, а не локальную сеть. На тематических форумах есть описание как отвязать всю продукцию «сонофф» от облака и заставить работать по сети без интернета.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Отзывы

Прочитав, много отзывов в интернет, можно сказать, что людям очень нравится нововведение. Надеемся в скором времени мы всем будем управлять одним щелчком кнопки или с помощью смартфона. Очень много негатива в сторону мобильного приложения. Но тут нужно учитывать тот факт, что данное новшество появилось совсем недавно.

Программное обеспечение постоянно обновляется, а разработчики исправляют баги. Уважаемые читатели, те кто является счастливым обладателем этого устройства – расскажите свое впечатление. Насколько удобнее стала жизнь с подключением WiFi реле? Очень интересно узнать отзыв из первых уст.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Порядок действий

  1. На плату любым способом наносится схема.
  2. Пропаиваются диоды, транзисторы, конденсаторы.
  3. Формируются дорожки.

Несколько советов:

  • большинство устройств построено вокруг конденсатора, не стоит экономить на этой детали. Особенно если точность срабатывания имеет значение;
  • точность и стабильность обеспечат только готовые микросхемы, при этом можно уверенно делать выбор в пользу отечественных аналогов.

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Работает это таким образом:

  1. подача тока на первое коммутационное устройство;
  2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Электронное реле

Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

Необходимые компоненты:

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

самодельный датчик тока

Твердотельное реле своими руками: схема подключения

Элементная база данного радиоэлектронного модуля, в не независимости от производителя, можно сказать относительна постоянна, иногда только имеются небольшие отличительные моменты.

Входная цепь устройства состоит из привычного сопротивления, которое соединено последовательно с общим оптическим изолятором, или же обладает более сложной конструкцией, имеющей в своем составе регулятор тока и защиту от обратной полярности.

Свойства устройства:

  • Оптическая развязка обычно обеспечивает изоляцию между разными цепями электронного модуля;
  • Переключающая цепь осуществляет подачу напряжения на нагрузку;
  • Триггерная цепь ответственна за обрабатывание входного сигнал и переключения его на выход;

С помощью схемы можно без ошибок подключить твердотельное реле

Защитная цепь механизма может как иметь свободное подключение, так и быть внутри устройства.

Как работает твердотельное реле российского производства

Принцип работы устройства прибора твердотельного реле заключается в размыкании и замыкании контактов, передающих напряжение именно на реле. Для того, чтобы привести в движение контакты, нужно наличие активатора. Такую его роль в твердотельном реле осуществляет полупроводник или, как еще его называют, твердотельный прибор. В устройствах, работающих при переменном токе данную функцию выполняет тиристор или симистор, а в приборах с постоянным, транзистор.

Прибор, характеризующийся наличием ключевого транзистора, называется твердотельным реле. К нему относятся, например, датчики света или движения, которые при помощи транзистора осуществляют передачу напряжения. Между током в катушке и силовыми контактами появляется процесс гальванической развязки, исчезающий в следствие появления оптической цепи.

Область применения твердотельного реле очень широкая. Его принято использовать в том случае, если появляется необходимость коммутировать индуктивную нагрузку.

Твердотельное реле российского производства отличается хорошим качеством и длительным сроком службы

Твердотельное реле применяют в следующих случаях:

  • В системах, где производится регулировка температурных показателей при помощи тэна;
  • Для поддержания постоянной температуры в определенном технологическом процессе;
  • При коммутировании цепей управления;
  • В случае замены пускателей реверсного бесконтактного типа;
  • Управление электродвигателями;
  • Для регулирования уровня и силы освещения.

Кроме того, необходимо знать, что реле твердотельные постоянного тока – используют при работе постоянного электричества в диапазонах от 3 до 30 Вт. Ему характерны высокие удельные характеристики, со светодиодной индикацией, отличающейся высокой надежностью.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: