Interruttore limitatore di Corrente

Interruttore Limitatore di Corrente.

Semplice progetto di un Interruttore limitatore di corrente automatico che interviene in caso di assorbimento eccessivo. Capace anche di gestire la fase di spunto di carichi come motori elettrici.

Ho notato un certo interesse sulla parte del sistema domotico adibito a rilevare la corrente assorbita dalla casa. Molti mi hanno posto domande varie tanto da spingermi a risolvere una precisa esigenza che potesse essere facilmente adattabile per tutte le situazioni. La richiesta era per un Interruttore Limitatore di Corrente. Un sistema capace di interrompere la corrente qualora questa ne superasse una determinata soglia.

VIDEO: Interruttore limitatore di corrente con gestione dello spunto

Questo Interruttore limitatore di corrente nasce per proteggere il motore di una pompa idraulica che in caso di blocco o sforzo eccessivo si sarebbe bruciata.

E’ un classico problema delle pompe. Queste più si sforzano e più assorbono corrente. Se lo sforzo eccessivo è prolungato nel tempo o la pompa si blocca per qualsiasi motivo, l’assorbimento di corrente è tale da bruciare il motore.

Il circuito proposto in questa pagina mantiene sotto controllo la corrente del motore e in caso di assorbimento eccessivo la interrompe.

Ma gestisce anche lo spunto del motore. Questo,infatti, alla partenza, ovvero quando passa dalla situazione di fermo alla rotazione a regime, assorbe una quantità di corrente superiore a quella necessaria per mantenere la rotazione.

Un semplice interruttore di corrente dovrebbe essere impostato su una soglia alta e tale da far passare questa corrente iniziale (corrente di spunto).

Invece questo Interruttore limitatore di Corrente riesce ad ignorare la corrente di spunto semplicemente inattivandosi per un tempo prefissato, automaticamente calcolato da ogni avvio del motore.

Un semplice accorgimento che permette di fissare la soglia di intervento su una corrente appena superiore a quella necessaria per mantenere la rotazione, ma decisamente sotto a quella necessaria allo spunto. In altre parole il circuito interviene su correnti più basse e quindi salvaguarda meglio il motore.

Vediamo il circuito

Schema dell’Interruttore limitatore di Corrente.

Un Arduino, un sensore SCT 013-030, tre led, un pulsante e un relè (Attenzione leggetevi il paragrafo che riguarda il relè). Quando alimentato, immediatamente accende il led giallo e attiva il relè per dare corrente al motore. Ora se si accende quest’ultimo si accende il led verde (indica passaggio di corrente) e se la corrente è eccessiva si accende anche il led rosso e il relè interrompe la corrente. In questa situazione il motore non riceverà più corrente finché non si prema il tasto di reset o si tolga e ripristini l’alimentazione al circuito. Attenzione, se non risolta la causa del problema, alla ripartenza l’Arduino attiverà il circuito per tutto il tempo impostato per superare lo spunto prima di rifermarsi nuovamente per troppa corrente assorbita.

Qualche informazione:

Lo spunto si gestisce impostando nello sketch, la variabile <QuantoSpunto> che rappresenta il tempo in millisecondi di insensibilità di questo Interruttore limitatore di Corrente dal momento in cui il carico assorbe corrente. E’ sufficiente impostare tale valore ad un tempo appena superiore a quello necessario al motore per arrivare a regime.

Se il carico non ha spunto (puramente resistivo), allora si può impostare la variabile <QuantoSpunto> a zero.

Fate attenzione alla corrente necessaria al carico e quella indicata sul relè. I contatti dei relè potrebbero incollarsi se l’amperaggio dei contatti dei relè è sottodimensionato.

Taratura:

Vediamo ora come tarare il questo Interruttore limitatore di Corrente nella maniera più semplice possibile e senza la necessità di avere strumentazione apposita. Ci servono due carichi elettrici per il test di corretto funzionamento (un ferro da stiro e un phon vanno benissimo) e il carico da proteggere per la taratura effettiva.

Controllo e impostazione Zerovolt.

Il circuito tra il sensore e l’Arduino deve avere resistenze perfettamente uguali. Se lo fossero il valore per zerovolt è 512. Ma dato che difficilmente le resistenze sono uguali, è bene far calcolare al programma il valore migliore per questo parametro tramite la funzione Zerovolt. Per farlo, fate girare il programma con un carico attaccato, quale ad esempio un ferro da stiro. Nel monitor seriale, tra i primi messaggi visibili, vi apparirà la scritta: Valore per zerovolt = XXX  dove XXX è il valore da mettere nello sketch all’interno della procedura di setup, al posto di 509 nella variabile zerovolt=509. Come accennato il valore che ci aspettiamo e intorno a 512. Se ottenete valori molto diversi, verificare le resistenze del circuito che collegano il sensore all’Arduino.

Verifica di Funzionamento

Appena realizzato è necessario testarne il corretto funzionamento in questo modo: Prendete un phon e un ferro da stiro. Accendete il solo ferro da stiro. Nel monitor seriale vedrete il valore della corrente letta in stringhe che si ripetono, come queste:

Corrente rilevata = 23
Corrente rilevata = 25
Corrente rilevata = 24

Il valore visualizzato dipende dal sensore, dalla resistenza del ferro da stiro e dal circuito tra sensore e Arduino. Per cui aspettatevi valori anche molto diversi da quelli di questo esempio. Lasciate girare il programma per qualche minuto per rilevare il valore massimo visualizzato. Moltiplicatelo per 1,2 ed inseritelo nello sketch nella variabile <CorrenteMAX>. Esempio se il valore di corrente rilevata è 25 avremo 25 * 1,2 = 27,5. Approssimato all’unita per eccesso diventa 28.

Mettete il valore 5000 nella variabile <Quantospunto> e caricate lo sketch nella scheda Arduino. Con questo paramentro l’Arduino non inverviene per interrompere la corrente per i primi 5 secondi dall’accensione del carico.

Ora è necessario verificare le seguenti condizioni:

1) Accendere il solo ferro da stiro e spegnerlo dopo diverse decine di secondi. Il relè dovrà rimane sempre attivo. Simulazione motore a regime.

2) Accendere il ferro da stiro insieme al phon. Spegnere il phon prima che siano passati 5 secondi. Spegnere il Ferro da stiro dopo diverse decine di secondi. Il relè rimane sempre attivo. Simulazione accensione motore (spunto e a regime).

3) Accendere il ferro da stiro insieme al phon. Spegnere il phon oltre i 5 secondi. Spegnere il ferro da stiro dopo qualche decina di secondi. Il relè si diseccita dopo 5 secondi. Simulazione accensione motore (spunto con assorbimento corrente prolungato nel tempo).

4) Accendere il ferro da stiro. Aspettare più di 5 secondi e accendere il phon. Immediatamente il relè si diseccita. Simulazione troppa corrente a regime.

5) Ripetere il punto 2 più volte. Il relè rimane sempre attivo. Simulazione spunto e regime, ripetuto nel tempo.

Se questi 5 punti sono verificati, siamo pronti per tarate il questo Interruttore limitatore di Corrente con il carico da proteggere.

Taratura con il carico.

Impostate <Quantospunto> a 10000 e <CorrenteMAX> a 1000 e quindi, dopo aver caricato lo sketch, rivelate il valore di <CorrenteMAX> come già indicato al paragrafo intitolato “Verifica di Funzionamento” qui sopra. Assicuratevi di ignorare i valori visualizzati nei primi 5 secondi dall’accensione del carico.

Ora rileviamo il tempo dello spunto nel seguente modo: Impostate la variabile <Quantospunto> a 1000 e verificate se all’accensione del carico, il relè si diseccita. Se si, incrementate il valore di <Quantospunto>. Se no, riducetelo. Comunque sia, ripetete il tutto più volte fino a trovare il valore tale che sia appena superiore al tempo di spunto.

Una volta settati questi due parametri questo Interruttore limitatore di Corrente è pronto a proteggere il vostro carico  da eccessive correnti.

Attenzione:

Il funzionamento è inteso per controllare una linea collegata ad un solo carico elettrico. Nel caso di più carichi occorre verificare che il questo Interruttore limitatore di Corrente intervenga su tutte le combinazioni di apparati accesi-spenti.

L’amperaggio del relè deve essere molto superiore alle correnti in gioco per evitare che a lungo andare i contatti si incollino fra loro.

Non usatelo, e nel caso non come unico mezzo di protezione, in situazioni a rischio per la vostra o altrui incolumità.

Se non avete dimestichezza con norme di sicurezza sull’uso della corrente elettrica, non provate a realizzarlo.

Se non avete esperienza con i circuiti elettronici o elettrici, non provate a realizzarlo.

Se avete dubbi, non provate a realizzarlo.

Finchè non lo avete fissato e chiuso in una scatola isolata, dovete essere sempre in compagnia di persone capaci di interrompere immediatamente la corrente elettrica.

Se lo realizzate, lo fate a vostro esclusivo rischio e pericolo. Siete gli unici responsabili e accettate tutte le responsabilità derivate.

Lo sketch

Lo sketch da caricare sulla scheda Arduino, lo trovate al seguente link:

Download HighCurrentLimitSwitch.ino

Se lo realizzerete, mandatemi una email (anche anonima) con vostra città e nazione.