Triacs gradateurs pour routeur photovoltaïque
Le Triac est un composant clé du routeur. Il sert d’interrupteur pour contrôler le 230V. Une impulsion électrique sur la gâchette (gate), le courant passe entre les 2 anodes jusqu’au passage à zéro de la tension qui désamorce le Triac. La phase du secteur 230V AC est connectée en A2, la charge en A1.
Ici, nous allons détailler le montage de 2 modèles de gradateur de chez Robotdyn que l’on achète sur Aliexpress.
Gradateur / Triac 16A ou 24A
Le Triac est monté sur un ensemble appelé gradateur que l’on pilote simplement à partir du 0 / 3.3V en sortie du microcontrôleur ESP32.
Un signal « Zero Crossing » donne une impulsion de 3.3V à chaque passage par zéro de la tension alternative du secteur 230V. Ce signal permet à l’ESP32 de synchroniser ses commandes par rapport au secteur.
Pour ajuster le courant à injecter vers un chauffe-eau ou un chauffage, on utilise un gradateur de chez RobotDyn . Il existe en 16A ou 24A et est disponible chez Aliexpress.
Attention, le refroidisseur d’origine du Triac est largement sous-dimensionné si vous avez une charge de plus de 1000W, sachant qu’il devra fonctionner pendant plusieurs heures. Remplacez-le par un plus-grand. Vous dessoudez le Triac et le montez sur un gros refroidisseur. Pensez à raccorder le refroidisseur à la terre du secteur pour la sécurité.
De même les 2 pistes entre le connecteur 230V et le Triac sont un peu faibles. On peut, en rajout, souder une couche de fil de cuivre ou brancher directement les 2 anodes du Triac sur le bornier..
Pour les grosses puissances à commuter, par exemple 3000W, on peut remplacer le Triac d’origine par un BTA40-800B en boitier RO91 qui dissipe beaucoup mieux la chaleur et tient 40A 800V. On connecte les 2 pins en 230V directement au bornier du gradateur et par un petit fil soudé, on connecte la gâchette du Triac. Le Triac est fixé sur un gros dissipateur en aluminium. Petit conseil : avant de monter le Triac sur le dissipateur, souder les fils dessus, sauf si vous le montez avec des cosses. Après, il sera difficile de les souder.
Avec un Triac 16 A, ne dépassez pas les 2kW.
Avec un Triac 24 A, ne dépassez pas les 3kW.
Si vous changez le Triac par un BTA40_800B ne dépassez pas les 6kW de charge résistive.
Attention, ce système, permettant d’ajuster finement la puissance disponible, ne fonctionne que pour les chauffe-eaux électriques ou chauffages classiques dans lesquels se trouvent une résistance électrique et un thermostat électro-mécanique pour contrôler la température. Pour les autres, il faudra utiliser un relais en tout ou rien comme décrit ci-dessous.
Schéma de branchement pour un chauffe-eau monophasé
Avec le schéma ci-dessus, l’ESP32 recherche les mesures de puissance sur un autre ESP. S’il doit mesurer en local, il faut rajouter le schéma sur la gauche pour des mesures type UxI , UxIx2 ou Linky. Voir l’article correspondant.
Les LEDs et résistances (visible sur d’anciens schémas) en Gpio18 et 19 ont été remplacées par des modules pré-câblés.
Fonctionnement
Le signal Zéro Crossing (courbe verte) fourni une impulsion au passage par zéro de la tension 230V (courbe rouge). Le Triac ne conduit plus à partir de cet instant. L’ESP32 compte le temps et rend le Triac conducteur au bout d’un retard entre 0 et 10ms, suivant le résultat du calcul interne sur la puissance consommée ou injectée à l’entrée de la maison. Ici sur ce schéma, l’ouverture se fait à 50% du temps, soit 5ms. Le chauffe-eau ou chauffage reçoit de l’énergie jusqu’au prochain passage par zéro de la tension.
Actionneur Relais
Ce projet permet l’ajout de relais sur les GPIOs libres de votre choix (sauf le 27) pour commander un ou plusieurs dispositifs suivant l’état de consommation ou injection de puissance au niveau de la maison.
Vous pouvez connecter un relais solide (SSR). Il en existe de nombreux de 10, 25 ou 40A. Ils doivent être commandables en 3.3V et prenez des courants Max correspondant à 2 ou 3 fois le besoin. Pour les gros ampérages, rajoutez un dissipateur thermique.
Oscillogramme
Capture à l’oscilloscope du signal Zc (en bleu) et la tension secteur (jaune). Échelle : 2ms par carreau. Le signal Zc sur le front montant est en phase sur le passage à zéro du secteur.
Ci dessous 3 courbes qui montrent l’ouverture du Triac (courant en sortie en bleu) et la tension secteur en jaune avec une échelle de 10ms par carreau.
Schéma de branchement pour un chauffe-eau triphasé avec neutre
Ici on rajoute 2 relais pour commuter les phases une par une fois que le Triac arrive à 100%. On met par exemple le seuil du Triac à 0W, le relais 1 à -50W et le relais 2 à -70W. Si le thermostat du chauffe-eau est mécanique, pas de soucis. Si le thermostat est électronique, mettre les relais et le Triac après le thermostat pour toujours l’alimenter et bénéficier de sa protection.
Gradateur / Triac 40A avec ventilateur
Un nouveau modèle est à présent disponible sur Aliexpress avec une capacité de commutation de 40A et un ventilateur assurant un bon refroidissement.
Le ventilateur peut s’alimenter directement en 5V, il consomme 100mA. On ne peut donc pas le piloter directement depuis une sortie d’ESP32. Le laisser branché en permanence est une solution, mais attention à l’usure. Un jour il s’arrêtera… et là, ce sera la catastrophe. Dans le montage ci-dessous pour le routeur photovoltaïque, on utilise un transistor 2N2222A pour l’actionner uniquement quand le triac est actif. Branché au signal de pilotage du triac (pwm), la vitesse variera suivant le degré d’ouverture du Triac.
Avec le schéma ci-dessus, l’ESP32 recherche les mesures de puissance sur un autre ESP. S’il doit mesurer en local, il faut rajouter le schéma sur la gauche pour des mesures type UxI , UxIx2 ou Linky. Voir l’article correspondant.
Une alternative de pilotage du ventilateur est de brancher une sonde de température sur le GPIO13 et de brancher la résistance de 2200Ω qui pilote le 2N2222A en GPIO17 par exemple au lieu du GPIO22. En rajoutant une règle suivant la température dans les actions du routeur, il est possible d’actionner le ventilateur si la température s’élève.
Une autre alternative est tout simplement de ne pas brancher le ventilateur si la charge n’est pas trop puissante (< 2kW).
Montage Routeur à un Chauffe-Eau
Dans le schéma ci-dessous, on garde le contacteur Jour/Nuit et on installe en parallèle le routeur. Le routeur ne coupe pas le neutre comme le contacteur Jour/Nuit, mais la phase uniquement.
Sans contacteur, on peut programmer une plage horaire sur le routeur durant laquelle on force à On le Triac.
Pour les chauffe-eaux triphasés, on peut faire le même type de montage en faisant attention de ne pas mélanger les phases.
Exemple de routage et régulation à Zéro Watt
Dans cet exemple, visible pour les routeurs UxI, l’ouverture du triac vers le chauffe-eau est d’environ 50% du temps (5ms). Le système se régule pour avoir une puissance échangée avec le réseau public autour de 0W . Sur une durée d’une demi sinusoïde de 10 ms, on a une première période où l’on injecte de l’énergie puis le Triac s’ouvre, on consomme de l’énergie sur le réseau. En faisant une centaine de mesures du produit U*I sur la période de 20 ms on a un résultat proche de zéro en Watt. Par contre, pour la puissance apparente qui est le produit de la tension et du courant efficaces qui ne tient pas compte du signe, on a une valeur importante en VA.
Votre fournisseur d’électricité vous facture en fonction des W ou Wh et non pas sur le VA (puissance apparente).
Commutation de charges inductives
Si le triac est utilisé pour contrôler une charge inductive, un déphasage entre le courant et la tension se produit. Ainsi la tension ne sera pas nulle au passage à zéro du courant qui est retardé. Cela peut se traduire par un déclenchement incorrect du triac que l’on voit par une consommation en dent de scie. Dans l’application du routeur, les charges sont principalement résistives pour chauffer. Le phénomène a été rencontré sur des chauffages d’appoint avec ventilateur.
Sécurité
En travaillant sur ce projet en 230V, vous acceptez d’assumer la responsabilité de votre propre sécurité et de prendre toutes les précautions nécessaires pour éviter les accidents électriques.
Responsabilité
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ok je comprends mieux cela me rassure.
Mais as tu une idée de la raison de la disjonction dès que je branche une charge même minime ?
Vous n’avez pas 2 réseaux 230V (réseau chauffe-eau, réseau routeur ). Cela ressemble à un problème de différentiel.
Cdlt
Désolé de déranger we de paques, pas d’urgence à ma demande si tu es en train de chercher les oeufs
En fait les 2 ESP (UxI et Triac) sont interconnectés en wifi donc normalement pas de souci avec les lignes même si elles sont sur 2 différentiels.
Je confirme que l’alimentation de l’ESP qui gère le triac est bien elle sur le même différentiel que le triac
Bref le défaut est toujours là même si je regroupe tout le monde sur même différentiel
Le triac fonctionne bien à vide, je vois bien led bleue du gradateur s’allumer et s’éteindre selon le niveau d’injection et l’ouverture du triac en ¨% varie bien ainsi que la tension à ses bornes.
Désolé d’être aussi long dans ma demande j’essaie d’être le plus clair possible.
Merci
Fin de l’histoire enfin
Une de mes triplette était mal câblée d’origine (inversion phase/terre)
Tout fonctionne parfaitement
Souci clôturé
Merci pour ta disponibilité
Effectivement lignes sur différentiels différents, je ferai test demain sur même ligne et je dirais si cela fonctionne
Au moins j’ai une piste à suivre et qui parait logique.
Bonne fin de journée et encore merciiiiii
bonjour.
Merci pour toutes les informations.
Si on a un chauffeau avec un thermostat électronique, ne peut-on pas placer le gradateur entre la sortie du thermostat et la résistance chauffante? Merci.
Oui, c’est là ou il faut le mettre.
Cdlt
bonjour une question je pense partir sur le module variateur 600V 40A, mon ballon est de 2400 watts , faut il obligatoirement faire tourner le ventilateur ? si j’ai bien compris sur les gradateurs plus petits il faut mettre un dissipateur plus gros et du coup de la soudure à faire c’est ça ? merci pour votre aide
Je pense que sans ventilo, ce devrait être OK. Si vous pouvez le toucher sans vous bruler, c’est bon. Je n’aime pas trop les ventilos, un jour ils tombent en panne et tout crame.
Cdlt
André merci pour l’information, je vais le faire tourner sans ventilo et voire si ca chauffe pas trop… et sinon faire tourner le ventilo H24 n’est pas bon non plus ? merci pour tes conseils
Tourner H24, c’est pire, il va mourir 3 fois + vite. C’est de la mécanique, cela s’use.
Cdlt
et si je rajoute le transistor pour le faire fonctionner uniquement pendant que le triac fonctionne , il faut rajouter une résistance en plus si je vois bien ?
Oui pour attaquer la base du transistor une résistance autour de 2200 ohm.
Cdlt
question peu être bête mais quelle est la manière de souder la résistance avec le transistor ? il faut un circuit imprimé ?
Pour une petite réalisation, on prend des « plaques à trous » ou plaques de prototypage achetées sur Amazon ou uPesy par exemple : https://www.upesy.fr/
Cdlt
https://www.amazon.fr/Velleman-VTBB3-Baie-branchements-Ethernet/dp/B077ZKDQKW/ref=asc_df_B077ZKDQKW/?tag=googshopfr-21&linkCode=df0&hvadid=649021427975&hvpos=&hvnetw=g&hvrand=3597972065829082076&hvpone=&hvptwo=&hvqmt=&hvdev=m&hvdvcmdl=&hvlocint=&hvlocphy=9111876&hvtargid=pla-2198848445990&psc=1&mcid=f833f81daff439ffa7b8870e6cee74de
tu parles de ce genre de plaques ? du coup même pas besoin de soudée ?
Bonjour André, une petite question : si on n’utilise que des relais SSR peut on utiliser la sortie triac non utilisée GPIO 20-23?
merci d’avance et bonne journée
Non on ne peut pas les utiliser. Beaucoup d’autres sont disponibles
https://www.upesy.fr/blogs/tutorials/esp32-pinout-reference-gpio-pins-ultimate-guide
pardon GPIO 22-23
Bonjour,
Est-ce qu’un BTA40-600B au lieu du BTA40-800B peut suffire ?
(la résistance de mon chauffe eau fait 2800W).
Merci,
Oui c’est bon
Bonjour, Merci pour votre travail remarquable qui m’a permis de réaliser mon routeur home made!
Je viens juste de le mettre en service et j’aurais une petite question concernant le triac 40A Robodyn qui fonctionne bien en multi-sinus mais qui fait quand même varié les quelques ampoules halogènes qu’il me reste mais rien de bien dérangeant. Par contre au niveau de la régulation du ventilateur, celui-ci variant beaucoup (comme le triac) il émet beaucoup de sifflements, n’y aurait-il pas la possibilité de lui donner des consignes fixes, exemple; de 0-30% d’ouverture triac= ventilateur à 30%, de 30 à 60% triac= ventilateur à 60% afin que celui-ci fasse moins de « yoyo » et donc génère moins de sifflement car il est dans le placard à côté du salon et ce n’est pas très agréable ( à défaut je l’ai mis à fond ce qui reste moins dérangeant). Encore merci.
Bonjour,
Je vais faire un branchement en parallèle du contacteur jour nuit. Je prendrai le courant sur la partie alimentée en permanence du contacteur et brancher la sortie du Triac sur la partie qui alimente le CE.
Par contre, je ne comprends pas que faire avec le Neutre. Il n’y a qu’un petit câble sur ce modèle de Triac et un seul. Comment doit-on brancher le neutre ? On met un 2ème fil sur le neutre et on le met en entrée et en sortie ? Je ne comprends pas ce point. Merci de votre aide et pour tout ce merveilleux travail et surtout partage.
Aucun courant de la charge ne passe par le neutre. Il est là pour mesurer la tension entre phase et neutre et déclencher le top (passage à zéro de la tension) toutes les 10ms.
Cdlt
Mais du coup, comment branche-t-on ?
Il y a une phase entrante et une phase sortante (c’est le Triac nouveau modèle, plus puissant, avec le ventilateur). ça je vois bien comment le câbler. Par contre, je ne sais pas comment câbler les Neutres en Entrée et en Sortie. Si je pouvais mettre une schéma, peut-être que j’arriverai à être plus clair.
Je compte me brancher directement en parallèle sur le contacteur HP/HC.
Je compte brancher :
– Le fil de Phase en entrée sur la Phase alimentée en permanence du contacteur.
– Le fil de Phase en sortie (LOAD) sur la partie menant au CE et qui est coupée durant les HP.
– Le Neutre, je ne sais pas comment le câbler. Dois-je le brancher sur la partie alimentée en permanence ? Et en ce cas, il n’y a QUE la Phase qui serait branchée sur la partie menant au CE. Dois-je mettre un seconde fil pour brancher à la fois sur l’entrée et la sortie ?
Désolé, si ce n’est pas très clair. Merci.