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.

Triac en boitier TO220
Gradateur 16 ou 24A
Gradateur 40A avec ventilateur

Gradateur / Triac 16A ou 24A

Gradateur de chez Robotdyn

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.

Gradateur/Triac modifié

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

Exemple de câblage pour un chauffe-eau alimenté en 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.

Ouverture du Triac à 33%
Ouverture du Triac à 50%
Ouverture du Triac à 100%

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.

Exemple de câblage pour un chauffe-eau alimenté en triphasé avec neutre
Alternative pour du triphasé avec uniquement 3 relais en mode Asynchrone Multi-Sinus ou Train de Sinus
ESP32 avec antenne déportée et Triac. Refroidisseur remplacé permettant de piloter des charges de maximum 1500W.
Important refroidisseur pour gérer une charge de 3000W.

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.

Attention, sur certaines vues sur internet les entrées In et Out du 230V sont inversées par rapport au marquage sur le circuit-imprimé.

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

Schéma de principe contacteur et routeur en parallèle

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

Courbes Tension (rouge) et Courant (vert) en entrée de maison lors d’une régulation autour de 0 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).

Charge inductive – puissance (en rouge) en dents de scie. À éviter!

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

Articles sur le photovoltaïque

F1ATB André

Radio Amateur - Domotique - Photovoltaïque

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211 réponses

  1. Arnaud PETER dit :

    Bonjour,
    MErci bp pour l’ensemble des articles et surtout la qualité de redaction !
    Autrement question technique et j’ai un doute sur ma comprenhesion (?) :
    -affirmation : la technologie de triacs permets de moduler la puissance de 0 à 100%)
    -question : concernant les relais SSR : est ce que ce materiel permets cimme le triacs de moduler par les chix d’option (0/100%) ou est ce uniquement du numerique 1/0
    J’ai cru comprendre dans mes lectures que le relais SSR permettrait de moduler la puissance et serait plus propre niveau signal ?

    Autrement pour moduler une resistance triphasé de 6KW soit 2kw /phase.
    Est ce que ce type de SSR serait approprié : version dC / AC en 25A voir 40A ?
    https://fr.aliexpress.com/item/1005006209553928.html?spm=a2g0o.productlist.main.11.1e3dpyuKpyuK7e&algo_pvid=20fab985-56df-45ec-9c97-3555d6f954bd&aem_p4p_detail=202405040329492392176566431360020176948&algo_exp_id=20fab985-56df-45ec-9c97-3555d6f954bd-5&pdp_npi=4%40dis%21EUR%215.44%215.15%21%21%2140.97%2138.76%21%402101e80f17148185892771264eb044%2112000036290486372%21sea%21FR%21932005268%21&curPageLogUid=kENGUl0OyZVp&utparam-url=scene%3Asearch%7Cquery_from%3A&search_p4p_id=202405040329492392176566431360020176948_6

    • F1ATB André dit :

      Oui mais prenez la version 40A pour les 3. Il faut une très bonne marge. Le 25A risque d’être faible pour fonctionner durant des heures.
      Cdlt

      • Arnaud PETER dit :

        Tres bien, merci pour votre reactivité face à ma demande ! donc je comprends aussi que pour ma culture les relais SSR permettent de moduler la puissance .. (je suis désolé mais pour moi c’est contre intuitif un relais qui module …)

  2. Nicolas dit :

    Bonjour André,

    J’ai bien lu le passage sur la charge inductive et le déphasage qui en résulte J’utilise un Uxl2 + Triac 2400 pour mon ballon d’eau chaude (qui devrait donc être une charge résistive si j’ai bien suivi) et j’ai un gros déphasage comme si c’était inductif. (capture ci jointe). Comment pourrais je résoudre le problème ? Meric d’avance et bravo pour le super boulot

  3. Philippe dit :

    Bonjour merci pour tout ce contenu, c’est super !
    Je cherche à réaliser mon routeur également, je cherche à comprendre pour la partie puissance :
    Je pensais utiliser le petit module RobotDyn 4A (voir lien) mais en remplaçant le triac de base par un BTA20 (ou 16) 600B déporté sur radiateur externe. L’idée étant de n’utiliser que la partie zero-crossing et driver de gachette de la carte et d’avoir la partie puissance déportée.
    Ma question: est-ce que la partie électronique driver de la petite carte est capable de driver un triac plus « gros » ?
    Merci

    https://fr.aliexpress.com/item/1005006767689646.html?spm=a2g0o.productlist.main.1.7b1f31c0duKH1y&algo_pvid=0773b5f1-5294-40f1-9cf1-3ee466d4bf68&algo_exp_id=0773b5f1-5294-40f1-9cf1-3ee466d4bf68-0&pdp_npi=4%40dis%21EUR%217.62%216.86%21%21%218.02%217.22%21%40211b600817150065433096357e0aa2%2112000038232097734%21sea%21FR%21856262989%21&curPageLogUid=rNmLSk6HZGlE&utparam-url=scene%3Asearch%7Cquery_from%3A

  4. Hervé dit :

    Bonjour André,
    Pouvez m’indiquer le branchement au niveau du chauffe eau pour garder le contacteur jour et nuit ?
    Merci d’avance pour votre retour

    • F1ATB André dit :

      Vous branchez le Triac ou le relais entre les 2 bornes côté phase du contacteur (A l’entrée et la sortie). Si le contacteur coupe le neutre. Mettez un fil de shunt (un pont) entre l’entrée et la sortie.
      Cdlt

  5. Angelo dit :

    Bonjour André,
    J’ai réalisé votre routeur avec le Shelly 3Em et un relais SSR. Cela fonctionne très bien.
    Par contre j’ai voulu réaliser un deuxième routeur toujours avec le shelly 3Em mais avec un gradateur 40A. Dans la page brut il est noté « Pas de triac » et j’ai uniquement le relais dans la page action.
    Ai-je manqué quelque chose ?
    Cdt

  6. Arnaud PETER dit :

    Bonsoir André,
    question technique concernant une installation TRIPHASE:
    ma resistance ne necessite pas le NEUTRE, hors sur votre schema de principe on remarque que le neutre est connecté au chauffe eau, est ce necessaire / primordiale ?
    Merci pour vote retour

  7. Arno dit :

    bonjour andré
    petite question peut être indiscrète. Pourquoi as tu redevelloppé la commande de la carte triac au lieu d utiliser les bibliothèques disponibles. Est ce que c est à cause d un problème de stabilité ? je demande parceque je suis en train de réaliser un routeur pour chauffe eau en site isolé en fonction de la batterie. Mon soft est fini et marche bien mais aléatoirement ça plante au moment où la puissance augmente. De même si je déconnecte la charge alimentée ça plante
    aussi. j ai acheté une nouvelle carte et c’est pareil.
    merci pour tes lumières là après plusieurs jours j avoue que je suis sec
    ps j alimente avec un onduleur victron

  8. Titi21 dit :

    Bonjour,
    J’utilise un relais qui alimente un ventilateur 12v et qui est activer dans une action avec les même seuil que le triac et au même horaire d’autorisation ça cela fonctionne très bien mais si utilisation dans la programmation du triac pour faire un complément de chauffe le relais ne peux pas fonctionner.
    Serait il possible d’avoir une fonction ou une case à cocher qui agirait sur une action Titre relais ou dans l’action triac pouvoir remplir une commande gpio

    Merci

  9. jacques ledeux dit :

    Bonjour André
    J’ai un souci pour chauffer un ballon d’eau chaude 3000w, j’ai un déphasage entre le courant et la tension, J’utilise un Uxl2 + Gradateur 40A
    je constate que mon radiateur chauffe très vite
    Quels valeurs de paramètre je doit mettre dans le menu Action?

    Seuil PW
    Ouvre Max
    Réactivité lente ou charge importante

    Merci d’avance pour votre réponse

    • F1ATB André dit :

      Pw :0
      Ouvre Max: 100
      Reactivité : 5

      • jacques ledeux dit :

        Merci mais toujours le même souci
        Routeur Version : 6.00_RMS
        je remarque que le nombre d’interruptions est toujours à 0/0
        Nombre d’interruptions en 15ms du Gradateur (signal Zc) : Filtrés/Brutes : 0/0
        Cdlt

        • F1ATB André dit :

          Si vous avez un Triac, et que Zc est à 0/0, c’est que :
          – le câble Zc vers l’ESP32 est mal cablé
          – vous n’avez pas le 230V phase et neutre qui arrive sur la carte Gradateur

  10. NICOLAS BARBEAU dit :

    Bonjour André,
    je viens de faire le câblage de mon gradateur 40A sur mon ESP32 et après plusieurs vérifications de mon câblage et des tests de tension et de continuité sur mes fils je ne vois rien d’anormal mais sur le logiciel me marque toujours « PAS DE TRIAC ».
    Pouvez vous m’aidez.
    Merci

    • F1ATB André dit :

      Pas de Triac veut dire qu’il n’a pas une impulsion toutes les 10ms sur le GPIO23.

      Cela est dû:
      – un mauvais cablage signal Zc du gradateur vers GPIO23, ou
      – pas de 230V, phase et neutre, sur le gradateur

      Cdlt

  11. NICOLAS BARBEAU dit :

    Bonjour André,
    j’ai a nouveau un petit souci.
    j’utilise le gradateur 40A et je n’arrive pas à faire fonctionner son ventilo uniquement quand celui-ci est en régulation.
    Je pense ne pas avoir le bon materiel (transistor et resistance), pouvez vous me mettre des liens aliexpress ou autres pour que je puisse acheter les bons composants.
    merci
    Barbeau Nicolas

  12. Hervé dit :

    Bonsoir André,
    J’arrive pas à brancher mon routeur au chauffe-eau pouvez-vous me faire un schéma et avec le contacteur HC svp?
    Cordialement

  13. Hervé dit :

    Merci de votre retour André mais c’est au niveau du contacteur HC que ça me perturbe là je suis obligé de mettre mon contacteur en marche forcé pour que cela fonctionne ?
    Je suis désolé de vous embêter

    • F1ATB André dit :

      Le routeur est en parallèle du contacteur et non en série. Ainsi, cela fonctionne en tarif HC ou si le routeur envoi de l’énergie. Par contre il faut comme sur le schéma, strapper le neutre sur le contacteur car le routeur ne coupe que la phase.

      Cdlt

  14. Viala Eric dit :

    Bonjour

    Merci beaucoup pour votre partage, c est tres interessant.
    J ai une petite question: est ce que le routeur est capable de prioriser une charge, c est a dire par exemple le routeur aliment le chauffe eau puis qund l eau est chaude alimente le chauffage de la dalle du salon (infracable).
    Merci !

  15. Hervé dit :

    je vous explique comme j’ai brancher :
    Je suis partie de mon disjoncteur et relié avec un wago le capteur mk194t et mon triac pour la partie phase.(L)
    la phase du chauffe eau est raccordée sur le TRIAC .(LOAD)
    j’ai relié tout les neutre ensemble :Chauffe eau ,Triac, capteur de mesure MK 194T et raccorder à mon disjoncteur.
    Montage en parallèle et je suis en marche forcé
    Je comprend pas pourquoi cela ne fonctionne pas.
    encore vraiment merci de votre retour.
    cordialement

  16. Yann. dit :

    Bonjour, j’utilise un module Robotdyn 24A depuis quelques jours, celui-ci était assez chaud malgré la charge assez faible (800W). Comme recommandé, j’ai déplacé le triac BTA24-600 sur un radiateur de taille plus important.
    A ma surprise, la chaleur importante ne vient pas du triac, mais d’une résistance SMD 124, soit 120Kohm sur la plaquette. La température est de 85°C même quand le triac n’est pas activé (lumière bleu éteinte), il s’agit d’une des résistances proche du bornier pour le Live (la seconde résistance SMD en partant de la droite).
    Il semble donc que c’est uniquement pour l’alimentation de composant de la plaquette (zcd et optocoupleur).

    Est-ce qu’elle chose que vous avez remarqué sur vos modules Robotdyn 24A? Est-ce normal?

    Cordialement.

    • Alexis dit :

      Bonjour, j’allais faire exactement le même commentaire !
      J’ai testé deux modules robotdyn 24A : , un totalement d’origine et un avec un triac de 40A déporté.
      Dans les deux cas la carte chauffe énormément avec une simple ampoule à filament de 40W , que je l’allume ou pas.

      Voici deux photos avec charge éteinte

      Dimmer RobotDyn 24A d’origine
      https://www.cjoint.com/c/NEDiwEQ4ycT

      Dimmer RobotDyn 24A avec triac BTA40
      https://www.cjoint.com/c/NEDiuODuyGT

      Cordialement

  17. NICOLAS BARBEAU dit :

    Bonjour André,
    j’ai a nouveau un petit souci.
    j’utilise le gradateur 40A et je n’arrive pas à faire fonctionner son ventilo uniquement quand celui-ci est en régulation.
    Je pense ne pas avoir le bon materiel (transistor et resistance), pouvez vous me mettre des liens aliexpress ou autres pour que je puisse acheter les bons composants.
    merci

  18. Hervé dit :

    je vous explique comme j’ai brancher :
    Je suis partie de mon disjoncteur et relié avec un wago le capteur mk194t et mon triac pour la partie phase.(L)
    la phase du chauffe eau est raccordée sur le TRIAC .(LOAD)
    j’ai relié tout les neutre ensemble :Chauffe eau ,Triac, capteur de mesure MK 194T et raccorder à mon disjoncteur.
    Montage en parallèle et je suis en marche forcé
    Je comprend pas pourquoi cela ne fonctionne pas.
    encore vraiment merci de votre retour.
    cordialement