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. Notez le fil jaune/vert de mise à la terre du refroidisseur.

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 thermostats électroniques, il faudra placer le Triac, entre le thermostat et la résistance électrique.

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.

En particulier :

  • Mettez à la terre (fil jaune/vert) le radiateur électrique du Triac ou des relais SSR
  • Ne désinstallez pas le thermostat d’origine d’un chauffe-eau. Il assure la sécurité en cas de surchauffe.

En plus des risques électriques, assurez-vous de monter suffisamment en température pour les risques de salmonelle ou légionellose. En vertu de l’arrêté du 30 novembre 2005, la température de votre ballon d’eau-chaude doit être réglée entre 50° et 60° Celsius pour les dispositifs de moins de 400 litres et entre 55°C et 60°C si le « volume total des équipements de stockage est supérieur ou égal à 400 litres ».

Responsabilité

Articles sur le photovoltaïque

F1ATB André

Radio Amateur - Domotique - Photovoltaïque

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211 réponses

  1. seb dit :

    Je ne comprend pas votre réponse -> Regardez si le Triac est bien détecté Zc>0
    Ou dois je regarder si c’est forcé à On (je crois bien ne rien avoir toucher pourtant)
    Merci encore

    • F1ATB André dit :

      Dans la page Action, il faut choisir routage/regulation, le seuil etc et sauvegarder.

      Cdlt

      • seb dit :

        Bonjour
        Après quelques test ce jour je ne comprend pas ce qu’il ce passe…. Dès qu’il y a du surplus le triac s’ouvre à 100% et laisse passé les 2000W du chauffe-eau alors que le surplus en d’environ 500W.
        Merci de votre aide

        • F1ATB André dit :

          Envoyez moi une copie d’écran de la page Accueil et Action à l’adresse f1atb.fr@gmail.com

          Dites moi aussi quel capteur de puissance vous utilisez.

          Cdlt

          • seb dit :

            Bonjour
            Je vous ai envoyé le mail ce matin, si vous ne l’avez pas reçu essayez de regarder dans les SPAM.
            Merci, bonne journée et merci pour tout.
            Seb

          • seb dit :

            Bonjour

            J’ai modifié les réglages comme vous me l’avez préconisé, mais le problème persiste.
            Ouverture du Triac directement à 100% dès qu’il y a du surplus.
            Je vais vérifier aussi toutes mes soudures au cas ou parce que j’ai l’impression que le TRIAC ne module pas.

            Merci à vous

          • F1ATB André dit :

            Avez vous en bas de page Données brutes
            Interruptions Zc egal à 1/1,1/2, 2/2 ,2/3, 2/4

          • seb dit :

            Bonjour
            Bon et bien je n’y comprend rien mais aujourd’hui tout fonctionne parfaitement comme avant ??
            Bonne journée

    • Christophe L. dit :

      Bonjour seb.
      Je n’avais pas vu votre post concernant ce problème mais vous êtes sûr que quand le triac était ouvert à 100% il consommait bien 2000 watts ? Ca se voyait sur le linky et les courbes de puissance ? Par ce que logiquement quand le triac est ouvert à 100% c’est que le thermostat du cumulus s’est déclenché pour couper la chauffe parce qu’il est arrivé à température.

  2. seb dit :

    Ok je regarde ça demain
    Merci

  3. michel dit :

    Bonjour,

    J’ai modifié le robotdyne en changeant le radiateur , en coupant le triac d’origine et en connectant un BT40 à la gachette du triac ( comme l’exemple que vous donnez). Le triac se déclenche bien depuis le GPIO avec la diode allumée et actionne bien le LOAD. Mais le zerocrossing ne marche plus. Aucune interruption n’est plus générée . Avez vous une idée
    Auriez vous une idée du pourquoi?

    • F1ATB André dit :

      Probablement vous n’avez pas branché le 230v sur la carte mais uniquement sur le triac

      • michel dit :

        Merci pour votre réponse. J’ai branché le 220v sur le bornier à vis prévu à cet effet, lequel est relié effectivement directement au Triac par cables, mais sous le bornier les pistes du PCB relient le reste du circuit au 220. Donc le pont redresseur et les optocoupleurs devraient être alimentés?

  4. Julien dit :

    Bonjour,
    Merci pour le partage et le travail.
    Je me suis lancé dans l’aventure du routeur solaire man by F1ATB 😉
    Ayant un chauffe eau de 3000W je me suis lancé dans le remplacement du TRIAC.
    Si je vous écris, c’est que j’ai besoin d’une précision.
    J’ai acheté ce modèle :
    https://fr.rs-online.com/web/p/triac/7140515?cm_mmc=FR-PPC-DS3A-_-google-_-DSA_FR_FR_Semi-conducteurs_Index-_-TRIAC%7C+Products-_-DYNAMIC+SEARCH+ADS&matchtype=&dsa-1618742269394&gad_source=1&gclid=CjwKCAiAloavBhBOEiwAbtAJO7Ovx3aw-AOfTjGfSaTH4z-yt-ktXCOlTj_Wq4ag1eFZZpg4pm3THBoC2w4QAvD_BwE&gclsrc=aw.ds

    Malheureusement, je n’ai rien en sortie du Triac…
    Est-ce à cause du courant de déclenchement (100mA) trop haut ?
    Ou y t’il une raison qui m’échappe ?

    Merci pour votre aide 🙂

    • F1ATB André dit :

      Cela devrait être bon

      • Julien dit :

        Merci pour votre réponse.
        En reprenant mon montage, je me suis aperçu que j’avais inversé A1 et A2…
        Maintenant ça fonctionne 🙂
        Merci merci pour le partage !!!!

  5. Christophe dit :

    Bonjour André
    J’ai quelques photos avec un schéma que j’ai effectué. Je souhaiterais avoir quelques conseils concertant mon installation. Je suis novice dans le domaine. Comment faire pour vous les transmettre merci pour votre retour. Christophe

  6. Pascal Tournefier dit :

    Bonjour, pouvez-vous me conseiller pour le Gradateur 40A avec ventilateur sur la liste de courses et le montage concernant les résistances, les leds et le transistor ? Merci

  7. Fred dit :

    Bonjour,

    peut on simplement remplacer le triac par un SSR, toujours en utilisant la broche GPIO22 dans la v8.06 ?

    Merci !

    • F1ATB André dit :

      Le GPIO22 est réservé au Triac. On ne peut y mettre un SSR. Prenez le GPIO17 par exemple.

      Cdlt

      • Fred dit :

        D’accord, je pensais que le GPIO17 ne servait que pour des actions ON /OFF que l’on paramètrait.
        J’essayerai donc.

        Merci !

  8. Pierre dit :

    Bonjour André,
    J’ai fais le montage UxI qui fonctionne très bien.
    J’ai mis 2ème ESP avec gradateur Robodyn , dans les paramètres je sélectionne ESP externe avec IP de ESP UxI
    Mais dans la page accueil et dans la page action je ne vois pas le triac !!!
    J’ai bien câblé selon ton schéma en début de cette page (vérifié plusieurs fois)
    Peux tu m’orienter vers quoi chercher ?
    Évidemment j’ai parcouru le forum mais pas trouvé de réponse à mon souci
    Merci d’avance et comme d’habitude remerciements pour ton partage

    • F1ATB André dit :

      Si le Triac n’apparait pas, c’est que l’ESP32 ne reçoit pas le signal Zc (Zero Crossing). Mauvais câblage ou 230V non présent sur la carte Gradateur/Triac.

  9. Pierre dit :

    A force de manips je vois le triac, faux contact peut être, entre temps j’ai cramé un ESP grrrrr
    Merci

  10. Pierre dit :

    Encore des soucis avec gradateur.
    Il est bien vu sur la page et le % ouverture varie bien mais dès que je mets une charge (petit radiateur 1000w ou simple lampe halogène 40w) cela fait disjoncter la maison.
    J’ai beau chercher je ne comprend pas pourquoi
    Une aide me serait bien utile
    Merci d’avance

    • Pierre dit :

      Précision :
      Le voltage en sortie varie bien selon le % (test avec voltmètre)
      Par contre quand le triac est à 0% il reste encore 85v aux bornes de la sortie !!!!
      Pas sur que cela soit normal

      • F1ATB André dit :

        Le Triac n’est pas un interrupteur parfait et comme voltmêtre est surement sensible, il monte avec le micro courant qui passe dans le Triac.

        Cdlt

  11. Pierre dit :

    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 ?

    • F1ATB André dit :

      Vous n’avez pas 2 réseaux 230V (réseau chauffe-eau, réseau routeur ). Cela ressemble à un problème de différentiel.

      Cdlt

      • Pierre dit :

        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

      • Pierre dit :

        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

  12. Pierre dit :

    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

  13. Jean-luc dit :

    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.

  14. Bast dit :

    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

    • F1ATB André dit :

      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

      • Bast dit :

        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

        • F1ATB André dit :

          Tourner H24, c’est pire, il va mourir 3 fois + vite. C’est de la mécanique, cela s’use.

          Cdlt

          • Bast dit :

            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 ?

          • F1ATB André dit :

            Oui pour attaquer la base du transistor une résistance autour de 2200 ohm.

            Cdlt

  15. Bast dit :

    question peu être bête mais quelle est la manière de souder la résistance avec le transistor ? il faut un circuit imprimé ?

  16. log_dan dit :

    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

  17. log_dan dit :

    pardon GPIO 22-23

  18. Régis01 dit :

    Bonjour,

    Est-ce qu’un BTA40-600B au lieu du BTA40-800B peut suffire ?
    (la résistance de mon chauffe eau fait 2800W).

    Merci,

  19. Jérémie dit :

    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.

    • Jérémie dit :

      Le phénomène de yoyo ne se produit (presque) pas lorsqu’on est en découpe sinus… Il va falloir que je choisisse… Harmoniques ou ventilo qui fait du yoyo???

  20. Cats Lover dit :

    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.

    • F1ATB André dit :

      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

      • Cats Lover dit :

        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.