Електронен прекъсвач със защита от високо / ниско напрежение

Колебанията на напрежението винаги са били проблем и са причина за по-голямата част от повредите в уредите с променлив ток. Независимо дали става въпрос за обикновен домашен уред като тостер или високопроизводителна индустриална машина като CNC, всичко има номинално напрежение, само на което ще работи без проблем при максималната си ефективност. За съжаление нашите битови / индустриални линии не успяват да ни осигурят това номинално напрежение поради различни причини, поради което в този проект ще изградим прост електронен прекъсвач, който може да задейства реле за изключване на товара при откриване на високо / ниско напрежение.

Този проект е проектиран около известния операционен усилвател LM358. Ще накараме операционния усилвател да работи в диференциален режим, като по този начин ще сравнява текущото напрежение с предварително зададено напрежение. Целият проект може да бъде изграден върху дъска за хляб (с изключение на електропроводите) и може да бъде накаран да работи за нула време. Така че нека започнем…..

Компоненти, необходими за прекъсвач:

1. LM358 (двоен пакет Op-amp)
2. 7805 (+ 5V регулатор)
3. 12V стъпков трансформатор
4. 5V реле
5. BC547 (2Nos)
6. 10K променлив POT
7. Резистори 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
8. Кондензатори 100uF, 10uF, 0.1uF
9. Диоден мост
10. Свързване на проводници
11. Дъска за хляб

Електрическа схема:

Пълната схематична схема на електронния прекъсвач е дадена на изображението по-долу. Прочетете по-нататък за обяснението на същото.

Обяснение на веригата:

Както е показано по-горе в схемата на прекъсвача, това е наистина просто и просто куп резистори, кондензатори и други неща. Но какво всъщност се случва зад всичко това. Как се избират стойностите на компонентите и каква е ролята им тук?

Опитах се да отговоря на този въпрос, като ги разбивам на всеки сегмент и ги обяснявам по-долу.

Захранваща секция:

Операционният усилвател е сърцето на тази схема на електронния прекъсвач. Нуждаем се от регулирано 5V захранване за захранване на този операционен усилвател. Също така трябва да подадем текущото напрежение (напрежение по всяко време) към операционния усилвател. Операционният усилвател може да се справи само до 5V, тъй като се захранва от 5V. Следователно трябва да преобразуваме входното променливо напрежение (220V AC) в 0-5V DC.

Така че горната схема решава две цели.

1. Осигурете постоянни 5V за захранване на веригата
2. Картира входното променливо напрежение до 0-5V за операционния усилвател

За да постигнем това, използвахме трансформатор 12V Step Down, който преобразува 220V AC в 12V AC, след което го коригираме с диоден мост в 12V DC (Приблизително) и след това регулираме напрежението до 5V с помощта на регулатор на напрежение 7805. Всички промени във входното напрежение ще повлияят на стойността на напрежението в изходната страна на диодния мост. Следователно това напрежение може да се разглежда като „текущо напрежение“ на променливотоковата мрежа. Използвайки 5.1K резистор и 10K POT (образувайки потенциален разделител), ние сме картографирали напрежението между 0-5V.

Раздел за усилвател:

Този раздел е частта, в която се извършва сравнението. Имаме две подразделения в раздела за усилватели. Единият се използва за сравнение на „текущото напрежение“ със стойността на високо напрежение, а другият се използва за сравнение със стойността на ниското напрежение. И двата раздела са показани на изображението по-долу.

Показаната по-горе схема на операционния усилвател е диференциалният режим на операционния усилвател. Op-amp наистина са работен кон за повечето електронни схеми, той има много режими на работа и приложения като Сумиране, изваждане, усилване и т.н…. Използвахме го като сравнително напрежение тук.

И така, какво е компараторът на напрежението и защо ни трябват тук?

В нашия случай компаратор на напрежение сравнява напрежението между щифтовете 3 и 2 и ако напрежението на щифт 3 е по-голямо от щифт 2, тогава изходът на щифт 1 става висок (3.6V), в противен случай изходът ще бъде 0V. Сравняваме „текущото напрежение“ с предварително зададеното високо и ниско напрежение, за да получим тригер за високо / ниско напрежение.

В схемата, показана над прага на ниско напрежение, е зададен на щифт 2 с помощта на резистори 1K и 2K. Прагът на високо напрежение се задава на щифтовете 5 с помощта на резистори 1K и 2.2K.

Използването на тези резистори образува потенциален разделител и осигурява 3.33V отрязване с ниско напрежение и 3.43V като прекъсване с високо напрежение. Това означава, че само ако "текущото напрежение" е между 3.33V до 3.43V, и двата операционни усилвателя ще се повишат.

Забележка: Задал съм праговите напрежения на 3.33V и 3.43 Volt, тъй като горната ми граница беше 230V, а любовната граница беше 220V. Можете да ги настроите съответно и след това да калибрирате веригата, като използвате 10K пот за управление на "текущото напрежение".

Релейна секция:

Това е мястото, където прикрепяме AC товара. Релето се използва за включване / изключване на променливотоковото натоварване.

Както е обсъдено в раздела за усилватели. И двата операционни усилвателя ще се повишат само ако напрежението е между границите за изключване на високо и ниско напрежение. Така че трябва да включим променлив товар само ако и двата изхода на операционния усилвател са високи. Тук „ Тригентът за ниско напрежение ” и „ Тригерът за високо напрежение ” са изходът на пина 1 и щифт 7 съответно.

Само ако и двете са високи, релето ще получи своето място и волята ще се задейства. Натоварването с променлив ток (тук лампа) е свързано през релето. За ограничаване на тока се използва резистор от 1K.

След като разберете как работи веригата, което я прави, няма да е проблем. Просто свържете веригите и използвайте 10K пот, за да зададете нашето „текущо напрежение“ между вашия „Високоволтов тригер“ и „Нисковолтов тригер“. Сега, ако има някаква промяна в основното напрежение на променлив ток, някой от вашите операционни усилватели ще намалее и вашето реле ще се изключи, като по този начин изключи натоварването, свързано към него.

Можете също да използвате симулационния файл, приложен тук, за да проверите / модифицирате вашата верига въз основа на вашите прагови стойности за високо или ниско напрежение.

Симулацията използва потенциометър за промяна на входното напрежение и зелен светодиод като товар. Можете също така да наблюдавате стойностите на напрежението на всеки терминал, което ще ви помогне да разберете много по-добре веригата.

Надявам се, че този проект за прекъсвач ви е харесал и сте разбрали работата зад него. Цялостната работа на проекта може да се види във видеото по-долу.

Този проект страда от следните недостатъци, които бихте могли да помислите за всеки случай, ако това означава за вас.

1. Напрежението, измерено тук, не е напрежение Vrms. Стойността също се подлага на пикове и вълни
2. Вашият товар може да изпита превключващ ефект, ако напрежението падне / се повиши постепенно (в повечето случаи няма).
3. Не свързвайте товари, които консумират ток над 5А. Това най-вероятно ще убие вашето реле и неговия драйвер.

Можете също да проверите този подобен проект, за да научите повече: Откриване на високо / ниско напрежение с помощта на PIC микроконтролер