Elektronisk brytare med hög / låg spänningsskydd

Spänningsfluktuationer har alltid varit ett problem och är ansvariga för det mesta av felet i växelströmsapparater. Vare sig det är en vanlig hushållsapparat som en brödrost eller en högpresterande industrimaskin som en CNC, allt har en märkspänning som den går på utan problem med maximal effektivitet. Tyvärr kan våra inhemska / industriella linjer inte ge oss den märkspänningen på grund av olika anledningar, därför kommer vi i det här projektet att bygga en enkel elektronisk brytare som kan utlösa ett relä för att koppla bort lasten när en hög / låg spänning upptäcktes.

Detta projekt är designat kring den berömda op-amp LM358. Vi ska få op-förstärkaren att fungera i Differential-läge och därmed göra det att jämföra strömspänningen med en förinställd spänning. Hela projektet kan byggas på ett brödbräda (förutom kraftledningarna) och skulle kunna fungera på nolltid. Så låt oss komma igång…..

Komponenter som krävs för strömbrytare:

LM358 (Dual Package Op-amp)
7805 (+ 5V regulator)
12V Step Down Transformer
5V-relä
BC547 (2Nos)
10K variabel POT
1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K Motstånd
100uF, 10uF, 0.1uF kondensatorer
Diodbro
Anslutande ledningar
Brödbräda

Kretsschema:

Det fullständiga schematiska diagrammet för elektronisk brytare ges i bilden nedan. Läs vidare för förklaring av detsamma.

Kretsförklaring:

Som visas ovan i kretsbrytarschemat är det väldigt enkelt och bara en massa motstånd, kondensatorer och andra saker. Men vad som faktiskt händer bakom alla dessa. Hur väljs komponenternas värden och vilken roll har de här?

Jag har försökt svara på den här frågan genom att dela upp dem i varje segment och förklara dem nedan.

Kraftsektion:

Op-amp är hjärtat i detta elektroniska kretsskydd. Vi behöver en reglerad 5V-matning för att driva denna op-amp. Vi måste också mata strömspänningen (Spänning vid en viss tidpunkt) till op-amp. Op-amp kan bara hantera upp till 5V eftersom den drivs av 5V. Därför måste vi konvertera ingångsspänningen (220V AC) till 0-5V DC.

Så ovanstående krets löser två syften.

Ge en konstant 5V för att slå på kretsarna
Kartlägger ingångens växelspänning till 0-5V för op-amp

För att uppnå detta har vi använt en 12V Step Down-transformator som omvandlar 220V AC till 12V AC, sedan korrigerar vi den med en diodbro till 12V DC (ungefär) och reglerar sedan spänningen till 5V med en 7805 spänningsregulator. Eventuella förändringar i ingångsspänningen kommer att påverka spänningsvärdet på diodbroens utgångssida. Därför kan denna spänning betraktas som nätströmens "strömspänning". Genom att använda ett 5.1K-motstånd och en 10K POT (bildar en potentialdelare) har vi kartlagt spänningen mellan 0-5V.

Op-Amp-sektion:

Detta avsnitt är den del där jämförelsen sker. Vi har två underavdelningar i op-amp-sektionen. En används för att jämföra ”strömspänning” med högspänningsvärde och den andra används för att jämföra med lågspänningsvärde. Båda avsnitten visas i bilden nedan.

Op-amp-kretsen som visas ovan är Differential-läget för en Op-amp. Op-amp är verkligen en arbetshäst för de flesta elektronikkretsarna, den har många driftsätt och applikationer som Summing, subtrahering, förstärkning osv… Vi har använt den som en spänning en komparator här.

Så vad är en spänningskomparator och varför behöver vi dem här?

En spänningskomparator jämför i vårt fall spänningen mellan stiften 3 och 2 och om spänningen på stift 3 är större än stift 2 blir utgången vid stift 1 hög (3,6V) annars blir utgången 0V. Vi jämför ”strömspänning” med den förinställda höga och låga spänningen för att få en hög / lågspänningstrigger.

I kretsen som visas ovan är lågspänningströskeln inställd på stift 2 med hjälp av motstånden 1K och 2K. Högspänningströskeln ställs in på stiften 5 med 1K- och 2.2K-motstånd.

Att använda dessa motstånd bildar en potentialdelare och ger en 3,33V lågspänningsavstängning och 3,43V som högspänningsavstängning. Det betyder att endast om "strömspänningen" är mellan 3,33V och 3,43V kommer båda förstärkarna att bli höga.

Obs: Jag har ställt in tröskelspänningarna på 3,33V och 3,43 volt eftersom min övre avstängning var 230V och älskarsgränsen var 220V. Du kan ställa in dem i enlighet med detta och sedan kalibrera kretsen med hjälp av 10K-potten för att styra "strömspänningen".

Relädel:

Det är här vi ansluter AC-belastningen. Reläet används för att sätta PÅ / AV AC-belastningen.

Som diskuteras i avsnittet om förstärkare. Både op-förstärkaren blir hög endast om spänningen ligger mellan gränserna för hög och låg spänning. Så vi måste bara sätta på en AC-belastning om båda ut-förstärkarens utgångar är höga. Här är “ Low Voltage Trigger ” och “ High Voltage Trigger ” utgången på stift 1 respektive stift 7.

Bara om båda är höga kommer Reläet att få sin mark och den kommer att utlösas. AC-belastningen (här en lampa) är ansluten via reläet. Ett motstånd på 1K används för strömbegränsning.

När du förstår hur kretsen fungerar får det inte att vara ett problem. Anslut bara kretsarna och använd 10K-potten för att ställa in vår "strömspänning" mellan din "Högspänningstrigger" och "Lågspänningstrigger". Om det nu finns någon förändring i växelspänningen kommer någon av din förstärkare att bli låg och ditt relä stängs av och därmed stänger av den belastning som är ansluten till den.

Du kan också använda simuleringsfilen som bifogas här för att verifiera / modifiera din krets baserat på dina tröskelvärden för hög eller låg spänning.

Simuleringen använder en potentiometer för att variera ingångsspänningen och en grön lysdiod som belastning. Du kan också övervaka spänningsvärdena vid varje terminal som hjälper dig att förstå kretsen mycket bättre.

Hoppas att du gillade detta strömbrytare-projekt och förstod arbetet bakom det. Det fullständiga arbetet med projektet kan ses i videon nedan.

Det här projektet lider av följande nackdelar som du kanske vill överväga om det betyder för dig.

Spänningen som mäts här är inte Vrms-spänning. Värdet utsätts också för toppar och krusningar
Din belastning kan uppleva en växlingseffekt om spänningen sjunker / stiger gradvis (i de flesta fall kommer den inte).
Anslut inte belastningar som förbrukar ström mer än 5A. Detta kommer sannolikt att döda ditt relä och dess förare.

Du kan också kontrollera detta liknande projekt för att lära dig mer: Hög / lågspänningsdetektering med PIC Microcontroller