Електронний вимикач із захистом високої / низької напруги

Коливання напруги завжди були проблемою і є причиною більшої частини несправностей приладів змінного струму. Будь то звичайний побутовий прилад, такий як тостер, або високоефективна промислова машина, така як ЧПУ, все має номінальну напругу, лише на якій він буде працювати без будь-яких проблем з максимальною ефективністю. На жаль, наші побутові / промислові лінії не можуть надати нам номінальну напругу з різних причин, тому в цьому проекті ми збираємося створити простий електронний вимикач, який може спрацьовувати на реле для відключення навантаження при виявленні високої / низької напруги.

Цей проект розроблений навколо відомого операційного підсилювача LM358. Ми змусимо змусити операційний підсилювач працювати в диференціальному режимі, завдяки чому він буде порівнювати поточну напругу із заданою напругою. Весь проект можна побудувати на хлібній дошці (крім ліній електропередач) і в найкоротші терміни змусити його запрацювати. Тож давайте почнемо…..

Компоненти, необхідні для автоматичного вимикача:

LM358 (подвійний пакетний підсилювач)
7805 (+ 5В регулятор)
Знижувальний трансформатор на 12 В
Реле 5В
BC547 (2Ні)
10K змінний POT
Резистори 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
Конденсатори 100 мкФ, 10 мкФ, 0,1 мкФ
Діодний міст
Підключення проводів
Хлібна дошка

Кругова діаграма:

Повна принципова схема електронного вимикача наведена на зображенні нижче. Пояснення того ж читайте далі.

Пояснення схеми:

Як показано вище на схемі автоматичного вимикача, це насправді просто - це просто купа резисторів, конденсаторів та інших речей. Але що насправді відбувається за всіма цими. Як відбираються значення компонентів і яка їх роль тут?

Я спробував відповісти на це питання, розбивши їх на кожен сегмент і пояснивши їх нижче.

Розділ живлення:

Операційний підсилювач є серцем цієї схеми електронного вимикача. Нам потрібне регульоване 5В живлення для живлення цього підсилювача. Також нам потрібно подати поточну напругу (напруга в будь-який конкретний момент) на операційний підсилювач. Операційний підсилювач може працювати лише до 5 В, оскільки він живиться від 5 В. Отже, нам потрібно перетворити вхідну напругу змінного струму (220 В змінного струму) на 0-5 В постійного струму.

Отже, вищевказана схема вирішує дві цілі.

Забезпечте постійну напругу 5 В для живлення схеми
Зменшує вхідну напругу змінного струму до 0-5В для операційного підсилювача

Для цього ми використали трансформатор ступеня 12 В, який перетворює 220 В змінного струму на 12 В змінного струму, потім випрямляємо його діодним мостом на 12 В постійного струму (приблизно), а потім регулюємо напругу до 5 В за допомогою регулятора напруги 7805. Будь-які зміни вхідної напруги впливатимуть на величину напруги на вихідній стороні діодного моста. Отже, цю напругу можна розглядати як "струмову напругу" мережі змінного струму. Використовуючи резистор 5.1K та 10K POT (утворюючи дільник потенціалу), ми встановили карту напруги між 0-5V.

Розділ оп-підсилювача:

Цей розділ є частиною, де відбувається порівняння. У розділі операційного підсилювача є два підрозділи. Один використовується для порівняння “струмової напруги” зі значенням високої напруги, а інший - для порівняння зі значенням низької напруги. Обидва розділи показані на зображенні нижче.

Схема операційного підсилювача, показана вище, є диференціальним режимом операційного підсилювача. Операційні підсилювачі насправді є робочим конем для більшості електронних схем, він має безліч режимів роботи та додатків, таких як підсумовування, віднімання, підсилення тощо… Ми використовували його тут як компаратор напруги.

То що таке компаратор напруги і навіщо вони нам тут потрібні?

У нашому випадку компаратор напруги порівнює напругу між виводами 3 і 2, і якщо напруга на виводі 3 більше, ніж висновок 2, тоді вихід на висновку 1 стає високим (3,6 В), інакше вихід буде 0 В Ми порівнюємо “струм напруги” із заданими високою та низькою напругою, щоб отримати тригер високої / низької напруги.

У схемі, показаній вище, поріг низької напруги встановлений на виводі 2 за допомогою резисторів 1K і 2K. Поріг високої напруги встановлюється на висновках 5 за допомогою резисторів 1K та 2.2K.

Використання цих резисторів утворює дільник потенціалу і забезпечує відключення низької напруги 3,33 В і відключення високої напруги 3,43 В. Це означає, що лише якщо “струмова напруга” буде від 3,33 В до 3,43 В, обидва операційні підсилювачі будуть високими.

Примітка: Я встановив порогові напруги на рівні 3,33 В і 3,43 Вольта, оскільки моє верхнє відключення становило 230 В, а відсічне кохання - 220 В. Ви можете встановити їх відповідно, а потім відкалібрувати ланцюг, використовуючи 10K горщик для контролю “струмової напруги”.

Розділ реле:

Тут ми прикріплюємо навантаження змінного струму. Реле використовується для увімкнення / вимкнення навантаження змінного струму.

Як обговорювалося в розділі операційного підсилювача. Обидва операційних підсилювача отримають високий рівень лише в тому випадку, якщо напруга знаходиться між межами відключення високої та низької напруги. Отже, ми повинні вмикати навантаження змінного струму, лише якщо обидва виходи операційного підсилювача високі. Тут “ триггер низької напруги ” та “ тригер тривоги високої напруги ” є висновками контакту 1 та контакту 7 відповідно.

Тільки якщо обидва рівні високі, естафета отримає своє місце і воля спрацює. Навантаження змінного струму (тут лампа) ідентифікується через реле. Для обмеження струму використовується резистор 1К.

Як тільки ви зрозумієте, як працює схема, її робота не буде проблемою. Просто підключіть схеми та використовуйте 10-канальний горщик, щоб встановити нашу «поточну напругу» між вашим «Високовольтним тригером» та «Тригером низької напруги». Тепер, якщо відбудеться якась зміна напруги змінного струму, будь-який з ваших підсилювачів зменшиться, і ваше реле вимкнеться, тим самим вимкнувши підключене до нього навантаження.

Ви також можете використовувати доданий тут файл імітації, щоб перевірити / змінити свою схему на основі ваших порогових значень високої або низької напруги.

Моделювання використовує потенціометр для зміни вхідної напруги та зелений світлодіод як навантаження. Ви також можете контролювати значення напруги на кожному терміналі, що допоможе вам набагато краще зрозуміти схему.

Сподіваюся, вам сподобався цей проект автоматичного вимикача і ви зрозуміли, як це працює. Повну роботу проекту можна побачити на відео нижче.

Цей проект страждає від наступних недоліків, які ви можете розглянути на всякий випадок, якщо це для вас означає.

Виміряна тут напруга не є напругою Vrms. Значення також піддаються пікам і пульсаціям
Якщо ваш навантажувач поступово падає / підвищується (у більшості випадків це не відбувається), ефект перемикання може виникнути.
Не підключайте навантаження, які споживають струм більше 5А. Це, швидше за все, вб’є ваше реле та його драйвер.

Ви також можете перевірити цей подібний проект, щоб дізнатись більше: Виявлення високої / низької напруги за допомогою мікроконтролера PIC