Ηλεκτρονικός διακόπτης προστασίας με προστασία υψηλής / χαμηλής τάσης

Οι διακυμάνσεις τάσης ήταν πάντα ένα πρόβλημα και ευθύνονται για το μεγαλύτερο μέρος της αστοχίας στις συσκευές AC. Είτε πρόκειται για μια κανονική οικιακή συσκευή όπως τοστιέρα ή βιομηχανική μηχανή υψηλής απόδοσης όπως ένα CNC, όλα έχουν ονομαστική τάση μόνο στην οποία θα λειτουργεί χωρίς κανένα πρόβλημα στη μέγιστη απόδοση. Δυστυχώς, οι Οικιακές / Βιομηχανικές Γραμμές μας δεν μας παρέχουν αυτήν την ονομαστική τάση για διάφορους λόγους, επομένως σε αυτό το έργο πρόκειται να κατασκευάσουμε έναν απλό ηλεκτρονικό διακόπτη που θα μπορούσε να προκαλέσει ένα ρελέ για να αποσυνδέσει το φορτίο όταν ανιχνευθεί υψηλή / χαμηλή τάση.

Αυτό το έργο έχει σχεδιαστεί γύρω από το περίφημο op-amp LM358. Θα κάνουμε το op-amp να λειτουργεί σε Διαφορική λειτουργία, κάνοντάς το έτσι να συγκρίνει την τρέχουσα τάση με μια προκαθορισμένη τάση. Ολόκληρο το έργο μπορεί να κατασκευαστεί σε ένα ταμπλό ψωμιού (εκτός από τα ηλεκτροφόρα καλώδια) και θα μπορούσε να λειτουργήσει σε χρόνο μηδέν. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν…..

Απαιτούμενα στοιχεία για διακόπτη:

1. LM358 (Διπλό πακέτο Op-amp)
2. 7805 (ρυθμιστής + 5V)
3. 12V Step Down Transformer
4. Ρελέ 5V
5. BC547 (2Nos)
6. 10Κ μεταβλητή POT
7. Αντίσταση 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
8. Πυκνωτές 100uF, 10uF, 0.1uF
9. Γέφυρα Δίοδος
10. Σύνδεση καλωδίων
11. Πίνακας ψωμιού

Διάγραμμα κυκλώματος:

Το πλήρες σχηματικό διάγραμμα του ηλεκτρονικού διακόπτη παρατίθεται στην παρακάτω εικόνα. Διαβάστε περαιτέρω για την εξήγηση του ίδιου.

Επεξήγηση κυκλώματος:

Όπως φαίνεται παραπάνω στο σχηματικό διακόπτη, είναι πραγματικά απλό και απλά ένα σωρό αντιστάσεις, πυκνωτές και άλλα πράγματα. Αλλά αυτό που πραγματικά συμβαίνει πίσω από όλα αυτά. Πώς επιλέγονται οι τιμές των στοιχείων και ποιος είναι ο ρόλος τους εδώ;

Προσπάθησα να απαντήσω σε αυτήν την ερώτηση χωρίζοντάς τα σε κάθε τμήμα και εξηγώντας τα παρακάτω.

Τμήμα ισχύος:

Το op-amp είναι η καρδιά αυτού του διαγράμματος ηλεκτρονικού διακόπτη. Χρειαζόμαστε μια ρυθμιζόμενη τροφοδοσία 5V για να τροφοδοτήσουμε αυτό το op-amp. Επίσης, πρέπει να τροφοδοτήσουμε την τρέχουσα τάση (Τάση ανά πάσα στιγμή) στο op-amp. Το op-amp μπορεί να χειριστεί μόνο έως 5V αφού τροφοδοτείται από 5V. Ως εκ τούτου, πρέπει να μετατρέψουμε την τάση AC εισόδου (220V AC) σε 0-5V DC.

Έτσι, το παραπάνω κύκλωμα επιλύει δύο σκοπούς.

1. Παρέχετε σταθερό 5V για την ενεργοποίηση του κυκλώματος
2. Χαρτώνει την τάση AC εισόδου στα 0-5V για το op-amp

Για να το επιτύχουμε αυτό, χρησιμοποιήσαμε έναν μετασχηματιστή 12V Step Down που μετατρέπει το 220V AC σε 12V AC και στη συνέχεια το διορθώνουμε με μια γέφυρα διόδων σε 12V DC (περίπου) και στη συνέχεια ρυθμίζουμε την τάση στα 5V χρησιμοποιώντας έναν ρυθμιστή τάσης 7805. Τυχόν αλλαγές στην τάση εισόδου θα επηρεάσουν την τιμή της τάσης στην πλευρά εξόδου της γέφυρας διόδων. Ως εκ τούτου, αυτή η τάση μπορεί να θεωρηθεί ως «τρέχουσα τάση» του δικτύου AC. Χρησιμοποιώντας αντίσταση 5.1K και 10K POT (σχηματίζοντας δυνητικό διαχωριστικό) χαρτογράψαμε την τάση μεταξύ 0-5V.

Ενότητα Op-Amp:

Αυτή η ενότητα είναι το μέρος όπου γίνεται η σύγκριση. Έχουμε δύο υποδιαιρέσεις στην ενότητα op-amp. Το ένα χρησιμοποιείται για να συγκρίνει την «τρέχουσα τάση» με την τιμή υψηλής τάσης και το άλλο χρησιμοποιείται για σύγκριση με την τιμή χαμηλής τάσης. Και οι δύο ενότητες φαίνονται στην παρακάτω εικόνα.

Το κύκλωμα op-amp που φαίνεται παραπάνω είναι η λειτουργία διαφορικού ενός Op-amp. Το Op-amp είναι πραγματικά ένα άλογο εργασίας για τα περισσότερα από τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, έχει πολλούς τρόπους λειτουργίας και εφαρμογές όπως Summing, αφαίρεση, ενίσχυση κ.λπ…. Το έχουμε χρησιμοποιήσει ως τάση ως συγκριτικό εδώ.

Τι είναι λοιπόν ένας συγκριτής τάσης και γιατί τους χρειαζόμαστε εδώ;

Ένας συγκριτής τάσης στην περίπτωσή μας συγκρίνει την τάση μεταξύ των ακίδων 3 και 2 και εάν η τάση στον ακροδέκτη 3 είναι μεγαλύτερη από τον ακροδέκτη 2, τότε η έξοδος στον πείρο 1 γίνεται υψηλή (3,6V) αλλιώς η έξοδος θα είναι 0V. Συγκρίνουμε την «τρέχουσα τάση» με την προκαθορισμένη υψηλή και χαμηλή τάση για να πάρουμε μια σκανδάλη υψηλής / χαμηλής τάσης.

Στο κύκλωμα που φαίνεται πάνω από το κατώφλι χαμηλής τάσης ρυθμίζεται στον πείρο 2 χρησιμοποιώντας τις αντιστάσεις 1K και 2K. Το κατώφλι υψηλής τάσης ρυθμίζεται στους ακροδέκτες 5 χρησιμοποιώντας τις αντιστάσεις 1K και 2,2K.

Η χρήση αυτών των αντιστάσεων σχηματίζει έναν πιθανό διαχωριστή και παρέχει 3,33V αποκοπής χαμηλής τάσης και 3,43V ως αποκοπή υψηλής τάσης. Αυτό σημαίνει ότι μόνο εάν η «τρέχουσα τάση» κυμαίνεται μεταξύ 3,33V και 3,43V και οι δύο ενισχυτές θα πάνε ψηλά.

Σημείωση: Έχω ρυθμίσει τις τάσεις κατωφλίου στα 3,33V και 3,43 Volt, καθώς το ανώτερο μου κόψιμο ήταν 230V και το cut-off εραστή ήταν 220V Μπορείτε να τα ρυθμίσετε ανάλογα και μετά να βαθμονομήσετε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας το δοχείο 10K για να ελέγξετε την "τρέχουσα τάση".

Τμήμα ρελέ:

Αυτό είναι το μέρος όπου συνδέουμε το φορτίο AC. Το ρελέ χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσετε / απενεργοποιήσετε το φορτίο AC.

Όπως συζητήθηκε στην ενότητα op-amp. Και οι δύο op-amp θα αυξηθούν μόνο εάν η τάση βρίσκεται ανάμεσα στα όρια διακοπής υψηλής και χαμηλής τάσης. Επομένως, πρέπει να ενεργοποιήσουμε ένα φορτίο AC μόνο εάν και οι δύο έξοδοι του op-amp είναι υψηλές. Εδώ το " Trigger Low Voltage " και το " High Voltage Trigger " είναι η έξοδος του ακροδέκτη 1 και του ακροδέκτη 7 αντίστοιχα.

Μόνο αν και τα δύο είναι ψηλά, το Ρελέ θα πάρει το έδαφος και το θέλημα θα ενεργοποιηθεί. Το αναγνωριστικό φορτίου AC (εδώ μια λυχνία) συνδέεται μέσω του ρελέ. Μια αντίσταση 1Κ χρησιμοποιείται για περιορισμό ρεύματος.

Μόλις καταλάβετε πώς λειτουργεί το κύκλωμα, το να λειτουργεί δεν θα είναι πρόβλημα. Απλά συνδέστε τα κυκλώματα και χρησιμοποιήστε το δοχείο 10K για να ρυθμίσετε την «τρέχουσα τάση» μεταξύ της «σκανδάλης υψηλής τάσης» και της «σκανδάλης χαμηλής τάσης». Τώρα, εάν υπάρχει οποιαδήποτε αλλαγή στην κύρια τάση εναλλασσόμενου ρεύματος, οποιοδήποτε από τα op-amp σας θα πέσει χαμηλά και το ρελέ σας θα απενεργοποιηθεί, απενεργοποιώντας έτσι το φορτίο που είναι συνδεδεμένο σε αυτό.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το αρχείο προσομοίωσης που επισυνάπτεται εδώ, για να επαληθεύσετε / τροποποιήσετε το κύκλωμα σας με βάση τις τιμές κατωφλίου Υψηλής ή χαμηλής τάσης.

Η προσομοίωση χρησιμοποιεί ποτενσιόμετρο για να μεταβάλλει την τάση εισόδου και ένα πράσινο LED ως φορτίο. Μπορείτε επίσης να παρακολουθείτε τις τιμές τάσης σε κάθε τερματικό που θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε καλύτερα το κύκλωμα.

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το έργο διακόπτη κυκλώματος και να καταλάβετε την εργασία πίσω από αυτό. Το πλήρες έργο του έργου φαίνεται στο παρακάτω βίντεο.

Αυτό το έργο πάσχει από τα ακόλουθα μειονεκτήματα τα οποία μπορεί να θέλετε να λάβετε υπόψη σε περίπτωση που αυτό σημαίνει για εσάς.

1. Η τάση που μετράται εδώ δεν είναι τάση Vrms. Η τιμή υπόκειται επίσης σε κορυφές και κυματισμούς
2. Το φορτίο σας ενδέχεται να εμφανίσει εφέ αλλαγής εάν η τάση πέσει / αυξηθεί σταδιακά (στις περισσότερες περιπτώσεις δεν θα).
3. Μην συνδέετε φορτία που καταναλώνουν ρεύμα περισσότερο από 5Α. Αυτό πιθανότατα θα σκοτώσει το ρελέ και τον οδηγό του.

Μπορείτε επίσης να ελέγξετε αυτό το παρόμοιο έργο για να μάθετε περισσότερα: Ανίχνευση υψηλής / χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας μικροελεγκτή PIC