Elektronische stroomonderbreker met hoog- / laagspanningsbeveiliging

Spanningsschommelingen zijn altijd een probleem geweest en zijn verantwoordelijk voor de meeste storingen in AC-apparaten. Of het nu een normaal huishoudelijk apparaat is zoals een broodrooster of een industriële machine met hoge prestaties zoals een CNC, alles heeft alleen een nominale spanning waarop het probleemloos met zijn maximale efficiëntie zal werken. Helaas kunnen onze binnenlandse / industriële lijnen ons om verschillende redenen niet die nominale spanning leveren, daarom gaan we in dit project een eenvoudige elektronische stroomonderbreker bouwen die een relais zou kunnen activeren om de belasting te ontkoppelen wanneer een hoge / lage spanning wordt gedetecteerd.

Dit project is ontworpen rond de beroemde op-amp LM358. We gaan de op-amp in de differentiële modus laten werken, waardoor het de huidige spanning kan vergelijken met een vooraf ingestelde spanning. Het hele project kan op een broodplank worden gebouwd (behalve de elektriciteitskabels) en kan in een mum van tijd aan het werk worden gezet. Dus laten we beginnen…..

Componenten vereist voor stroomonderbreker:

1. LM358 (Dual Package Op-amp)
2. 7805 (+ 5V regelaar)
3. 12V step-down transformator
4. 5V relais
5. BC547 (2Nos)
6. 10K variabele POT
7. 1K, 2K, 2,2K, 10K, 5,1K weerstanden
8. 100uF, 10uF, 0.1uF condensatoren
9. Diodebrug
10. Verbindingsdraden
11. Broodplank

Schakelschema:

Het volledige schematische diagram van een elektronische stroomonderbreker wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. Lees verder voor de uitleg van hetzelfde.

Circuit uitleg:

Zoals hierboven getoond in het schema van de stroomonderbreker, is het heel eenvoudig en slechts een stel weerstanden, condensatoren en andere dingen. Maar wat gebeurt er eigenlijk achter al deze. Hoe worden de waarden van de componenten geselecteerd en wat is de rol van deze hierin?

Ik heb geprobeerd deze vraag te beantwoorden door ze in elk segmenten op te splitsen en ze hieronder uit te leggen.

Machtssectie:

De op-amp is het hart van dit elektronische stroomonderbrekerschema. We hebben een gereguleerde 5V-voeding nodig om deze op-amp van stroom te voorzien. We moeten ook de huidige spanning (spanning op een bepaald moment) naar de op-amp sturen. De op-amp kan slechts maximaal 5V aan, omdat deze wordt aangedreven door 5V. Daarom moeten we de AC-ingangsspanning (220V AC) converteren naar 0-5V DC.

Het bovenstaande circuit lost dus twee doelen op.

1. Zorg voor een constante 5V voor het opstarten van het circuit
2. Geeft de AC-ingangsspanning weer naar 0-5V voor de op-amp

Om dit te bereiken hebben we een 12V Step Down-transformator gebruikt die de 220V AC naar 12V AC omzet, vervolgens corrigeren we deze met een diodebrug naar 12V DC (ongeveer) en regelen we de spanning naar 5V met behulp van een 7805 spanningsregelaar. Elke verandering in de ingangsspanning heeft invloed op de waarde van de spanning aan de uitgangszijde van de diodebrug. Daarom kan deze spanning worden beschouwd als de "huidige spanning" van het wisselstroomnet. Door gebruik te maken van een 5.1K weerstand en een 10K POT (die een potentiaalverdeler vormt) hebben we de spanning in kaart gebracht tussen 0-5V.

Op-Amp-sectie:

Dit gedeelte is het deel waar de vergelijking plaatsvindt. We hebben twee onderverdelingen in de op-amp-sectie. De ene wordt gebruikt om de "huidige spanning" te vergelijken met de hoogspanningswaarde en de andere wordt gebruikt om de laagspanningswaarde te vergelijken. Beide secties worden getoond in de onderstaande afbeelding.

Het hierboven getoonde op-amp-circuit is de differentiële modus van een op-amp. Op-amp is echt een werkpaard voor de meeste elektronische circuits, het heeft veel werkingsmodi en toepassingen zoals optellen, aftrekken, versterken enz. We hebben het hier als een spanningsvergelijker gebruikt.

Dus wat is een spanningsvergelijker en waarom hebben we ze hier nodig?

Een spanningscomparator vergelijkt in ons geval de spanning tussen de pinnen 3 en 2 en als de spanning op pin 3 groter is dan pin 2 dan wordt de output op pin 1 hoog (3,6 V), anders is de output 0V. We vergelijken de "huidige spanning" met de vooraf ingestelde hoge en lage spanning om een ​​hoge / lage spanningstrigger te krijgen.

In het bovenstaande circuit wordt de laagspanningsdrempel ingesteld op pin 2 met behulp van de weerstanden 1K en 2K. De hoogspanningsdrempel wordt ingesteld op de pinnen 5 met behulp van de 1K- en 2,2K-weerstanden.

Het gebruik van deze weerstanden vormt een potentiaalverdeler en zorgt voor een afsnijding van 3,33 V bij laagspanning en 3,43 V als afsnijder voor hoogspanning. Dit betekent dat alleen als de "huidige spanning" tussen 3,33 V en 3,43 V ligt, beide op-amps hoog zullen worden.

Let op: ik heb de drempelspanningen ingesteld op 3.33V en 3.43 Volt aangezien mijn bovenste afsnijding 230V was en minnaar uitschakeling 220V was. U kunt ze dienovereenkomstig instellen en vervolgens het circuit kalibreren door de 10K-pot te gebruiken om de "huidige spanning" te regelen.

Relay-sectie:

Dit is de plaats waar we de AC-belasting aansluiten. Het relais wordt gebruikt om de AC-belasting AAN / UIT te zetten.

Zoals besproken in de op-amp-sectie. Zowel de op-amp wordt alleen hoog als de spanning tussen de grenswaarden voor hoge en lage spanning ligt. Dus we moeten een AC-belasting alleen inschakelen als beide uitgangen van de op-amp hoog zijn. Hier zijn de " Low Voltage Trigger " en " High Voltage Trigger " de output van respectievelijk pin 1 en pin 7.

Alleen als beide hoog zijn, krijgt het relais zijn grond en wordt het geactiveerd. De AC-belasting (hier een lamp) is aangesloten via het relais. Een weerstand van 1K wordt gebruikt voor stroombegrenzing.

Als je eenmaal begrijpt hoe het circuit werkt, is het geen probleem om het te laten werken. Sluit gewoon de circuits aan en gebruik de 10K-pot om onze "huidige spanning" in te stellen tussen uw "High Voltage Trigger" en "Low Voltage Trigger". Als er nu een verandering is in de AC-hoofdspanning, zal een van uw op-amp's laag worden en wordt uw relais uitgeschakeld, waardoor de aangesloten belasting wordt uitgeschakeld.

U kunt ook het hier bijgevoegde simulatiebestand gebruiken om uw circuit te verifiëren / wijzigen op basis van uw drempelwaarden voor hoge of lage spanning.

De simulatie maakt gebruik van een Potentiometer om de ingangsspanning te variëren en een groene LED als belasting. U kunt ook de spanningswaarden op elke terminal volgen, waardoor u het circuit veel beter zult begrijpen.

Ik hoop dat je dit circuitonderbrekerproject leuk vond en de werking erachter begreep. De volledige werking van het project is te zien in de onderstaande video.

Dit project heeft de volgende nadelen die u misschien wilt overwegen voor het geval dat het voor u betekent.

1. De hier gemeten spanning is geen Vrms-spanning. De waarde is ook onderhevig aan pieken en rimpelingen
2. Uw belasting kan een schakeleffect ervaren als de spanning geleidelijk daalt / stijgt (in de meeste gevallen niet).
3. Sluit geen belastingen aan die meer dan 5A stroom verbruiken. Dit zal hoogstwaarschijnlijk uw relais en zijn stuurprogramma doden.

U kunt ook dit soortgelijke project bekijken voor meer informatie: Hoog- / laagspanningsdetectie met behulp van PIC Microcontroller