Interruttore elettronico con protezione alta / bassa tensione

Le fluttuazioni di tensione sono sempre state un problema e sono responsabili della maggior parte dei guasti negli apparecchi CA. Che sia un normale elettrodomestico come un tostapane o una macchina industriale ad alte prestazioni come un CNC, tutto ha una tensione nominale solo sulla quale funzionerà senza problemi alla massima efficienza. Sfortunatamente le nostre linee domestiche / industriali non riescono a fornirci quella tensione nominale per vari motivi, quindi in questo progetto costruiremo un semplice interruttore elettronico che potrebbe attivare un relè per scollegare il carico quando viene rilevata una tensione alta / bassa.

Questo progetto è stato progettato attorno al famoso amplificatore operazionale LM358. Faremo funzionare l'amplificatore operazionale in modalità differenziale facendolo confrontare la tensione corrente con una tensione preimpostata. L'intero progetto può essere costruito su una breadboard (tranne le linee elettriche) e potrebbe essere fatto funzionare in pochissimo tempo. Quindi iniziamo…..

Componenti necessari per l'interruttore automatico:

1. LM358 (amplificatore operazionale a pacchetto doppio)
2. 7805 (regolatore + 5V)
3. Trasformatore Step Down 12V
4. Relè 5V
5. BC547 (2No)
6. POT variabile 10K
7. Resistori 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
8. Condensatori da 100uF, 10uF, 0,1uF
9. Ponte a diodi
10. Collegamento dei cavi
11. Tagliere per il pane

Schema elettrico:

Il diagramma schematico completo dell'interruttore di circuito elettronico è mostrato nell'immagine sotto. Continua a leggere per la spiegazione dello stesso.

Spiegazione del circuito:

Come mostrato sopra nello schema dell'interruttore automatico, è davvero semplice e solo un mucchio di resistori, condensatori e altre cose. Ma cosa succede effettivamente dietro a tutto questo. Come vengono selezionati i valori dei componenti e qual è il loro ruolo qui?

Ho provato a rispondere a questa domanda suddividendoli in ogni segmento e spiegandoli di seguito.

Sezione di potenza:

L'amplificatore operazionale è il cuore di questo schema dell'interruttore di circuito elettronico. Abbiamo bisogno di un'alimentazione 5V regolata per alimentare questo amplificatore operazionale. Inoltre abbiamo bisogno di alimentare la tensione attuale (tensione in un determinato momento) all'amplificatore operazionale. L'amplificatore operazionale può gestire solo fino a 5V poiché è alimentato da 5V. Quindi dobbiamo convertire la tensione CA in ingresso (220 V CA) in 0-5 V CC.

Quindi il circuito sopra risolve due scopi.

1. Fornire 5 V costanti per alimentare i circuiti
2. Mappa la tensione CA in ingresso a 0-5 V per l'amplificatore operazionale

Per ottenere ciò abbiamo utilizzato un trasformatore Step Down 12V che converte la 220V AC in 12V AC, quindi lo rettifichiamo con un ponte a diodi a 12V DC (circa) e quindi regoliamo la tensione a 5V utilizzando un regolatore di tensione 7805. Qualsiasi variazione della tensione di ingresso influirà sul valore della tensione sul lato di uscita del ponte a diodi. Quindi questa tensione può essere considerata come la "tensione corrente" della rete CA. Utilizzando una resistenza da 5.1K e un POT da 10K (che forma un divisore di potenziale) abbiamo mappato la tensione tra 0-5V.

Sezione Op-Amp:

Questa sezione è la parte in cui avviene il confronto. Abbiamo due suddivisioni nella sezione op-amp. Uno viene utilizzato per confrontare la "tensione corrente" con il valore di alta tensione e l'altro viene utilizzato per confrontare il valore di bassa tensione. Entrambe le sezioni sono mostrate nell'immagine sottostante.

Il circuito dell'amplificatore operazionale mostrato sopra è la modalità differenziale di un amplificatore operazionale. Gli amplificatori operazionali sono davvero un cavallo di battaglia per la maggior parte dei circuiti elettronici, ha molte modalità di funzionamento e applicazioni come sommare, sottrarre, amplificare ecc… Lo abbiamo usato come comparatore di tensione qui.

Allora, cos'è un comparatore di tensione e perché ne abbiamo bisogno qui?

Un comparatore di tensione nel nostro caso confronta la tensione tra i pin 3 e 2 e se la tensione sul pin 3 è maggiore del pin 2, l'uscita sul pin 1 diventa alta (3,6 V) altrimenti l'uscita sarà 0 V. Confrontiamo la "tensione corrente" con la tensione alta e bassa preimpostata per ottenere un trigger di alta / bassa tensione.

Nel circuito mostrato sopra la soglia di bassa tensione è impostata sul pin 2 utilizzando le resistenze 1K e 2K. La soglia di alta tensione viene impostata sui pin 5 utilizzando le resistenze da 1K e 2.2K.

L'utilizzo di questi resistori forma un divisore di potenziale e fornisce 3,33 V di interruzione per bassa tensione e 3,43 V come interruzione per alta tensione. Ciò significa che solo se la "tensione di corrente" è compresa tra 3,33 V e 3,43 V, entrambi gli amplificatori operazionali aumenteranno.

Nota: ho impostato le tensioni di soglia a 3,33 V e 3,43 Volt poiché il mio taglio superiore era 230 V e il taglio amante era 220 V. È possibile impostarli di conseguenza e quindi calibrare il circuito utilizzando il potenziometro da 10K per controllare la "tensione corrente".

Sezione relè:

Questo è il punto in cui colleghiamo il carico CA. Il relè è utilizzato per accendere / spegnere il carico CA.

Come discusso nella sezione dell'amplificatore operazionale. Entrambi gli amplificatori operazionali aumenteranno solo se la tensione è compresa tra i limiti di interruzione della tensione alta e bassa. Quindi dobbiamo attivare un carico AC solo se entrambe le uscite dell'amplificatore operazionale sono alte. Qui il " trigger a bassa tensione " e " trigger ad alta tensione " sono l'uscita rispettivamente del pin 1 e del pin 7.

Solo se entrambi sono alti, il relè avrà la sua massa e verrà attivato. Il carico CA (qui una lampada) è collegato tramite il relè. Per la limitazione della corrente viene utilizzata una resistenza da 1K.

Una volta capito come funziona il circuito farlo funzionare non sarà un problema. Basta collegare i circuiti e utilizzare il potenziometro da 10K per impostare la nostra "tensione di corrente" tra il "trigger ad alta tensione" e il "trigger a bassa tensione". Ora, se c'è qualche cambiamento nella tensione principale CA uno dei tuoi amplificatori operazionali si abbasserà e il tuo relè si spegnerà, spegnendo così il carico ad esso collegato.

È inoltre possibile utilizzare il file di simulazione allegato qui, per verificare / modificare il circuito in base ai valori di soglia di alta o bassa tensione.

La simulazione utilizza un potenziometro per variare la tensione di ingresso e un LED verde come carico. Puoi anche monitorare i valori di tensione su ciascun terminale che ti aiuteranno a capire molto meglio il circuito.

Spero che questo progetto di interruttori automatici ti sia piaciuto e che ne abbia capito il funzionamento. Il funzionamento completo del progetto è visibile nel video sottostante.

Questo progetto presenta i seguenti inconvenienti che potresti prendere in considerazione per ogni evenienza, se questo significa per te.

1. La tensione misurata qui non è una tensione Vrms. Il valore è anche soggetto a picchi e increspature
2. Il carico potrebbe subire un effetto di commutazione se la tensione scende / aumenta gradualmente (nella maggior parte dei casi non lo farà).
3. Non collegare carichi che consumano corrente superiore a 5A. Questo molto probabilmente ucciderà il tuo relè e il suo driver.

Puoi anche controllare questo progetto simile per saperne di più: Rilevamento di alta / bassa tensione utilizzando il microcontrollore PIC