Elektronický jistič s ochranou proti vysokému / nízkému napětí

Kolísání napětí vždy představovalo problém a je odpovědné za většinu selhání střídavých spotřebičů. Ať už je to běžný domácí spotřebič, jako je toustovač, nebo vysoce výkonný průmyslový stroj, jako je CNC, vše má pouze jmenovité napětí, na kterém bude bez problémů fungovat při své maximální účinnosti. Bohužel naše domácí / průmyslové linky nám neposkytují toto jmenovité napětí z různých důvodů, a proto v tomto projektu vytvoříme jednoduchý elektronický jistič, který by mohl spustit relé k odpojení zátěže, když je detekováno vysoké / nízké napětí.

Tento projekt je navržen kolem slavného operačního zesilovače LM358. Chystáme se, aby operační zesilovač pracoval v diferenciálním režimu, což nám umožní porovnat aktuální napětí s přednastaveným napětím. Celý projekt může být postaven na desce s chlebem (kromě elektrického vedení) a může být připraven k okamžité práci. Pojďme tedy začít…..

Součásti požadované pro jistič:

1. LM358 (Dual Package Op-amp)
2. 7805 (+ 5V regulátor)
3. 12V krokový transformátor
4. 5V relé
5. BC547 (2Nos)
6. 10K variabilní POT
7. Rezistory 1K, 2K, 2,2K, 10K, 5,1K
8. Kondenzátory 100uF, 10uF, 0,1uF
9. Diodový most
10. Připojení vodičů
11. Chlebová deska

Kruhový diagram:

Kompletní schematický diagram elektronického jističe je uveden na obrázku níže. Přečtěte si další vysvětlení toho samého.

Vysvětlení obvodu:

Jak je uvedeno výše ve schématu jističe, je to opravdu jednoduché a jen spousta rezistorů, kondenzátorů a dalších věcí. Ale co se vlastně za tím vším děje. Jak se vybírají hodnoty komponent a jaká je zde jejich role?

Pokusil jsem se na tuto otázku odpovědět rozdělením do jednotlivých segmentů a vysvětlením níže.

Silová sekce:

Operační zesilovač je srdcem tohoto elektronického jističe. K napájení tohoto operačního zesilovače potřebujeme regulované 5V napájení. Také musíme přivést aktuální napětí (napětí v libovolném konkrétním čase) do operačního zesilovače. Operační zesilovač zvládne pouze 5 V, protože je napájen 5 V. Proto musíme převést vstupní střídavé napětí (220 V stř.) Na 0-5 V ss.

Výše uvedený obvod tedy řeší dva účely.

1. Zajistěte konstantní napětí 5 V pro napájení obvodů
2. Mapuje vstupní střídavé napětí na operační zesilovač na 0-5 V

Abychom toho dosáhli, použili jsme transformátor 12V Step Down, který převádí 220V AC na 12V AC, poté jej opravíme diodovým můstkem na 12V DC (přibližně) a poté regulujeme napětí na 5V pomocí regulátoru napětí 7805. Jakékoli změny vstupního napětí ovlivní hodnotu napětí na výstupní straně diodového můstku. Proto lze toto napětí považovat za „aktuální napětí“ střídavé sítě. Použitím rezistoru 5,1 K a 10 K POT (tvořícího dělič potenciálu) jsme zmapovali napětí mezi 0-5 V.

Sekce Op-Amp:

Tato část je částí, kde probíhá srovnání. V sekci operačních zesilovačů máme dvě členění. Jeden se používá k porovnání „aktuálního napětí“ s hodnotou vysokého napětí a druhý se používá k porovnání s hodnotou nízkého napětí. Obě sekce jsou zobrazeny na obrázku níže.

Obvod operačního zesilovače zobrazený výše je diferenciálním režimem operačního zesilovače. Operační zesilovače jsou skutečně pracovním koněm pro většinu elektronických obvodů, mají mnoho provozních režimů a aplikací, jako je sčítání, odečítání, zesilování atd. Použili jsme je zde jako komparátor napětí.

Co je to komparátor napětí a proč je zde potřebujeme?

Komparátor napětí v našem případě porovnává napětí mezi kolíky 3 a 2 a pokud je napětí na kolíku 3 větší než kolík 2, pak bude výstup na kolíku 1 vysoký (3,6 V), jinak bude výstup 0V. Porovnáváme „aktuální napětí“ s přednastaveným vysokým a nízkým napětím, abychom získali spouštění vysokého / nízkého napětí.

V obvodu zobrazeném výše je prahová hodnota nízkého napětí nastavena na kolíku 2 pomocí odporů 1K a 2K. Prahová hodnota vysokého napětí se nastavuje na pinech 5 pomocí odporů 1K a 2,2K.

Použití těchto rezistorů tvoří dělič potenciálu a poskytuje odpojení nízkého napětí 3,33 V a odpojení vysokého napětí 3,43 V. To znamená, že pouze pokud je „aktuální napětí“ mezi 3,33 V až 3,43 V, oba operační zesilovače půjdou vysoko.

Poznámka: Nastavil jsem prahové napětí na 3,33 V a 3,43 Volt, protože můj horní limit byl 230V a milenec cut-off byl 220V. Podle toho je můžete nastavit a poté kalibrovat obvod pomocí potenciometru 10K pro ovládání „aktuálního napětí“.

Sekce relé:

Toto je místo, kde připojujeme střídavé zatížení. Relé slouží k zapnutí / vypnutí AC zátěže.

Jak je popsáno v části operační zesilovač. Oba operační zesilovače se zvýší, pouze pokud je napětí mezi mezními hodnotami vysokého a nízkého napětí. Musíme tedy zapnout zátěž střídavým proudem, pouze pokud jsou oba výstupy operačního zesilovače vysoké. Zde jsou „ spouštěč nízkého napětí “ a „ spouštěč vysokého napětí “ výstupem kolíku 1, respektive kolíku 7.

Pouze pokud jsou obě vysoké, relé dostane zem a bude spuštěno. ID zátěže (zde lampa) je připojeno přes relé. Pro omezení proudu se používá odpor 1K.

Jakmile pochopíte, jak obvod funguje, nebude fungovat problém. Jednoduše zapojte obvody a pomocí 10K potu nastavte naše „aktuální napětí“ mezi „High Voltage Trigger“ a „Low Voltage Trigger“. Nyní, pokud dojde ke změně hlavního střídavého napětí, některý z vašich operačních zesilovačů poklesne a vaše relé se vypne, čímž se vypne připojená zátěž.

Můžete také použít zde připojený soubor simulace k ověření / úpravě vašeho obvodu na základě vašich prahových hodnot vysokého nebo nízkého napětí.

Simulace používá potenciometr pro změnu vstupního napětí a zelenou LED jako zátěž. Můžete také sledovat hodnoty napětí na každém terminálu, což vám pomůže lépe porozumět obvodu.

Doufám, že se vám tento projekt jističe líbil a pochopili jste, co za ním stojí. Kompletní fungování projektu lze vidět na videu níže.

Tento projekt trpí následujícími nevýhodami, které možná budete chtít zvážit pro případ, že to pro vás bude znamenat.

1. Zde naměřené napětí není Vrmsovým napětím. Hodnota je také vystavena vrcholům a vlnám
2. Vaše zatížení může zaznamenat přepínací efekt, pokud napětí klesá / stoupá postupně (ve většině případů nebude).
3. Nepřipojujte zátěže, které spotřebovávají proud větší než 5A. To s největší pravděpodobností zabije vaše relé a jeho ovladač.

Můžete se také podívat na tento podobný projekt a dozvědět se více: Detekce vysokého / nízkého napětí pomocí mikrokontroléru PIC