Elektroninen virrankatkaisin korkea- / matalajännitesuojalla

Jännitteen vaihtelut ovat aina olleet ongelma ja aiheuttavat suurimman osan vaihtovirtalaitteiden häiriöistä. Olipa kyseessä normaali kodinkone, kuten leivänpaahdin tai korkean suorituskyvyn teollisuuskone, kuten CNC, kaikilla on vain nimellisjännite, jolla se toimii ongelmitta maksimaalisella hyötysuhteellaan. Valitettavasti kotimaiset / teolliset linjamme eivät tarjoa meille nimellisjännitettä eri syistä, joten tässä projektissa aiomme rakentaa yksinkertaisen elektronisen katkaisijan, joka voi laukaista releen katkaisemaan kuorman, kun korkea / matala jännite havaitaan.

Tämä projekti on suunniteltu kuuluisan op-amp LM-358: n ympärille. Aiomme saada op-amp: n toimimaan differentiaalitilassa, jolloin voimme verrata nykyistä jännitettä ennalta asetettuun jännitteeseen. Koko projekti voidaan rakentaa leipälevylle (paitsi sähkölinjoja), ja se voidaan saada toimimaan hetkessä. Joten aloitetaan…

Katkaisijalle vaadittavat komponentit:

1. LM358 (kaksoispaketti, vahvistin)
2. 7805 (+ 5 V säädin)
3. 12 V: n asteikkoinen muuntaja
4. 5V rele
5. BC547 (2Nos)
6. 10K vaihteleva POT
7. 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K vastukset
8. 100uF, 10uF, 0.1uF kondensaattorit
9. Diodisilta
10. Johtojen liittäminen
11. Leipälauta

Piirikaavio:

Elektronisen katkaisijan täydellinen kaaviokuva on esitetty alla olevassa kuvassa. Lue lisää selityksestä.

Piirin selitys:

Kuten yllä olevassa katkaisijakaaviossa on esitetty, se on todella yksinkertainen ja vain joukko vastuksia, kondensaattoreita ja muuta tavaraa. Mutta mitä todellisuudessa tapahtuu näiden kaikkien takana. Kuinka komponenttien arvot valitaan ja mikä on niiden rooli tässä?

Olen yrittänyt vastata tähän kysymykseen jakamalla ne kullekin segmentille ja selittämällä ne alla.

Teho-osa:

Op-amp on tämän elektronisen katkaisijakaavion sydän. Tarvitsemme säännellyn 5 V: n virran tämän op-vahvistimen virran saamiseksi. Meidän on myös syötettävä nykyinen jännite (Jännite milloin tahansa) op-vahvistimeen. Op-vahvistin pystyy käsittelemään vain 5 V: n jännitteitä, koska se saa virtansa 5 V: sta. Siksi meidän on muunnettava tulovirtajännite (220 V AC) 0-5 V DC: ksi.

Joten yllä oleva piiri ratkaisee kaksi tarkoitusta.

1. Pidä vakiona 5 V virtapiirien virran kytkemiseksi
2. Kartoittaa syöttöjännitteen 0-5V: iin op-vahvistimelle

Tämän saavuttamiseksi olemme käyttäneet 12 V: n alaskäynnistysmuuntajaa, joka muuntaa 220 V: n vaihtovirran 12 V: n vaihtovirraksi, sitten korjaamme sen diodisillalla 12 V DC: iin (noin) ja säätämme sitten jännitteen 5 V: ksi käyttämällä 7805-jännitteen säätintä. Tulojännitteen muutokset vaikuttavat jännitteen arvoon diodisillan lähtöpuolella. Siksi tätä jännitettä voidaan pitää AC-verkkovirran ”nykyisenä jännitteenä”. Käyttämällä 5,1 K vastusta ja 10 K POTia (muodostaen potentiaalijakajan) olemme kartoittaneet jännitteen välillä 0-5 V.

Op-Amp-osio:

Tämä osa on osa, jossa vertailu tapahtuu. Op-amp-osiossa on kaksi alaosastoa. Toista käytetään verrata "nykyistä jännitettä" korkeajännitearvoon ja toista käytetään vertaamaan pienjännitearvoon. Molemmat osat on esitetty alla olevassa kuvassa.

Yllä esitetty op-amp-piiri on Op-amp: n differentiaalitila. Op-amp ovat todella työhevonen suurimmalle osalle elektroniikkapiirejä, sillä on monia toimintatapoja ja sovelluksia, kuten summaaminen, vähentäminen, vahvistaminen jne…. Olemme käyttäneet sitä jännitteenä vertailijana täällä.

Joten mikä on jännitteen vertailija ja miksi me tarvitsemme niitä täällä?

Jännitevertailija vertaa tapauksissamme nastojen 3 ja 2 välistä jännitettä, ja jos nastan 3 jännite on suurempi kuin nasta 2, nastan 1 lähtö tulee korkeaksi (3,6 V), muuten lähtö on 0 V. Verrataan ”nykyistä jännitettä” ennalta asetettuun korkeaan ja matalaan jännitteeseen saadaksemme korkean / matalan jännitteen laukaisimen.

Yläpuolella olevassa piirissä matalajännitekynnys asetetaan nastalle 2 käyttämällä vastuksia 1K ja 2K. Korkean jännitteen kynnys asetetaan nastoille 5 käyttämällä 1K- ja 2,2K-vastuksia.

Näiden vastusten käyttö muodostaa potentiaalijakajan ja tuottaa 3,33 V matalan jännitteen katkaisun ja 3,43 V korkean jännitteen katkaisun. Tämä tarkoittaa, että vain jos ”nykyinen jännite” on välillä 3,33 - 3,43 V, molemmat op-vahvistimet menevät korkealle.

Huomaa: Olen asettanut kynnysjännitteeksi 3,33 V ja 3,43 V, koska ylempi katkaisu oli 230 V ja rakastajan raja-arvo 220 V. Voit asettaa ne vastaavasti ja kalibroida sitten piirin 10K potin avulla "nykyisen jännitteen" ohjaamiseksi.

Releosio:

Tämä on paikka, johon kiinnitämme AC-kuorman. Releellä kytketään vaihtovirta päälle / pois päältä.

Kuten op-amp-osassa on käsitelty. Molemmat op-vahvistimet nousevat korkeiksi vain, jos jännite on korkean ja matalan jännitteen raja-arvojen välissä. Joten meidän on kytkettävä AC-kuorma päälle vain, jos molemmat op-vahvistimen lähdöt ovat korkeat. Tässä ” matalan jännitteen liipaisin ” ja ” suurjännitteen liipaisin ” ovat vastaavasti tapin 1 ja nastan 7 lähtö.

Vain jos molemmat ovat korkealla, rele saa paikkansa ja laukaistaan. Releen kautta kytketty vaihtovirta (tässä lamppu). 1K: n vastusta käytetään virran rajoittamiseen.

Kun ymmärrät, kuinka piiri toimii, sen toiminta ei ole ongelma. Kytke yksinkertaisesti piirit ja aseta 10K potin avulla "nykyinen jännite" "korkeajänniteliipaisimen" ja "matalan jännitteen liipaisimen" välille. Jos vaihtovirran pääjännitteessä tapahtuu muutoksia, jompikumpi op-vahvistimesi laskee matalaksi ja releesi sammuu ja sammuttaa siten siihen liitetyn kuorman.

Voit myös käyttää tähän liitettyä simulaatiotiedostoa vahvistaaksesi / muokataksesi piirisi korkean tai matalan jännitteen kynnysarvojen perusteella.

Simulaatio käyttää potentiometriä tulojännitteen muuttamiseen ja vihreä LED kuormana. Voit myös seurata jännitearvoja jokaisessa liittimessä, mikä auttaa sinua ymmärtämään piirin paljon paremmin.

Toivottavasti pidit tästä katkaisijaprojektista ja ymmärrät sen takana olevan työn. Projektin täydellinen työskentely on nähtävissä alla olevassa videossa.

Tämä projekti kärsii seuraavista haitoista, jotka kannattaa harkita jokaisessa tapauksessa, jos se merkitsee sinulle.

1. Tässä mitattu jännite ei ole Vrms-jännite. Arvoon kohdistuu myös piikkejä ja aaltoiluja
2. Kuormallasi voi olla kytkentävaikutus, jos jännite laskee / nousee vähitellen (useimmissa tapauksissa se ei tule).
3. Älä kytke kuormia, jotka kuluttavat yli 5 A virtaa. Tämä todennäköisesti tappaa releesi ja sen kuljettajan.

Voit myös tarkistaa tämän samanlaisen projektin saadaksesi lisätietoja: Korkean / matalan jännitteen tunnistus PIC-mikrokontrollerilla