Elektronisk strømbryter med høy / lav spenningsbeskyttelse

Spenningssvingninger har alltid vært et problem og er ansvarlige for det meste av feilen i AC-apparater. Det være seg et vanlig husholdningsapparat som en brødrister eller en høyytelsesindustriell maskin som en CNC, alt har en nominell spenning som den vil kjøre på uten problem ved maksimal effektivitet. Dessverre klarer ikke våre innenlandske / industrielle linjer å gi oss den nominelle spenningen på grunn av forskjellige årsaker. Derfor skal vi i dette prosjektet bygge en enkel elektronisk strømbryter som kan utløse et relé for å koble fra belastningen når en høy / lav spenning oppdages.

Dette prosjektet er designet rundt den berømte op-amp LM358. Vi skal få op-amp til å fungere i Differensialmodus og dermed gjøre det å sammenligne strømspenningen med en forhåndsinnstilt spenning. Hele prosjektet kan bygges på et brødbrett (unntatt kraftlinjene) og kan få det til å fungere på kort tid. Så la oss komme i gang…..

Komponenter som kreves for strømbryter:

LM358 (Dual Package Op-amp)
7805 (+ 5V regulator)
12V trinn ned transformator
5V Relé
BC547 (2Nos)
10K variabel POTTE
1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K motstand
100uF, 10uF, 0.1uF kondensatorer
Diode Bridge
Koble ledninger
Brødtavle

Kretsdiagram:

Det komplette skjematiske diagrammet for elektronisk strømbryter er gitt i bildet nedenfor. Les videre for forklaring på det samme.

Kretsforklaring:

Som vist ovenfor i bryterskjemaet, er det veldig enkelt og bare en haug med motstander, kondensatorer og andre ting. Men hva som faktisk skjer bak alle disse. Hvordan verdiene til komponentene velges og hvilken rolle har de her?

Jeg har prøvd å svare på dette spørsmålet ved å dele dem inn i hvert segment og forklare dem nedenfor.

Kraftseksjon:

Op-amp er hjertet i dette elektroniske bryterdiagrammet. Vi trenger en regulert 5V-forsyning for å drive denne op-forsterkeren. Vi må også mate strømspenningen (Spenning til enhver tid) til op-amp. Op-amp kan bare håndtere opptil 5V siden den får strøm fra 5V. Derfor må vi konvertere inngangsstrømmen (220V AC) til 0-5V DC.

Så kretsen ovenfor løser to formål.

Gi en konstant 5V for å slå på kretsene
Kartlegger inngangsstrømmen til 0-5V for op-amp

For å oppnå dette har vi brukt en 12V Step Down transformator som konverterer 220V AC til 12V AC, så retter vi den med en diode bro til 12V DC (ca.) og regulerer deretter spenningen til 5V ved å bruke en 7805 spenningsregulator. Eventuelle endringer i inngangsspenningen vil påvirke verdien av spenningen på utgangssiden av diodebroen. Derfor kan denne spenningen betraktes som strømstrømmen. Ved å bruke en 5.1K motstand og en 10K POT (som danner en potensiell skillelinje) har vi kartlagt spenningen mellom 0-5V.

Op-Amp-seksjon:

Denne delen er den delen der sammenligningen finner sted. Vi har to underavdelinger i op-amp-delen. Den ene brukes til å sammenligne "strømspenningen" med høyspenningsverdien, og den andre brukes til å sammenligne med lavspenningsverdien. Begge seksjonene er vist på bildet nedenfor.

Op-amp-kretsen vist ovenfor er Differensialmodus for en Op-amp. Op-amp er virkelig en arbeidshest for de fleste elektronikkretsene, den har mange driftsmåter og applikasjoner som Summing, subtrahering, forsterkning osv… Vi har brukt den som en spenning en komparator her.

Så hva er en spenningskomparator og hvorfor trenger vi dem her?

En spenningskomparator sammenligner i vårt tilfelle spenningen mellom pinnene 3 og 2, og hvis spenningen på pinne 3 er større enn pinne 2, blir utgangen på pinne 1 høy (3,6V) ellers vil utgangen være 0V. Vi sammenligner "gjeldende spenning" med den forhåndsinnstilte høye og lave spenningen for å få en høy / lav spenningsutløser.

I kretsen vist over er lavspenningsterskelen satt på pinne 2 ved bruk av motstandene 1K og 2K. Høyspenningsterskelen er satt på pinnene 5 ved hjelp av motstandene 1K og 2.2K.

Å bruke disse motstandene danner en potensiell skillelinje og gir en 3,33V kortslutning med lav spenning og 3,43V som kortslutning med høy spenning. Dette betyr at bare hvis "strømspenningen" er mellom 3,33V og 3,43V, vil begge op-ampene gå høyt.

Merk: Jeg har satt terskelspenningene til 3,33 V og 3,43 Volt siden min øvre avbrytelse var 230 V og elskapsavbrytelsen var 220 V. Du kan stille dem deretter og deretter kalibrere kretsen ved å bruke 10K-potten til å kontrollere "strømspenningen".

Stafett:

Dette er stedet der vi fester AC-belastningen. Reléet brukes til å slå av / på AC-belastningen.

Som diskutert i op-amp-delen. Begge op-ampene blir bare høye hvis spenningen er mellom grensene for høy og lav spenning. Så vi må bare slå på vekselstrøm hvis begge utgangene til op-forsterkeren er høye. Her er “ Lavspenningsutløser ” og “ Høyspenningsutløser ” utgangen fra henholdsvis pin 1 og pin 7.

Bare hvis begge er høye, vil stafetten få bakken og den vil bli utløst. AC-belastningen (her en lampe) er koblet til gjennom reléet. En motstand på 1K brukes for strømbegrensning.

Når du har forstått hvordan kretsen fungerer, vil det ikke være noe problem. Bare koble opp kretsene og bruk 10K-potten til å stille inn vår "gjeldende spenning" mellom "Høyspenningsutløser" og "Lavspenningsutløser". Nå hvis det er noen endring i vekselstrømspenningen, vil en av op-ampene dine bli lave, og reléet ditt vil slå seg av og dermed slå av belastningen som er koblet til den.

Du kan også bruke simuleringsfilen som er vedlagt her, for å bekrefte / endre kretsen din basert på terskelverdiene for høy eller lav spenning.

Simuleringen bruker et potensiometer for å variere inngangsspenningen og en grønn LED som belastning. Du kan også overvåke spenningsverdiene på hver terminal som vil hjelpe deg å forstå kretsen mye bedre.

Håper du likte dette strømbryterprosjektet og forsto arbeidet bak det. Fullstendig bearbeiding av prosjektet kan sees i videoen nedenfor.

Dette prosjektet lider av følgende ulemper som du kanskje vil vurdere bare i tilfelle det betyr for deg.

Spenningen målt her er ikke Vrms-spenning. Verdien utsettes også for topper og krusninger
Lasten din kan oppleve en bytteeffekt hvis spenningen faller / stiger gradvis (i de fleste tilfeller vil den ikke).
Ikke koble til belastninger som bruker strøm mer enn 5A. Dette vil mest sannsynlig drepe stafetten din og driveren.

Du kan også sjekke dette lignende prosjektet for å lære mer: Deteksjon av høy / lav spenning ved bruk av PIC Microcontroller