Urządzenie odcinające wysokie / niskie napięcie sieciowe AC odcina lub odłącza zasilanie sieciowe od domowej instalacji elektrycznej, gdy tylko zostanie wykryte wysokie lub niskie napięcie. W ten sposób zapewnia całkowite bezpieczeństwo okablowania domowego i urządzeń przed pożarem elektrycznym z powodu nadmiernego przepięcia lub zaniku niskiego napięcia.

W artykule opisano 3 dokładne automatyczne obwody odcinające nad i pod napięciem, które można wykonać w domu w celu ochrony urządzeń gospodarstwa domowego przed nagłymi, niebezpiecznymi napływami wysokiego i niskiego napięcia. Pierwszy projekt wyjaśnia obwód oparty na transformatorze LM324, drugi obwód wykorzystuje wersję beztransformatorową, to znaczy działa bez transformatora, podczas gdy trzecia koncepcja wyjaśnia obwód odcinający oparty na tranzystorze, z których wszystkie można zainstalować w domu do sterowania nad i pod ochrona przed odcięciem napięcia.

Przegląd

Obwód odcinający sieci prądu przemiennego wysokiego i niskiego napięcia opisany w tym artykule jest bardzo łatwy do zbudowania, a jednocześnie bardzo niezawodny i dokładny. Obwód wykorzystuje a pojedynczy układ scalony LM 324 do niezbędnego wykrywania i natychmiast przełącza odpowiednie przekaźniki, tak aby podłączone obciążenia zostały odizolowane od niebezpiecznych wejść.

Obwód zapewnia również wizualne wskazania odpowiednich poziomów napięcia w dowolnej chwili.

Poniższy obwód wykorzystuje transformator do zasilania obwodu

Schemat obwodu

Lista części dla proponowanego obwodu zabezpieczającego przed wysokim i niskim napięciem sieciowym.

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
P1, P2, P3, P4 = 10 K. Ustawienia wstępne
C1 = 1000 uF / 25 V,
OP1, OP2 = MCT 2E, sprzęgacz optyczny
Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 woltów, 400 mW,
D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N4148,
T1, T2 = BC547B,
LED = CZERWONY, ZIELONY zgodnie z preferencjami,
Transformator = 0 - 12 V, 500 mA
Przekaźnik = SPDT, 12 V, 400 Ohm

Działanie obwodu

W jednym z moich poprzednich postów widzieliśmy bardzo prosty, ale skuteczny projekt obwodu odcinającego nadnapięciowe i niskonapięciowe, który jest w stanie przełączać i odcinać zasilanie sieciowe przed dotarciem do podłączonych urządzeń po przekroczeniu napięcia wejściowego lub poniżej niebezpiecznych progów.

Jednak ze względu na nadmierną prostotę konstrukcji, obejmującą tylko kilka tranzystorów, obwód ma swoje własne ograniczenia, a głównym ograniczeniem jest mniejsza dokładność i znaczna histereza, co skutkuje wysokim odstępem progowym wynoszącym ponad 60 woltów między górną a dolną granicą.

Obecna konstrukcja obwodu odcinającego wysokiego napięcia i niskiego napięcia jest nie tylko bardzo dokładna, ale także zapewnia wizualne wskazówki dotyczące odpowiednich stopni napięcia. Dokładność jest tak wysoka, że praktycznie progi można oddzielić i wykryć w zakresie 5 woltów.

Włączenie wzmacniaczy operacyjnych do obwodu wyposaża go w powyższą funkcję, a zatem cały pomysł stał się bardzo niezawodny.

Rozważmy szczegółowo obwód:

Jak opampy działają jako komparatory

Wzmacniacze operacyjne A1, A2, A3, A4 są uzyskiwane z pojedynczego układu scalonego układu scalonego 324, który jest układem poczwórnego wzmacniacza operacyjnego, czyli składa się z czterech bloków wzmacniacza operacyjnego w jednym pakiecie.

“elektroniczna kontrola prędkości samochodu rc; ”

Układ scalony jest wyjątkowo niezawodny i łatwy w konfiguracji i prawie nie stwarza problemu w jego funkcjonowaniu, w skrócie ma solidne specyfikacje i jest zbyt elastyczny w większości konfiguracji.

Cztery opampy są ustawione jako komparatory napięcia. Odwracające wejścia wszystkich wzmacniaczy operacyjnych są zaciśnięte do stałej wartości odniesienia 6 woltów, co odbywa się za pośrednictwem sieci rezystancyjnej / Zenera w celu dyskretnego echa wzmacniaczy operacyjnych.

Nieodwracające wejścia od A1 do A4 są podłączone do zasilania obwodu przez sieć dzielników napięcia utworzoną odpowiednio przez ustawienia wstępne P1, P2, P3 i P4.

Ustawienia wstępne można regulować według potrzeb, aby odwrócić wyjścia odpowiednich wzmacniaczy operacyjnych, gdy odpowiedni poziom wejściowy przekracza poziom odniesienia ustawiony na wejściach odwracających odpowiednich wzmacniaczy operacyjnych.

Wyjścia od A1 do A4 są zintegrowane ze wskaźnikami LED w dość szczególny sposób. Tutaj zamiast stosować konwencjonalną metodę łączenia katod LED z masą, podłącza się je do wyjścia poprzedniego wyjścia wzmacniacza operacyjnego.

Ten specjalny układ zapewnia, że tylko jedna odpowiednia dioda LED jest włączana w odpowiedzi na rosnące lub opadające poziomy napięcia ze wzmacniaczy operacyjnych.

Jak działają transoptory

Dwa optyczne łączniki są wprowadzane szeregowo z najwyższymi i dolnymi diodami LED, dzięki czemu optyki również przewodzą z odpowiednimi diodami LED podczas wysokich i niskich poziomów napięcia, określonych jako niebezpieczne progi.

Przewodzenie sprzęgaczy optycznych natychmiast przełącza wewnętrzny tranzystor, który z kolei przełącza odpowiedni przekaźnik.

“schemat obwodu regulatora napięcia zmiennego ”

Bieguny dwóch przekaźników i bieguny przekaźników są połączone szeregowo przed dostarczeniem przez nie wyjścia do obciążenia.

Szeregowe połączenie styków zapewnia, że jeśli którykolwiek z przekaźników przewodzi, odcina zasilanie sieciowe od obciążenia lub podłączonego urządzenia.

Dlaczego komparatory opampów są ustawione szeregowo

Na normalnych poziomach wzmacniacz operacyjny A1, A2 lub nawet A3 może przewodzić, ponieważ wszystkie są ułożone w kolejności przyrostowej i przełączają się kolejno w odpowiedzi na stopniowo rosnące napięcia i odwrotnie.

Załóżmy, że na pewnych normalnych poziomach A1, A2 i A3 wszystkie przewodzą (wyjścia wysokie), a A4 nie przewodzą, w tym momencie zaświeciłaby się tylko dioda LED podłączona do R7, ponieważ jej katoda otrzymuje wymagane ujemne wartości z wyjścia A4, podczas gdy wszystkie katody dolnych diod LED są wysokie ze względu na wysokie potencjały powyższych wzmacniaczy operacyjnych.

Dioda LED podłączona do R8 również pozostaje wyłączona, ponieważ wyjście A4 jest niskie.

Powyższe wyniki odpowiednio wpływają na odpowiednie sprzęgacze optyczne i przekaźniki tak, że przekaźniki przewodzą tylko podczas niebezpiecznego niskiego lub niebezpieczne wysokie poziomy napięcia wykryte tylko odpowiednio przez A1 i A4.

Używanie triaka zamiast przekaźników do odcięcia

Po krótkiej analizie zdałem sobie sprawę, że powyższy obwód ochronny odcinający wysokie, niskie napięcie sieciowe można uprościć do znacznie łatwiejszej wersji za pomocą pojedynczego triaka. Zapoznaj się z poniższym diagramem, który nie wymaga objaśnień i jest bardzo łatwy do zrozumienia.

Jeśli jednak masz problemy ze zrozumieniem, napisz mi komentarz.

Używanie triaka zamiast przekaźników do odcięcia

Modyfikacja projektu do wersji beztransformatorowej

Wersja beztransformatorowego obwodu wysokiego napięcia z odcięciem sieci o powyższym opisie może być przedstawiona na poniższym schemacie:

Ostrzeżenie: pokazany poniżej obwód nie jest izolowany od zasilania sieciowego. Postępuj z najwyższą ostrożnością, aby uniknąć śmiertelnego wypadku.

Jeśli zamiast triaka ma być używany pojedynczy przekaźnik, projekt można zmodyfikować, jak pokazano na poniższym rysunku:

Proszę użyć kondensatora 22 uF / 25 V na podstawie tranzystora i masie, aby upewnić się, że przekaźnik nie zacina się podczas okresów przełączania ...

Korzystanie ze sterownika przekaźnika PNP

Jak pokazano na podanym wysokim AC sieci, obwód ochronny niskiego napięcia , widzimy, że dwa opampy z układu IC LM 324 są używane do wymaganego wykrywania.

Górny wzmacniacz operacyjny ma swoje nieodwracające wejście podłączone do ustawienia wstępnego i jest zakończone do napięcia zasilania DC, pin nr 2 tutaj jest wyposażony w poziom odniesienia, tak aby jak tylko potencjał na pinie # 3 przekroczył ustawiony próg (przez P1), wyjście wzmacniacza operacyjnego jest wysokie.

Całkiem podobnie dolny wzmacniacz operacyjny jest również skonfigurowany do wykrywania pewnego progu napięcia, jednak tutaj piny są po prostu odwrócone, co powoduje, że wyjście wzmacniacza operacyjnego przechodzi w stan wysoki z wykrywaniem wejścia niskiego napięcia.

Dlatego górny wzmacniacz operacyjny reaguje na próg wysokiego napięcia, a dolny wzmacniacz operacyjny na próg niskiego napięcia. W przypadku obu detekcji sygnał wyjściowy odpowiedniego wzmacniacza operacyjnego staje się wysoki.

Diody D5 i D7 zapewniają, że ich złącze wytwarza wspólne wyjście z wyjść wyjściowych wzmacniacza operacyjnego. Zatem za każdym razem, gdy którykolwiek z wyjść wzmacniacza operacyjnego osiąga stan wysoki, jest on wytwarzany na skrzyżowaniu katod D5, D7.

Podstawa tranzystora T1 jest podłączona do powyższego złącza diody i tak długo, jak wyjście wzmacniacza operacyjnego pozostaje niskie, T1 może przewodzić, doprowadzając napięcie polaryzacji przez R3.

Jednak w momencie, gdy którekolwiek z wyjść wzmacniacza operacyjnego osiąga stan wysoki (co może się zdarzyć podczas nienormalnych warunków napięcia), złącze diody również staje się wysokie, ograniczając przewodzenie T1.

Przekaźnik R1 natychmiast wyłącza się i podłączone obciążenie. Zatem podłączone obciążenie pozostaje WŁĄCZONE tak długo, jak długo wyjścia wzmacniacza operacyjnego są niskie, co z kolei może się zdarzyć tylko wtedy, gdy napięcie wejściowe znajduje się na bezpiecznym poziomie okna, zgodnie z ustawieniami P1 i P2. P1 jest ustawiony na wykrywanie wysokich poziomów napięcia, a P2 na niższy niebezpieczny poziom napięcia.

Obwód odcinający wysokiego napięcia zasilania sieciowego, wykorzystujący IC 741

Szczegóły pinów IC LM 324

Lista części dla powyższego obwodu zabezpieczającego przed wysokim i niskim napięciem sieci

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 i P2 = ustawienie wstępne 10 K,
C1 = 220 uF / 25 V.
Wszystkie diody = 1N4007,
T1 = BC557,
Przekaźnik = 12 V, 400 omów, SPDT,
opamps = 2 opamps z IC LM 324
Zeners = 4,7 V, 400 mW,
Transformator = 12 V, 500 mA

Układ PCB

Do tej pory poznaliśmy wersję układu scalonego, teraz zobaczmy, jak sieć zasilająca 220 V lub 120 V działająca nad napięciem i pod napięciem może zostać zbudowana za pomocą zaledwie kilku tranzystorów.

Bardzo prosty obwód elektryczny przedstawiony po zainstalowaniu w domu może pomóc w znacznym ograniczeniu problemu.

Tutaj poznamy dwa projekty obwodów nad i pod napięciem, pierwszy oparty na tranzystorach, a drugi na wzmacniaczu operacyjnym.

Obwód odcięcia zbyt wysokiego / niskiego napięcia za pomocą tranzystorów

Będziesz zaskoczony, gdy dowiesz się, że ładny, mały obwód dla wspomnianych zabezpieczeń można zbudować przy użyciu zaledwie kilku tranzystorów i kilku innych elementów pasywnych.

Patrząc na rysunek, możemy zobaczyć bardzo prosty układ, w którym T1 i T2 są ustalone jako konfiguracja falownika, co oznacza, że T2 odpowiada przeciwnie do T1. Proszę zapoznać się ze schematem obwodu.

W prostych słowach, gdy przewodzi T1, T2 wyłącza się i odwrotnie. Napięcie wykrywania, które pochodzi z samego napięcia zasilania DC, jest podawane do podstawy T1 przez ustawienie wstępne P1.

Ustawienie wstępne służy do precyzyjnego określenia progów wyzwalania, a układ wie, kiedy wykonać czynności sterujące.

Jak ustawić wstępne automatyczne odcinanie

P1 jest ustawiony na wykrywanie wysokich limitów napięcia. Początkowo, gdy napięcie znajduje się w bezpiecznym oknie, T1 pozostaje wyłączone, co pozwala na przejście wymaganego napięcia polaryzacji przez P2 i osiągnięcie T2, utrzymując je w stanie WŁ.

Dlatego przekaźnik jest również aktywny, a podłączone obciążenie otrzymuje wymagane napięcie AC.

Jednak w przypadku, gdy przypuśćmy, że napięcie sieciowe przekroczy bezpieczny limit, napięcie próbki detekcyjnej u podstawy T1 również wzrośnie powyżej ustawionego progu, T1 natychmiast przewodzi i uziemia bazę T2. Powoduje to wyłączenie T2, a także przekaźnika i odpowiedniego obciążenia.

“siedmiosegmentowy wyświetlacz pin out ”

W ten sposób system ogranicza niebezpieczne napięcie docierające do obciążenia i zabezpiecza je zgodnie z oczekiwaniami.

Teraz przypuśćmy, że napięcie sieciowe idzie za niskie, T1 jest już wyłączony i w tej sytuacji T2 również przestaje przewodzić z powodu ustawień P2, które jest ustawione tak, że T2 przestaje przewodzić, gdy napięcie wejściowe sieci zasilającej spadnie poniżej pewnego niebezpiecznego poziomu.

W ten sposób przekaźnik jest ponownie wyłączany, odcinając zasilanie od obciążenia i wymagając podjęcia wymaganych środków bezpieczeństwa.

Chociaż obwód jest dość dokładny, próg okna jest zbyt szeroki, co oznacza, że obwód wyzwala tylko dla poziomów napięcia powyżej 260 V i poniżej 200 V lub powyżej 130 V i poniżej 100 V dla normalnych wejść zasilania 120 V.

Dlatego obwód może nie być zbyt przydatny dla osób, które mogą szukać absolutnie dokładnych punktów wyłączenia i kontroli, które można zoptymalizować zgodnie z osobistymi preferencjami.

Aby było to możliwe, może być wymagane dołączenie kilku wzmacniaczy operacyjnych zamiast tranzystorów.