Μια συσκευή διακοπής ρεύματος υψηλής / χαμηλής τάσης διακόπτει ή αποσυνδέει την παροχή ρεύματος από το οικιακό ηλεκτρικό όταν εντοπίζεται κατάσταση υψηλής τάσης ή χαμηλής τάσης. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζει απόλυτη ασφάλεια στις οικιακές καλωδιώσεις και συσκευές από πυρκαγιά λόγω ηλεκτρικού ρεύματος λόγω μη φυσιολογικής τάσης ή χαμηλής τάσης.

Το άρθρο περιγράφει 3 ακριβή αυτόματα κυκλώματα αποκοπής υπέρ και κάτω τάσης που μπορούν να κατασκευαστούν στο σπίτι για την προστασία των οικιακών συσκευών από ξαφνικές επικίνδυνες εισροές υψηλής και χαμηλής τάσης. Τα πρώτα σχέδια εξηγούν ένα κύκλωμα βασισμένο σε μετασχηματιστή LM324, το δεύτερο κύκλωμα χρησιμοποιεί μια έκδοση χωρίς μετασχηματιστή, δηλαδή λειτουργεί χωρίς μετασχηματιστή, ενώ η τρίτη ιδέα εξηγεί ένα κύκλωμα αποκοπής που βασίζεται σε τρανζίστορ, τα οποία μπορούν να εγκατασταθούν στο σπίτι για έλεγχο πάνω και κάτω προστασία από διακοπή τάσης.

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Το κύκλωμα διακοπής ρεύματος υψηλής και χαμηλής τάσης που εξηγείται σε αυτό το άρθρο είναι πολύ εύκολο να κατασκευαστεί, αλλά είναι πολύ αξιόπιστο και ακριβές. Το κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα μονό IC LM 324 για την απαραίτητη ανίχνευση και αλλάζει αμέσως τα σχετικά ρελέ ώστε τα συνδεδεμένα φορτία να απομονωθούν από τις επικίνδυνες εισόδους.

Το κύκλωμα παρέχει επίσης οπτικές ενδείξεις των αντίστοιχων επιπέδων τάσης σε οποιαδήποτε στιγμή.

Το ακόλουθο κύκλωμα χρησιμοποιεί έναν μετασχηματιστή για την τροφοδοσία του κυκλώματος

Διάγραμμα κυκλώματος

Λίστα ανταλλακτικών για το προτεινόμενο κύκλωμα προστασίας υψηλής, χαμηλής τάσης δικτύου.

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
P1, P2, P3, P4 = 10 K Προεπιλογές
C1 = 1000 uF / 25 V,
OP1, OP2 = MCT 2E, οπτικός ζεύκτης
Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 Volts, 400 mW,
D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N4148,
T1, T2 = BC547B,
LED = ΚΟΚΚΙΝΟ, ΠΡΑΣΙΝΟ όπως προτιμάται,
Μετασχηματιστής = 0 - 12 V, 500 mA
Ρελέ = SPDT, 12 Volt, 400 Ohm

Λειτουργία κυκλώματος

Σε μία από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μου, είδαμε έναν πολύ απλό αλλά αποτελεσματικό σχεδιασμό ενός κυκλώματος διακοπής ρεύματος και τάσης χαμηλής τάσης, το οποίο είναι σε θέση να αλλάζει και να διακόπτει την παροχή ρεύματος από την επίτευξη των συνδεδεμένων συσκευών μόλις περάσει η τάση εισόδου ή κάτω από τα επικίνδυνα όρια.

Ωστόσο, λόγω της υπερβολικής απλότητας του σχεδιασμού, που περιλαμβάνει μόνο δύο τρανζίστορ, το κύκλωμα έχει τους δικούς του περιορισμούς, ο κύριος περιορισμός είναι η μικρότερη ακρίβεια και σημαντική υστέρηση, με αποτέλεσμα υψηλό όριο διάκενο μεγαλύτερο από 60 βολτ μεταξύ των υψηλών και των χαμηλών ορίων.

Ο παρών σχεδιασμός ενός κυκλώματος αποκοπής υψηλής τάσης και χαμηλής τάσης δεν είναι μόνο εξαιρετικά ακριβής, αλλά παρέχει επίσης οπτικές ενδείξεις σχετικά με τα αντίστοιχα βήματα τάσης. Η ακρίβεια είναι τόσο υψηλή που ουσιαστικά τα κατώφλια μπορούν να διαχωριστούν και να ανιχνευθούν εντός εύρους 5 βολτ.

Η ενσωμάτωση των opamps στο κύκλωμα το εξοπλίζει με το παραπάνω χαρακτηριστικό και επομένως η όλη ιδέα καθίσταται πάρα πολύ αξιόπιστη.

Ας κατανοήσουμε λεπτομερώς το κύκλωμα:

Πώς λειτουργούν οι opamps ως Συγκριτές

Τα opamps, A1, A2, A3, A4 λαμβάνονται από ένα μόνο IC 324, το οποίο είναι ένα quad opamp IC, σημαίνει ότι αποτελείται από τέσσερα μπλοκ opamp σε ένα πακέτο.

“ηλεκτρική μονοφασική έναντι τριφασικής ”

Το IC είναι εξαιρετικά αξιόπιστο και εύκολο στη διαμόρφωση και δεν δημιουργεί πρόβλημα με τη λειτουργία του, εν συντομία έχει στιβαρές προδιαγραφές και είναι πολύ ευέλικτο με τις περισσότερες από τις διαμορφώσεις.

Τα τέσσερα opamps είναι εξοπλισμένα ως συγκριτικά τάσης. Οι εισερχόμενες είσοδοι όλων των opamps στερεώνονται σε μια σταθερή τιμή αναφοράς 6 βολτ η οποία γίνεται μέσω ενός δικτύου αντίστασης / zener για καθένα από τα opamps διακριτικά.

Η μη αναστρέψιμη είσοδος των Α1 έως Α4 συνδέεται στην παροχή ισχύος του κυκλώματος μέσω ενός δικτύου διαχωριστή τάσης που σχηματίζεται από τις προεπιλογές P1, P2, P3 και P4 αντίστοιχα.

Οι προεπιλογές μπορούν να ρυθμιστούν όπως είναι επιθυμητό ώστε να αναστρέφουν τις εξόδους των αντίστοιχων οπών όταν το σχετικό επίπεδο εισόδου διασχίζει το επίπεδο αναφοράς που έχει οριστεί πάνω από τις αντιστρεπτές εισόδους των αντίστοιχων οπών.

Οι έξοδοι A1 έως A4 ενσωματώνονται σε ενδεικτικές λυχνίες LED με έναν μάλλον ειδικό τρόπο. Εδώ αντί να ακολουθεί τη συμβατική μέθοδο σύνδεσης των καθόδων LED στο έδαφος, συνδέεται με την έξοδο της προηγούμενης εξόδου του opamp.

Αυτή η ειδική διάταξη διασφαλίζει ότι ανάβει μόνο ένα σχετικό LED ως απόκριση στα επίπεδα τάσης αύξησης ή πτώσης από τα opamps.

Πώς λειτουργούν οι οπτοζεύκτες

Δύο ζεύκτες opt εισάγονται σε σειρά με τα άνω και κάτω LED έτσι ώστε τα οπτικά να συμπεριφέρονται επίσης με τα σχετικά LED κατά τη διάρκεια υψηλών και χαμηλών τάσεων επιπέδων, που καθορίζονται ως επικίνδυνα κατώφλια.

Η αγωγιμότητα των οπτικών ζεύξεων αλλάζει αμέσως το εσωτερικό τρανζίστορ το οποίο με τη σειρά του εναλλάσσει το αντίστοιχο ρελέ.

Οι πόλοι των δύο ρελέ και οι πόλοι των ρελέ συνδέονται σε σειρά πριν από την παροχή της εξόδου μέσω αυτών στο φορτίο.

“πώς λειτουργεί ένας απαγωγέας κεραυνών ”

Η σειριακή σύνδεση των επαφών διασφαλίζει ότι εάν πραγματοποιηθεί κάποιος από το ρελέ, περικοπές τροφοδοσίας στο φορτίο ή στη συνδεδεμένη συσκευή.

Γιατί οι Opamps Comparators Τακτοποιούνται σε Σειρά

Σε κανονικά επίπεδα, το opamp A1, A2 ή ακόμα και το A3 μπορεί να είναι αγώγιμο, διότι όλα αυτά είναι διατεταγμένα με σταδιακή σειρά και συνεχίζουν να αλλάζουν διαδοχικά σε απόκριση σταδιακά αυξανόμενων τάσεων και αντιστρόφως.

Ας υποθέσουμε ότι σε ορισμένα κανονικά επίπεδα τα Α1, Α2 και Α3 είναι όλα αγώγιμα (έξοδοι υψηλά) και το Α4 δεν αγωγεί, σε αυτό το σημείο μόνο το LED που είναι συνδεδεμένο στο R7 θα ανάβει, επειδή η κάθοδος του δέχεται το απαιτούμενο αρνητικό από την έξοδο του Α4, ενώ το όλες οι κάθοδοι των κάτω LED είναι υψηλές λόγω των υψηλών δυνατοτήτων από τα παραπάνω opamps.

Το LED που είναι συνδεδεμένο στο R8 παραμένει επίσης σβηστό επειδή η έξοδος του Α4 είναι χαμηλή.

Τα παραπάνω αποτελέσματα επηρεάζουν κατάλληλα τους αντίστοιχους ζεύκτες οπτικών και τα ρελέ έτσι ώστε τα ρελέ να λειτουργούν μόνο σε επικίνδυνο χαμηλό ή επικίνδυνα επίπεδα υψηλής τάσης ανιχνεύονται μόνο από A1 και A4 αντίστοιχα.

Χρησιμοποιώντας το Triac αντί για τα ρελέ για την αποκοπή

Μετά από κάποια ανάλυση, συνειδητοποίησα ότι το παραπάνω κύκλωμα προστασίας αποκοπής υψηλής τάσης δικτύου θα μπορούσε να απλοποιηθεί σε πολύ πιο εύκολη έκδοση χρησιμοποιώντας ένα μόνο triac. Ανατρέξτε στο παρακάτω διάγραμμα που είναι αυτονόητο και πολύ απλό στην κατανόηση.

Ωστόσο, αν έχετε προβλήματα να το καταλάβετε, δώστε μου ένα σχόλιο.

Χρησιμοποιώντας το Triac αντί για τα ρελέ για την αποκοπή

Τροποποίηση του σχεδιασμού σε έκδοση χωρίς μετασχηματιστή

Η έκδοση κυκλώματος αποκοπής υψηλής τάσης χωρίς μετασχηματιστή της παραπάνω εξηγηθείσας σχεδίασης μπορεί να απεικονιστεί στο ακόλουθο διάγραμμα:

Προειδοποίηση: Το παρακάτω κύκλωμα δεν είναι απομονωμένο από το δίκτυο AC. Χειριστείτε με εξαιρετική προσοχή για να αποφύγετε ένα θανατηφόρο ατύχημα.

Εάν ένα μόνο ρελέ προορίζεται να χρησιμοποιηθεί αντί ενός triac, ο σχεδιασμός θα μπορούσε να τροποποιηθεί όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Χρησιμοποιήστε έναν πυκνωτή 22uF / 25V κατά μήκος της βάσης και της γείωσης του τρανζίστορ, για να βεβαιωθείτε ότι το ρελέ δεν θα χαλάσει κατά τη διάρκεια των περιόδων αλλαγής ...

Χρήση προγράμματος οδήγησης ρελέ PNP

Όπως φαίνεται στο δεδομένο δίκτυο AC υψηλό, κύκλωμα προστασίας χαμηλής τάσης , μπορούμε να δούμε ότι δύο opamps από το IC LM 324 χρησιμοποιούνται για την απαιτούμενη ανίχνευση.

Το άνω opamp έχει τη μη αναστρέψιμη είσοδο του σε μια προκαθορισμένη τιμή και τερματίζεται στην τάση τροφοδοσίας DC, ο πείρος # 2 εφοδιάζεται με ένα επίπεδο αναφοράς, έτσι ώστε μόλις το δυναμικό στον πείρο # 3 υπερβεί το καθορισμένο όριο (από P1), η έξοδος του opamp πηγαίνει υψηλή.

Ομοίως, το κάτω opamp είναι επίσης διαμορφωμένο για ανίχνευση κατωφλίου τάσης, ωστόσο εδώ οι ακίδες αντιστρέφονται, κάνοντας την έξοδο opamp να είναι υψηλή με ανίχνευση εισόδου χαμηλής τάσης.

Επομένως, το άνω opamp ανταποκρίνεται στο όριο υψηλής τάσης και το χαμηλότερο opamp στο όριο χαμηλής τάσης. Και για τις δύο ανιχνεύσεις, η έξοδος του αντίστοιχου opamp γίνεται υψηλή.

Οι δίοδοι D5 και D7 βεβαιωθούν ότι η σύνδεσή τους παράγει μια κοινή έξοδο από τις εξόδους εξόδου opamp. Έτσι, κάθε φορά που η έξοδος opamp ανεβαίνει, παράγεται στη διασταύρωση των καθόδων D5, D7.

Η βάση του τρανζίστορ T1 συνδέεται με την παραπάνω σύνδεση διόδων και εφόσον η έξοδος opamps παραμένει χαμηλή, επιτρέπεται στο T1 να διεξαχθεί λαμβάνοντας την τάση πόλωσης μέσω του R3.

Ωστόσο, τη στιγμή που μια από τις εξόδους opamp πηγαίνει υψηλή (η οποία μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια μη φυσιολογικών συνθηκών τάσης), η σύνδεση διόδων γίνεται επίσης υψηλή, περιορίζοντας την T1 από τη διεξαγωγή.

Το ρελέ R1 απενεργοποιεί αμέσως το ίδιο και το συνδεδεμένο φορτίο. Έτσι, το συνδεδεμένο φορτίο παραμένει ΕΝΕΡΓΟ όσο οι εξόδους opamp είναι χαμηλές, οι οποίες με τη σειρά τους μπορούν να συμβούν μόνο όταν το δίκτυο εισόδου βρίσκεται εντός του επιπέδου ασφαλούς παραθύρου, όπως ρυθμίζεται από τα P1 και P2. Το P1 έχει ρυθμιστεί για την ανίχνευση των επιπέδων υψηλής τάσης ενώ το P2 για το χαμηλότερο επίπεδο μη ασφαλούς τάσης.

Κύκλωμα αποκοπής υψηλής χαμηλής τάσης δικτύου, χρησιμοποιώντας IC 741

Καρφίτσα λεπτομέρειες του IC LM 324

Λίστα ανταλλακτικών για το παραπάνω κύκλωμα προστασίας υψηλής και χαμηλής τάσης

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 και P2 = 10K προκαθορισμένη,
C1 = 220uF / 25V
Όλες οι δίοδοι είναι = 1N4007,
T1 = BC557,
Ρελέ = 12 V, 400Ohms, SPDT,
opamps = 2 opamps από IC LM 324
Zeners = 4,7 βολτ, 400mW,
Μετασχηματιστής = 12V, 500mA

Διάταξη PCB

Μέχρι στιγμής μάθαμε μια έκδοση IC του κυκλώματος, τώρα ας δούμε πώς μπορεί να κατασκευαστεί ένα κύκλωμα 220V ή 120V πάνω από τάση και υπό κύκλωμα προστασίας τάσης χρησιμοποιώντας μόνο δύο τρανζίστορ.

Ένα πολύ απλό κύκλωμα που παρουσιάζεται όταν εγκαθίσταται στο σπίτι ηλεκτρικό μπορεί να βοηθήσει στον περιορισμό του προβλήματος σε μεγάλο βαθμό.

Εδώ θα μάθουμε δύο σχέδια κυκλωμάτων τάσης πάνω και κάτω, το πρώτο βασισμένο σε τρανζίστορ και το άλλο χρησιμοποιώντας opamp.

Κύκλωμα αποκοπής υπέρτασης / τάσης με χρήση τρανζίστορ

Θα εκπλαγείτε να ξέρετε ότι ένα ωραίο μικρό κύκλωμα για τα εν λόγω προστατευτικά μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας μόνο μερικά τρανζίστορ και μερικά άλλα παθητικά εξαρτήματα.

Κοιτάζοντας το σχήμα μπορούμε να δούμε μια πολύ απλή διάταξη όπου τα T1 και T2 είναι σταθερά ως διαμόρφωση μετατροπέα, που σημαίνει ότι το T2 ανταποκρίνεται αντίθετα στο T1. Ανατρέξτε στο διάγραμμα κυκλώματος.

Με απλά λόγια όταν το T1 διεξάγει, το T2 απενεργοποιείται και το αντίστροφο. Η τάση ανίχνευσης που προέρχεται από την ίδια την τάση τροφοδοσίας DC τροφοδοτείται στη βάση του Τ1 μέσω της προκαθορισμένης Ρ1.

Η προεπιλογή χρησιμοποιείται έτσι ώστε τα κατώφλια ενεργοποίησης να μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια και το κύκλωμα να κατανοήσει πότε να εκτελέσει τις ενέργειες ελέγχου.

Τρόπος ρύθμισης της προεπιλογής για αυτόματη αποκοπή

Το P1 έχει ρυθμιστεί για την ανίχνευση ορίων υψηλής τάσης. Αρχικά όταν η τάση βρίσκεται μέσα στο ασφαλές παράθυρο, το T1 παραμένει απενεργοποιημένο και αυτό επιτρέπει την απαιτούμενη τάση πόλωσης να περάσει από το P2 και να φτάσει στο T2, διατηρώντας την ενεργοποιημένη.

Επομένως, το ρελέ διατηρείται επίσης ενεργοποιημένο και το συνδεδεμένο φορτίο λαμβάνει την απαιτούμενη τάση AC.

Ωστόσο, σε περίπτωση που υποθέσουμε ότι η τάση δικτύου υπερβαίνει το ασφαλές όριο, η τάση δείγματος ανίχνευσης στη βάση του Τ1 αυξάνεται επίσης πάνω από το καθορισμένο κατώφλι, ο Τ1 διεξάγει αμέσως και στηρίζει τη βάση του Τ2. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απενεργοποίηση του Τ2 και επίσης το ρελέ και το αντίστοιχο φορτίο.

“τι είναι ένας δείκτης στοίβας ”

Το σύστημα περιορίζει έτσι την επικίνδυνη τάση από το να φτάσει το φορτίο και το προστατεύει όπως αναμένεται από αυτό.

Ας υποθέσουμε τώρα ότι η τάση του δικτύου πηγαίνει πολύ χαμηλά, το T1 είναι ήδη απενεργοποιημένο και σε αυτήν την περίπτωση το T2 σταματά επίσης να λειτουργεί λόγω των ρυθμίσεων του P2, το οποίο έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε το T2 να σταματήσει να λειτουργεί όταν η είσοδος Mains πηγαίνει κάτω από ένα ορισμένο μη ασφαλές επίπεδο.

Έτσι, το ρελέ ενεργοποιείται και πάλι, διακόπτοντας την ισχύ στο φορτίο και ζητώντας τα απαιτούμενα μέτρα ασφαλείας.

Αν και το κύκλωμα είναι αρκετά ακριβές, το κατώφλι παραθύρου είναι πολύ ευρύ, πράγμα που σημαίνει ότι το κύκλωμα ενεργοποιείται μόνο για επίπεδα τάσης πάνω από 260V και κάτω από 200V, ή πάνω από 130V και κάτω από 100 V για κανονικές εισόδους τροφοδοσίας 120 V.

Επομένως, το κύκλωμα μπορεί να μην είναι πολύ χρήσιμο για άτομα που μπορεί να αναζητούν απολύτως ακριβή σημεία ενεργοποίησης και χειριστήρια που μπορούν να βελτιστοποιηθούν σύμφωνα με τις προσωπικές προτιμήσεις.

Για να γίνει αυτό δυνατό, ίσως χρειαστεί να συμπεριληφθούν μερικά opamps αντί των τρανζίστορ.