Disyuntor electrónico con protección de alto / bajo voltaje

Las fluctuaciones de voltaje siempre han sido un problema y son responsables de la mayoría de las fallas en los aparatos de CA. Ya sea un electrodoméstico normal como una tostadora o una máquina industrial de alto rendimiento como un CNC, todo tiene un voltaje nominal solo con el que funcionará sin ningún problema a su máxima eficiencia. Desafortunadamente, nuestras Líneas Domésticas / Industriales no nos brindan ese voltaje nominal debido a varias razones, por lo que en este proyecto vamos a construir un interruptor de circuito electrónico simple que podría disparar un relé para desconectar la carga cuando se detecte un voltaje alto / bajo.

Este proyecto está diseñado en torno al famoso amplificador operacional LM358. Vamos a hacer que el amplificador operacional funcione en modo diferencial, por lo que comparará el voltaje actual con un voltaje preestablecido. Todo el proyecto se puede construir en una placa de pruebas (excepto las líneas eléctricas) y se puede hacer que funcione en poco tiempo. Así que comencemos…

Componentes necesarios para el disyuntor:

1. LM358 (amplificador operacional de paquete doble)
2. 7805 (regulador + 5V)
3. Transformador reductor de 12V
4. Relé de 5V
5. BC547 (2Nos)
6. POT variable 10K
7. Resistencias 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
8. Condensadores de 100 uF, 10 uF, 0,1 uF
9. Puente de diodos
10. Conexión de cables
11. Tabla de pan

Diagrama de circuito:

El diagrama esquemático completo del disyuntor electrónico se muestra en la siguiente imagen. Lea más para la explicación de la misma.

Explicación del circuito:

Como se muestra arriba en el esquema del disyuntor, es realmente simple y solo un montón de resistencias, condensadores y otras cosas. Pero, ¿qué sucede realmente detrás de todo esto? ¿Cómo se seleccionan los valores de los componentes y cuál es el papel de ellos aquí?

He intentado responder a esta pregunta dividiéndolos en cada segmento y explicándolos a continuación.

Sección de potencia:

El amplificador operacional es el corazón de este diagrama de disyuntor electrónico. Necesitamos una fuente regulada de 5V para alimentar este amplificador operacional. También necesitamos alimentar el voltaje actual (voltaje en cualquier momento en particular) al amplificador operacional. El amplificador operacional puede manejar solo hasta 5V ya que es alimentado por 5V. Por lo tanto, necesitamos convertir el voltaje de CA de entrada (220 V CA) a 0-5 V CC.

Entonces, el circuito anterior resuelve dos propósitos.

1. Proporcione 5 V constantes para encender los circuitos
2. Asigna el voltaje de CA de entrada a 0-5 V para el amplificador operacional

Para lograr esto, hemos utilizado un transformador reductor de 12V que convierte los 220V AC a 12V AC, luego lo rectificamos con un puente de diodos a 12V DC (Aprox) y luego regulamos el voltaje a 5V usando un regulador de voltaje 7805. Cualquier cambio en el voltaje de entrada afectará el valor del voltaje en el lado de salida del puente de diodos. Por lo tanto, este voltaje puede considerarse como el "voltaje actual" de la red de CA. Al usar una resistencia de 5.1K y un POT de 10K (formando un divisor de potencial), hemos mapeado el voltaje entre 0-5V.

Sección de amplificador operacional:

Esta sección es la parte donde se realiza la comparación. Tenemos dos subdivisiones en la sección del amplificador operacional. Uno se usa para comparar el "voltaje actual" con el valor de alto voltaje y el otro se usa para comparar con el valor de bajo voltaje. Ambas secciones se muestran en la imagen a continuación.

El circuito del amplificador operacional que se muestra arriba es el modo diferencial de un amplificador operacional. Los amplificadores operacionales son realmente un caballo de batalla para la mayoría de los circuitos electrónicos, tiene muchos modos de operación y aplicaciones como sumar, restar, amplificar, etc. Lo hemos usado como un comparador de voltaje aquí.

Entonces, ¿qué es un comparador de voltaje y por qué los necesitamos aquí?

Un comparador de voltaje en nuestro caso compara el voltaje entre los pines 3 y 2 y si el voltaje en el pin 3 es mayor que el pin 2, entonces la salida en el pin 1 se vuelve alta (3.6V); de lo contrario, la salida será 0V. Comparamos el "voltaje actual" con el voltaje alto y bajo preestablecido para obtener un disparador de voltaje alto / bajo.

En el circuito que se muestra arriba, el umbral de bajo voltaje se establece en el pin 2 usando las resistencias 1K y 2K. El umbral de alto voltaje se establece en los pines 5 utilizando las resistencias de 1K y 2.2K.

El uso de estas resistencias forma un divisor de potencial y proporciona un corte de voltaje bajo de 3.33V y un corte de voltaje alto de 3.43V. Esto significa que solo si el "voltaje actual" está entre 3.33V y 3.43V, ambos amplificadores operacionales subirán.

Nota: He establecido los voltajes de umbral en 3.33V y 3.43 Volt ya que mi corte superior fue de 230V y el corte de amante fue de 220V. Puede configurarlos en consecuencia y luego calibrar el circuito utilizando el potenciómetro de 10K para controlar el "voltaje actual".

Sección de relés:

Este es el lugar donde conectamos la carga de CA. El relé se utiliza para encender / apagar la carga de CA.

Como se discutió en la sección del amplificador operacional. Ambos amplificadores operacionales se elevarán solo si el voltaje está entre los límites de corte de voltaje alto y bajo. Entonces, tenemos que ENCENDER una carga de CA solo si ambas salidas del amplificador operacional son altas. Aquí, el " Disparador de bajo voltaje " y el " Disparador de alto voltaje " son la salida del pin 1 y el pin 7 respectivamente.

Solo si ambos están altos, el relé tomará tierra y se activará. La carga de CA (aquí una lámpara) se conecta a través del relé. Se utiliza una resistencia de 1K para limitar la corriente.

Una vez que comprenda cómo funciona el circuito, hacer que funcione no será un problema. Simplemente conecte los circuitos y use el potenciómetro de 10K para establecer nuestro "voltaje actual" entre su "disparador de alto voltaje" y el "disparador de bajo voltaje". Ahora, si hay algún cambio en el voltaje principal de CA, cualquiera de sus amplificadores operacionales bajará y su relé se apagará, apagando así la carga conectada a él.

También puede usar el archivo de simulación adjunto aquí para verificar / modificar su circuito en función de sus valores de umbral de voltaje alto o bajo.

La simulación utiliza un potenciómetro para variar el voltaje de entrada y un LED verde como carga. También puede controlar los valores de voltaje en cada terminal, lo que le ayudará a comprender mucho mejor el circuito.

Espero que les haya gustado este proyecto de disyuntores y hayan entendido el funcionamiento que hay detrás. El funcionamiento completo del proyecto se puede ver en el video a continuación.

Este proyecto adolece de los siguientes inconvenientes que es posible que desee considerar por si acaso significa para usted.

1. El voltaje medido aquí no es voltaje Vrms. El valor también está sujeto a picos y ondulaciones.
2. Su carga puede experimentar un efecto de conmutación si el voltaje cae / aumenta gradualmente (en la mayoría de los casos no lo hará).
3. No conecte cargas que consuman corriente superior a 5A. Esto probablemente matará a su relé y su controlador.

También puede consultar este proyecto similar para obtener más información: Detección de voltaje alto / bajo mediante el microcontrolador PIC