En växelströmsnät med hög / låg avstängning kommer att stänga av eller koppla bort elnätet från hemmet närhelst en högspännings- eller lågspänningssituation upptäcks. På detta sätt säkerställer det total säkerhet för hemmakablar och apparater från eldrivna på grund av onormala överspänningar eller utbrända låga spänningar.

Artikeln beskriver tre exakta automatiska över- och underspänningskopplade kretsar kan göras hemma för att skydda hushållsapparaterna från plötsliga farliga hög- och lågspänningsinflöden. Den första designen förklarar en LM324-transformatorbaserad krets, den andra kretsen använder en transformatorfri version, det vill säga den fungerar utan en transformator, medan det tredje konceptet förklarar en transistorbaserad avstängningskrets, som alla kan installeras hemma för styrning över och under spänningsskydd.

Översikt

Växelströmens hög- och lågspänningsavstängningskrets som förklaras i denna artikel är väldigt lätt att bygga och ändå mycket tillförlitlig och exakt. Kretsen använder en singel IC LM 324 för nödvändig detektering och växlar omedelbart relevanta reläer så att de anslutna belastningarna isoleras från de farliga ingångarna.

Kretsen ger också visuella indikationer på respektive spänningsnivå under alla ögonblick.

Följande krets använder en transformator för att driva kretsen

Kretsschema

Dellista för den föreslagna höga, låga nätspänningsskyddskretsen.

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
P1, P2, P3, P4 = 10 K förinställningar
C1 = 1000 uF / 25 V,
OP1, OP2 = MCT 2E, optokopplare
Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 volt, 400 mW,
D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N4148,
T1, T2 = BC547B,
LED = RÖD, GRÖN som föredragen,
Transformator = 0 - 12 V, 500 mA
Relä = SPDT, 12 Volt, 400 Ohm

Kretsdrift

I ett av mina tidigare inlägg såg vi en mycket enkel men ändå effektiv design av en nätöverspänning och lågspänningsavstängningskrets, som kan koppla om och stänga av strömmen från att nå de anslutna apparaterna när ingångsspänningen har passerat eller under de farliga trösklarna.

På grund av konstruktionens alltför enkla, involverande bara ett par transistorer, har kretsen sina egna begränsningar, varvid den största begränsningen är mindre noggrannhet och avsevärd hysteres, vilket resulterar i ett högt tröskelavstånd på mer än 60 volt mellan höga och låga gränser.

Den nuvarande konstruktionen av en högspännings- och lågspänningsavstängningskrets är inte bara mycket exakt utan ger också visuella indikationer beträffande relevanta spänningsinsteg. Noggrannheten är så hög att praktiskt taget trösklarna kan separeras och avkännas inom 5 volt.

Införlivandet av opamps i kretsen utrustar det med ovanstående funktion och därför blir hela idén väldigt mycket tillförlitlig.

Låt oss förstå kretsen i detaljer:

Hur opamps fungerar som komparatorer

Opamps, A1, A2, A3, A4 erhålls från en enda IC 324, som är en fyr-opamp IC, medel består av fyra opampblock i ett paket.

“rms av en sinusvåg ”

IC är enastående pålitlig och lätt att konfigurera och utgör knappast ett problem med dess funktion, kort sagt har den robusta specifikationer och är för flexibel med de flesta konfigurationer.

De fyra opamperna är riggade som spänningskomparatorer. De inverterande ingångarna för alla opamps är fastspända till ett fast referensvärde på 6 volt, vilket görs genom ett motstånd / zenernätverk för ech av opampsna diskret.

Den icke-inverterande ingången från A1 till A4 är ansluten till strömförsörjningen i kretsen via ett spänningsdelningsnät som bildas av förinställningarna P1, P2, P3 respektive P4.

Förinställningarna kan justeras efter önskemål för att vända utgångarna för respektive opamps när den relevanta ingångsnivån passerar referensnivån inställd över de inverterande ingångarna för respektive opamps.

Utgångarna från A1 till A4 är integrerade i LED-indikatorer på ett ganska speciellt sätt. Här istället för att följa den konventionella metoden för att ansluta LED-katoderna till marken är den ansluten till utgången från föregående opamps utgång.

Detta speciella arrangemang säkerställer att endast en relevant lysdiod tänds som svar på stigande eller fallande spänningsnivåer från opamperna.

Hur optokopplarna fungerar

Två optkopplare introduceras i serie med de översta och nedre lysdioderna så att optos också leder med relevanta lysdioder under höga och låga spänningsnivåer, specificerade som farliga trösklar.

Ledning av optokopplarna växlar omedelbart den interna transistorn som i sin tur växlar respektive relä.

Polerna på de två reläerna och reläernas poler är seriekopplade innan de matar utgången genom dem till lasten.

Seriekopplingen av kontakterna säkerställer att om någon av reläerna leder, bryter nätströmmen till lasten eller den anslutna apparaten.

Varför opamps komparatorer ordnade i serie

Vid normala nivåer kan opamp A1, A2 eller till och med A3 ledas eftersom alla dessa är ordnade i stegvis ordning och fortsätter att växla i sekvens som svar på gradvis stigande spänningar och vice versa.

Anta att vid vissa normala nivåer A1, A2 och A3 alla är ledande (utgångar höga) och A4 inte leder, vid denna tidpunkt skulle endast den lysdiod som är ansluten till R7 tändas, eftersom dess katod tar emot det erforderliga negativet från utgången av A4, medan katoderna för de nedre lysdioderna är alla höga på grund av de höga potentialerna från ovanstående lampor.

Lysdioden som är ansluten till R8 förblir också avstängd eftersom A4: s uteffekt är låg.

Ovanstående resultat påverkar på lämpligt sätt respektive optkopplare och reläer så att reläerna endast uppför sig under farligt lågt eller farliga högspänningsnivåer detekteras endast av A1 respektive A4.

Använda Triac istället för Reläer för avskärningen

Efter en del analys insåg jag att ovanstående höga, låga nätspänningskopplade skyddskrets kunde förenklas till en mycket enklare version med en enda triac. Se diagrammet nedan, det är självförklarande och väldigt enkelt att förstå.

Men om du har problem med att förstå det, skicka mig en kommentar.

Använda Triac istället för Reläer för avskärningen

Ändra designen till en transformatorfri version

Den transformatorfria huvudströmförsörjningen med låg spänning av den ovan beskrivna designen kan visualiseras i följande diagram:

Varning: Nedanstående krets är inte isolerad från nätströmmen. Hantera med yttersta försiktighet för att undvika en dödlig olycka.

Om ett enskilt relä är avsett att användas istället för en triac, kan designen ändras som visas i följande bild:

Använd en 22uF / 25V kondensator över transistorns bas och jord, bara för att se till att reläet inte stammar under övergångsperioderna ...

Använda PNP Relay Driver

Som visas i det angivna nätet AC high, lågspänningsskyddskrets , kan vi se två opamps från IC LM 324 används för den nödvändiga detekteringen.

Den övre opampen har sin icke inverterande ingång riggad till en förinställning och avslutas med matningsspänningen, stift # 2 här är försett med en referensnivå, så att så snart potentialen vid stift # 3 går över det inställda tröskelvärdet (med P1) blir utmatningen från opampen hög.

På samma sätt är den nedre opampen också konfigurerad för viss spänningströskeldetektering, men här är stiften bara omvända, vilket gör att opamputgången blir hög med lågspänningsingångsdetektering.

Därför svarar den övre opampen på högspänningströskel och nedre opamp på lågspänningströskel. För båda detektionerna blir utmatningen från respektive opamp hög.

Dioderna D5 och D7 ser till att deras korsning producerar en gemensam utgång från opamp-utgångarna. Således när någon av opamp-utgångarna blir hög, produceras den vid korsningen av D5, D7-katoder.

“förstärkning av högpassfilter ”

Transistor T1: s bas är ansluten till ovannämnda diodövergång, och så länge som utgångarna för opamps förblir låg, får T1 leda genom att få förspänningen genom R3.

Men i det ögonblick som någon av opamputgångarna blir höga (vilket kan hända under onormala spänningsförhållanden) blir diodövergången också hög, vilket begränsar T1 från att leda.

Relä R1 stänger omedelbart av sig själv och den anslutna belastningen. Således förblir den anslutna belastningen PÅ så länge opamputgångarna är låga, vilket i sin tur bara kan hända när ingångsnätet ligger inom den säkra fönsternivån, justerat av P1 och P2. P1 är inställt för att detektera höga spänningsnivåer medan P2 för den lägre osäkra spänningsnivån.

Strömbrytare med hög lågspänning, med IC 741

Stiftdetaljer för IC LM 324

Dellista för ovanstående nät-, lågspänningsskyddskrets

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 och P2 = 10K förinställd,
C1 = 220uF / 25V
Alla dioder är = 1N4007,
T1 = BC557,
Relä = 12 V, 400 Ohm, SPDT,
opamps = 2 opamps från IC LM 324
Zeners = 4,7 volt, 400mW,
Transformator = 12V, 500mA

PCB-layout

Strömförsörjning av kretskort med hög lågspänning

Hittills har vi lärt oss en IC-version av kretsen, låt oss nu se hur en 220V eller 120V elnät som drivs med överspänning och under spänningsskydd kan byggas med bara ett par transistorer.

En mycket enkel krets som presenteras när den installeras i huset kan hjälpa till att begränsa problemet i stor utsträckning.

Här lär vi oss två konstruktioner av över- och underspänningskretsar, den första baserad på transistorer och den andra med en opamp.

Över- / underspänning avstängd krets med transistorer

Du kommer att bli förvånad över att veta att en fin liten krets för nämnda skydd kan byggas med bara ett par transistorer och några andra passiva komponenter.

Med tanke på figuren kan vi se ett mycket enkelt arrangemang där T1 och T2 är fixerade som en inverterkonfiguration, vilket betyder att T2 svarar motsatt till T1. Se kopplingsschemat.

Med enkla ord när T1 utför, stänger T2 AV och vice versa. Avkänningsspänningen som härrör från DC-matningsspänningen matas till basen av T1 via förinställt P1.

Förinställningen används så att utlösningströsklarna kan bestämmas exakt och kretsen förstår när man ska utföra kontrollåtgärderna.

Hur man ställer in förinställningen för automatisk avstängning

P1 är inställt för att detektera högspänningsgränser. Inledningsvis när spänningen ligger inom det säkra fönstret förblir T1 avstängd och detta gör att den förspända förspänningen kan passera genom P2 och nå T2 och hålla den PÅ.

Därför hålls reläet också aktiverat och den anslutna belastningen får den nödvändiga växelspänningen.

Men om vi antar att nätspänningen överskrider den säkra gränsen, avkänns avkänningssampelspänningen vid basen av T1 också över den inställda tröskeln, T1 leder omedelbart och jordar basen för T2. Detta resulterar i avstängning av T2 och även reläet och motsvarande belastning.

“vad gör en armatur ”

Systemet begränsar således den farliga spänningen från att nå belastningen och skyddar den som förväntat av den.

Antag nu att nätspänningen blir för låg, T1 är redan avstängd och vid denna situation slutar T2 också leda på grund av inställningarna för P2, som är inställt så att T2 slutar leda när nätingången går under en viss osäker nivå.

Således utlöses reläet igen, vilket minskar strömmen till lasten och uppmanar de nödvändiga säkerhetsåtgärderna.

Även om kretsen är rimligt korrekt är fönstertröskeln för bred, vilket innebär att kretsen endast utlöses för spänningsnivåer över 260V och under 200V, eller över 130V och under 100V för 120V normala matningsingångar.

Därför kanske kretsen inte är särskilt användbar för människor som kanske letar efter helt exakta utlösningspunkter och kontroller som kan optimeras enligt personliga önskemål.

För att göra detta möjligt kan det krävas att ett par opamps ingår i stället för transistorer.