Thiết bị cắt nguồn điện cao / thấp của nguồn điện xoay chiều sẽ cắt hoặc ngắt nguồn điện lưới khỏi nguồn điện gia đình bất cứ khi nào phát hiện tình huống điện áp cao hoặc điện áp thấp. Bằng cách này, nó đảm bảo an toàn toàn diện cho hệ thống dây điện trong nhà và các thiết bị điện khỏi cháy do điện áp quá cao bất thường hoặc điện áp thấp màu nâu.

Bài báo mô tả 3 mạch ngắt điện áp tự động chính xác trên và dưới điện áp có thể được thực hiện tại nhà để bảo vệ các thiết bị gia dụng khỏi dòng điện áp cao và thấp đột ngột nguy hiểm. Thiết kế đầu tiên giải thích mạch dựa trên biến áp LM324, mạch thứ hai sử dụng phiên bản không có biến áp, nghĩa là nó hoạt động mà không cần biến áp, trong khi khái niệm thứ ba giải thích mạch cắt dựa trên bóng bán dẫn, tất cả đều có thể được lắp đặt tại nhà để điều khiển qua lại bảo vệ cắt điện áp.

Tổng quat

Mạch cắt điện áp cao và thấp của nguồn điện xoay chiều được giải thích trong bài viết này rất dễ xây dựng và rất đáng tin cậy và chính xác. Mạch sử dụng một IC đơn LM 324 để phát hiện cần thiết và chuyển đổi ngay lập tức các rơ le liên quan để các tải được kết nối được cách ly khỏi các đầu vào nguy hiểm.

Mạch cũng cung cấp các chỉ báo trực quan về các mức điện áp tương ứng trong bất kỳ thời điểm nào.

Mạch sau sử dụng một máy biến áp để cấp nguồn cho mạch

Sơ đồ mạch

Danh sách bộ phận cho mạch bảo vệ điện áp nguồn cao, thấp được đề xuất.

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
P1, P2, P3, P4 = 10 K cài đặt trước
C1 = 1000 uF / 25 V,
OP1, OP2 = MCT 2E, bộ ghép quang
Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 Volts, 400 mW,
D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N4148,
T1, T2 = BC547B,
LED = ĐỎ, XANH như ưu tiên,
Máy biến áp = 0 - 12 V, 500 mA
Rơ le = SPDT, 12 Volt, 400 Ohm

Hoạt động mạch

Trong một trong những bài viết trước của tôi, chúng tôi đã thấy một thiết kế rất đơn giản nhưng hiệu quả của mạch cắt nguồn điện quá điện áp và điện áp thấp, có thể chuyển và cắt nguồn điện lưới khỏi các thiết bị được kết nối khi điện áp đầu vào vượt qua hoặc dưới ngưỡng nguy hiểm.

Tuy nhiên, do thiết kế quá đơn giản, chỉ liên quan đến một vài bóng bán dẫn, mạch có những hạn chế riêng của nó, hạn chế chính là độ chính xác kém hơn và độ trễ đáng kể, dẫn đến khoảng cách ngưỡng cao hơn 60 vôn giữa giới hạn cao và giới hạn thấp.

Thiết kế hiện tại của mạch cắt điện áp cao và điện áp thấp không chỉ có độ chính xác cao mà còn cung cấp các chỉ dẫn trực quan về điện áp mu bàn chân liên quan. Độ chính xác cao đến mức hầu như các ngưỡng có thể được tách biệt và cảm nhận trong phạm vi 5 volt.

Việc kết hợp các opamps trong mạch trang bị cho nó tính năng trên và do đó toàn bộ ý tưởng trở nên đáng tin cậy rất nhiều.

Hãy hiểu chi tiết về mạch:

Cách opamps hoạt động như bộ so sánh

Các opa, A1, A2, A3, A4 thu được từ một IC 324 duy nhất, là một IC opamp bốn, có nghĩa là bao gồm bốn khối opamp trong một gói.

“đèn chiếu sáng hồng ngoại là gì ”

IC đặc biệt đáng tin cậy và dễ cấu hình và hầu như không gây ra vấn đề gì với hoạt động của nó, nói ngắn gọn là nó có thông số kỹ thuật mạnh mẽ và quá linh hoạt với hầu hết các cấu hình.

Bốn opamps được thiết kế như bộ so sánh điện áp. Các đầu vào đảo ngược của tất cả các opamps được kẹp vào một giá trị tham chiếu cố định là 6 volt, được thực hiện thông qua mạng điện trở / zener cho ech của opamps một cách riêng biệt.

Đầu vào không đảo của A1 đến A4 được nối với nguồn điện của mạch thông qua mạng phân áp được tạo thành theo các giá trị đặt trước lần lượt là P1, P2, P3 và P4.

Các giá trị đặt trước có thể được điều chỉnh theo ý muốn để lật đầu ra của các opamps tương ứng khi mức đầu vào liên quan vượt qua mức tham chiếu được đặt trên các đầu vào đảo ngược của các opamps tương ứng.

Các đầu ra của A1 đến A4 được tích hợp với đèn báo LED theo một cách khá đặc biệt. Ở đây thay vì thực hiện theo phương pháp kết nối catốt LED với đất thông thường, nó được kết nối với đầu ra của đầu ra của opamp trước đó.

Sự sắp xếp đặc biệt này đảm bảo rằng chỉ một đèn LED có liên quan được BẬT theo mức điện áp tăng hoặc giảm từ các opamps.

Cách hoạt động của optocouplers

Hai bộ ghép opt được giới thiệu nối tiếp với các đèn LED trên cùng và dưới cùng để các optos cũng dẫn với các đèn LED liên quan ở các mức điện áp cao và thấp, được chỉ định là ngưỡng nguy hiểm.

“vi điều khiển avr là gì ”

Sự dẫn truyền của bộ ghép opto ngay lập tức chuyển mạch bóng bán dẫn bên trong, từ đó bật tắt rơ le tương ứng.

Các cực của hai rơ le và các cực của rơ le được mắc nối tiếp trước khi cung cấp đầu ra qua chúng cho tải.

Kết nối nối tiếp của các tiếp điểm đảm bảo rằng nếu bất kỳ một trong các rơle dẫn điện, sẽ cắt nguồn điện lưới cung cấp cho tải hoặc thiết bị được kết nối.

Tại sao các bộ so sánh opamps được sắp xếp theo chuỗi

Ở mức bình thường, opamp A1, A2 hoặc thậm chí A3 có thể đang dẫn bởi vì tất cả những thứ này được sắp xếp theo thứ tự tăng dần và tiếp tục chuyển đổi theo trình tự để đáp ứng với điện áp tăng dần và ngược lại.

Giả sử ở các mức bình thường nhất định A1, A2 và A3 đều đang dẫn điện (đầu ra cao) và A4 không dẫn điện, tại thời điểm này, chỉ đèn LED được kết nối với R7 mới sáng, bởi vì cực âm của nó nhận được âm cần thiết từ đầu ra của A4, trong khi cực âm của các đèn LED thấp hơn đều ở mức cao vì điện thế cao từ các opamps trên.

Đèn LED được kết nối với R8 cũng vẫn tắt vì đầu ra của A4 ở mức thấp.

Các kết quả trên ảnh hưởng một cách thích hợp đến các bộ ghép chọn tương ứng và các rơ le sao cho các rơ le chỉ dẫn điện ở mức thấp nguy hiểm hoặc mức điện áp cao nguy hiểm chỉ được phát hiện bởi A1 và A4 tương ứng.

Sử dụng Triac thay vì Rơle để cắt đứt

Sau một số phân tích, tôi nhận ra rằng mạch bảo vệ cắt điện áp nguồn cao, thấp ở trên có thể được đơn giản hóa thành một phiên bản dễ dàng hơn nhiều bằng cách sử dụng một triac duy nhất. Vui lòng tham khảo sơ đồ dưới đây, nó tự giải thích và rất đơn giản để hiểu.

Tuy nhiên, nếu bạn có vấn đề trong việc hiểu nó, hãy cho tôi một bình luận.

Sửa đổi Thiết kế thành Phiên bản Không biến hình

Phiên bản mạch cắt điện áp cao thấp không có nguồn không có máy biến áp của thiết kế giải thích ở trên có thể được hình dung trong sơ đồ sau:

Cảnh báo: Mạch hiển thị dưới đây không được cách ly khỏi nguồn AC. Xử lý hết sức thận trọng để tránh sơ suất gây tử vong.

Nếu một rơ le duy nhất được dự định sử dụng thay vì một triac, thiết kế có thể được sửa đổi như thể hiện trong hình sau:

Vui lòng sử dụng tụ điện 22uF / 25V trên đế bóng bán dẫn và mặt đất, chỉ để đảm bảo rơ le không bị giật trong thời gian chuyển đổi ...

Sử dụng trình điều khiển chuyển tiếp PNP

Như được hiển thị trong AC nguồn điện cao, mạch bảo vệ điện áp thấp , chúng ta có thể thấy hai opamps từ IC LM 324 được sử dụng để phát hiện cần thiết.

OpAmp phía trên có đầu vào không đảo ngược được gắn với giá trị đặt trước và được kết nối với điện áp DC cung cấp, chân số 2 ở đây được cung cấp mức tham chiếu, để ngay khi điện thế ở chân số 3 vượt qua ngưỡng đã đặt (bằng P1), đầu ra của opamp tăng cao.

Tương tự như vậy, opamp thấp hơn cũng được cấu hình cho một số phát hiện ngưỡng điện áp, tuy nhiên ở đây các chân chỉ được đảo ngược, làm cho đầu ra opamp tăng cao với phát hiện đầu vào điện áp thấp.

Do đó, opamp trên đáp ứng ngưỡng điện áp cao và opamp dưới đáp ứng ngưỡng điện áp thấp. Đối với cả hai phát hiện, đầu ra của opamp tương ứng trở nên cao.

Điốt D5 và D7 đảm bảo rằng đường giao nhau của chúng tạo ra đầu ra chung từ đầu ra chân cắm của opamp. Do đó, bất cứ khi nào một trong những đầu ra opamp tăng cao, nó sẽ được tạo ra tại điểm nối của các cực âm D5, D7.

Cơ sở của bóng bán dẫn T1 được kết nối với điểm giao nhau điốt ở trên và miễn là đầu ra opamps vẫn ở mức thấp, T1 được phép dẫn điện bằng cách nhận điện áp xu hướng thông qua R3.

Tuy nhiên, thời điểm bất kỳ đầu ra opamp nào tăng cao (có thể xảy ra trong điều kiện điện áp bất thường), điểm nối diode cũng trở nên cao, hạn chế T1 dẫn điện.

Rơ le R1 ngay lập tức tự TẮT và tải được kết nối. Do đó, tải được kết nối vẫn BẬT miễn là đầu ra opamp ở mức thấp, điều này chỉ có thể xảy ra khi nguồn điện đầu vào nằm trong mức cửa sổ an toàn, như được điều chỉnh bởi P1 và P2. P1 được đặt để phát hiện mức điện áp cao trong khi P2 cho mức điện áp không an toàn thấp hơn.

Mạch cắt nguồn điện áp thấp cao, sử dụng IC 741

Chi tiết chân của IC LM 324

Danh sách bộ phận cho mạch bảo vệ điện áp cao, điện áp thấp ở trên

R1, R2, R3 = 2K2,
P1 và P2 = 10K cài đặt trước,
C1 = 220uF / 25V
Tất cả các điốt đều = 1N4007,
T1 = BC557,
Rơ le = 12 V, 400Ohms, SPDT,
opamps = 2 opamps từ IC LM 324
Zors = 4,7 vôn, 400mW,
Biến áp = 12V, 500mA

Bố cục PCB

Nguồn điện cao áp thấp bị cắt bố trí mạch PCB

Cho đến nay chúng ta đã tìm hiểu một phiên bản vi mạch của mạch, bây giờ chúng ta hãy xem cách một nguồn điện 220V hoặc 120V hoạt động trên điện áp và mạch bảo vệ điện áp có thể được chế tạo chỉ bằng một vài bóng bán dẫn.

Một mạch điện rất đơn giản được trình bày khi lắp đặt điện trong nhà có thể giúp hạn chế vấn đề ở một mức độ lớn.

Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu hai thiết kế của mạch điện áp trên và dưới, thiết kế đầu tiên dựa trên bóng bán dẫn và thiết kế còn lại sử dụng opamp.

Mạch cắt điện áp trên / dưới sử dụng bóng bán dẫn

Bạn sẽ ngạc nhiên khi biết rằng một mạch nhỏ xinh xắn cho các biện pháp bảo vệ nói trên có thể được chế tạo chỉ bằng một vài bóng bán dẫn và một vài thành phần thụ động khác.

Nhìn vào hình, chúng ta có thể thấy một cách sắp xếp rất đơn giản trong đó T1 và T2 được cố định như một cấu hình biến tần, có nghĩa là T2 phản hồi ngược lại với T1. Vui lòng tham khảo sơ đồ mạch.

Nói một cách đơn giản khi T1 dẫn, T2 chuyển sang TẮT và ngược lại. Điện áp cảm nhận được lấy từ chính điện áp nguồn DC được đưa đến chân của T1 thông qua P1 đặt trước.

Giá trị đặt trước được sử dụng để có thể xác định chính xác các ngưỡng vấp và mạch hiểu khi nào cần thực hiện các hành động điều khiển.

Cách đặt cài đặt trước để cắt tự động

P1 được thiết lập để phát hiện các giới hạn điện áp cao. Ban đầu khi điện áp nằm trong cửa sổ an toàn, T1 vẫn ở trạng thái TẮT và điều này cho phép điện áp xu hướng cần thiết đi qua P2 và đạt đến T2, giữ nó ở trạng thái BẬT.

Do đó rơ le cũng được kích hoạt và tải được kết nối sẽ nhận được điện áp xoay chiều cần thiết.

Tuy nhiên trong trường hợp giả sử, điện áp nguồn vượt quá giới hạn an toàn, điện áp mẫu cảm biến tại chân T1 cũng tăng lên trên ngưỡng đặt, T1 lập tức dẫn điện và tiếp đất cho chân T2. Điều này dẫn đến việc TẮT của T2 và cả rơ le và tải tương ứng.

“điện một pha so với điện ba pha ”

Do đó, hệ thống hạn chế điện áp nguy hiểm chạm đến tải và bảo vệ nó như mong đợi từ nó.

Bây giờ, giả sử điện áp nguồn quá thấp, T1 đã TẮT và ở tình huống này, T2 cũng ngừng dẫn điện do cài đặt của P2, được đặt để T2 ngừng dẫn điện khi đầu vào Nguồn xuống dưới một mức không an toàn nhất định.

Vì vậy, rơ le một lần nữa bị ngắt, cắt nguồn cho tải và nhắc nhở các biện pháp an toàn cần thiết.

Mặc dù mạch có độ chính xác hợp lý, nhưng ngưỡng cửa sổ quá rộng, có nghĩa là mạch chỉ kích hoạt cho các mức điện áp trên 260V và dưới 200V, hoặc trên 130V và dưới 100 V đối với đầu vào nguồn điện bình thường 120V.

Do đó, mạch có thể không hữu ích cho những người có thể đang tìm kiếm các điểm vấp và điều khiển hoàn toàn chính xác, có thể được tối ưu hóa theo sở thích cá nhân.

Để làm cho điều này có thể thực hiện được, một vài opamps có thể được bao gồm thay vì bóng bán dẫn.