Un dispositiu de tall alt / baix de xarxa de CA tallarà o desconnectarà l’alimentació de la xarxa elèctrica sempre que es detecti una situació d’alta o baixa tensió. D'aquesta manera, garanteix una seguretat total del cablejat de la llar i dels aparells contra incendis elèctrics a causa de sobretensions anormals o baixes tensions.
L'article descriu 3 circuits automàtics precisos de tall de sobretensió i baix voltatge que es poden fer a casa per protegir els electrodomèstics de les sobtades i perilloses afluències de tensió alta i baixa. El primer disseny explica un circuit basat en transformadors LM324, el segon utilitza una versió sense transformador, és a dir, funciona sense transformador, mentre que el tercer concepte explica un circuit de tall basat en transistors, que es pot instal·lar a casa per controlar sobre i sota protecció contra la tensió.
Visió general
El circuit de tall d’alta i baixa tensió de corrent altern que s’explica en aquest article és molt fàcil de construir i, tot i així, és molt fiable i precís. El circuit utilitza un IC únic LM 324 per a la detecció necessària i commuta instantàniament els relés rellevants perquè les càrregues connectades quedin aïllades de les entrades perilloses.
El circuit també proporciona indicacions visuals dels nivells de tensió respectius durant qualsevol instant.
El següent circuit utilitza un transformador per alimentar el circuit
Esquema de connexions
Llista de peces per al circuit de protecció de tensió de xarxa alta i baixa proposat.
- R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
- P1, P2, P3, P4 = 10 K predefinits
- C1 = 1000 uF / 25 V,
- OP1, OP2 = MCT 2E, acoblador opto
- Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 volts, 400 mW,
- D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
- D5, D6 = 1N4148,
- T1, T2 = BC547B,
- LED = VERMELL, VERD preferit,
- Transformador = 0 - 12 V, 500 mA
- Relé = SPDT, 12 volts, 400 Ohm
Funcionament del circuit
En una de les meves publicacions anteriors, vam veure un disseny molt senzill però eficaç d’un circuit de tall de sobretensió i baixa tensió de xarxa, que és capaç de canviar i tallar l’alimentació de la xarxa en arribar als aparells connectats un cop la tensió d’entrada es creua o per sota dels llindars perillosos.
Tanmateix, a causa de la senzillesa excessiva del disseny, que implica només un parell de transistors, el circuit té les seves pròpies limitacions, la limitació principal és la de menys precisió i una considerable histèresi, cosa que comporta un llindar alt de 60 volts entre els límits alt i baix.
El disseny actual d’un circuit de tall d’alta i baixa tensió no només és molt precís, sinó que també proporciona indicacions visuals sobre els insteps de tensió rellevants. La precisió és tan alta que pràcticament els llindars es poden separar i detectar dins d’un rang de 5 volts.
La incorporació d’opamps al circuit l’equipa amb la característica anterior i, per tant, tota la idea esdevé molt fiable.
Anem a entendre el circuit en detalls:
Com funcionen els opamps com a comparadors
Els opamps, A1, A2, A3, A4 s’obtenen a partir d’un únic IC 324, que és un CI opamp quad, que consisteix en quatre blocs opamp en un paquet.
El CI és extremadament fiable i fàcil de configurar i difícilment suposa un problema amb el seu funcionament, en resum, té unes especificacions robustes i és massa flexible amb la majoria de les configuracions.
Els quatre opamps estan equipats com a comparadors de tensió. Les entrades d'inversió de totes les opamps es fixen a un valor de referència fix de 6 volts que es realitza a través d'una xarxa de resistència / zener per a l'ec de les opamps discretament.
Les entrades que no inverteixen d’A1 a A4 estan connectades a la font d’alimentació del circuit a través d’una xarxa divisòria de tensió formada pels preajustats P1, P2, P3 i P4 respectivament.
Els ajustaments predefinits es poden ajustar com es desitgi per capgirar les sortides dels respectius opamps quan el nivell d’entrada rellevant creua el nivell de referència establert sobre les entrades inversores dels respectius opamps.
Les sortides d’A1 a A4 s’integren als indicadors LED d’una manera bastant especial. Aquí, en lloc de seguir el mètode convencional de connectar els càtodes LED a terra, es connecta a la sortida de la sortida de l’opamp anterior.
Aquesta disposició especial garanteix que només s’encengui un LED rellevant en resposta als nivells de tensió ascendents o descendents dels opamps.
Com funcionen els optoacopladors
S’introdueixen dos acobladors optics en sèrie amb els LED superiors i inferiors de manera que els optos també es comporten amb els LED rellevants durant els nivells de tensió alta i baixa, especificats com a llindars perillosos.
La conducció dels optoacobladors commuta instantàniament el transistor intern que al seu torn commuta el relé respectiu.
Els pols dels dos relés i els pols dels relés es connecten en sèrie abans de subministrar la sortida a través d’ells a la càrrega.
La connexió en sèrie dels contactes garanteix que, si es realitza algun dels relés, es produeixin talls de la xarxa elèctrica a la càrrega o a l’aparell connectat.
Per què els comparadors opamps disposats en sèrie
A nivells normals, opamp A1, A2 o fins i tot A3 pot estar conduint perquè tots aquests estan disposats en un ordre incremental i continuen commutant en seqüència en resposta a tensions que augmenten gradualment i viceversa.
Suposem que en certs nivells normals A1, A2 i A3 són conductors (sortides altes) i que A4 no condueix, en aquest punt només s’il·luminaria el LED connectat a R7, perquè el seu càtode rep el negatiu requerit de la sortida d’A4, mentre que el els càtodes dels LED inferiors són tots elevats a causa dels elevats potencials dels opamps anteriors.
El LED connectat a R8 també roman apagat perquè la sortida de A4 és baixa.
Els resultats anteriors influeixen adequadament sobre els respectius acobladors optics i sobre els relés de manera que els relés es condueixin només durant un mínim o un perillós nivells d'alt voltatge perillosos detectats només per A1 i A4 respectivament.
Utilitzar Triac en lloc de relés per al tall
Després d'algunes anàlisis, em vaig adonar que el circuit de protecció de tall de baixa i alta tensió de la xarxa anterior es podria simplificar en una versió molt més fàcil mitjançant un únic triac. Consulteu el diagrama que es mostra a continuació, s’explica per si mateix i és molt senzill d’entendre.
Tanmateix, si teniu problemes per entendre-ho, feu-me un comentari.
Modificació del disseny en una versió sense transformador
La versió del circuit de tall de baixa tensió de xarxa sense transformador del disseny explicat anteriorment es pot visualitzar al següent esquema:
Advertència: El circuit que es mostra a continuació no està aïllat de la xarxa de corrent altern. Maneu-ho amb molta precaució per evitar un contratemps fatal.
Si es pretén utilitzar un sol relé en lloc d'un triac, el disseny es podria modificar tal com es mostra a la figura següent:
Utilitzeu un condensador de 22uF / 25V a través de la base i la terra del transistor, només per assegurar-vos que el relé no tartamudeixi durant els períodes de canvi ...
Utilitzant el controlador de relé PNP
Com es mostra a la xarxa elèctrica de CA donada, circuit protector de baixa tensió , podem veure dos opamps de l’IC LM 324 que s’utilitzen per a la detecció necessària.
L'opamp superior té la seva entrada no inversora equipada amb un valor predefinit i es finalitza a la tensió de corrent continu de l'alimentació; el pin 2 proporciona un nivell de referència, de manera que tan aviat com el potencial del pin # 3 supera el llindar establert (per P1), la sortida de l’opamp augmenta.
De manera similar, l'opamp inferior també està configurat per a la detecció de llindars de tensió, però aquí els pins només s'inverteixen, cosa que fa que la sortida opamp augmenti amb la detecció d'entrada de baix voltatge.
Per tant, l’opamp superior respon al llindar d’alta tensió i l’opamp inferior al llindar de baixa tensió. Tant per a les deteccions, la sortida de l’opamp respectiu augmenta.
Els díodes D5 i D7 asseguren que la seva unió produeixi una sortida comuna a partir de les sortides de pin de sortida opamp. Per tant, sempre que qualsevol de les sortides opamp augmenta, es produeix a la unió dels càtodes D5 i D7.
La base del transistor T1 està connectada a la unió del díode anterior i, mentre la sortida d’opamps es mantingui baixa, es permet que T1 condueixi obtenint la tensió de polarització per R3.
Tanmateix, en el moment que qualsevol sortida opamp augmenta (cosa que pot ocórrer en condicions de tensió anormals), la unió del díode també es fa elevada, cosa que restringeix la conducció de T1.
El relé R1 s'apaga instantàniament a si mateix i a la càrrega connectada. Així, la càrrega connectada es manté activada sempre que les sortides opamp siguin baixes, cosa que al seu torn només pot ocórrer quan la xarxa d’entrada es troba dins del nivell de la finestra segura, tal com s’ajusta a P1 i P2. P1 està configurat per detectar nivells d’alt voltatge, mentre que P2 per al nivell de voltatge no segur més baix.
Detalls del pin de l'IC LM 324
Llista de peces per al circuit de protecció d’alta i baixa tensió de la xarxa anterior
R1, R2, R3 = 2K2,
P1 i P2 = 10K predefinits,
C1 = 220uF / 25V
Tots els díodes són = 1N4007,
T1 = BC557,
Relé = 12 V, 400 Ohms, SPDT,
opamps = 2 opamps de IC LM 324
Zeners = 4,7 volts, 400 mW,
Transformador = 12V, 500mA
Disseny de PCB
Fins ara hem après una versió IC del circuit, ara anem a veure com es pot construir un circuit de protecció de xarxa de 220V o 120V funcionant a sobre i sota tensió amb només un parell de transistors.
Un circuit molt senzill que es presenta quan s’instal·la a la casa elèctrica pot ajudar a restringir el problema en gran mesura.
Aquí aprendrem dos dissenys de circuits de sobre i baix voltatge, el primer basat en transistors i l’altre mitjançant un opamp.
Circuit de tall de sobre / baix voltatge mitjançant transistors
Us sorprendrà saber que es pot construir un petit circuit per a aquestes proteccions amb només un parell de transistors i uns quants components passius.
Veient la figura podem veure una disposició molt senzilla on T1 i T2 es fixen com a configuració d’inversors, és a dir, T2 respon de manera oposada a T1. Consulteu l’esquema del circuit.
En paraules simples quan T1 condueix, T2 s'apaga i viceversa. La tensió de detecció que es deriva de la pròpia tensió d'alimentació de CC s'alimenta a la base de T1 mitjançant la configuració P1.
El valor predeterminat s’utilitza de manera que es poden determinar amb precisió els llindars d’inici i el circuit entén quan s’han d’executar les accions de control.
Com es configura el valor predefinit per al tall automàtic
P1 està configurat per detectar límits d’alt voltatge. Inicialment, quan el voltatge es troba dins de la finestra segura, T1 roman apagat i això permet que el voltatge de polarització requerit passi a través de P2 i arribi a T2, mantenint-lo encès.
Per tant, el relé també es manté activat i la càrrega connectada rep la tensió de CA necessària.
Tanmateix, en cas que suposem, la tensió de la xarxa excedeix el límit de seguretat, la tensió de mostra de detecció a la base de T1 també augmenta per sobre del llindar establert, T1 condueix immediatament i posa a terra la base de T2. Això es tradueix en l'apagat de T2 i també del relé i la càrrega corresponent.
Així, el sistema restringeix la tensió perillosa d’arribar a la càrrega i la protegeix tal com s’esperava.
Ara suposem que la tensió de xarxa baixa massa, T1 ja està apagat i, en aquesta situació, T2 també deixa de conduir-se a causa de la configuració de P2, que està configurada de manera que T2 deixi de conduir-se quan l’entrada de xarxa baixi d’un cert nivell insegur.
Així, el relé es torna a apagar, reduint la potència a la càrrega i provocant les mesures de seguretat requerides.
Tot i que el circuit és raonablement precís, el llindar de la finestra és massa ampli, és a dir, el circuit només s’activa per a nivells de tensió superiors a 260V i inferiors a 200V, o superiors a 130V i inferiors a 100 V per a les entrades normals de subministrament de 120V.
Per tant, és possible que el circuit no sigui molt útil per a persones que estiguin buscant punts de control i controls absolutament precisos que es puguin optimitzar segons les preferències personals.
Per fer-ho possible, caldrà incloure un parell d’opamps en lloc de transistors.
Llista de peces per a la xarxa elèctrica de CA de sobre tensió, sota circuit de protecció sota tensió.
- R1, R2 = 1K,
- P1, P2 = 10K,
- T1, T2 = BC547B,
- C1 = 220uF / 25V
- RELÈ = 12 V, 400 OHMS, SPDT,
- D1 = 1N4007
- TR1 = 0-12V, 500mA
Anterior: Circuit de relé d’estat sòlid (SSR) de 220 V mitjançant Triac i OptoCoupler Següent: S'explica el circuit de llum de matriu de LED seqüencial mitjançant l'IC 4017
