Disjuntor eletrônico com proteção de alta / baixa tensão

As flutuações de voltagem sempre foram um problema e são responsáveis ​​pela maioria das falhas em aparelhos de CA. Seja um eletrodoméstico normal como uma Torradeira ou uma máquina industrial de alto desempenho como um CNC, tudo tem uma tensão nominal apenas na qual funcionará sem problemas em sua eficiência máxima. Infelizmente nossas Linhas Domésticas / Industriais não nos fornecem essa tensão nominal devido a vários motivos, portanto, neste projeto vamos construir um disjuntor eletrônico simples que poderia acionar um relé para desligar a carga quando uma tensão alta / baixa for detectada.

Este projeto foi desenvolvido em torno do famoso op-amp LM358. Vamos fazer o amplificador operacional funcionar no modo Diferencial, fazendo com que ele compare a tensão atual com uma tensão predefinida. Todo o projeto pode ser construído em uma placa do pão (exceto as linhas de energia) e pode ser feito para funcionar em nenhum momento. Então, vamos começar…

Componentes necessários para o disjuntor:

1. LM358 (amp-op de pacote duplo)
2. 7805 (regulador + 5V)
3. Transformador Abaixador 12V
4. Relé 5V
5. BC547 (2Nos)
6. POT variável de 10K
7. Resistores 1K, 2K, 2,2K, 10K, 5,1K
8. Capacitores 100uF, 10uF, 0,1uF
9. Ponte de Diodo
10. Fios de conexão
11. Tábua de pão

Diagrama de circuito:

O diagrama esquemático completo do disjuntor eletrônico é dado na imagem abaixo. Leia mais para a explicação do mesmo.

Explicação do circuito:

Como mostrado acima no esquema do disjuntor, é realmente simples e apenas um monte de resistores, capacitores e outras coisas. Mas o que realmente acontece por trás de tudo isso. Como os valores dos componentes são selecionados e qual é o papel deles aqui?

Tentei responder a essa pergunta dividindo-os em cada segmento e explicando-os abaixo.

Seção de energia:

O op-amp é o coração deste diagrama de disjuntor eletrônico. Precisamos de uma fonte regulada de 5 V para alimentar este amplificador operacional. Além disso, precisamos alimentar a tensão atual (tensão em qualquer momento) para o amplificador operacional. O op-amp pode suportar apenas até 5V, pois é alimentado por 5V. Portanto, precisamos converter a tensão de entrada CA (220 V CA) para 0-5 V CC.

Portanto, o circuito acima resolve dois propósitos.

1. Fornece 5 V constantes para ligar o circuito
2. Mapeia a tensão de entrada CA para 0-5 V para o amplificador operacional

Para conseguir isso, usamos um transformador Abaixador de 12 V que converte 220 V CA em 12 V CA, então retificamos com uma ponte de diodo para 12 V CC (Aprox) e então regulamos a tensão para 5 V usando um regulador de tensão 7805. Quaisquer mudanças na tensão de entrada afetarão o valor da tensão no lado da saída da ponte de diodo. Portanto, esta tensão pode ser considerada como a “tensão atual” da rede elétrica CA. Usando um resistor de 5.1K e um POT de 10K (formando um divisor de potencial), mapeamos a tensão entre 0-5V.

Seção Op-Amp:

Esta seção é a parte onde ocorre a comparação. Temos duas subdivisões na seção op-amp. Um é usado para comparar a “tensão atual” com o valor de alta tensão e o outro é usado para comparar com o valor de baixa tensão. Ambas as seções são mostradas na imagem abaixo.

O circuito do op-amp mostrado acima é o modo diferencial de um op-amp. Op-amp são realmente um cavalo de trabalho para a maioria dos circuitos eletrônicos, ele tem muitos modos de operação e aplicações como somar, subtrair, amplificar etc… Nós o usamos como um comparador de tensão aqui.

Então, o que é um comparador de tensão e por que precisamos deles aqui?

Um comparador de tensão em nosso caso compara a tensão entre os pinos 3 e 2 e se a tensão no pino 3 for maior que o pino 2, a saída no pino 1 fica alta (3,6 V), caso contrário, a saída será 0 V. Comparamos a “tensão atual” com a tensão alta e baixa predefinida para obter um disparo de tensão alta / baixa.

No circuito mostrado acima, o limite de baixa tensão é definido no pino 2 usando os resistores 1K e 2K. O limite de alta tensão é definido nos pinos 5 usando os resistores de 1K e 2,2K.

Usar esses resistores forma um divisor de potencial e fornece um corte de baixa tensão de 3,33 V e um corte de alta tensão de 3,43 V. Isso significa que apenas se a “tensão da corrente” estiver entre 3,33 V a 3,43 V ambos os amplificadores operacionais ficarão altos.

Nota: Eu defini as tensões de limite em 3,33 V e 3,43 Volts, uma vez que meu corte superior foi de 230 V e o corte de nível superior foi de 220 V. Você pode configurá-los de acordo e calibrar o circuito usando o potenciômetro de 10K para controlar a “tensão atual”.

Seção de retransmissão:

Este é o local onde conectamos a carga CA. O relé é usado para LIGAR / DESLIGAR a carga CA.

Conforme discutido na seção op-amp. Ambos os amplificadores operacionais ficarão altos apenas se a tensão estiver entre os limites de corte de tensão alta e baixa. Portanto, temos que ligar uma carga CA apenas se ambas as saídas do amplificador operacional estiverem altas. Aqui, o “ Gatilho de baixa tensão ” e o “ Gatilho de alta tensão ” são a saída do pino 1 e pino 7, respectivamente.

Somente se ambos estiverem altos, o relé obterá seu aterramento e será acionado. A carga CA (aqui uma lâmpada) id conectada através do relé. Um resistor de 1K é usado para limitação de corrente.

Depois de entender como funciona o circuito, fazê-lo funcionar não será um problema. Simplesmente conecte os circuitos e use o potenciômetro de 10K para definir nossa “tensão atual” entre seu “Disparador de alta tensão” e “Disparador de baixa tensão”. Agora, se houver qualquer alteração na tensão principal CA, qualquer um de seu amplificador operacional ficará baixo e seu relé será desligado, desligando assim a carga conectada a ele.

Você também pode usar o arquivo de simulação anexado aqui, para verificar / modificar seu circuito com base em seus valores de limite de tensão alta ou baixa.

A simulação usa um potenciômetro para variar a tensão de entrada e um LED verde como carga. Você também pode monitorar os valores de tensão em cada terminal, o que o ajudará a entender o circuito muito melhor.

Espero que você tenha gostado deste projeto de disjuntor e tenha entendido o funcionamento por trás dele. O funcionamento completo do projeto pode ser conferido no vídeo abaixo.

Este projeto sofre das seguintes desvantagens que você pode querer considerar apenas no caso de isso significar para você.

1. A tensão medida aqui não é a tensão Vrms. O valor também está sujeito a picos e ondulações
2. Sua carga pode experimentar um efeito de comutação se a tensão cair / aumentar gradualmente (na maioria dos casos, isso não acontecerá).
3. Não conecte cargas que consumam corrente superior a 5A. Isso provavelmente matará seu relé e seu driver.

Você também pode verificar este projeto semelhante para saber mais: Detecção de alta / baixa tensão usando microcontrolador PIC