Disjoncteur électronique avec protection haute / basse tension

Les fluctuations de tension ont toujours été un problème et sont responsables de la plupart des pannes des appareils CA. Que ce soit un appareil ménager normal comme un grille-pain ou une machine industrielle haute performance comme une CNC, tout a une tension nominale uniquement sur laquelle il fonctionnera sans aucun problème à son efficacité maximale. Malheureusement, nos lignes domestiques / industrielles ne nous fournissent pas cette tension nominale pour diverses raisons.Par conséquent, dans ce projet, nous allons construire un simple disjoncteur électronique qui pourrait déclencher un relais pour déconnecter la charge lorsqu'une tension haute / basse est détectée.

Ce projet est conçu autour du célèbre ampli-op LM358. Nous allons faire fonctionner l'ampli-op en mode différentiel, ce qui permet de comparer la tension actuelle avec une tension prédéfinie. L'ensemble du projet peut être construit sur une planche à pain (à l'exception des lignes électriques) et pourrait être mis en œuvre en un rien de temps. Alors commençons…..

Composants requis pour le disjoncteur:

LM358 (ampli-op à double boîtier)
7805 (régulateur + 5V)
Transformateur abaisseur 12V
Relais 5V
BC547 (2Nos)
POT variable 10K
Résistances 1K, 2K, 2.2K, 10K, 5.1K
Condensateurs 100uF, 10uF, 0.1uF
Pont de diodes
Connexion des fils
Planche à pain

Schéma:

Le schéma de principe complet du disjoncteur électronique est donné dans l'image ci-dessous. Lisez plus loin pour l'explication de la même chose.

Explication du circuit:

Comme indiqué ci-dessus dans le schéma du disjoncteur, c'est vraiment simple et juste un tas de résistances, de condensateurs et d'autres choses. Mais que se passe-t-il réellement derrière tout cela? Comment les valeurs des composants sont-elles sélectionnées et quel est leur rôle ici?

J'ai essayé de répondre à cette question en les divisant en chaque segments et en les expliquant ci-dessous.

Section d'alimentation:

L'ampli opérationnel est le cœur de ce schéma de disjoncteur électronique. Nous avons besoin d'une alimentation 5V régulée pour alimenter cet ampli-op. Nous devons également fournir la tension actuelle (tension à un moment donné) à l'ampli-op. L'ampli-op ne peut gérer que jusqu'à 5V car il est alimenté par 5V. Par conséquent, nous devons convertir la tension d'entrée CA (220 V CA) en 0-5 V CC.

Ainsi, le circuit ci-dessus résout deux objectifs.

Fournir une constante 5V pour alimenter les circuits
Mappe la tension CA d'entrée à 0-5 V pour l'ampli opérationnel

Pour ce faire, nous avons utilisé un transformateur abaisseur 12V qui convertit le 220V AC en 12V AC, puis nous le redressons avec un pont de diodes en 12V DC (environ), puis régulons la tension à 5V en utilisant un régulateur de tension 7805. Toute modification de la tension d'entrée affectera la valeur de la tension du côté sortie du pont de diodes. Par conséquent, cette tension peut être considérée comme la «tension actuelle» du secteur CA. En utilisant une résistance de 5,1 K et un POT de 10 K (formant un diviseur de potentiel), nous avons mappé la tension entre 0 et 5 V.

Section ampli-op:

Cette section est la partie où la comparaison a lieu. Nous avons deux subdivisions dans la section op-amp. L'un est utilisé pour comparer la «tension actuelle» avec la valeur haute tension et l'autre est utilisé pour comparer avec la valeur basse tension. Les deux sections sont présentées dans l'image ci-dessous.

Le circuit de l'amplificateur opérationnel illustré ci-dessus est le mode différentiel d'un amplificateur opérationnel. Les ampli-op sont vraiment un cheval de bataille pour la plupart des circuits électroniques, il a de nombreux modes de fonctionnement et des applications comme sommation, soustraction, amplification etc… Nous l'avons utilisé comme comparateur de tension ici.

Alors, qu'est-ce qu'un comparateur de tension et pourquoi en avons-nous besoin ici?

Un comparateur de tension dans notre cas compare la tension entre les broches 3 et 2 et si la tension sur la broche 3 est supérieure à la broche 2, la sortie sur la broche 1 devient élevée (3,6 V) sinon la sortie sera de 0 V. Nous comparons la «tension actuelle» avec les tensions haute et basse préréglées pour obtenir un déclenchement haute / basse tension.

Dans le circuit illustré ci-dessus, le seuil de basse tension est défini sur la broche 2 à l'aide des résistances 1K et 2K. Le seuil de haute tension est défini sur les broches 5 à l'aide des résistances 1K et 2,2K.

L'utilisation de ces résistances forme un diviseur de potentiel et fournit un 3,33 V de coupure basse tension et 3,43 V comme coupure haute tension. Cela signifie que seulement si la «tension actuelle» est comprise entre 3,33 V et 3,43 V, les amplificateurs opérationnels iront haut.

Remarque: j'ai réglé les tensions de seuil à 3,33 V et 3,43 volts car ma coupure supérieure était de 230 V et la coupure de l'amant était de 220 V. Vous pouvez les régler en conséquence, puis calibrer le circuit en utilisant le potentiomètre 10K pour contrôler la «tension actuelle».

Section relais:

C'est l'endroit où nous attachons la charge CA. Le relais est utilisé pour allumer / éteindre la charge CA.

Comme discuté dans la section ampli-op. L'ampli opérationnel ne deviendra élevé que si la tension se situe entre les limites de coupure de tension haute et basse. Nous devons donc activer une charge CA uniquement si les deux sorties de l'ampli-op sont hautes. Ici, le « déclencheur basse tension » et le « déclencheur haute tension » sont respectivement la sortie des broches 1 et 7.

Seulement si les deux sont hauts, le relais obtiendra sa masse et le sera déclenché. La charge CA (ici une lampe) est connectée via le relais. Une résistance de 1K est utilisée pour la limitation du courant.

Une fois que vous comprenez comment fonctionne le circuit, le faire fonctionner ne sera pas un problème. Connectez simplement les circuits et utilisez le potentiomètre 10K pour régler notre «tension de courant» entre votre «déclencheur haute tension» et «déclencheur basse tension». Maintenant, s'il y a un changement dans la tension principale CA, l'un ou l'autre de votre ampli-op sera faible et votre relais s'éteint, désactivant ainsi la charge qui y est connectée.

Vous pouvez également utiliser le fichier de simulation ci-joint pour vérifier / modifier votre circuit en fonction de vos valeurs de seuil de tension haute ou basse.

La simulation utilise un potentiomètre pour faire varier la tension d'entrée et une LED verte comme charge. Vous pouvez également surveiller les valeurs de tension à chaque borne, ce qui vous aidera à mieux comprendre le circuit.

J'espère que vous avez aimé ce projet de disjoncteur et que vous en avez compris le fonctionnement. Le fonctionnement complet du projet peut être vu dans la vidéo ci-dessous.

Ce projet souffre des inconvénients suivants que vous voudrez peut-être prendre en compte au cas où cela vous concerne.

La tension mesurée ici n'est pas une tension Vrms. La valeur est également soumise à des pics et des ondulations
Votre charge peut subir un effet de commutation si la tension chute / augmente progressivement (dans la plupart des cas, ce n'est pas le cas).
Ne connectez pas de charges qui consomment plus de 5A de courant. Cela tuera très probablement votre relais et son pilote.

Vous pouvez également consulter ce projet similaire pour en savoir plus: Détection haute / basse tension à l'aide du microcontrôleur PIC