Un dispositivo de corte por alto / bajo de la red de CA cortará o desconectará el suministro de la red eléctrica de la casa siempre que se detecte una situación de alto o bajo voltaje. De esta manera, se garantiza una seguridad total para el cableado y los electrodomésticos de la casa contra incendios eléctricos debido a sobretensiones anormales o caídas de tensión bajas.
El artículo describe 3 circuitos de corte automático de alto y bajo voltaje que se pueden hacer en casa para proteger los electrodomésticos de afluencias repentinas y peligrosas de alto y bajo voltaje. El primer diseño explica un circuito basado en transformador LM324, el segundo circuito usa una versión sin transformador, es decir, funciona sin transformador, mientras que el tercer concepto explica un circuito de corte basado en transistor, todo lo cual se puede instalar en casa para controlar por encima y por debajo. protección de corte de voltaje.
Visión general
El circuito de corte de voltaje alto y bajo de la red de CA que se explica en este artículo es muy fácil de construir y, sin embargo, muy confiable y preciso. El circuito utiliza un IC único LM 324 para la detección necesaria y conmuta instantáneamente los relés relevantes para que las cargas conectadas estén aisladas de las entradas peligrosas.
El circuito también proporciona indicaciones visuales de los niveles de voltaje respectivos durante cualquier instante.
El siguiente circuito utiliza un transformador para alimentar el circuito.
Diagrama de circuito
Lista de piezas para el circuito protector de voltaje de red alto y bajo propuesto.
- R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 = 4K7,
- P1, P2, P3, P4 = 10 K preajustes
- C1 = 1000 uF / 25 V,
- OP1, OP2 = MCT 2E, acoplador óptico
- Z1, Z2, Z3, Z4 = 6 voltios, 400 mW,
- D1, D2, D3, D4 = 1N4007,
- D5, D6 = 1N4148,
- T1, T2 = BC547B,
- LED = ROJO, VERDE como se prefiera,
- Transformador = 0 - 12 V, 500 mA
- Relé = SPDT, 12 voltios, 400 ohmios
Operación del circuito
En una de mis publicaciones anteriores, vimos un diseño muy simple pero efectivo de un circuito de corte de sobrevoltaje y bajo voltaje de la red, que puede cambiar y cortar la energía de la red para que no llegue a los aparatos conectados una vez que el voltaje de entrada se cruzó o por debajo de los umbrales peligrosos.
Sin embargo, debido a la excesiva simplicidad del diseño, que involucra solo un par de transistores, el circuito tiene sus propias limitaciones, siendo la principal limitación una menor precisión y una histéresis considerable, lo que resulta en una brecha de umbral alta de más de 60 voltios entre los límites alto y bajo.
El diseño actual de un circuito de corte de alto y bajo voltaje no solo es muy preciso sino que también proporciona indicaciones visuales con respecto a los voltajes relevantes en los pasos. La precisión es tan alta que prácticamente los umbrales se pueden separar y detectar dentro del rango de 5 voltios.
La incorporación de amplificadores operacionales en el circuito lo dota de la característica anterior y, por lo tanto, toda la idea se vuelve muy confiable.
Entendamos el circuito en detalle:
Cómo funcionan los opamps como comparadores
Los opamps, A1, A2, A3, A4 se obtienen de un solo IC 324, que es un circuito integrado cuádruple, que consta de cuatro bloques de opamp en un paquete.
El IC es extraordinariamente confiable y fácil de configurar y apenas plantea un problema con su funcionamiento, en resumen, tiene especificaciones sólidas y es demasiado flexible con la mayoría de las configuraciones.
Los cuatro amplificadores operacionales están equipados como comparadores de voltaje. Las entradas inversoras de todos los amplificadores operacionales se sujetan a un valor de referencia fijo de 6 voltios que se realiza a través de una red de resistencia / zener para cada uno de los amplificadores operacionales discretamente.
Las entradas no inversoras de A1 a A4 están conectadas a la fuente de alimentación del circuito a través de una red divisoria de voltaje formada por los presets P1, P2, P3 y P4 respectivamente.
Los preajustes se pueden ajustar como se desee para invertir las salidas de los respectivos amplificadores operacionales cuando el nivel de entrada relevante cruza el nivel de referencia establecido sobre las entradas inversoras de los respectivos amplificadores operacionales.
Las salidas de A1 a A4 se integran a los indicadores LED de una manera bastante especial. Aquí, en lugar de seguir el método convencional de conectar los cátodos LED al suelo, se conecta a la salida de la salida del opamp anterior.
Esta disposición especial asegura que solo se encienda un LED relevante en respuesta a los niveles de voltaje ascendentes o descendentes de los amplificadores operacionales.
Cómo funcionan los optoacopladores
Se introducen dos acopladores ópticos en serie con los LED superior e inferior para que los optos también conduzcan con los LED correspondientes durante los niveles de voltaje alto y bajo, especificados como umbrales peligrosos.
La conducción de los optoacopladores conmuta instantáneamente el transistor interno que a su vez conmuta el relé respectivo.
Los polos de los dos relés y los polos de los relés se conectan en serie antes de suministrar la salida a través de ellos a la carga.
La conexión en serie de los contactos asegura que si alguno de los relés conduce, corte el suministro de red a la carga o al aparato conectado.
Por qué los comparadores de opamps están dispuestos en serie
A niveles normales, el opamp A1, A2 o incluso A3 pueden estar conduciendo porque todos estos están dispuestos en un orden incremental y continúan conmutando en secuencia en respuesta a voltajes gradualmente crecientes y viceversa.
Supongamos que en ciertos niveles normales A1, A2 y A3 son conductores (salidas altas), y A4 no conduciendo, en este punto solo se iluminaría el LED conectado a R7, porque su cátodo recibe el negativo requerido de la salida de A4, mientras que el los cátodos de los LED inferiores son todos altos debido a los altos potenciales de los amplificadores operacionales anteriores.
El LED conectado a R8 también permanece apagado porque la salida de A4 es baja.
Los resultados anteriores influyen de manera apropiada en los respectivos acopladores ópticos y los relés, de modo que los relés conducen solo durante situaciones peligrosas bajas o bajas. niveles peligrosos de alto voltaje detectado solo por A1 y A4 respectivamente.
Usar Triac en lugar de relés para el corte
Después de un análisis, me di cuenta de que el circuito protector de corte de voltaje de red alto y bajo anterior podría simplificarse en una versión mucho más fácil usando un solo triac. Consulte el diagrama que se proporciona a continuación, se explica por sí mismo y es muy fácil de entender.
Sin embargo, si tiene problemas para entenderlo, envíeme un comentario.
Modificar el diseño en una versión sin transformador
La versión del circuito de corte de alta baja tensión de red sin transformador del diseño explicado anteriormente se puede visualizar en el siguiente diagrama:
Advertencia: El circuito que se muestra a continuación no está aislado de la red CA. Manipule con extrema precaución para evitar un percance fatal.
Si se pretende utilizar un solo relé en lugar de un triac, el diseño podría modificarse como se muestra en la siguiente figura:
Utilice un condensador de 22uF / 25V en la base del transistor y la tierra, solo para asegurarse de que el relé no tartamudee durante los períodos de cambio ...
Uso del controlador de relé PNP
Como se muestra en la red CA alta dada, circuito protector de baja tensión , podemos ver que dos amplificadores operacionales del IC LM 324 se utilizan para la detección requerida.
El amplificador operacional superior tiene su entrada no inversora acoplada a un preajuste y se termina en el voltaje de suministro de CC, el pin # 2 aquí se proporciona con un nivel de referencia, de modo que tan pronto como el potencial en el pin # 3 supere el umbral establecido (por P1), la salida del opamp aumenta.
De manera muy similar, el opamp inferior también está configurado para cierta detección de umbral de voltaje, sin embargo, aquí los pines simplemente se invierten, lo que hace que la salida del opamp sea alta con la detección de entrada de bajo voltaje.
Por lo tanto, el amplificador operacional superior responde al umbral de alto voltaje y el amplificador operacional inferior al umbral de voltaje bajo. Para ambas detecciones, la salida del respectivo amplificador operacional se vuelve alta.
Los diodos D5 y D7 se aseguran de que su unión produzca una salida común desde las salidas de pines de salida opamp. Por lo tanto, siempre que cualquiera de las salidas de amplificador operacional sea alto, se produce en la unión de los cátodos D5, D7.
La base del transistor T1 está conectada a la unión de diodos anterior, y mientras la salida de amplificadores operacionales permanezca baja, se permite que T1 conduzca al obtener el voltaje de polarización a través de R3.
Sin embargo, en el momento en que la salida del amplificador operacional aumenta (lo que puede suceder durante condiciones anormales de voltaje), la unión del diodo también se vuelve alta, lo que impide que T1 conduzca.
El relé R1 se apaga instantáneamente él mismo y la carga conectada. Por lo tanto, la carga conectada permanece encendida mientras las salidas del amplificador operacional sean bajas, lo que a su vez solo puede suceder cuando la red de entrada está dentro del nivel de ventana segura, según lo ajustado por P1 y P2. P1 está configurado para detectar niveles de alto voltaje, mientras que P2 para el nivel de voltaje inseguro más bajo.
Detalles de los pines del IC LM 324
Lista de piezas para el circuito protector de alta y baja tensión de la red anterior
R1, R2, R3 = 2K2,
P1 y P2 = preajuste de 10K,
C1 = 220 uF / 25 V
Todos los diodos son = 1N4007,
T1 = BC557,
Relé = 12 V, 400 ohmios, SPDT,
amplificadores operacionales = 2 amplificadores operacionales de IC LM 324
Zeners = 4,7 voltios, 400 mW,
Transformador = 12V, 500mA
Diseño de PCB
Hasta ahora aprendimos una versión IC del circuito, ahora veamos cómo una red eléctrica de 220 V o 120 V operada sobre voltaje y circuito de protección de bajo voltaje se puede construir usando solo un par de transistores.
Un circuito muy simple presentado cuando se instala en la casa eléctrica puede ayudar a restringir el problema en gran medida.
Aquí aprenderemos dos diseños de circuitos de sobre y bajo voltaje, el primero basado en transistores y el otro usando un opamp.
Circuito de corte por sobre / bajo voltaje usando transistores
Te sorprenderá saber que se puede construir un pequeño circuito para dichas protecciones usando solo un par de transistores y algunos otros componentes pasivos.
Mirando la figura, podemos ver una disposición muy simple donde T1 y T2 están fijos como una configuración de inversor, lo que significa que T2 responde de manera opuesta a T1. Consulte el diagrama del circuito.
En palabras simples cuando T1 conduce, T2 se apaga y viceversa. La tensión de detección que se deriva de la tensión de alimentación de CC en sí se alimenta a la base de T1 a través del preajuste P1.
El preajuste se utiliza para que los umbrales de disparo se puedan determinar con precisión y el circuito entienda cuándo ejecutar las acciones de control.
Cómo configurar el preajuste para el corte automático
P1 está configurado para detectar límites de alto voltaje. Inicialmente, cuando el voltaje está dentro de la ventana segura, T1 permanece apagado y esto permite que el voltaje de polarización requerido pase a través de P2 y alcance T2, manteniéndolo encendido.
Por lo tanto, el relé también se mantiene activado y la carga conectada recibe el voltaje de CA requerido.
Sin embargo, en caso de que suponga que el voltaje de la red excede el límite seguro, el voltaje de la muestra de detección en la base de T1 también se eleva por encima del umbral establecido, T1 inmediatamente conduce y conecta a tierra la base de T2. Esto da como resultado la desconexión de T2 y también el relé y la carga correspondiente.
Por lo tanto, el sistema restringe la tensión peligrosa para que no llegue a la carga y la protege como se espera de ella.
Ahora suponga que el voltaje de la red es demasiado bajo, T1 ya está apagado y en esta situación, T2 también deja de conducir debido a la configuración de P2, que está configurada para que T2 deje de conducir cuando la entrada de la red cae por debajo de un cierto nivel inseguro.
Por lo tanto, el relé se desconecta una vez más, cortando la energía a la carga y provocando las medidas de seguridad requeridas.
Aunque el circuito es razonablemente preciso, el umbral de la ventana es demasiado amplio, lo que significa que el circuito se activa solo para niveles de voltaje por encima de 260 V y por debajo de 200 V, o por encima de 130 V y por debajo de 100 V para entradas de suministro normal de 120 V.
Por lo tanto, es posible que el circuito no sea muy útil para las personas que buscan puntos de disparo y controles absolutamente precisos que puedan optimizarse según sus preferencias personales.
Para que esto sea posible, puede ser necesario incluir un par de amplificadores operacionales en lugar de transistores.
Lista de piezas para el circuito de protección de subtensión y sobretensión de la red de CA anterior.
- R1, R2 = 1K,
- P1, P2 = 10 K,
- T1, T2 = BC547B,
- C1 = 220 uF / 25 V
- RELÉ = 12V, 400 OHMIOS, SPDT,
- D1 = 1N4007
- TR1 = 0-12 V, 500 mA
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