Электронный автоматический выключатель: схема, принцип работы и расчёт

Электронный автоматический выключатель — схема, работа и применение

Бытовые приборы имеют предельные значения тока и напряжения — номинальные параметры, заданные производителем. Превышение этих значений ведёт к повреждению устройств и может навредить другим приборам в сети. Причина — скачки напряжения в электросети, которые неизбежны. Статья описывает, как собрать электронный автоматический выключатель, защищающий от перенапряжений и отключающий нагрузку от сети.

• Связанная статья: Умный Wi-Fi автоматический выключатель — конструкция, монтаж и работа

Принципиальная схема электронного автоматического выключателя

Компоненты для электронного АВ

1. ОУ LM358
2. Стабилизатор 7805 = +5В
3. Реле 5В
4. Транзисторы BC547 = 2 шт.
5. Понижающий трансформатор 12В
6. Переменный резистор 10 кОм
7. Диодный мост
8. Резисторы 1 кОм, 2 кОм, 2,2 кОм, 5,1 кОм, 10 кОм
9. Конденсаторы 0,1 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ

• Связанная статья: Автоматический выключатель света в ванной — схема и принцип работы

ОУ LM358

Двухканальное операционное усиление с низким потреблением. Два независимых, внутренне частотокомпенсированных ОУ с высоким усилением. Работает от однополярного питания в широком диапазоне напряжений. Применения: DC-усилители, преобразователи датчиков, классические схемы на ОУ. Корпус 8 выводов.

Выводы 1 и 7 — выходы ОУ. Выводы 3 и 5 — неинвертирующие входы, 2 и 6 — инвертирующие. Выводы 4 и 8 — земля и VCC соответственно.

Особенности:

1. Два ОУ с внутренней частотокомпенсацией
2. Однополярное питание 3–32 В
3. Двухполярное питание ±1,5…±16 В
4. Коэффициент усиления 100 дБ, полоса пропускания 1 МГц
5. Ток потребления ~500 мкА
6. Входное смещение ~2 мВ
7. Общий режим включает потенциал земли
8. Дифференциальное входное напряжение сравнимо с напряжением питания

Связанная статья: Простая схема защиты от перенапряжения на стабилитроне

Стабилизатор 7805

Популярный линейный стабилизатор для поддержания постоянного выходного напряжения при колебаниях входного. Основные применения:

1. Стабилизатор с фиксированным выходом
2. Положительный стабилизатор в отрицательной схеме
3. Регулируемый выходной стабилизатор
4. Токовый стабилизатор
5. Регулируемый DC стабилизатор
6. Двухполярное стабилизированное питание
7. Защита от переполюсовки выхода
8. Защита от обратного смещения

Вывод	Название	Назначение
1	Input	Нерегулируемое входное напряжение
2	Ground	Соединение с землёй
3	Output	Стабилизированное выходное напряжение

Максимальный КПД при входном напряжении 7,2 В. Разница между входным и выходным напряжением рассеивается как тепло — при большой разнице нужен радиатор (отверстие в корпусе для монтажа).

Связанная статья: Автоматический дверной звонок с детекцией объекта на Arduino

Транзистор BC547

NPN биполярный транзистор. Применяется для ключевых режимов и усиления. Малый базовый ток управляет большими коллекторным и эмиттерным токами. Распиновка:

При подаче напряжения на базу течёт ток база-эмиттер, управляющий коллекторным током. Для NPN: база положительна относительно эмиттера.

Связанная статья: Схема тестера кабелей и проводов

Реле

Электрически/электромагнитно/электронно управляемый коммутатор. Может иметь множество контактов: замыкающие, размыкающие или комбинированные. Реле позволяют управлять цепью слабым сигналом или одной целью управлять несколькими цепями. Классические реле используют электромагнит, твердотельные — полупроводниковые свойства без движущихся частей. Распиновка 5В реле:

Вывод	Название	Описание
1	Катушка 1	Управление реле
2	Катушка 2	Управление реле
3	Общий (COM)	Подключение одного конца нагрузки
4	Нормально замкнут (NC)	Нагрузка подключена до срабатывания
5	Нормально разомкнут (NO)	Нагрузка отключена до срабатывания

Связанная статья: Умная домашняя автоматизация — схема и исходный код

Принцип работы электронного автоматического выключателя

Собираем по схеме. Схема состоит из трёх модулей:

• Блок питания
• Модуль ОУ
• Релейный модуль

Блок питания

ОУ — контроллер выключателя, требует 5В стабилизированного питания. Питание от сети ~220В. Сначала понижаем трансформатором до 12В~. Выпрямляем диодным мостом в 12В=. Регулируем 7805 до 5В. Делитель напряжения на переменном резисторе позволяет задавать пороговые напряжения 0–5В. Можно также использовать готовый преобразователь 12В→5В.

Связанная статья: Контроллер температуры паяльника

Модуль ОУ

Основная часть схемы — сравнение напряжений. Защита от высокого и низкого напряжения — две отдельные схемы, подключаемые к отмеченным точкам. ОУ работают в дифференциальном режиме как компараторы напряжений. На выходе HIGH или LOW после сравнения. Пороговые напряжения верхнего и нижнего пределов задаются резистивными делителями.

Связанная статья: Схема электронного глаза — LDR и ИС 4049 для охраны

Релейный модуль

После обнаружения перенапряжения или просадки напряжения электронным автомаческим выключателем, реле срабатывает. Когда оба выхода ОУ в состоянии HIGH, реле включается, нагрузка подключается к сети напрямую. Дополнительный резистор 1 кОм ограничивает ток.

Связанные проекты:

• Идеи дипломных проектов по электронике
• Идеи проектов для студентов-электронщиков
• Простые мини-проекты для начинающих
• Топ мини-проектов по электротехнике
• Дипломные проекты по электротехнике
• Лучшие проектовые идеи для инженеров-электриков