Kaj je statični rele: delovanje in njegove aplikacije

Trdno stanje rele ali statični rele je bil prvič predstavljen leta 1960. Kot že ime pove, izraz statični v statičnem releju pomeni, da ta rele nima gibljivih delov. V primerjavi z elektromehanskim relejem je življenjska doba tega releja daljša in njegova odzivna hitrost je hitrejša. Ti releji so bili zasnovani kot polprevodniške naprave, ki vključujejo integrirana vezja , tranzistorji, majhni mikroprocesorji, kondenzatorji itd. Torej ti vrste relejev nadomesti skoraj vse funkcije, ki so bile prej opravljene prek elektromehanskega releja. Ta članek obravnava pregled a statični rele – delo z aplikacijami.

Kaj je statični rele?

Električno upravljano stikalo, ki nima gibljivih delov, je znano kot statični rele. Pri tej vrsti releja se izhod preprosto doseže s stacionarnimi komponentami, kot sta magnetni in elektronska vezja . Statične releje primerjamo z releji elektromehanskega tipa, ker ti releji uporabljajo gibljive dele za izvedbo preklopnega dejanja. Toda oba releja se uporabljata za krmiljenje električnih tokokrogov z uporabo stikala, ki je odprto ali zaprto glede na električni vhod.

Te vrste relejev so v glavnem zasnovane za izvajanje podobnih funkcij z uporabo krmiljenja elektronskega vezja, kot jih izvaja elektromehanski rele z uporabo elementov ali gibljivih delov. Statični rele je v glavnem odvisen od zasnove mikroprocesorjev, analognih polprevodniških vezij ali digitalnih logičnih vezij.

Blokovni diagram statičnega releja

Blok diagram statičnega releja je prikazan spodaj. Komponente statičnega releja v tem blokovnem diagramu vključujejo predvsem usmernik, ojačevalnik, o/p enoto in relejno merilno vezje. Tukaj merilno vezje releja vključuje detektorje nivoja, logična vrata in primerjalnike, kot sta amplituda in faza.

V zgornjem blokovnem diagramu je daljnovod preprosto povezan s tokovnim transformatorjem (CT) oz potencialni transformator (PT), tako da prenosni vod zagotavlja vhod v CT/PT.

Izhod iz tokovni transformator je dan kot vhod v usmernik, ki popravi vhodni izmenični signal v enosmerni signal. Ta enosmerni signal je dan merilni enoti releja.

Rele merilne enote izvede najpomembnejše dejanje, ki je potrebno v statičnem relejnem sistemu, tako da zazna nivo vhodnega signala v detektorjih nivoja in oceni velikost in fazo signala v komparatorjih za izvedbo operacij logičnih vrat.

V tem releju se uporabljata dve vrsti komparatorjev, amplitudni in fazni primerjalnik. Glavna funkcija komparatorja amplitude je primerjati velikost vhodnega signala, medtem ko se fazni primerjalnik uporablja za primerjavo fazne spremembe vhodne količine.

Relejna merilna enota o/p je dana ojačevalniku, tako da ta ojača magnitudo signala in ga prenese na napravo o/p. Tako bo ta naprava okrepila sprožilno tuljavo, tako da sproži CB (odklopnik).

Za delovanje ojačevalnika, merilna enota releja in o/p naprave potrebuje dodatno napajanje z enosmernim tokom. To je torej glavna pomanjkljivost tega statičnega releja.

Načelo delovanja statičnega releja

Delovanje statičnega releja je, da najprej tokovni transformator/potencialni transformator prejme vhodni signal napetosti/toka iz daljnovoda in ga odda usmerniku. Nato ta usmernik spremeni izmenični signal v enosmerni in ta se odda v merilno enoto releja.

Zdaj ta merilna enota identificira nivo vhodnega signala, nato pa primerja velikost in fazo signala z razpoložljivim primerjalnikom v merilni enoti. Ta primerjalnik primerja signal i/p, da se prepriča, ali je signal okvarjen ali ne. Po tem ta ojačevalnik ojača magnitudo signala in ga prenese na napravo za o/p, da aktivira sprožilno tuljavo za sprožitev odklopnika.

Vrste statičnih relejev

Na voljo so različne vrste statičnih relejev, ki so obravnavani spodaj.

• Elektronski releji.
• Pretvorniški releji.
• Tranzistorski releji.
• Usmerniški mostični releji.
• Releji z Gaussovim učinkom.

Elektronski rele

Elektronski rele je ena vrsta elektronskega stikala, ki se uporablja za upravljanje kontaktov vezja z odpiranjem in zapiranjem brez mehanskega delovanja. Torej, pri tej vrsti releja se za zaščito prenosnega voda uporablja trenutna metoda prenašanja pilotnega nosilca. Pri tej vrsti relejev se elektronski ventili uporabljajo predvsem kot merilne enote.

Rele pretvornika

Transduktorski rele je znan tudi kot magnetni ojačevalni rele, ki je mehansko zelo preprost in čeprav so nekateri električno malo zapleteni, tako da to ne spremeni njihove zanesljivosti. Ker je njihovo delovanje večinoma odvisno od stacionarnih komponent, katerih karakteristike so preprosto vnaprej določene in preverjene. Zato jih je v primerjavi z elektromehanskimi releji zelo enostavno načrtovati in testirati. Vzdrževanje teh relejev je praktično zanemarljivo.

Tranzistorski rele

Tranzistorski rele je najpogosteje uporabljen statični rele, kjer tranzistor v tem releju deluje kot trioda za premagovanje omejitev, ki jih povzročajo elektronski ventili. V tem releju se tranzistor uporablja kot ojačevalna naprava in preklopna naprava, zaradi česar je primeren za doseganje katere koli funkcionalne značilnosti. Na splošno tranzistorska vezja ne morejo opravljati samo potrebnih relejskih funkcij, temveč zagotavljajo tudi zahtevano prilagodljivost, ki ustreza različnim zahtevam relejev.

Usmerniški mostni releji

Usmerniški mostični releji so zelo znani zaradi razvoja polprevodniških diod. Ta vrsta releja vključuje polariziran gibljiv železni rele in gibljivo tuljavo ter dva usmerniška mostova. Najpogostejši so relejni komparatorji na osnovi usmerniških mostov, ki so lahko razporejeni kot amplitudni ali fazni komparatorji.

Releji z Gaussovim učinkom

Upornost nekaterih kovin in polprevodnikov se spremeni pri nižjih temperaturah, ko so izpostavljeni magnetnemu polju v relejih, kar je znano kot rele z Gaussovim učinkom. Ta učinek je v glavnem odvisen od razmerja med globino in širino in se povečuje s povečanjem znotraj tega razmerja. Ta učinek je preprosto opazen pri nekaterih kovinah pri sobni temperaturi, kot so bizmut, indijev magnet, indijev arzenid itd. Ta vrsta releja je boljša v primerjavi z relejem Hallovega učinka zaradi preprostejšega vezja in konstrukcije. Toda Gaussov učinek v statičnih relejih je omejen zaradi visokih stroškov kristala. Polarizacijski tok torej ni potreben in izhod je razmeroma višji.

Kako priključiti statični rele na mikrokrmilnik

Spodaj je prikazano povezovanje polprevodniškega releja ali statičnega releja s ploščo Arduino, podobno mikrokrmilniku. Glavna razlika med običajnimi releji in SSR je; normalni rele je mehanski, medtem ko SSR ni mehanski. Ta statični rele uporablja mehanizem optičnega sklopnika za krmiljenje obremenitev velike moči. Podobno kot mehanski releji ti releji preprosto zagotavljajo električno izolacijo med dvema vezjema, optoizolator pa deluje kot stikalo med dvema vezjema.

Statični releji imajo nekaj prednosti v primerjavi z mehanskimi releji, saj jih je mogoče vklopiti z zelo nižjo enosmerno napetostjo, kot je 3 V DC. Ti releji nadzorujejo velike močnostne obremenitve, njihova preklopna hitrost je višja v primerjavi z mehanskimi releji. Med preklapljanjem ne ustvarja nobenega zvoka, ker v releju ni mehanske komponente.

Glavni namen tega vmesnika je izmeriti sobno temperaturo in vklopiti/izklopiti klimatsko napravo glede na sobno temperaturo. Za to se uporablja temperaturni senzor DHT22, ki je osnovni in poceni senzor vlage in temperature.

Zahtevane komponente tega vmesnika vključujejo predvsem Crydom SSR, Arduino, temperaturni senzor DHT22 itd. Navedite povezave v skladu s spodnjim vmesnikom.

Ta senzor uporablja termistor in kapacitivni senzor vlažnosti za merjenje temperature okolice. Zagotavlja digitalni izhodni signal na podatkovnem zatiču. Ta senzor ima eno pomanjkljivost; nove podatke lahko dobite šele po vsaki dve sekundi. Temperaturni senzor DHT22 je nadgradnja senzorja DHT11, vendar je razpon vlažnosti tega senzorja DHT22 bolj natančen v primerjavi s senzorjem dht11.

V zgornjem vmesniku polprevodniški rele deluje neposredno iz digitalnih zatičev Arduino. Ta rele potrebuje 3 do 32 voltov enosmernega toka, da aktivira drugo vezje. Na izhodni strani lahko preprosto priključite največjo obremenitev z 240 volti AC in do 40 A toka.

Koda Arduino

Na ploščo Arduino naložite naslednjo kodo.

#include “DHT.h”
#define DHTPIN 2 //Povezava digitalnega zatiča DHT22 z zatičem Arduino
// Odstranite komentar senzorju, ki ga uporabljate. Uporabljam DHT22
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// Inicializacija senzorja DHT.
DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println('Test DHT22!');
pinMode(7, IZHOD); //Pin za vklop/izklop SSR
dht.begin(); //Začetek delovanja senzorja
}
void loop() {
zamuda (2000); //2 sekundni zamik
// Odčitavanje temperature ali vlažnosti traja približno 250 milisekund!
// Odčitki senzorjev so lahko tudi do 2 sekundi 'stari' (senzor je zelo počasen)
// Branje temperature kot Celzija (privzeto)
float t = dht.readTemperature();
Serial.print(“Temperatura: “);
Serial.print(t); //Tiskanje temperature na serijski monitor
Serial.print(' *C ');
if(t<=22){ //Temperatura nižja od 22 *C izklopi AC (klimatsko napravo)
digitalWrite(7, LOW);
}
if(t>=23){ //Temperatura višja od 22 *C vklopite AC (klimatsko napravo)
digitalWrite(7, HIGH);
}
}

V zgornji kodi Arduino je najprej vključena knjižnica senzorja temperature DHT. Ta knjižnica velja zlasti za različne temperaturne senzorje, kot so DHT11, DHT21 in DHT22, tako da lahko te tri senzorje uporabimo s podobno knjižnico.

Tukaj se AC vklopi/izklopi pri temperaturi Celzija. Če je sobna temperatura nižja od 22 stopinj Celzija, se bo rele IZKLOPIL in če se bo sobna temperatura zvišala, se bo rele vklopil in samodejno vklopil AC. Med vsakim odčitkom obstaja dvosekundni zamik, da se prepriča, ali je temperaturni senzor posodobil odčitek ali ne, kar ni enako kot pred odčitkom.

Pri tem je glavna pomanjkljivost, da se rele segreje, ko se sobna temperatura dvigne na 30 stopinj Celzija. Zato je treba hladilnik namestiti z relejem.

Statični rele proti elektromagnetnemu releju

Razlika med statičnim in elektromagnetnim relejem vključuje naslednje.

Prednosti in slabosti

The prednosti statičnega releja vključujejo naslednje.

• Ti releji porabijo zelo malo energije.
• Ta rele zagotavlja zelo hiter odziv, visoko zanesljivost, natančnost in dolgo življenjsko dobo ter je odporen na udarce.
• Ne vključuje nobenih težav pri shranjevanju toplote
• Ta vrsta releja ojača signal i/p, kar poveča njihovo občutljivost.
• Možnost neželenega spotikanja je manjša.
• Ti releji imajo največjo odpornost na udarce, zato lahko brez težav delujejo v potresno izpostavljenih območjih.
• Potrebuje manj vzdrževanja.
• Ima zelo hiter odzivni čas.
• Te vrste relejev zagotavljajo odpornost na udarce in vibracije.
• Ima zelo hiter čas ponastavitve.
• Deluje izjemno dolgo
• Porabi zelo malo energije in črpa energijo iz sekundarnega enosmernega napajanja

The slabosti statičnih relejev vključujejo naslednje.

• Komponente, uporabljene v tem releju, so izjemno odzivne na elektrostatične razelektritve, kar pomeni nepričakovane tokove elektronov med nabitimi predmeti. Zato je za komponente potrebno posebno vzdrževanje, da ne bi vplivalo na elektrostatične razelektritve.
• Na ta rele zlahka vplivajo visoki napetostni sunki. Zato je treba sprejeti previdnostne ukrepe, da se izognete poškodbam med napetostnimi konicami.
• Delovanje releja je v glavnem odvisno od uporabljenih komponent v vezju.
• Ta rele ima manjšo preobremenitveno zmogljivost.
• V primerjavi z elektromagnetnim relejem je ta rele izjemno drag.
• Na to konstrukcijo releja preprosto vplivajo okoliške motnje.
• Ti se odzivajo na napetostne prehode.
• Značilnosti polprevodniških naprav, kot so diode, tranzistorji itd., ki se uporabljajo v teh relejih, se spreminjajo s temperaturo in staranjem.
• Zanesljivost teh relejev je v glavnem odvisna od številnih majhnih komponent in njihovih povezav.
• Ti releji imajo manjšo kratkotrajno preobremenitveno zmogljivost v primerjavi z elektromehanskimi releji.
• Na delovanje tega releja lahko preprosto vpliva staranje komponent.
• Ta hitrost delovanja releja je omejena z mehansko vztrajnostjo komponente.
• Te se ne uporabljajo za komercialne namene.

Aplikacije

The aplikacije statičnega releja vključujejo naslednje.

• Ti releji se pogosto uporabljajo v zelo hitrih zaščitnih sistemih daljnovodov EHV-A.C z zaščito na daljavo.
• Uporabljajo se tudi v sistemih za zaščito pred ozemljitvijo in pretokom.
• Uporabljajo se pri dolgi in srednji zaščiti prenosa.
• Uporablja se za varovanje vzporednih podajalnikov.
• Zagotavlja rezervno varnost enoti.
• Uporabljajo se v medsebojno povezanih in T-povezanih linijah.

Torej gre za vse pregled statičnega releja – delo z aplikacijami. Ti releji se imenujejo tudi polprevodniško stikalo, ki se uporablja za nadzor obremenitve z vklopom in izklopom, ko je zunanja napetost podana prek vhodnih sponk naprave. Ti releji so polprevodniške naprave, ki uporabljajo polprevodniške električne lastnosti polprevodnikov, kot so MOSFET, tranzistorji in TRIAC, za izvajanje preklopnih operacij vhoda in izhoda. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je elektromagnetni rele?