Mikä on staattinen rele: Toimii ja sen sovellukset

Kiinteä olomuoto rele tai staattinen rele käynnistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1960. Kuten nimestä voi päätellä, staattisen releen termi staattinen tarkoittaa, että tässä releessä ei ole liikkuvia osia. Sähkömekaaniseen releeseen verrattuna tämän releen käyttöikä on pidempi ja vastenopeus nopeampi. Nämä releet suunniteltiin puolijohdelaitteiksi, jotka sisältävät integroidut piirit , transistorit, pienet mikroprosessorit, kondensaattorit jne. Joten nämä reletyypit korvaa lähes kaikki toiminnot, jotka suoritettiin aiemmin sähkömekaanisen releen kautta. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta a staattinen rele – sovellusten parissa työskenteleminen.

Mikä on staattinen rele?

Sähkökäyttöinen kytkin, jossa ei ole liikkuvia osia, tunnetaan staattisena releenä. Tämän tyyppisissä releissä lähtö saavutetaan yksinkertaisesti kiinteiden komponenttien, kuten magneettisten ja elektroniset piirit . Staattisia releitä verrataan sähkömekaanisiin releisiin, koska nämä releet käyttävät liikkuvia osia kytkentätoiminnon suorittamiseen. Mutta molempia releitä käytetään ohjaamaan sähköpiirejä kytkimellä, joka on auki tai kiinni sähkötulon perusteella.

Tämäntyyppiset releet on suunniteltu pääasiassa suorittamaan samanlaisia ​​toimintoja käyttämällä elektronista piiriohjausta, kuten sähkömekaaninen rele suorittaa elementtejä tai liikkuvia osia käyttämällä. Staattinen rele riippuu pääasiassa mikroprosessorien, analogisten puolijohdepiirien tai digitaalisten logiikkapiirien rakenteesta.

Staattisen releen lohkokaavio

Staattisen releen lohkokaavio on esitetty alla. Tämän lohkokaavion staattiset relekomponentit sisältävät pääasiassa tasasuuntaajan, vahvistimen, o/p-yksikön ja releen mittauspiirin. Tässä releen mittauspiiri sisältää tasoilmaisimet, logiikkaportin ja vertailijat kuten amplitudi ja vaihe.

Yllä olevassa lohkokaaviossa siirtojohto on yksinkertaisesti kytketty virtamuuntajaan (CT) tai potentiaalinen muuntaja (PT) niin, että siirtolinja tarjoaa syötteen CT/PT:lle.

Tuotos virtamuuntaja annetaan tulona tasasuuntaajalle, joka tasasuuntaa tulon AC-signaalin DC-signaaliksi. Tämä DC-signaali annetaan releen mittausyksikölle.

Mittausyksikön rele suorittaa merkittävimmän staattisessa relejärjestelmässä tarvittavan toiminnon havaitsemalla tulosignaalin tason kaikkialla tasoilmaisimissa ja arvioimalla signaalin suuruuden ja vaiheen kaikkialla komparaattoreissa loogisten hilatoimintojen suorittamiseksi.

Tässä releessä käytetään kahdenlaisia ​​amplitudi- ja vaihevertailijoita. Amplitudivertailijan päätehtävä on verrata tulosignaalin suuruutta, kun taas vaihevertailijaa käytetään tulosuureen vaihevaihtelun vertaamiseen.

Releen mittausyksikkö o/p annetaan vahvistimelle niin, että se vahvistaa signaalin suuruutta ja välittää sen o/p-laitteeseen. Joten tämä laite vahvistaa laukaisukelaa niin, että se laukaisee CB:n (virtakatkaisija).

Releen ja o/p-laitteen mittausyksikkö vaatii vahvistimen toimintaa varten ylimääräisen DC-syötön. Tämä on siis tämän staattisen releen suurin haittapuoli.

Staattisen releen toimintaperiaate

Staattisen releen toiminta on ensinnäkin se, että virtamuuntaja/potentiaalimuuntaja vastaanottaa tulojännitteen/virtasignaalin siirtojohdosta ja antaa sen tasasuuntaajalle. Tämän jälkeen tämä tasasuuntaaja muuttaa AC-signaalin DC:ksi ja tämä välitetään releen mittausyksikölle.

Nyt tämä mittausyksikkö tunnistaa tulosignaalin tason, minkä jälkeen se vertaa signaalin suuruutta ja vaihetta mittausyksikössä olevaan vertailulaitteeseen. Tämä vertailulaite vertaa i/p-signaalia varmistaakseen, onko signaali viallinen vai ei. Sen jälkeen tämä vahvistin vahvistaa signaalin voimakkuutta ja lähettää sen o/p-laitteeseen laukaisukelan aktivoimiseksi katkaisijan laukaisemiseksi.

Staattiset reletyypit

Saatavilla on erilaisia ​​staattisia releitä, joita käsitellään alla.

• Elektroniset releet.
• Anturin releet.
• Transistorireleet.
• Tasasuuntaajan siltareleet.
• Gauss-efektireleet.

Elektroninen rele

Elektroninen rele on eräänlainen elektroninen kytkin, jota käytetään piirin koskettimien ohjaamiseen avaamalla ja sulkemalla ilman mekaanista toimintaa. Joten tämän tyyppisessä releessä nykyistä kantoaallon pilottivälitysmenetelmää käytetään siirtolinjan suojaamiseen. Tämäntyyppisissä releissä elektronisia venttiileitä käytetään pääasiassa mittausyksiköinä.

Anturin rele

Muuntimen rele tunnetaan myös magneettivahvistimen releenä, joka on mekaanisesti hyvin yksinkertainen ja vaikka jotkut niistä saattavat olla sähköisesti vähän monimutkaisia, joten tämä ei muuta niiden luotettavuutta. Koska niiden toiminta on enimmäkseen riippuvainen kiinteistä komponenteista, joiden ominaisuudet ovat yksinkertaisesti ennalta määrättyjä ja tarkistettuja. Siksi ne on erittäin helppo suunnitella ja testata sähkömekaanisiin releisiin verrattuna. Näiden releiden huolto on käytännössä mitätöntä.

Transistorirele

Transistorirele on yleisimmin käytetty staattinen rele, jossa tämän releen transistori toimii triodina voittaakseen elektronisten venttiilien aiheuttamat rajoitukset. Tässä releessä transistoria käytetään vahvistuslaitteena ja kytkinlaitteena, mikä tekee siitä sopivan minkä tahansa toiminnallisen ominaisuuden saavuttamiseen. Yleensä transistoripiirit eivät voi suorittaa vain tarvittavia reletoimintoja, vaan ne tarjoavat myös tarvittavan joustavuuden erilaisiin relevaatimuksiin.

Tasasuuntaajan siltareleet

Tasasuuntaajasiltareleet ovat erittäin kuuluisia puolijohdediodien kehityksen vuoksi. Tällainen rele sisältää polarisoidun liikkuvan rautareleen ja liikkuvan kelan sekä kaksi tasasuuntaussiltaa. Yleisimmät ovat tasasuuntaussiltapohjaiset relekomparaattorit, jotka voidaan järjestää joko amplitudi- tai vaihevertailijoiksi.

Gauss-efektireleet

Joidenkin metallien ja puolijohteiden ominaisvastus muuttuu alhaisemmissa lämpötiloissa, kun ne altistetaan releissä olevalle magneettikentälle, joka tunnetaan Gauss-efektireleenä. Tämä vaikutus riippuu pääasiassa syvyyden ja leveyden suhteesta ja kasvaa tämän suhteen kasvaessa. Tämä vaikutus havaitaan yksinkertaisesti joissakin metalleissa huoneenlämmössä, kuten vismutissa, indiummagneetissa, indiumarsenidissa jne. Tämäntyyppinen rele on parempi verrattuna Hall-efektireleeseen yksinkertaisemman piirin ja rakenteen ansiosta. Mutta gauss-ilmiö staattisissa releissä on rajoitettu kristallin korkeiden kustannusten vuoksi. Joten polarisoiva virta ei ole välttämätön ja lähtö on suhteellisen korkeampi.

Staattisen releen liittäminen mikro-ohjaimeen

Puolijohdereleen tai staattisen releen liitäntä mikro-ohjaimen kaltaiseen Arduino-levyyn on esitetty alla. Suurin ero normaalien releiden ja SSR:n välillä on; normaali rele on mekaaninen, kun taas SSR ei ole mekaaninen. Tämä staattinen rele käyttää optoerottimen mekanismia suuritehoisten kuormien ohjaamiseen. Kuten mekaaniset releet, nämä releet yksinkertaisesti tarjoavat sähköisen eristyksen kahden piirin välillä, ja optoeristin toimii kuin kytkin kahden piirin välillä.

Staattisilla releillä on joitain etuja verrattuna mekaanisiin releisiin, kuten ne voidaan kytkeä päälle hyvin pienemmällä tasajännitteellä, kuten 3 V DC. Nämä releet ohjaavat suuritehoisia kuormia, niiden kytkentänopeus on suurempi kuin mekaanisilla releillä. Kytkennän aikana se ei tuota ääntä, koska releessä ei ole mekaanista komponenttia.

Tämän liitännän päätarkoitus on mitata huonelämpötilaa ja se kytkee AC:n päälle/pois huonelämpötilan perusteella. Tätä varten käytetään DHT22-lämpötila-anturia, joka on perustavanlaatuinen ja edullinen kosteus- ja lämpötila-anturi.

Tämän liitännän tarvittavia komponentteja ovat pääasiassa Crydom SSR, Arduino, DHT22 lämpötila-anturi jne. Anna liitännät alla olevan liitännän mukaisesti.

Tämä anturi käyttää termistoria ja kapasitiivista kosteusanturia ympäristön lämpötilan mittaamiseen. Se tarjoaa digitaalisen lähtösignaalin datanastassa. Tällä anturilla on yksi haitta; voit saada uusia tietoja vain siitä kahden sekunnin välein. DHT22-lämpötila-anturi on DHT11-anturin päivitys, mutta tämän DHT22-anturin kosteusalue on tarkempi kuin dht11.

Yllä olevassa liitännässä puolijohderele toimii suoraan Arduinon digitaalisista nastoista. Tämä rele tarvitsee 3 - 32 volttia tasavirtaa toisen piirin aktivoimiseksi. Lähtöpuolella voit yksinkertaisesti kytkeä maksimikuorman 240 voltin vaihtovirralla ja jopa 40 A virralla.

Arduino koodi

Lataa seuraava koodi Arduino-levylle.

#include 'DHT.h'
#define DHTPIN 2 //DHT22 digitaalinen nasta Arduino-nastaliitäntään
// Poista käyttämäsi anturin kommentti. Käytän DHT22:ta
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// Alusta DHT-anturi.
DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println('DHT22-testi!');
pinMode(7, OUTPUT); //SSR:n päälle/poiskytkentänasta
dht.begin(); //Aloita anturin toiminta
}
void loop() {
viive (2000); //2 sekunnin viive
// Lämpötilan tai kosteuden lukeminen kestää noin 250 millisekuntia!
// Anturin lukemat voivat myös olla jopa 2 sekuntia 'vanhoja' (sen erittäin hidas anturi)
// Lue lämpötila Celsius-asteina (oletus)
float t = dht.readTemperature();
Serial.print('Lämpötila:');
Serial.print(t); //Tulostuslämpötila sarjanäytössä
Serial.print(' *C ');
if(t<=22){ //Lämpötila alle 22 *C sammuta AC (ilmastointilaite)
digitalWrite(7, LOW);
}
if(t>=23){ //Lämpötila yli 22 *C kytke AC (ilmastointilaite) päälle
digitalWrite(7, KORKEA);
}
}

Yllä olevassa Arduino-koodissa DHT-lämpötila-anturin kirjasto sisältyy ensin. Tämä kirjasto sopii erityisesti erilaisille lämpötila-antureille, kuten DHT11, DHT21 ja DHT22, joten voimme hyödyntää näitä kolmea anturia samankaltaisella kirjastolla.

Tässä AC kytketään päälle/pois celsiusasteen lämpötilassa. Jos huoneen lämpötila on alle 22 astetta, rele kytkeytyy pois päältä ja jos huonelämpötila nousee, rele kytkeytyy PÄÄLLE ja kytkee AC:n automaattisesti PÄÄLLE. Jokaisen lukeman välillä on kahden sekunnin viive varmistaakseen, että lämpötila-anturi on päivittänyt lukeman vai ei, mikä ei ole sama kuin ennen lukemaa.

Tässä suurin haittapuoli on aina kun huoneen lämpötila nousee 30 asteeseen, niin rele kuumenee. Jäähdytyselementti on siis asennettava releen kanssa.

Staattinen rele vs sähkömagneettinen rele

Ero staattisen releen ja sähkömagneettisen releen välillä sisältää seuraavan.

Hyödyt ja haitat

The staattisen releen edut Sisällytä seuraavat.

• Nämä releet kuluttavat hyvin vähemmän virtaa.
• Tämä rele antaa erittäin nopean vasteen, korkean luotettavuuden, tarkkuuden ja pitkän käyttöiän ja on iskunkestävä.
• Se ei sisällä lämpövarastointiongelmia
• Tämän tyyppinen rele vahvistaa i/p-signaalia, mikä parantaa niiden herkkyyttä.
• Ei-toivotun kompastumisen mahdollisuus on pienempi.
• Näillä releillä on maksimaalinen iskunkesto, joten ne toimivat helposti maanjäristysalttiilla alueilla.
• Se vaatii vähemmän huoltoa.
• Sillä on erittäin nopea vasteaika.
• Tämäntyyppiset releet kestävät iskuja ja tärinää.
• Siinä on erittäin nopea nollausaika.
• Se toimii erittäin pitkän ajan
• Se kuluttaa hyvin vähemmän virtaa ja ottaa virran toissijaisesta tasavirtalähteestä

The staattisten releiden haitat Sisällytä seuraavat.

• Tässä releessä käytetyt komponentit reagoivat erittäin hyvin sähköstaattisiin purkauksiin, mikä tarkoittaa odottamattomia elektronivirtoja varautuneiden kohteiden välillä. Komponenttien erityishuolto on siis tarpeen, jotta se ei vaikuta sähköstaattisiin purkauksiin.
• Tähän releeseen vaikuttavat helposti korkeat jännitepiikit. Siksi on ryhdyttävä varotoimenpiteisiin, jotta vältetään vauriot jännitepiikkeissä.
• Releen toiminta riippuu pääasiassa piirissä käytetyistä komponenteista.
• Tällä releellä on vähemmän ylikuormituskapasiteettia.
• Sähkömagneettiseen releeseen verrattuna tämä rele on erittäin kallis.
• Tähän relerakenteeseen vaikuttavat yksinkertaisesti ympäröivät häiriöt.
• Nämä reagoivat jännitetransienteihin.
• Näissä releissä käytetyt puolijohdelaitteiden ominaisuudet, kuten diodit, transistorit jne., muuttuvat lämpötilan ja ikääntymisen myötä.
• Näiden releiden luotettavuus riippuu pääasiassa useista pienistä komponenteista ja niiden liitännöistä.
• Näillä releillä on pienempi lyhytaikainen ylikuormituskyky verrattuna sähkömekaanisiin releisiin.
• Tämän releen toimintaan voi yksinkertaisesti vaikuttaa komponenttien ikääntyminen.
• Tätä releen toimintanopeutta rajoittaa komponentin mekaaninen inertia.
• Nämä eivät sovellu kaupallisiin tarkoituksiin.

Sovellukset

The staattisen releen sovellukset Sisällytä seuraavat.

• Näitä releitä käytetään laajasti etäisyyssuojattujen EHV-A.C-siirtolinjojen erittäin nopeisiin suojajärjestelmiin.
• Näitä käytetään myös maasulku- ja ylivirtasuojajärjestelmissä.
• Näitä käytetään pitkän ja keskisuuren vaihteiston suojauksessa.
• Sitä käytetään rinnakkaisten syöttölaitteiden suojaamiseen.
• Se antaa yksikölle varaturvan.
• Näitä käytetään yhteenliitetyissä ja T-liitetyissä linjoissa.

Tästä siis kaikesta on kyse staattisen releen yleiskuvaus – sovellusten parissa työskenteleminen. Näitä releitä kutsutaan myös puolijohdekytkimeksi, jota käytetään ohjaamaan kuormaa kytkemällä ON ja OFF, kun ulkoinen jännitesyöttö on annettu laitteen tuloliittimien yli. Nämä releet ovat puolijohdelaitteita, jotka käyttävät puolijohdepuolijohteiden sähköisiä ominaisuuksia, kuten MOSFETiä, transistoreita ja TRIAC:ia tulo- ja lähtökytkentätoimintojen suorittamiseen. Tässä on sinulle kysymys, mikä on sähkömagneettinen rele?