Mi a statikus relé: Működése és alkalmazásai

A szilárdtest relé A statikus relé 1960-ban indult először. Ahogy a neve is sugallja, a statikus relé kifejezés azt jelenti, hogy ebben a relében nincsenek mozgó alkatrészek. Az elektromechanikus reléhez képest ennek a relének hosszabb az élettartama és gyorsabb a válaszsebessége. Ezeket a reléket félvezető eszközöknek tervezték, amelyek tartalmazzák integrált áramkörök , tranzisztorok, kis mikroprocesszorok, kondenzátorok stb. Szóval ezek relék típusai cserélje ki szinte az összes olyan funkciót, amelyet korábban egy elektromechanikus relével végeztek. Ez a cikk áttekintést nyújt a statikus relé – alkalmazásokkal való munka.

Mi az a statikus relé?

Az elektromosan működtetett kapcsolót, amelynek nincsenek mozgó alkatrészei, statikus relének nevezik. Az ilyen típusú relékben a kimenet egyszerűen az álló alkatrészeken keresztül érhető el, mint például a mágneses és elektronikus áramkörök . A statikus relék az elektromechanikus típusú relékhez hasonlítják, mivel ezek a relék mozgó alkatrészeket használnak a kapcsolási művelet végrehajtásához. De mindkét relé elektromos áramkörök vezérlésére szolgál egy elektromos bemenet alapján nyitott vagy zárt kapcsoló segítségével.

Az ilyen típusú reléket elsősorban hasonló funkciók ellátására tervezték elektronikus áramkör-vezérléssel, mint az elektromechanikus relék elemek vagy mozgó alkatrészek használatával. A statikus relé főként a mikroprocesszorok, analóg szilárdtest-áramkörök vagy digitális logikai áramkörök kialakításától függ.

Statikus relé blokkdiagram

A statikus relé blokkdiagramja az alábbiakban látható. A statikus relé összetevői ebben a blokkdiagramban főként egyenirányítót, erősítőt, o/p egységet és relé mérőáramkört tartalmaznak. Itt a relé mérőáramköre tartalmazza a szintérzékelőket, a logikai kaput és a komparátorokat, mint az amplitúdó és a fázis.

A fenti blokkvázlaton az átviteli vezetéket egyszerűen csatlakoztatjuk az áramváltóhoz (CT) ill potenciál transzformátor (PT), hogy az átviteli vonal biztosítsa a bemenetet a CT/PT számára.

A kimenet a áramváltó az egyenirányító bemeneteként van megadva, amely a bemeneti AC jelet egyenáramú jellé alakítja. Ezt az egyenáramú jelet egy relé mérőegysége kapja.

A mérőegység relé végrehajtja a statikus relérendszeren belül szükséges legjelentősebb műveletet azáltal, hogy érzékeli a bemeneti jel szintjét a szintérzékelőkben, és kiértékeli a jel nagyságát és fázisát a komparátorokban a logikai kapuműveletek végrehajtásához.

Ebben a relében kétféle komparátort használnak amplitúdó- és fáziskomparátorok. Az amplitúdó-összehasonlító fő funkciója a bemeneti jel nagyságának összehasonlítása, míg a fáziskomparátor a bemeneti mennyiség fázisváltozásának összehasonlítására szolgál.

Az o/p relé mérőegységet az erősítő kapja, így az felerősíti a jel nagyságát és továbbítja az o/p eszközhöz. Tehát ez az eszköz megerősíti a kioldótekercset, így kioldja a CB-t (megszakító).

Az erősítő működéséhez a relé és az o/p készülék mérőegysége extra DC tápot igényel. Tehát ez a statikus relé fő hátránya.

Statikus relé működési elve

A statikus relé működése először is az, hogy az áramváltó/potenciáltranszformátor fogadja a bemeneti feszültséget/áramjelet az átviteli vonalról és továbbítja az egyenirányítónak. Ezt követően ez az egyenirányító a váltakozó áramú jelet DC-re változtatja, és ezt a relé mérőegysége kapja meg.

Most ez a mérőegység azonosítja a bemeneti jel szintjét, majd összehasonlítja a jel nagyságát és fázisát a mérőegységben elérhető komparátorral. Ez a komparátor összehasonlítja az i/p jelet, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a jel hibás-e vagy sem. Ezt követően ez az erősítő felerősíti a jel nagyságát, és továbbítja azt az o/p eszköznek, hogy aktiválja a kioldótekercset a megszakító kioldásához.

Statikus relé típusok

Különféle típusú statikus relék állnak rendelkezésre, amelyeket alább tárgyalunk.

• Elektronikus relék.
• Átalakító relék.
• Tranzisztoros relék.
• Egyenirányító hídrelék.
• Gauss effektus relék.

Elektronikus relé

Az elektronikus relé egyfajta elektronikus kapcsoló, amelyet az áramkör érintkezőinek mechanikai beavatkozás nélküli nyitásával és zárásával működtetnek. Tehát az ilyen típusú relékben az aktuális vivőpilot továbbítási módszert használják az átviteli vonal védelmére. Az ilyen típusú relékben az elektronikus szelepeket főként mérőegységként használják.

Átalakító relé

A jelátalakító relé más néven mágneses erősítő relé, amely mechanikailag nagyon egyszerű, és bár néhányuk elektromosan kissé bonyolult lehet, így ez nem változtat a megbízhatóságon. Mivel működésük leginkább az álló alkatrészektől függ, amelyek jellemzői egyszerűen előre meghatározottak és ellenőrzöttek. Így nagyon könnyen megtervezhetők és tesztelhetők az elektromechanikus relékhez képest. Ezeknek a reléknek a karbantartása gyakorlatilag elhanyagolható.

Tranzisztor relé

A tranzisztoros relé a legáltalánosabban használt statikus relé, ahol a relé tranzisztorja triódaként működik, hogy leküzdje az elektronikus szelepek által okozott korlátokat. Ebben a relében egy tranzisztort használnak erősítőként és kapcsolóként, amely alkalmassá teszi bármilyen funkcionális jellemző elérésére. Általában a tranzisztoros áramkörök nem csak a szükséges reléfunkciókat képesek ellátni, hanem biztosítják a szükséges rugalmasságot is, hogy megfeleljenek a különböző relékövetelményeknek.

Egyenirányító hídrelék

Az egyenirányító hídrelék nagyon híresek a félvezető diódák fejlesztése miatt. Ez a fajta relé tartalmaz egy polarizált mozgó vas relét és mozgó tekercset, valamint két egyenirányító hidat. A legelterjedtebbek az egyenirányító hidakon alapuló relékomparátorok, amelyek amplitúdó- vagy fáziskomparátorként is elrendezhetők.

Gauss-effektus relék

Egyes fémek, valamint a félvezetők ellenállása alacsonyabb hőmérsékleten változik, amint ki vannak téve a relékben lévő mágneses térnek, amelyet Gauss-effektus relének neveznek. Ez a hatás főként a mélység és a szélesség arányától függ, és az arány növekedésével növekszik. Ez a hatás egyszerűen megfigyelhető egyes fémeknél szobahőmérsékleten, mint például a bizmut, az Indium Magneto, az indium-arzenid stb. Ez a típusú relé jobb a Hall-effektus reléhez képest az egyszerűbb áramkörnek és felépítésnek köszönhetően. De a statikus reléken belüli Gauss-effektus korlátozott a kristály magas költsége miatt. Tehát a polarizáló áram nem szükséges, és a kimenet viszonylag nagyobb.

Hogyan csatlakoztassunk statikus relét egy mikrokontrollerhez

A szilárdtest-relé vagy statikus relé és a mikrokontroller-szerű Arduino kártya interfészét az alábbiakban mutatjuk be. A fő különbség a normál relék és az SSR között: a normál relé mechanikus, míg az SSR nem mechanikus. Ez a statikus relé egy optocsatoló mechanizmusát használja a nagy teljesítményű terhelések szabályozására. A mechanikus relékhez hasonlóan ezek a relék egyszerűen elektromos leválasztást biztosítanak két áramkör között, valamint az optoizolátor úgy működik, mint egy kapcsoló két áramkör között.

A statikus reléknek van néhány előnye a mechanikus relékhez képest, például nagyon alacsonyabb egyenfeszültséggel, például 3 V DC-vel kapcsolhatók be. Ezek a relék nagy teljesítményű terheléseket vezérelnek, kapcsolási sebességük nagyobb, mint a mechanikus relék. Kapcsolás közben nem ad ki hangot, mivel a relében nincs mechanikus alkatrész.

Ennek az interfésznek a fő célja a szobahőmérséklet mérése, és a szobahőmérséklet alapján BE/KI kapcsolja az AC-t. Ehhez egy DHT22 hőmérséklet-érzékelőt használnak, amely alapvető és alacsony költségű páratartalom- és hőmérsékletérzékelő.

Ennek az interfésznek a szükséges összetevői főleg egy Crydom SSR, Arduino, DHT22 hőmérséklet-érzékelő stb.

Ez az érzékelő termisztort és kapacitív páratartalom érzékelőt használ a környező hőmérséklet mérésére. Digitális kimeneti jelet biztosít az adattűn. Ennek az érzékelőnek van egy hátránya; csak két másodpercenként kaphat új adatokat belőle. A DHT22 hőmérséklet érzékelő a DHT11 érzékelő továbbfejlesztése, de ennek a DHT22 érzékelőnek a páratartalom tartománya pontosabb, mint a dht11.

A fenti interfészen a szilárdtest relé közvetlenül az Arduino digitális érintkezőiről működik. Ennek a relének 3-32 V egyenfeszültségre van szüksége a másik áramkör aktiválásához. A kimeneti oldalon egyszerűen csatlakoztathat egy maximális terhelést 240 V AC és legfeljebb 40 A áramerősséggel.

Arduino kód

Töltse fel a következő kódot az Arduino táblára.

#include „DHT.h”
#define DHTPIN 2 //DHT22 digitális tű az Arduino érintkezőhöz
// Törölje a használt érzékelő megjegyzését. DHT22-t használok
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// A DHT-érzékelő inicializálása.
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println(“DHT22 teszt!”);
pinMode(7, OUTPUT); //SSR be-/kikapcsoló tű
dht.begin(); //Az érzékelő működésének megkezdése
}
void loop() {
késleltetés (2000); //2 másodperc késleltetés
// A hőmérséklet vagy a páratartalom leolvasása körülbelül 250 milliszekundumot vesz igénybe!
// Az érzékelő leolvasása is legfeljebb 2 másodperces lehet (nagyon lassú érzékelő)
// Hőmérséklet olvasása Celsius-fokban (alapértelmezett)
float t = dht.readTemperature();
Serial.print('Hőmérséklet:');
Serial.print(t); //Nyomtatási hőmérséklet a soros monitoron
Serial.print(' *C ');
if(t<=22){ //Hőmérséklet 22-nél alacsonyabb *C kapcsolja ki az AC-t (légkondicionáló)
digitalWrite(7, LOW);
}
if(t>=23){ //Hőmérséklet 22 °C-nál magasabb, kapcsolja be az AC-t (légkondicionáló)
digitalWrite(7, HIGH);
}
}

A fenti Arduino kódban először a DHT hőmérséklet-érzékelő könyvtára szerepel. Ez a könyvtár különösen a különböző hőmérséklet-érzékelőkre érvényes, mint a DHT11, DHT21 és DHT22, így ezt a három érzékelőt hasonló könyvtárral tudjuk használni.

Itt az AC BE/KI van kapcsolva a Celsius hőmérsékleten. Ha a szobahőmérséklet 22 Celsius-fok alatt van, akkor a relé kikapcsol, és ha a szoba hőmérséklete megemelkedik, a relé BE kapcsol, és automatikusan BE kapcsolja az AC-t. Minden leolvasás között két másodperces késleltetés van, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a hőmérséklet-érzékelő frissítette-e a leolvasást, amely nem azonos a leolvasás előtti értékkel.

Itt a fő hátrány az, hogy amikor a helyiség hőmérséklete 30 Celsius-fokra emelkedik, akkor a relé felmelegszik. Tehát a hűtőbordát a relével együtt kell felszerelni.

Statikus relé vs elektromágneses relé

A statikus relé és az elektromágneses relé közötti különbség a következőket tartalmazza.

Előnyök és hátrányok

Az a statikus relé előnyei a következőket tartalmazzák.

• Ezek a relék nagyon kevesebb energiát fogyasztanak.
• Ez a relé nagyon gyors választ, nagy megbízhatóságot, pontosságot és hosszú élettartamot biztosít, és ütésálló.
• Nem tartalmaz semmilyen hőtárolási problémát
• Ez a típusú relé felerősíti az i/p jelet, ami növeli az érzékenységüket.
• A nem kívánt botlás esélye kisebb.
• Ezek a relék maximális ütésállósággal rendelkeznek, így könnyen működhetnek földrengésveszélyes területeken.
• Kevesebb karbantartást igényel.
• Nagyon gyors válaszideje van.
• Az ilyen típusú relék ütés- és rezgésállóságot biztosítanak.
• Nagyon gyors visszaállítási ideje van.
• Rendkívül hosszú ideig működik
• Nagyon kevesebb energiát fogyaszt, és a másodlagos egyenáramú tápegységről veszi az áramot

Az statikus relék hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A relében használt alkatrészek rendkívül érzékenyek az elektrosztatikus kisülésekre, amelyek váratlan elektronáramlást jelentenek a töltött tárgyak között. Ezért speciális karbantartást kell végezni az alkatrészeken, hogy ne befolyásolja az elektrosztatikus kisüléseket.
• Ezt a relét könnyen érintik a nagyfeszültségű túlfeszültségek. Ezért óvintézkedéseket kell tenni a feszültségcsúcsok során bekövetkező károsodások elkerülése érdekében.
• A relé működése elsősorban az áramkörben használt alkatrészektől függ.
• Ennek a relének kisebb a túlterhelési kapacitása.
• Az elektromágneses reléhez képest ez a relé rendkívül költséges.
• Ezt a relé konstrukciót egyszerűen befolyásolja a környező interferencia.
• Ezek reagálnak a feszültség tranziensekre.
• Az ezekben a relékben használt félvezető eszközök, például diódák, tranzisztorok stb. jellemzői a hőmérséklet és az öregedés hatására változnak.
• Ezeknek a reléknek a megbízhatósága elsősorban számos apró alkatrésztől és azok csatlakozásától függ.
• Ezeknek a reléknek kisebb a rövid idejű túlterhelési kapacitása az elektromechanikus relékhez képest.
• Ennek a relének a működését egyszerűen befolyásolhatja az alkatrészek elöregedése.
• Ezt a relé működési sebességét az alkatrész mechanikai tehetetlensége korlátozza.
• Ezek kereskedelmi célokra nem alkalmazhatók.

Alkalmazások

Az statikus relé alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• Ezeket a reléket széles körben használják az EHV-A.C távolságvédelemmel ellátott távvezetékek nagyon nagy sebességű védelmi rendszereiben.
• Ezeket földzárlat- és túláramvédelmi rendszerekben is használják.
• Ezeket a hosszú és közepes sebességváltó védelmére használják.
• A párhuzamos adagolók védelmére szolgál.
• Biztonságot ad az egységnek.
• Ezeket összekapcsolt és T-csatlakozású vonalakban használják.

Tehát erről szól az egész egy statikus relé áttekintése – alkalmazásokkal való munka. Ezeket a reléket félvezető kapcsolónak is nevezik, amelyet a terhelés BE- és KIkapcsolásával vezérelnek, miután a külső feszültségellátást az eszköz bemeneti kapcsain keresztül kapják. Ezek a relék olyan félvezető eszközök, amelyek szilárdtest félvezető elektromos tulajdonságokat, például MOSFET-et, tranzisztorokat és TRIAC-t használnak a bemeneti és kimeneti kapcsolási műveletek végrehajtására. Itt egy kérdés, hogy mi az elektromágneses relé?