Was ist ein statisches Relais: Funktion und seine Anwendungen

Der Festkörper Relais oder statisches Relais wurde erstmals im Jahr 1960 auf den Markt gebracht. Wie der Name schon sagt, impliziert der Begriff statisch im statischen Relais, dass dieses Relais keine beweglichen Teile enthält. Im Vergleich zu einem elektromechanischen Relais ist die Lebensdauer dieses Relais länger und seine Reaktionsgeschwindigkeit ist schneller. Diese Relais wurden als Halbleiterbauelemente konzipiert, die z integrierte Schaltkreise , Transistoren, kleine Mikroprozessoren, Kondensatoren usw. Also diese Arten von Relais ersetzen fast alle Funktionen, die früher durch ein elektromechanisches Relais bewerkstelligt wurden. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über a statisches Relais – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist ein statisches Relais?

Ein elektrisch betriebener Schalter, der keine beweglichen Teile hat, wird als statisches Relais bezeichnet. Bei diesem Relaistyp wird der Ausgang einfach durch die stationären Komponenten wie magnetische & elektronische Schaltkreise . Statische Relais werden mit Relais vom elektromechanischen Typ verglichen, weil diese Relais bewegliche Teile verwenden, um einen Schaltvorgang auszuführen. Aber beide Relais werden verwendet, um elektrische Schaltkreise mit einem Schalter zu steuern, der basierend auf einem elektrischen Eingang geöffnet oder geschlossen wird.

Diese Arten von Relais sind hauptsächlich dafür ausgelegt, ähnliche Funktionen unter Verwendung einer elektronischen Schaltungssteuerung auszuführen, wie ein elektromechanisches Relais durch die Verwendung von Elementen oder beweglichen Teilen ausführt. Ein statisches Relais hängt hauptsächlich vom Design von Mikroprozessoren, analogen Festkörperschaltungen oder digitalen Logikschaltungen ab.

Blockschaltbild des statischen Relais

Das Blockdiagramm des statischen Relais ist unten dargestellt. Die statischen Relaiskomponenten in diesem Blockdiagramm umfassen hauptsächlich einen Gleichrichter, einen Verstärker, eine O/P-Einheit und einen Relaismesskreis. Hier umfasst die Messschaltung des Relais die Pegeldetektoren, das Logikgatter und die Komparatoren wie Amplitude und Phase.

Im obigen Blockschaltbild wird die Übertragungsleitung einfach mit dem Stromwandler (CT) verbunden bzw potenzieller Transformator (PT), so dass die Übertragungsleitung den Eingang zum CT/PT bereitstellt.

Die Ausgabe der Stromwandler wird als Eingang an den Gleichrichter gegeben, der das Eingangswechselstromsignal in das Gleichstromsignal gleichrichtet. Dieses DC-Signal wird an die Messeinheit eines Relais gegeben.

Das Relais der Messeinheit führt die wichtigste Aktion aus, die innerhalb des statischen Relaissystems erforderlich ist, indem es den Eingangssignalpegel durch die Pegeldetektoren erfasst und die Größe und Phase des Signals durch die Komparatoren auswertet, um die Logikgatteroperationen auszuführen.

In diesem Relais werden zwei Arten von Komparatoren verwendet, Amplituden- und Phasenkomparatoren. Die Hauptfunktion des Amplitudenkomparators besteht darin, die Größe des Eingangssignals zu vergleichen, während der Phasenkomparator verwendet wird, um die Phasenänderung der Eingangsgröße zu vergleichen.

Die Relaismesseinheit o/p wird an den Verstärker gegeben, damit er die Größe des Signals verstärkt und an das o/p-Gerät überträgt. Dieses Gerät verstärkt also die Auslösespule, sodass sie den CB (Leistungsschalter) auslöst.

Für den Betrieb des Verstärkers benötigen die Messeinheit des Relais & das O/P-Gerät eine zusätzliche DC-Versorgung. Das ist also der Hauptnachteil dieses statischen Relais.

Funktionsprinzip des statischen Relais

Die Funktionsweise des statischen Relais besteht zunächst darin, dass der Stromwandler/Potenzialwandler das Eingangsspannungs-/Stromsignal von der Übertragungsleitung empfängt und an den Gleichrichter weiterleitet. Danach wandelt dieser Gleichrichter das Wechselstromsignal in Gleichstrom um und dieser wird an die Messeinheit des Relais gegeben.

Nun identifiziert diese Messeinheit den Eingangssignalpegel, danach vergleicht sie die Größe und die Phase des Signals mit dem verfügbaren Komparator in der Messeinheit. Dieser Komparator vergleicht das i/p-Signal, um sicherzustellen, ob das Signal defekt ist oder nicht. Danach verstärkt dieser Verstärker die Größe des Signals und überträgt es an das o / p-Gerät, um die Auslösespule zu aktivieren, um den Leistungsschalter auszulösen.

Arten von statischen Relais

Es sind verschiedene Arten von statischen Relais erhältlich, die unten besprochen werden.

• Elektronische Relais.
• Wandlerrelais.
• Transistorrelais.
• Gleichrichter-Brückenrelais.
• Gauß-Effekt-Relais.

Elektronisches Relais

Ein elektronisches Relais ist eine Art elektronischer Schalter, der verwendet wird, um die Schaltkreiskontakte durch Öffnen und Schließen ohne mechanische Einwirkung zu betätigen. Bei dieser Art von Relais wird also das aktuelle Trägerpilot-Relaying-Verfahren verwendet, um die Übertragungsleitung zu schützen. Bei diesem Relaistyp werden hauptsächlich elektronische Ventile als Messeinheiten verwendet.

Wandlerrelais

Das Transduktorrelais ist auch als magnetisches Verstärkerrelais bekannt, das mechanisch sehr einfach ist und obwohl einige von ihnen elektrisch etwas kompliziert sind, ändert dies nichts an ihrer Zuverlässigkeit. Denn ihr Betrieb ist meist von stationären Komponenten abhängig, deren Eigenschaften einfach vorgegeben & verifiziert werden. Daher sind sie im Vergleich zu elektromechanischen Relais sehr einfach zu entwerfen und zu testen. Die Wartung dieser Relais ist praktisch vernachlässigbar.

Transistorrelais

Ein Transistorrelais ist das am häufigsten verwendete statische Relais, bei dem der Transistor in diesem Relais wie eine Triode arbeitet, um die durch die elektronischen Ventile verursachten Einschränkungen zu überwinden. In diesem Relais wird ein Transistor als Verstärkungsgerät und Schaltgerät verwendet, wodurch es geeignet ist, jede Funktionscharakteristik zu erreichen. Im Allgemeinen können Transistorschaltungen nicht nur die erforderlichen Relaisfunktionen ausführen, sondern auch die erforderliche Flexibilität bieten, um verschiedenen Relaisanforderungen gerecht zu werden.

Gleichrichter-Brückenrelais

Gleichrichter-Brückenrelais sind aufgrund der Entwicklung von Halbleiterdioden sehr berühmt. Diese Art von Relais umfasst ein polarisiertes Dreheisenrelais und eine Drehspule sowie zwei Gleichrichterbrücken. Am gebräuchlichsten sind Relaiskomparatoren auf Basis von Gleichrichterbrücken, die entweder als Amplituden- oder Phasenkomparatoren angeordnet sein können.

Gauß-Effekt-Relais

Der Widerstand einiger Metalle sowie Halbleiter ändert sich bei niedrigeren Temperaturen, sobald sie dem Magnetfeld in Relais ausgesetzt sind, das als Gauß-Effekt-Relais bekannt ist. Dieser Effekt hängt hauptsächlich vom Verhältnis von Tiefe zu Breite ab und nimmt mit der Zunahme innerhalb dieses Verhältnisses zu. Dieser Effekt wird einfach bei einigen Metallen bei Raumtemperatur wie Wismut, Indium Magneto, Indiumarsenid usw. beobachtet. Diese Art von Relais ist aufgrund der einfacheren Schaltung und Konstruktion besser als das Hall-Effekt-Relais. Der Gauß-Effekt in statischen Relais ist jedoch aufgrund der hohen Kristallkosten begrenzt. Der Polarisationsstrom ist also nicht erforderlich und die Leistung ist vergleichsweise höher.

So schließen Sie ein statisches Relais an einen Mikrocontroller an

Die Schnittstelle eines Solid-State-Relais oder statischen Relais mit einem Mikrocontroller-ähnlichen Arduino-Board ist unten dargestellt. Der Hauptunterschied zwischen normalen Relais und SSR ist; Ein normales Relais ist mechanisch, während SSR nicht mechanisch ist. Dieses statische Relais nutzt den Mechanismus eines Optokopplers zur Steuerung von Hochleistungslasten. Ähnlich wie mechanische Relais bieten diese Relais einfach eine elektrische Trennung zwischen zwei Stromkreisen, und ein Optoisolator funktioniert wie ein Schalter zwischen zwei Stromkreisen.

Statische Relais haben im Vergleich zu mechanischen Relais einige Vorteile, da sie mit sehr niedriger Gleichspannung wie 3 V DC eingeschaltet werden können. Diese Relais steuern Hochleistungslasten, ihre Schaltgeschwindigkeit ist im Vergleich zu mechanischen Relais höher. Beim Schalten erzeugt es keinen Ton, da sich im Relais keine mechanische Komponente befindet.

Die Hauptabsicht dieser Schnittstelle besteht darin, die Raumtemperatur zu messen und die Klimaanlage basierend auf der Raumtemperatur ein- und auszuschalten. Dafür wird ein DHT22-Temperatursensor verwendet, der ein grundlegender und kostengünstiger Feuchtigkeits- und Temperatursensor ist.

Die erforderlichen Komponenten dieser Schnittstelle umfassen hauptsächlich einen Crydom SSR, Arduino, DHT22-Temperatursensor usw. Geben Sie die Verbindungen gemäß der unten angegebenen Schnittstelle an.

Dieser Sensor verwendet einen Thermistor und einen kapazitiven Feuchtigkeitssensor, um die Umgebungstemperatur zu messen. Er liefert ein digitales Ausgangssignal auf dem Datenpin. Dieser Sensor hat einen Nachteil; Sie können nur alle zwei Sekunden neue Daten von ihm erhalten. Der DHT22-Temperatursensor ist ein Upgrade des DHT11-Sensors, aber der Feuchtigkeitsbereich dieses DHT22-Sensors ist im Vergleich zu dht11 präziser.

Bei der obigen Schnittstelle arbeitet das Solid-State-Relais direkt von den digitalen Pins von Arduino. Dieses Relais benötigt 3 bis 32 Volt Gleichstrom, um den anderen Stromkreis zu aktivieren. Ausgangsseitig können Sie einfach eine maximale Last mit 240 Volt AC & bis zu 40A Strom anschließen.

Arduino-Code

Laden Sie den folgenden Code in das Arduino-Board hoch.

#include „DHT.h“
#define DHTPIN 2 //DHT22 digitaler Pin zur Arduino-Pin-Verbindung
// Entkommentieren Sie den Sensor, den Sie verwenden. Ich verwende DHT22
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// DHT-Sensor initialisieren.
DHT dht (DHTPIN, DHTTYP);
ungültige Einrichtung () {
Serial.begin (9600);
Serial.println ('DHT22-Test!');
PinMode (7, AUSGANG); // SSR-Ein- / Ausschaltstift
dht.begin(); // Sensorbetrieb starten
}
Leere Schleife () {
Verzögerung (2000); //2 Sekunden Verzögerung
// Das Ablesen von Temperatur oder Luftfeuchtigkeit dauert etwa 250 Millisekunden!
// Sensormesswerte können auch bis zu 2 Sekunden „alt“ sein (es ist ein sehr langsamer Sensor)
// Temperatur in Celsius lesen (Standard)
Schwimmer t = dht.readTemperature ();
Serial.print ('Temperatur: ');
Serial.print (t); // Temperatur auf seriellem Monitor drucken
Serial.print('*C');
if(t<=22){ //Temperatur unter 22 *C AC ausschalten (Klimaanlage)
digitalWrite (7, NIEDRIG);
}
if(t>=23){ //Temperatur größer als 22 *C AC einschalten (Klimaanlage)
digitalWrite (7, HOCH);
}
}

Im obigen Arduino-Code ist zunächst die Bibliothek des DHT-Temperatursensors enthalten. Diese Bibliothek gilt insbesondere für verschiedene Temperatursensoren wie DHT11, DHT21 und DHT22, sodass wir diese drei Sensoren mit einer ähnlichen Bibliothek verwenden können.

Hier wird die Klimaanlage bei der Celsius-Temperatur ein- und ausgeschaltet. Wenn die Raumtemperatur unter 22 Grad Celsius liegt, wird das Relais ausgeschaltet, und wenn die Raumtemperatur steigt, wird das Relais eingeschaltet und die Klimaanlage automatisch eingeschaltet. Zwischen jedem Messwert gibt es eine Verzögerung von zwei Sekunden, um sicherzustellen, dass der Temperatursensor den Messwert aktualisiert hat oder nicht, was nicht derselbe wie vor dem Messwert ist.

Hier besteht der Hauptnachteil darin, dass das Relais immer dann heiß wird, wenn die Raumtemperatur auf 30 Grad Celsius ansteigt. Der Kühlkörper muss also mit dem Relais installiert werden.

Statisches Relais vs. elektromagnetisches Relais

Der Unterschied zwischen statischem Relais und elektromagnetischem Relais umfasst Folgendes.

Vorteile und Nachteile

Das Vorteile des statischen Relais füge folgendes hinzu.

• Diese Relais verbrauchen sehr wenig Strom.
• Dieses Relais bietet eine sehr schnelle Reaktion, hohe Zuverlässigkeit, Genauigkeit und lange Lebensdauer und ist stoßfest.
• Es beinhaltet keine Probleme mit der Wärmespeicherung
• Diese Art von Relais verstärkt das i/p-Signal, was ihre Empfindlichkeit erhöht.
• Die ungewollte Stolpergefahr ist geringer.
• Diese Relais weisen eine maximale Stoßfestigkeit auf, sodass sie problemlos in erdbebengefährdeten Regionen eingesetzt werden können.
• Es braucht weniger Wartung.
• Es hat eine sehr schnelle Reaktionszeit.
• Diese Arten von Relais sind widerstandsfähig gegen Stöße und Vibrationen.
• Es hat eine sehr schnelle Rückstellzeit.
• Es arbeitet über einen extrem langen Zeitraum
• Es verbraucht sehr wenig Strom und bezieht Strom aus einer sekundären Gleichstromversorgung

Das Nachteile statischer Relais füge folgendes hinzu.

• Die in diesem Relais verwendeten Komponenten reagieren extrem auf elektrostatische Entladungen, was zu unerwarteten Elektronenflüssen zwischen den geladenen Objekten führt. Daher ist eine spezielle Wartung der Komponenten erforderlich, damit die elektrostatischen Entladungen nicht beeinträchtigt werden.
• Dieses Relais wird leicht durch Überspannungen beeinträchtigt. Daher müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Schäden durch Spannungsspitzen zu vermeiden.
• Die Relaisfunktion hängt hauptsächlich von den verwendeten Komponenten in der Schaltung ab.
• Dieses Relais ist weniger überlastbar.
• Im Vergleich zum elektromagnetischen Relais ist dieses Relais extrem kostspielig.
• Diese Relaiskonstruktion wird einfach durch die umgebende Interferenz beeinflusst.
• Diese reagieren auf Spannungstransienten.
• Die Eigenschaften der Halbleiterbauelemente wie Dioden, Transistoren usw., die in diesen Relais verwendet werden, ändern sich durch Temperatur und Alterung.
• Die Zuverlässigkeit dieser Relais hängt hauptsächlich von einer Reihe kleiner Komponenten und deren Verbindungen ab.
• Diese Relais haben im Vergleich zu elektromechanischen Relais eine geringere kurzzeitige Überlastfähigkeit.
• Der Betrieb dieses Relais kann einfach aufgrund der Alterung der Komponenten beeinträchtigt werden.
• Diese Relaisbetriebsgeschwindigkeit wird durch die mechanische Trägheit der Komponente begrenzt.
• Diese gelten nicht für gewerbliche Zwecke.

Anwendungen

Das Anwendungen des statischen Relais füge folgendes hinzu.

• Diese Relais werden häufig in Hochgeschwindigkeitsschutzsystemen von EHV-Wechselstrom-Übertragungsleitungen mit Distanzschutz eingesetzt.
• Diese werden auch in Erdschluss- und Überstromschutzsystemen verwendet.
• Diese werden für den langen und mittleren Übertragungsschutz verwendet.
• Es dient zum Schutz von Paralleleinspeisungen.
• Es gibt der Einheit Backup-Sicherheit.
• Diese werden in miteinander verbundenen und T-verbundenen Leitungen verwendet.

Es geht also um alles eine Übersicht über ein statisches Relais – Arbeiten mit Anwendungen. Diese Relais werden auch als Festkörperschalter bezeichnet, die zur Steuerung der Last verwendet werden, indem sie ein- und ausgeschaltet werden, sobald die externe Spannungsversorgung über die Eingangsklemmen des Geräts erfolgt. Diese Relais sind Halbleiterbauelemente, die elektrische Eigenschaften von Festkörperhalbleitern wie MOSFET, Transistoren und TRIAC nutzen, um Eingangs- und Ausgangsschaltvorgänge durchzuführen. Hier ist eine Frage an Sie, was ist ein elektromagnetisches Relais?