Che cos'è un relè statico: funzionamento e applicazioni

Lo stato solido staffetta o relè statico è stato lanciato per la prima volta nell'anno 1960. Come suggerisce il nome, il termine statico nel relè statico implica che questo relè non ha parti mobili al suo interno. Rispetto a un relè elettromeccanico, la durata di questo relè è più lunga e la sua velocità di risposta è più veloce. Questi relè sono stati progettati come dispositivi a semiconduttore che includono circuiti integrati , transistor, piccoli microprocessori, condensatori, ecc. Quindi questi tipi di relè sostituire quasi tutte le funzioni che venivano svolte in precedenza tramite un relè elettromeccanico. Questo articolo discute una panoramica di a relè statico – lavorare con le applicazioni.

Cos'è un relè statico?

Un interruttore azionato elettricamente che non ha parti mobili è noto come relè statico. In questo tipo di relè, l'uscita viene semplicemente raggiunta attraverso i componenti fissi come magnetico e circuiti elettronici . I relè statici vengono confrontati con i relè di tipo elettromeccanico perché questi relè utilizzano parti mobili per eseguire un'azione di commutazione. Ma entrambi i relè vengono utilizzati per controllare i circuiti elettrici utilizzando un interruttore aperto o chiuso in base a un ingresso elettrico.

Questi tipi di relè sono progettati principalmente per eseguire funzioni simili utilizzando il controllo del circuito elettronico come esegue un relè elettromeccanico utilizzando elementi o parti mobili. Un relè statico dipende principalmente dalla progettazione di microprocessori, circuiti analogici a stato solido o circuiti logici digitali.

Schema a blocchi del relè statico

Lo schema a blocchi del relè statico è mostrato di seguito. I componenti del relè statico in questo schema a blocchi includono principalmente un raddrizzatore, un amplificatore, un'unità o/p e un circuito di misurazione del relè. Qui, il circuito di misurazione del relè include i rilevatori di livello, la porta logica e i comparatori come ampiezza e fase.

Nello schema a blocchi sopra, la linea di trasmissione è semplicemente collegata al trasformatore di corrente (TA) o potenziale trasformatore (PT) in modo che la linea di trasmissione fornisca l'ingresso al TA/TP.

L'uscita del trasformatore di corrente viene fornito come ingresso al raddrizzatore che rettifica il segnale CA in ingresso nel segnale CC. Questo segnale CC viene inviato all'unità di misura di un relè.

Il relè dell'unità di misura esegue l'azione più significativa necessaria all'interno del sistema di relè statico rilevando il livello del segnale di ingresso attraverso i rivelatori di livello e valutando l'ampiezza e la fase del segnale attraverso i comparatori per eseguire le operazioni della porta logica.

In questo relè vengono utilizzati due tipi di comparatori di ampiezza e comparatori di fase. La funzione principale del comparatore di ampiezza è confrontare l'ampiezza del segnale di ingresso mentre il comparatore di fase viene utilizzato per confrontare la variazione di fase della quantità di ingresso.

L'unità di misura del relè o/p viene fornita all'amplificatore in modo che amplifichi l'ampiezza del segnale e lo trasmetta al dispositivo o/p. Quindi questo dispositivo rafforzerà la bobina di scatto in modo che faccia scattare il CB (interruttore).

Per il funzionamento dell'amplificatore, l'unità di misura del relè e del dispositivo o/p richiede un'alimentazione CC aggiuntiva. Quindi questo è lo svantaggio principale di questo relè statico.

Principio di funzionamento del relè statico

Il funzionamento del relè statico è, in primo luogo, che il trasformatore di corrente/trasformatore potenziale riceve il segnale di tensione/corrente in ingresso dalla linea di trasmissione e lo trasmette al raddrizzatore. Successivamente, questo raddrizzatore trasforma il segnale AC in DC e questo viene fornito all'unità di misura del relè.

Ora, questa unità di misura identifica il livello del segnale di ingresso dopo di che confronta l'ampiezza e la fase del segnale con il comparatore disponibile nell'unità di misura. Questo comparatore confronta il segnale i/p per assicurarsi che il segnale sia difettoso o meno. Successivamente, questo amplificatore amplifica l'ampiezza del segnale e lo trasmette al dispositivo o/p per attivare la bobina di sgancio per far scattare l'interruttore.

Tipi di relè statici

Sono disponibili diversi tipi di relè statici discussi di seguito.

• Relè elettronici.
• Relè trasduttori.
• Relè a transistor.
• Relè a ponte raddrizzatore.
• Relè ad effetto Gauss.

Relè elettronico

Un relè elettronico è un tipo di interruttore elettronico utilizzato per azionare i contatti del circuito aprendosi e chiudendosi senza alcuna azione meccanica. Quindi, in questo tipo di relè, il metodo di inoltro del pilota della portante di corrente viene utilizzato per proteggere la linea di trasmissione. In questo tipo di relè, le valvole elettroniche vengono utilizzate principalmente come unità di misura.

Relè trasduttore

Il relè del trasduttore è anche noto come relè dell'amplificatore magnetico che è meccanicamente molto semplice e anche se alcuni di essi possono essere elettricamente poco complicati, quindi ciò non cambia la loro affidabilità. Poiché il loro funzionamento dipende principalmente da componenti fissi le cui caratteristiche sono semplicemente predeterminate e verificate. Pertanto sono molto facili da progettare e testare rispetto ai relè elettromeccanici. La manutenzione di questi relè è praticamente trascurabile.

Relè a transistor

Un relè a transistor è il relè statico più generalmente utilizzato in cui il transistor in questo relè funziona come un triodo per superare i limiti causati dalle valvole elettroniche. In questo relè, un transistor viene utilizzato come dispositivo di amplificazione e dispositivo di commutazione che lo rende adatto a raggiungere qualsiasi caratteristica funzionale. In generale, i circuiti a transistor non possono eseguire solo le funzioni di relè necessarie, ma forniscono anche la flessibilità richiesta per soddisfare i diversi requisiti di relè.

Relè a ponte raddrizzatore

I relè a ponte raddrizzatore sono molto famosi grazie allo sviluppo di diodi a semiconduttore. Questo tipo di relè include un relè in ferro mobile polarizzato e una bobina mobile e anche due ponti raddrizzatori. I più comuni sono i comparatori a relè basati su ponti raddrizzatori, che possono essere organizzati come comparatori di ampiezza o di fase.

Relè ad effetto Gauss

Alcuni metalli così come la resistività dei semiconduttori cambia a temperature inferiori una volta che sono esposti al campo magnetico nei relè, noto come relè ad effetto Gauss. Questo effetto dipende principalmente dal rapporto tra profondità e larghezza e aumenta con l'aumento all'interno di questo rapporto. Questo effetto si osserva semplicemente in alcuni metalli a temperatura ambiente come bismuto, indio magneto, arseniuro di indio, ecc. Questo tipo di relè è migliore rispetto al relè ad effetto Hall grazie ai circuiti e alla costruzione più semplici. Ma l'effetto gauss all'interno dei relè statici è limitato a causa dell'alto costo del cristallo. Quindi, la corrente di polarizzazione non è necessaria e l'uscita è relativamente più alta.

Come collegare un relè statico a un microcontrollore

L'interfaccia di un relè a stato solido o statico con una scheda Arduino simile a un microcontrollore è mostrata di seguito. La principale differenza tra relè normali e SSR è; un relè normale è meccanico mentre SSR non è meccanico. Questo relè statico utilizza il meccanismo di un fotoaccoppiatore per controllare carichi ad alta potenza. Simili ai relè meccanici, questi relè forniscono semplicemente l'isolamento elettrico tra due circuiti e un optoisolatore funziona come un interruttore tra due circuiti.

I relè statici presentano alcuni vantaggi rispetto ai relè meccanici in quanto possono essere attivati ​​con una tensione CC molto inferiore come 3 V CC. Questi relè controllano carichi ad alta potenza, la sua velocità di commutazione è maggiore rispetto ai relè meccanici. Durante la commutazione, non genera alcun suono in quanto non vi è alcun componente meccanico all'interno del relè.

L'intenzione principale di questa interfaccia è di misurare la temperatura ambiente e accenderà/spegnerà l'aria condizionata in base alla temperatura ambiente. Per questo, viene utilizzato un sensore di temperatura DHT22 che è un sensore di umidità e temperatura fondamentale ed economico.

I componenti richiesti di questa interfaccia includono principalmente un sensore di temperatura Crydom SSR, Arduino, DHT22, ecc. Fornire le connessioni secondo l'interfaccia fornita di seguito.

Questo sensore utilizza un termistore e un sensore di umidità capacitivo per misurare la temperatura circostante. Fornisce un segnale di uscita digitale sul pin dati. Questo sensore ha uno svantaggio; puoi ottenere nuovi dati solo da esso ogni due secondi. Il sensore di temperatura DHT22 è un aggiornamento del sensore DHT11 ma l'intervallo di umidità di questo sensore DHT22 è più preciso rispetto al dht11.

Nell'interfaccia sopra, il relè a stato solido funziona direttamente dai pin digitali di Arduino. Questo relè richiede da 3 a 32 volt cc per attivare l'altro circuito. Sul lato di uscita, puoi semplicemente collegare un carico massimo con 240 volt CA e fino a 40 A di corrente.

Codice Arduino

Carica il seguente codice nella scheda Arduino.

#includi 'DHT.h'
#define DHTPIN 2 //Connessione pin digitale DHT22 a pin Arduino
// Decommenta il sensore che stai usando Sto usando DHT22
//#definisci DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#definisci DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// Inizializza il sensore DHT.
DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE);
configurazione vuota() {
Serial.begin(9600);
Serial.println('Test DHT22!');
pinMode(7, USCITA); //Perno di attivazione/disattivazione dell'SSR
dht.begin(); //Inizia il funzionamento del sensore
}
ciclo vuoto() {
ritardo(2000); //2 secondi di ritardo
// La lettura della temperatura o dell'umidità richiede circa 250 millisecondi!
// Le letture del sensore possono anche essere 'antiche' fino a 2 secondi (è un sensore molto lento)
// Leggi la temperatura come Celsius (impostazione predefinita)
float t = dht.readTemperature();
Serial.print(“Temperatura: “);
Serial.print(t); //Stampa la temperatura sul monitor seriale
Serial.print(' *C ');
if(t<=22){ //Temperatura inferiore a 22 *C spegnimento AC (condizionatore d'aria)
digitalWrite(7, LOW);
}
if(t>=23){/ //Temperatura maggiore di 22 *C accendere AC (condizionatore d'aria)
digitalWrite(7, HIGH);
}
}

Nel codice Arduino sopra, la libreria del sensore di temperatura DHT è inclusa per prima. Questa libreria è valida soprattutto per diversi sensori di temperatura come DHT11, DHT21 e DHT22, quindi possiamo utilizzare questi tre sensori con una libreria simile.

Qui, l'AC viene acceso/spento alla temperatura centigrada. Se la temperatura ambiente è inferiore a 22 gradi centigradi, il relè verrà disattivato e se la temperatura ambiente aumenta, il relè verrà attivato e l'AC si attiverà automaticamente. Tra ogni lettura, ci sono due secondi di ritardo per assicurarsi che il sensore di temperatura abbia aggiornato o meno la lettura che non è la stessa di prima della lettura.

Qui lo svantaggio principale è che ogni volta che la temperatura ambiente aumenta a 30 gradi centigradi, il relè si surriscalda. Quindi il dissipatore di calore deve essere installato con il relè.

Relè statico vs relè elettromagnetico

La differenza tra relè statico e relè elettromagnetico include quanto segue.

Vantaggi e svantaggi

Il vantaggi del relè statico include il seguente.

• Questi relè consumano molta meno energia.
• Questo relè offre una risposta molto rapida, alta affidabilità, precisione e lunga durata ed è resistente agli urti.
• Non include problemi di accumulo termico
• Questo tipo di relè amplifica il segnale i/p aumentandone la sensibilità.
• La possibilità di inciampare indesiderato è minore.
• Questi relè hanno la massima resistenza agli urti, quindi possono funzionare facilmente in regioni soggette a terremoti.
• Ha bisogno di meno manutenzione.
• Ha un tempo di risposta molto rapido.
• Questi tipi di relè offrono resistenza a urti e vibrazioni.
• Ha un tempo di ripristino molto rapido.
• Funziona per un periodo estremamente lungo
• Consuma molto meno energia e assorbe energia da un'alimentazione CC secondaria

Il svantaggi dei relè statici include il seguente.

• I componenti utilizzati in questo relè sono estremamente reattivi alle scariche elettrostatiche, il che significa flussi di elettroni inaspettati tra gli oggetti carichi. Pertanto, è necessaria una manutenzione speciale ai componenti affinché non influisca sulle scariche elettrostatiche.
• Questo relè è facilmente influenzato da picchi di alta tensione. Pertanto, è necessario prendere precauzioni per evitare danni durante i picchi di tensione.
• Il funzionamento del relè dipende principalmente dai componenti utilizzati nel circuito.
• Questo relè ha una minore capacità di sovraccarico.
• Rispetto al relè elettromagnetico, questo relè è estremamente costoso.
• Questa costruzione del relè è semplicemente influenzata dall'interferenza circostante.
• Questi sono sensibili ai transitori di tensione.
• Le caratteristiche dei dispositivi a semiconduttore come diodi, transistor, ecc. utilizzati in questi relè cambiano in base alla temperatura e all'invecchiamento.
• L'affidabilità di questi relè dipende principalmente da un numero di piccoli componenti e dalle loro connessioni.
• Questi relè hanno una capacità di sovraccarico di breve durata inferiore rispetto ai relè elettromeccanici.
• Il funzionamento di questo relè può essere semplicemente influenzato dall'invecchiamento dei componenti.
• Questa velocità di funzionamento del relè è limitata dall'inerzia meccanica del componente.
• Questi non sono applicabili per scopi commerciali.

Applicazioni

Il applicazioni del relè statico include il seguente.

• Questi relè sono ampiamente utilizzati nei sistemi di protezione ad altissima velocità delle linee di trasmissione EHV-AC con protezione a distanza.
• Questi sono utilizzati anche nei sistemi di protezione da guasti a terra e da sovracorrente.
• Questi sono utilizzati nella protezione della trasmissione lunga e media.
• Viene utilizzato per proteggere gli alimentatori paralleli.
• Dà sicurezza di backup all'unità.
• Questi sono utilizzati nelle linee interconnesse e collegate a T.

Quindi, questo è tutto una panoramica di un relè statico – lavorare con le applicazioni. Questi relè sono anche chiamati interruttore allo stato solido che viene utilizzato per controllare il carico accendendosi e spegnendo una volta fornita l'alimentazione di tensione esterna attraverso i terminali di ingresso del dispositivo. Questi relè sono dispositivi a semiconduttore che utilizzano proprietà elettriche a semiconduttore a stato solido come MOSFET, transistor e TRIAC per eseguire operazioni di commutazione di ingresso e uscita. Ecco una domanda per te, cos'è un relè elettromagnetico?