静态继电器作用_工作原理_功能框图

静态继电器于1960年首次推出。顾名思义，静态继电器中的静态一词意味着该继电器内部没有移动部件。与机电式继电器相比，该继电器的寿命更长，响应速度更快。

静态继电器被设计为半导体器件，包括集成电路、晶体管、小型微处理器、电容器等。因此，这些类型的继电器几乎取代了早期通过机电继电器完成的所有功能。

基本概念

没有移动部件的电动开关称为静态继电器。在这种类型的继电器中，输出是通过磁性和电子电路等固定组件简单地获得的。之所以将静态继电器与机电型继电器相比，是因为机电继电器利用移动部件来执行开关动作，但二者都用于使用根据电输入打开或关闭的开关来控制电路。

静态继电器主要设计为使用电子电路控制来执行类似的功能，就像机电继电器通过使用元件或移动部件来执行一样。静态继电器主要取决于微处理器、模拟固态电路或数字逻辑电路的设计。

功能框图

静态继电器框图如下所示，该框图中的静态继电器组件主要包括整流器、放大器、O/P单元和继电器测量电路。其中，继电器的测量电路包括电平检测器、逻辑门以及幅度和相位等比较器。

在上面的框图中，传输线简单地连接到电流互感器（CT）或电压互感器（PT），以便传输线向CT/PT提供输入。电流互感器的输出作为整流器的输入，整流器将输入交流信号整流为直流信号。该直流信号被提供给继电器的测量单元。

测量单元继电器通过检测整个电平检测器的输入信号电平并评估整个比较器的信号的幅度和相位以执行逻辑门操作，来执行静态继电器系统内所需的最重要的操作。

另外，在静态继电器中，使用了两种比较器：幅度比较器和相位比较器。幅度比较器的主要功能是比较输入信号的幅度，而相位比较器则用于比较输入量的相位变化。

继电器测量单元O/P被提供给放大器，以便放大信号的幅度并将其传输到o/p设备。因此该装置将加强跳闸线圈，使其使CB（断路器）跳闸。为了放大器的运行，继电器和O/P设备的测量单元需要额外的直流电源。所以这也是这种静态继电器的主要缺点。

工作原理

静态继电器的工作原理是，首先电流互感器/电压互感器接收来自传输线的输入电压/电流信号，并将其提供给整流器。之后，该整流器将交流信号变为直流信号，并将其提供给继电器的测量单元。

接下来，测量单元在将信号的幅度和相位与测量单元中的可用比较器进行比较之后识别输入信号电平。该比较器比较i/p信号以确定信号是否有缺陷。最后，该放大器放大信号的幅度并将其传输到O/P设备以激活跳闸线圈以使断路器跳闸。

主要类型

目前有不同类型的静态继电器可供使用，下面将对此进行分别介绍。

• 电子继电器
• 传感器继电器
• 晶体管继电器
• 整流桥继电器
• 高斯效应继电器

电子继电器

电子继电器是一种电子开关，用于在没有任何机械动作的情况下通过打开和关闭来操作电路触点。因此，在此类中继中，利用当前的载波导频中继方法来保护传输线路。在这种类型的继电器中，电子阀主要用作测量单元。

传感器继电器

传感器继电器也称为磁放大器继电器，其机械结构非常简单，尽管其中一些在电气方面可能不太复杂，因此这不会改变其可靠性。因为它们的操作主要依赖于固定组件，其特性只是预先确定和验证的。因此，与机电继电器相比，它们非常容易设计和测试。这些继电器的维护实际上可以忽略不计。

晶体管继电器

晶体管继电器是最常用的静态继电器，该继电器中的晶体管像三极管一样工作，以克服电子阀造成的限制。在该继电器中，晶体管被用作放大器件和开关器件，这使得它适合于实现任何功能特性。一般来说，晶体管电路不仅可以执行必要的继电器功能，而且还可以提供所需的灵活性以适应不同的继电器要求。

整流桥继电器

整流桥继电器因半导体二极管的发展而非常著名。这种继电器包括一个极化动铁继电器和动圈以及两个整流桥。最常见的是基于整流桥的继电器比较器，它可以布置为幅度比较器或相位比较器。

高斯效应继电器

一些金属和半导体一旦暴露在继电器中的磁场中，电阻率就会在较低的温度下发生变化，这被称为高斯效应继电器。这种效果主要取决于深度与宽度的比率，并且随着该比率的增加而增加。

这种效应可以在室温下的某些金属（如铋、磁铟、砷化铟等）中简单地观察到。由于电路和结构更简单，这种类型的继电器比霍尔效应继电器更好。但由于晶体成本较高，静态继电器内的高斯效应受到限制。因此，不需要极化电流并且输出相对较高。

静态继电器与微控制器的连接

静态继电器与类似微控制器的Arduino板的接口如下图所示。该静态继电器利用光耦合器的机制来控制大功率负载。与机械继电器类似，这些继电器只是在两个电路之间提供电气隔离，并且光隔离器的工作原理类似于两个电路之间的开关。

与机械继电器相比，静态继电器有一些优点，例如它们可以用非常低的直流电压（如3V DC）打开。这些继电器控制高功率负载，其开关速度比机械继电器更高。在切换过程中，由于继电器内没有机械部件，因此不会产生任何声音。

该接口电路的主要目的是测量室温，它将根据室温打开/关闭空调。为此，使用了DHT22温度传感器，这是一种基本且低成本的湿度和温度传感器。所需的组件主要包括Crydom静态继电器、Arduino、DHT22温度传感器等。

DHT22传感器使用热敏电阻和电容式湿度传感器来测量周围温度。它在数据引脚上提供数字输出信号。但该传感器有一个缺点：你只能在每两秒后从中获取新数据。DHT22温度传感器是DHT11传感器的升级版，但与DHT11相比，DHT22传感器的湿度范围更精确。

在上述接口中，固态继电器直接通过Arduino的数字引脚工作。该继电器需要3至32伏直流电来激活其它电路。在输出侧，可以简单地连接最大负载240伏交流电和高达40A的电流。

Arduino代码

将以下代码上传到Arduino板：

#include “DHT.h”
#define DHTPIN 2 //DHT22 digital pin to Arduino pin connection
// Uncomment the sensor you are using i am using DHT22
//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321
//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// Initialize DHT sensor.
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println(“DHT22 test!”);
pinMode(7, OUTPUT); //SSR switching on/off pin
dht.begin(); //Begin sensor operation
}
void loop() {
delay(2000); //2 seconds delay
// Reading temperature or humidity takes about 250 milliseconds!
// Sensor readings may also be up to 2 seconds ‘old’ (its a very slow sensor)
// Read temperature as Celsius (the default)
float t = dht.readTemperature();
Serial.print(“Temperature: “);
Serial.print(t); //Print temperature on serial monitor
Serial.print(” *C “);
if(t<=22){ //Temperature less than 22 *C switch off AC(Air Conditioner)
digitalWrite(7, LOW);
}
if(t>=23){ //Temperature greater than 22 *C switch on AC(Air Conditioner)
digitalWrite(7, HIGH);
}
}

在上面的Arduino代码中，首先包含了DHT温度传感器的库。该库特别适用于DHT11、DHT21和DHT22等不同的温度传感器，因此可以将这三个传感器与类似的库结合使用。

此处，空调在摄氏度下打开/关闭。如果室温低于22摄氏度，则继电器将关闭，如果室温升高，则继电器将打开，使空调自动打开。每次读数之间有两秒的延迟，以确保温度传感器是否已更新读数，这与之前的读数不同。

这里的主要缺点是每当室温升高到30摄氏度时继电器就会变热。因此散热器需要与继电器一起安装。

静态继电器与电磁继电器

静态继电器和电磁继电器的区别包括以下几个方面：

优缺点

静态继电器的优点包括以下几点内容：

• 消耗的功率非常少。
• 响应速度快、可靠性高、精度高、寿命长且防震。
• 不包括任何热存储问题
• 放 i/p信号，从而提高其灵敏度。
• 不必要的跳闸概率较小。
• 具有最大的抗冲击能力，因此可以在地震多发地区轻松运行。
• 需要较少的维护。
• 具有抗冲击和抗振动能力。
• 重置时间非常快。
• 运行时间极长

静态继电器的缺点包括以下几方面内容：

• 该继电器中使用的组件对静电放电非常敏感，这意味着带电物体之间会出现意外的电子流。因此，需要对部件进行特殊维护，以免影响静电放电。
• 该继电器很容易受到高压浪涌的影响。因此，必须采取预防措施，以避免在电压尖峰期间造成损坏。
• 过载能力较小。
• 与电磁继电器相比，这种继电器的成本极其昂贵。
• 对电压瞬变做出响应。
• 这些继电器中使用的半导体器件（如二极管、晶体管等）的特性会因温度和老化而变化。
• 与机电继电器相比，这些继电器的短时过载能力较小。
• 由于元件老化，该继电器的性能很容易受到影响。
• 操作速度受到元件机械惯性的限制。
• 不适用于商业目的。

应用领域

静态继电器的应用包括以下几个方面：

• 广泛应用于具有距离保护的超高压交流输电线路的超高速保护系统。
• 用于接地故障和过流保护系统。
• 可以用于长、中传输保护。
• 用于保护平行馈线。
• 为设备提供后备安全保障。
• 适用于互连和T型连接线路。

总结

以上就是关于静态继电器的相关概述，这些继电器也称为固态开关，一旦通过设备的输入端子提供外部电源，它们就会通过打开和关闭来控制负载。这些继电器是利用MOSFET、晶体管和TRIAC等固态半导体电气特性来执行输入和输出开关操作的半导体器件。