ما هو الترحيل الثابت: العمل وتطبيقاته

الحالة الصلبة تناوب أو تم إطلاق التتابع الثابت لأول مرة في عام 1960. وكما يوحي الاسم ، فإن المصطلح ثابت في الترحيل الثابت يعني أن هذا التتابع لا يحتوي على أجزاء متحركة فيه. بالمقارنة مع المرحل الكهروميكانيكي ، فإن عمر هذا التتابع أطول وسرعة استجابته أسرع. تم تصميم هذه المرحلات كأجهزة أشباه الموصلات والتي تشمل دوائر متكاملة ، الترانزستورات ، المعالجات الدقيقة الصغيرة ، المكثفات ، وما إلى ذلك أنواع المرحلات استبدال جميع الوظائف تقريبًا التي تم إنجازها سابقًا من خلال مرحل كهروميكانيكي. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف مرحل ثابت - العمل مع التطبيقات.

ما هو التتابع الثابت؟

يُعرف المفتاح الكهربائي الذي لا يحتوي على أجزاء متحركة باسم الترحيل الثابت. في هذا النوع من الترحيل ، يتم الوصول إلى الإخراج ببساطة من خلال المكونات الثابتة مثل المغناطيسية & الدوائر الإلكترونية . تتم مقارنة المرحلات الثابتة بالمرحلات الكهروميكانيكية لأن هذه المرحلات تستخدم الأجزاء المتحركة لأداء إجراء التحويل. لكن كلا المرحّلين يستخدمان للتحكم في الدوائر الكهربائية باستخدام مفتاح مفتوح أو مغلق على أساس المدخلات الكهربائية.

تم تصميم هذه الأنواع من المرحلات بشكل أساسي لأداء وظائف مماثلة باستخدام التحكم في الدائرة الإلكترونية مثل المرحل الكهروميكانيكي الذي يعمل باستخدام العناصر أو الأجزاء المتحركة. يعتمد المرحل الثابت بشكل أساسي على تصميمات المعالجات الدقيقة أو دوائر الحالة الصلبة التناظرية أو دوائر المنطق الرقمي.

مخطط كتلة الترحيل الثابت

يظهر مخطط كتلة الترحيل الثابت أدناه. تشتمل مكونات الترحيل الثابت في مخطط الكتلة هذا بشكل أساسي على مقوم ومضخم ووحدة o / p ودائرة قياس مرحل. هنا ، تشتمل دائرة قياس المرحل على كاشفات المستوى والبوابة المنطقية والمقارنات مثل السعة والطور.

في مخطط الكتلة أعلاه ، يتم توصيل خط النقل ببساطة بالمحول الحالي (CT) أو المحولات المحتملة (PT) بحيث يوفر خط النقل المدخلات إلى CT / PT.

إخراج ملف محول الحالي يتم إعطاؤه كمدخل للمقوم الذي يصحح إشارة دخل التيار المتردد إلى إشارة التيار المستمر. تُعطى إشارة التيار المباشر هذه إلى وحدة قياس المرحل.

يقوم مرحل وحدة القياس بأداء أهم إجراء ضروري داخل نظام الترحيل الثابت من خلال الكشف عن مستوى إشارة الإدخال في جميع أجهزة الكشف عن المستوى وتقييم حجم وطور الإشارة عبر المقارنات لأداء عمليات البوابة المنطقية.

في هذا التتابع ، يتم استخدام نوعين من المقارنات بين السعة والطور. تتمثل الوظيفة الرئيسية لمقارن السعة في مقارنة حجم إشارة الإدخال بينما يتم استخدام مقارنة الطور لمقارنة تباين الطور لكمية الإدخال.

يتم إعطاء وحدة قياس التتابع o / p لمكبر الصوت بحيث يضخم حجم الإشارة وينقلها إلى جهاز o / p. لذلك سيعمل هذا الجهاز على تقوية ملف الرحلة بحيث يقوم برحلات CB (قاطع الدائرة).

لتشغيل مكبر الصوت ، تتطلب وحدة قياس المرحل وجهاز o / p مصدر تيار مستمر إضافي. لذلك هذا هو العيب الرئيسي لهذا التتابع الثابت.

مبدأ عمل التتابع الثابت

إن عمل المرحل الثابت هو ، أولاً ، يستقبل المحول الحالي / المحول المحتمل إشارة الدخل / الجهد الحالي من خط النقل ويعطيها إلى المعدل. بعد ذلك ، يقوم هذا المعدل بتغيير إشارة التيار المتردد إلى تيار مستمر ويعطى ذلك لوحدة قياس المرحل.

الآن ، تحدد وحدة القياس هذه مستوى إشارة الإدخال بعد ذلك تقارن حجم وطور الإشارة مع المقارنة المتاحة في وحدة القياس. يقارن هذا المقارنة إشارة i / p للتأكد مما إذا كانت الإشارة معيبة أم لا. بعد ذلك ، يقوم مكبر الصوت هذا بتضخيم حجم الإشارة ونقلها إلى جهاز o / p لتنشيط ملف الرحلة لرحلة قاطع الدائرة.

أنواع الترحيل الثابت

هناك أنواع مختلفة من المرحلات الثابتة المتاحة والتي تمت مناقشتها أدناه.

• المرحلات الإلكترونية.
• مرحلات محول الطاقة.
• مرحلات الترانزستور.
• مرحلات جسر المعدل.
• مرحلات تأثير جاوس.

التقوية الإلكترونية

المرحل الإلكتروني هو أحد أنواع المفاتيح الإلكترونية المستخدمة لتشغيل ملامسات الدائرة عن طريق الفتح والإغلاق دون أي عمل ميكانيكي. لذلك ، في هذا النوع من الترحيل ، يتم استخدام طريقة الترحيل التجريبية الحالية للناقل لحماية خط النقل. في هذا النوع من المرحلات ، تُستخدم الصمامات الإلكترونية بشكل أساسي كوحدات قياس.

ترحيل محول

يُعرف Transductor Relay أيضًا باسم مرحل مكبر الصوت المغناطيسي وهو بسيط جدًا ميكانيكيًا وعلى الرغم من أن بعضها قد يكون معقدًا قليلاً كهربائيًا ، لذا فإن هذا لا يغير موثوقيتها. نظرًا لأن تشغيلها يعتمد في الغالب على المكونات الثابتة التي يتم تحديد خصائصها مسبقًا والتحقق منها. وبالتالي فهي سهلة التصميم والاختبار مقارنة بالمرحلات الكهروميكانيكية. صيانة هذه المرحلات لا يكاد يذكر من الناحية العملية.

تتابع الترانزستور

مرحل الترانزستور هو المرحل الثابت الأكثر استخدامًا حيث يعمل الترانزستور في هذا المرحل مثل الصمام الثلاثي للتغلب على القيود التي تسببها الصمامات الإلكترونية. في هذا التتابع ، يتم استخدام الترانزستور كجهاز تضخيم وجهاز تبديل مما يجعله مناسبًا لتحقيق أي خاصية وظيفية. بشكل عام ، لا يمكن لدارات الترانزستور أداء وظائف الترحيل الضرورية فحسب ، بل توفر أيضًا المرونة المطلوبة لتناسب متطلبات الترحيل المختلفة.

المرحلات الجسر المعدل

مرحلات جسر المعدل مشهورة جدًا بسبب تطور الصمام الثنائي لأشباه الموصلات. يشتمل هذا النوع من المرحلات على مرحل حديدي متحرك مستقطب وملف متحرك وأيضًا جسرين مقومين. الأكثر شيوعًا هي مقارنات الترحيل القائمة على جسور المعدل ، والتي يمكن ترتيبها كمقارنات اتساع أو طور.

مرحلات تأثير جاوس

تتغير مقاومة بعض المعادن وكذلك أشباه الموصلات عند درجات حرارة أقل بمجرد تعرضها للمجال المغناطيسي في مرحلات تُعرف باسم مرحل تأثير غاوس. يعتمد هذا التأثير بشكل أساسي على نسبة العمق إلى العرض ويزداد مع الزيادة ضمن هذه النسبة. لوحظ هذا التأثير ببساطة في بعض المعادن في درجة حرارة الغرفة مثل البزموت ، الإنديوم ماجنيتو ، زرنيخيد الإنديوم ، إلخ. هذا النوع من المرحلات أفضل بالمقارنة مع مرحل تأثير هول بسبب أبسط الدوائر والبناء. لكن تأثير جاوس داخل المرحلات الثابتة محدود بسبب التكلفة العالية للبلور. لذلك ، فإن تيار الاستقطاب ليس ضروريًا والإخراج أعلى نسبيًا.

كيفية توصيل مرحل ثابت إلى متحكم

يظهر أدناه تفاعل مرحل الحالة الصلبة أو مرحل ثابت مع لوحة Arduino تشبه متحكم دقيق. الفرق الرئيسي بين المرحلات العادية و SSR هو ؛ المرحل العادي ميكانيكي بينما SSR ليس ميكانيكيًا. يستخدم هذا المرحل الثابت آلية optocoupler للتحكم في أحمال الطاقة العالية. على غرار المرحلات الميكانيكية ، توفر هذه المرحلات ببساطة عزلًا كهربائيًا بين دائرتين بالإضافة إلى أن جهاز optoisolator يعمل مثل مفتاح بين دائرتين.

تتمتع المرحلات الثابتة ببعض الفوائد مقارنة بالمرحلات الميكانيكية مثل إمكانية تشغيلها بجهد تيار مستمر منخفض جدًا مثل 3 فولت تيار مستمر. تتحكم هذه المرحلات في أحمال الطاقة العالية ، وسرعة التحويل الخاصة بها أعلى مقارنة بالمرحلات الميكانيكية. أثناء التبديل ، لا يصدر أي صوت نظرًا لعدم وجود مكون ميكانيكي داخل المرحل.

الهدف الرئيسي من هذه الواجهة هو قياس درجة حرارة الغرفة وسوف تقوم بتشغيل / إيقاف تشغيل مكيف الهواء بناءً على درجة حرارة الغرفة. لذلك ، يتم استخدام مستشعر درجة حرارة DHT22 وهو مستشعر أساسي ومنخفض التكلفة للرطوبة ودرجة الحرارة.

تشتمل المكونات المطلوبة لهذه الواجهة بشكل أساسي على مستشعر درجة حرارة Crydom SSR و Arduino و DHT22 وما إلى ذلك. قم بإعطاء التوصيلات وفقًا للواجهة الموضحة أدناه.

يستخدم هذا المستشعر مستشعر الثرمستور والرطوبة السعوية لقياس درجة الحرارة المحيطة. يوفر إشارة خرج رقمية على دبوس البيانات. هذا المستشعر له عيب واحد. يمكنك الحصول على بيانات جديدة منه فقط بعد كل ثانيتين. مستشعر درجة الحرارة DHT22 هو ترقية لمستشعر DHT11 ولكن نطاق الرطوبة لمستشعر DHT22 هذا أكثر دقة مقارنة بـ dht11.

في الواجهة أعلاه ، يعمل مرحل الحالة الصلبة مباشرة من دبابيس Arduino الرقمية. يحتاج هذا التتابع من 3 إلى 32 فولت تيار مستمر لتنشيط الدائرة الأخرى. في جانب الإخراج ، يمكنك ببساطة توصيل أقصى حمل بجهد 240 فولت تيار متردد وما يصل إلى 40 أمبير من التيار.

كود اردوينو

قم بتحميل الكود التالي في لوحة Arduino.

# تضمين 'DHT.h'
#define DHTPIN 2 // DHT22 رقم التعريف الشخصي لاتصال Arduino pin
// قم بإلغاء تعليق المستشعر الذي تستخدمه أنا أستخدم DHT22
// # حدد DHTTYPE DHT11 // DHT 11
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302) ، AM2321
// # حدد DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)
// تهيئة مستشعر DHT.
DHT dht (DHTPIN ، DHTTYPE) ؛
الإعداد باطل() {
Serial.begin (9600) ؛
Serial.println ('اختبار DHT22!') ؛
pinMode (7 ، الإخراج) ؛ // SSR التبديل على / قبالة دبوس
dht.begin () ، // ابدأ تشغيل المستشعر
}
حلقة فارغة() {
تأخير (2000) ؛ // 2 ثانية تأخير
// قراءة درجة الحرارة أو الرطوبة تستغرق حوالي 250 مللي ثانية!
// قد تكون قراءات المستشعر أيضًا 'قديمة' لمدة تصل إلى ثانيتين (مستشعر بطيء جدًا)
// قراءة درجة الحرارة مئوية (الافتراضي)
تعويم t = dht.readTemperature () ،
Serial.print (“درجة الحرارة:”) ؛
Serial.print (t) ؛ // طباعة درجة الحرارة على الشاشة التسلسلية
Serial.print ('* C') ؛
إذا (t <= 22) {// درجة حرارة أقل من 22 * ​​درجة مئوية ، قم بإيقاف تشغيل التيار المتردد (مكيف الهواء)
digitalWrite (7 ، منخفض) ؛
}
إذا (t> = 23) {// درجة الحرارة أكبر من 22 * ​​C ، مفتاح التبديل على التيار المتردد (مكيف الهواء)
digitalWrite (7 ، عالية) ؛
}
}

في كود Arduino أعلاه ، يتم تضمين مكتبة مستشعر درجة حرارة DHT أولاً. هذه المكتبة صالحة بشكل خاص لأجهزة استشعار درجات الحرارة المختلفة مثل DHT11 و DHT21 و DHT22 حتى نتمكن من استخدام هذه المستشعرات الثلاثة مع مكتبة مماثلة.

هنا ، يتم تشغيل / إيقاف تشغيل مكيف الهواء عند درجة حرارة مئوية. إذا كانت درجة حرارة الغرفة أقل من 22 درجة مئوية ، فسيتم إيقاف تشغيل المرحل وإذا زادت درجة حرارة الغرفة ، فسيتم تشغيل التتابع ويجعل التيار المتردد قيد التشغيل تلقائيًا. بين كل قراءة ، هناك تأخير لمدة ثانيتين للتأكد من أن مستشعر درجة الحرارة قد قام بتحديث القراءة أم لا ، وهو ما لم يكن كما كان قبل القراءة.

العيب الرئيسي هنا هو أنه كلما زادت درجة حرارة الغرفة إلى 30 درجة مئوية ، يصبح التتابع ساخنًا. لذلك يحتاج المشتت الحراري إلى التثبيت مع التتابع.

التتابع الثابت مقابل التتابع الكهرومغناطيسي

يشمل الفرق بين التتابع الاستاتيكي والتتابع الكهرومغناطيسي ما يلي.

المميزات والعيوب

ال مزايا التتابع الثابت تشمل ما يلي.

• هذه المرحلات تستهلك طاقة أقل.
• يوفر هذا التتابع استجابة سريعة وموثوقية عالية ودقة وعمرًا طويلاً وهو مقاوم للصدمات.
• لا يتضمن أي مشاكل في التخزين الحراري
• هذا النوع من المرحلات يضخم إشارة i / p مما يعزز حساسيتها.
• فرصة التعثر غير المرغوب فيها أقل.
• تتمتع هذه المرحلات بمقاومة قصوى للصدمات ، لذا يمكنها العمل بسهولة في المناطق المعرضة للزلازل.
• يحتاج إلى صيانة أقل.
• لديها وقت استجابة سريع للغاية.
• هذه الأنواع من المرحلات تعطي مقاومة للصدمات والاهتزازات.
• لديه وقت إعادة تعيين سريع للغاية.
• تعمل لفترة طويلة للغاية
• تستهلك طاقة أقل وتستمد الطاقة من مصدر تيار مستمر ثانوي

ال مساوئ المرحلات الثابتة تشمل ما يلي.

• المكونات المستخدمة في هذا المرحل تستجيب للغاية لتفريغ الكهرباء الساكنة مما يعني تدفق الإلكترون غير المتوقع بين الأجسام المشحونة. لذلك ، من الضروري إجراء صيانة خاصة للمكونات بحيث لا تؤثر على التفريغ الكهروستاتيكي.
• يتأثر هذا التتابع بسهولة من خلال اندفاعات الجهد العالي. لذلك ، يجب اتخاذ الاحتياطات لتجنب التلف خلال طفرات الجهد.
• يعتمد عمل التتابع بشكل أساسي على المكونات المستخدمة في الدائرة.
• هذا التتابع لديه قدرة أقل على التحميل الزائد.
• بالمقارنة مع التتابع الكهرومغناطيسي ، فإن هذا التتابع مكلف للغاية.
• يتأثر بناء المرحل هذا ببساطة بالتداخل المحيط.
• هذه تستجيب لتيار الجهد العابر.
• تتغير خصائص أجهزة أشباه الموصلات مثل الثنائيات والترانزستورات وما إلى ذلك المستخدمة في هذه المرحلات حسب درجة الحرارة والشيخوخة.
• تعتمد موثوقية هذه المرحلات بشكل أساسي على عدد من المكونات الصغيرة وتوصيلاتها.
• تتمتع هذه المرحلات بقدرة تحميل زائدة أقل لوقت قصير مقارنة بالمرحلات الكهروميكانيكية.
• يمكن أن يتأثر تشغيل هذا المرحل ببساطة بسبب شيخوخة المكونات.
• سرعة عملية الترحيل هذه محدودة بسبب الجمود الميكانيكي للمكون.
• هذه لا تنطبق للأغراض التجارية.

التطبيقات

ال تطبيقات التتابع الثابت تشمل ما يلي.

• تستخدم هذه المرحلات على نطاق واسع في أنظمة الحماية عالية السرعة لخطوط نقل EHV-AC مع حماية المسافة.
• تستخدم هذه أيضًا في أنظمة حماية الأعطال الأرضية والتيار الزائد.
• تستخدم هذه في حماية الإرسال الطويل والمتوسط.
• يتم استخدامه لحماية المغذيات المتوازية.
• يوفر أمانًا احتياطيًا للوحدة.
• تستخدم هذه في الخطوط المترابطة والمتصلة على شكل حرف T.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على مرحل ثابت - العمل مع التطبيقات. تسمى هذه المرحلات أيضًا بمفتاح الحالة الصلبة الذي يستخدم للتحكم في الحمل عن طريق تشغيل وإيقاف التشغيل بمجرد توفير مصدر الجهد الخارجي عبر أطراف إدخال الجهاز. هذه المرحلات هي أجهزة أشباه موصلات تستخدم الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات في الحالة الصلبة مثل MOSFET والترانزستورات و TRIAC لأداء عمليات تبديل المدخلات والمخرجات. إليك سؤال لك ، ما هو التتابع الكهرومغناطيسي؟