Электронные программируемые реле времени с задержкой включения и выключения

Какой принцип надо реализовать в самодельном реле времени

Основа кустарных автоматических расцепителей с таймерами — запуск настроенной (подобранной) выдержки. Часто это низко вольтовое изделие (5–14 В), реже делают для прямого подсоединения к обычной сети (диодные варианты).

Основы самых простых сборок

Таймер в данном случае, это конденсатор, длительность его разрядки — это и есть отсчет. Зарядка начинается по нажатию кнопки переключателя. Исполнительное устройство — электромеханическое реле (выглядит как небольшая коробочка), после «опустошения» конденсатора, ток на ее контактах исчезает, происходит расцепление.

В схему включают также настроечный (переменный, подстроечный) резистор для регулировки задержки, но в целом диапазон задается емкостью конденсатора (можно подбирать разные экспериментальным путем для требуемых промежутков) — она влияет на длительность его разрядки, соответственно, на общие рамки паузы.

Где и как используется

Реле времени используется в электросетях, когда необходимо выполнить определенную задачу через заданный интервал времени. Частных примеров такого применения очень много.

Важным моментом является конкретный вид устройства и его параметры, которые во многом и определяют точную сферу применения. Например, электромагнитные РВ используются для запусков крупных двигателей.

Электронные часто применяются в бытовых условиях для выполнения мелких задач типа включения полива на участке или отопительного котла на прогрев или отключения освещения вокруг дома после рассвета.

Кроме того, их используют для контроля освещения рекламных вывесок или фасадов зданий, работы насосов полива газонов и систем климат-контроля и многих других задач.

Алгоритмы работы, функциональные диаграммы, условные обозначения

Функциональная схема двухканального реле времени

В современных программируемых устройствах предусматривается сложный алгоритм работы, включающий в себя временные паузы и циклически повторяющиеся интервалы. Различают следующие схемы функционирования реле времени:

• простая задержка момента включения;
• после подачи питания нагрузка подключается, но через заданное программой время напряжение с нее снимается;
• то же что и в предыдущем случае, но отключение происходит с некоторой задержкой.

Еще одна схема предполагает более сложный цикличный режим работы устройства. Для его понимания следует уточнить порядок включения и отключения нагрузки. Он выглядит так:

1. После подачи питание поступает по назначению лишь спустя некоторый временной промежуток.
2. В течение заранее заданного интервала линия остается подключенной к сети.
3. Происходит выключение и выдержка паузы, равной ее длительности при подаче питания.
4. Нагрузка вновь подключается на то же время, что и в первый раз.
5. Последовательность этих действий продолжается вплоть до полного снятия питающего напряжения.

При исследовании алгоритмов срабатывания реле времени и особенностей его применения потребуется ознакомиться с одной из важнейших характеристик прибора, представленной в виде функциональной диаграммы.

Диаграммы срабатывания

Диаграммы работы реле времени

Под этой характеристикой понимаются графические эпюры, описывающие состояние реле времени в различные моменты времени. При знакомстве с ними весь процесс коммутаций представляется в наглядном виде.

Особенно четко различим на диаграммах циклический характер процессов, наблюдаемых при работе устройств по сложному алгоритму. Указанные на них промежутки времени, как правило, задаются самим пользователем. С другой стороны, известны образцы устройств, в которых моменты отключения и подключения нагрузки корректировке не подлежит. Как фиксированный параметр, они обычно указываются в паспорте изделия. Чаще всего – это времязадающие приборы специального назначения, устанавливаемые в защитных цепях промышленных установок.

Обозначения контактов на схемах

Графическое обозначение контактов

При выборе реле времени важно научиться разбираться не только в функциональных диаграммах срабатывания, но и в схеме расположения его рабочих контактов. Среди них выделяются следующие виды контактных групп:

• одна из них в нерабочем положении всегда разомкнута;
• другая группа контактов в нормальных условиях находится в замкнутом состоянии;
• третья разновидность имеет нейтральное положение.

Для понимания характера срабатывания реле на схемах они обозначаются специальными значками в виде полуовалов, отрезков прямых линий и усеченных параллелей.

Достоинства и недостатки подобной автоматики

Несмотря на то, что такие устройства облегчают управление электроприборами, у них есть недостатки, о которых нельзя не упомянуть. Если говорить о цифровых реле времени, то их стоимость достаточно высока. К тому же они требуют максимально точной настройки. Однако минимизация вероятности ошибки в циклах перекрывает недочеты. Иногда просто не остается иного выбора, как установить подобную автоматику.

Еще одним недостатком некоторые считают то, что довольно сложно разобраться, как подключить реле времени к магнитному пускателю. Однако здесь стоит не согласиться. По ходу сегодняшней статьи уважаемый читатель поймет, что на самом деле работа проста, нужно только уловить суть.

Простое реле времени для начинающих 2

Реле времени, схема которого приведена в предыдущей статье, устроено просто но его можно изменить для более удобного использования заменив переключатель кнопкой. Рассмотрим схему:

Рисунок 1 — Реле времени

Теперь конденсатор постоянно подключён к базе. После нажатия на кнопку SB1 конденсатор C1 начнёт заряжаться через резистор R1, транзистор VT1 в первый момент времени после нажатия на кнопку будет закрыт, после того как конденсатор С1 зарядится, до некоторого напряжения, откроется транзистор VT1, после этого конденсатор будет продолжать заряжаться до тех пор пока кнопка не будет отпущена. Если сопротивление резистора R1 будет достаточно низким то это произойдёт достаточно быстро для того чтобы этого не было заметно и показалось что транзистор открывается и включает реле сразу после нажатия на кнопку. После отпускания кнопки конденсатор будет некоторое время (время задержки) разряжаться через R2 и базу VT1 удерживая транзистор VT1 в открытом состоянии, через обмотку реле K1 будет протекать ток и контакты K1.1 этого реле будут замкнуты в течении времени задержки. Время при котором контакты замкнуты = времени задержки + (время удерживания кнопки — время заряда конденсатора до открытия транзистора на столько чтобы контакты K1.1 замкнулись). Время задержки — это время в течении которого конденсатор разряжается до напряжения (для данной схемы примерно 0.68В) при котором происходит разъединение контактов K1.1. Т.к. сопротивление база-эмиттер изменяется при изменении напряжения то рассчитать точное время задержки очень непросто но можно попытаться (программа для расчёта времени заряда/разряда конденсатора на странице: RC-цепь.). Если Сопротивление резистора R1 будет достаточно высоким то можно регулировать длительность задержки изменением длительности удерживания кнопки (ещё один плюс данной схеме по сравнению с предыдущей). Время задержки в данной схеме примерно 25с но его можно увеличить увеличением ёмкости конденсатора C1. КАРТА БЛОГА (содержание)

electe.blogspot.com

Сфера применения

В процессе развития человеческой цивилизации люди всегда старались облегчить себе жизнь и придумывали различные полезные приспособления. После популяризации среди населения электрического оборудования возникла необходимость в изобретении таймера, который бы отключал устройство через определённое время. То есть можно включить агрегат и идти заниматься своими делами, после чего таймер автоматически его отключит в указанное или запрограммированное время. Для этих целей и создали реле времени. 12 В устройство характеризуется простотой изготовления, поэтому сделать его самостоятельно будет нетрудно.

Реле времени существует и в современной электротехнике:

• микроволновые печи или другая похожая по своей специфике техника;
• системы автополива;
• вентиляторы для нагнетания воздуха или для вытяжки;
• автоматические системы управления освещением.

Так проще и экономичнее для производителя, поскольку не нужно устанавливать два элемента, которые выполняют одну и ту же функцию, если все задачи может обеспечивать один блок управления.

Все модели (как заводские, так и самодельные) по типу элемента, располагающегося на выходе, делятся на:

• релейные;
• симисторные;
• тиристорные.

В первом варианте вся нагрузка подключается и проходит через «сухой контакт». Он является самым надёжным среди аналогов. Для самостоятельного изготовления можно также использовать и микроконтроллер. Но делать это нецелесообразно, поскольку обычные самодельные реле времени изготавливаются для простых задач. Поэтому использование микроконтроллеров является лишней тратой денег. Лучше в этом случае воспользоваться простыми схемами на конденсаторах и транзисторах.

Как работает микросхема 555

Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.

Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.

Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:

• Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
• Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».

Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.

С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT

Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера

	THRESHOLD < 2/3 Vcc	THRESHOLD > 2/3 Vcc
TRIGGER < 1/3 Vcc	OUT = лог «1»	неопределенное состояние OUT
TRIGGER > 1/3 Vcc	OUT остается без изменений	OUT = лог «0»

В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:

	OUT
THRESHOLD, TRIGGER < 1/3 Vcc	OUT = лог «1»
1/3 Vcc  < THRESHOLD, TRIGGER  < 2/3 Vcc	OUT остается без изменений
THRESHOLD, TRIGGER  > 2/3 Vcc	OUT = лог «0»

Схема включения NE555 для такого случая следующая:

После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.

Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1»,  можно рассчитать по очень простой формуле:

T = 1.1 * R * C

Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:

Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.

Принцип работы реле времени

Общий принцип работы реле времени заключается в формировании временной задержки на включение, выключение или переключение управляющих групп контактов.

Реализация задержки зависит от конструктивных особенностей устройства. Общие различия в реле разных типов состоит в коммутации исполнительной части.

По этому признаку различают две группы устройств реле:

• с задержкой выключения;
• с задержкой включения.

Многие реле позволяют осуществлять смену типа коммутации или имеют оба варианта.

Принцип отсчета времени и управления контактами зависит от конструкции реле, но общий алгоритм работы следующий:

• при запуске срабатывает контактная группа, организованная в соответствии с типом коммутации (для реле времени с задержкой выключения контакты замыкаются);
• одновременно взводится механизм задержки времени (запускается тактовый генератор в электронных устройствах);
• по истечении заданного интервала контактная группа меняет свое состояние на противоположное.

Трехпозиционное реле отличается более сложным алгоритмом работы. Последовательность работы такова:

1. Цепь разомкнута.
2. Пуск. Цепь замыкается, начитается отсчет.
3. Отсчет закончен. Цепь замкнута.

В цикличных устройствах перечисленная последовательность повторяется многократно.

Запуск отсчета осуществляется вручную или автоматически непосредственным замыканием контактов подачи питания или через электромагнит, воздействующий на механизм.

Реле времени с задержкой включения работает аналогично.

Контакты и обозначение на электрических схемах

Теперь – самое интересное, то, что максимально приближено к практическому применению.

Контактов в таких приставках всегда два – Нормально закрытый и Нормально открытый (НЗ и НО). Это относится и к ПВЛ-1, и к ПВЛ-2. Нормальное состояние – это исходное состояние, состояние схемы без питания.

То, что будет ниже, нужно чётко усвоить, если вы встречаете в своей работе такие приставки.

ПВЛ-1 – обозначение контактов с задержкой при включении на электрических схемах

ПВЛ-2 – обозначение контактов с задержкой при отключении на электрических схемах

Видите дуги, которые как бы активизируют контакты? В “синих” реле (задержка включения) концы дуги обращены вправо, как у буквы “С“.

В  “черных” реле (задержка отключения) концы дуги обращены влево, как у буквы “Э“.

Эти обозначения часто используются на принципиальных электрических схемах, в том числе и для обозначения контактов электронных реле.

Я придумал для себя мнемоническое правило, которое помогает легко запомнить функции приставок ПВЛ:

Задержка при включении: 1-С-синий

Задержка при включении: 2-Э-черный

ПВЛ. НЗ контакты у них всегда слева, НО-справа

Вот сводная схема-таблица-плакат по приставкам (реле времени) ПВЛ, которую рекомендую распечатать и повесить у себя на рабочем месте:

Плакат ПВЛ. Обозначение и функции

Самый простой таймер 12В в домашних условиях

Наиболее простое решение — это реле времени 12 вольт. Такое реле может быть запитано от стандартного блока питания на 12v, каких очень много продается в различных магазинах.

На рисунке ниже приведена схема устройства включения и автоматического выключения осветительной сети, собранная на одном счетчике интегрального типа К561ИЕ16.

Рисунок. Вариант схемы 12v реле, при подаче питания включающего нагрузку на 3 минуты.

Данная схема интересная тем, что в качестве генератора тактирующих импульсов выступает мигающий светодиод VD1. Частота его мерцаний составляет 1,4 Гц. Если светодиод конкретно такой марки найти не удастся, то можно использовать подобный.

Рассмотрим исходное состояние срабатывания, в момент подачи питания 12v. В начальный момент времени конденсатор С1 полностью заряжается через резистор R2. На выводе под №11 появляется лог.1, делающий данный элемент обнуленным.

Транзистор, подсоединенный к выходу интегрального счетчика, открывается и подает напряжение 12В на катушку реле, через силовые контакты которого замыкается цепь включения нагрузки.

Дальнейший принцип действия схемы, работающей на напряжении 12В, состоит в считывании импульсов, поступающих с индикатора VD1 с частотой 1,4 Гц на контакт №10 счетчика DD1. С каждым снижением уровня поступающего сигнала происходит, так сказать, приращение значения счетного элемента.

При поступлении 256 импульса (это равняется 183 секундам или 3 минутам) на контакте №12 появляется лог. 1. Такой сигнал является командой для закрывания транзистора VT1 и прерывания цепи подключения нагрузки, через контактную систему реле.

Одновременно с этим, лог.1 с вывода под №12 поступает через диод VD2 на тактовую ногу C элемента DD1. Этот сигнал блокирует в дальнейшем возможность поступления тактовых импульсов, таймер срабатывать больше не будет, вплоть до пересброса питания 12В.

Исходные параметры для таймера срабатывания задаются разными способами подсоединения транзистора VT1 и диода VD3, указанных на схеме.

Немного преобразив такое устройство можно сделать схему, имеющую обратный принцип действия. Транзистор КТ814А следует поменять на другой тип — КТ815А, эмиттер подключить к общему проводу, коллектор к первому контакту реле. Второй контакт реле следует подключить к напряжению питания 12В.

Рисунок. Вариант схемы 12v реле, включающего нагрузку через 3 минуты после подачи питания.

Теперь после подачи питания реле будет отключено, а открывающий реле управляющий импульс в виде лог.1 выхода 12 элемента DD1 будет открывать транзистор и подавать на катушку напряжение 12В. После чего, через силовые контакты будет происходить подключение нагрузки к электрической сети.

Данный вариант таймера, функционирующий от напряжения 12В, на отрезке времени 3 минуты будет держать нагрузку в отключенном состоянии, а затем подключит её.

При изготовлении схемы, не забудьте расположить конденсатор ёмкостью 0.1 мкФ, на схеме имеющий обзначение C3 и напряжением 50В как можно ближе к питающим выводам микросхемы, иначе счетчик будет часто сбоить и время выдержки реле будет иногда меньше, чем должно быть.

В частности, это программирование времени выдержки. Применив, к примеру, такой DIP-переключатель как показано на рисунке, вы можете соединить одни контакты переключателей с выходами счетчика DD1, а вторые контакты объединить вместе и подключить к точке соединения элементов VD2 и R3.

Таким образом, с помощью микропереключателей вы сможете программировать время выдержки реле.

Подключение точки соединения элементов VD2 и R3 к различным выходам DD1 изменит время выдержки следующим образом:

Номер ноги счётчика	Номер разряда счётчика	Время выдержки
7	3	6 сек
5	4	11 сек
4	5	23 сек
6	6	45 сек
13	7	1.5 мин
12	8	3 мин
14	9	6 мин 6 сек
15	10	12 мин 11 сек
1	11	24 мин 22 сек
2	12	48 мин 46 сек
3	13	1 час 37 мин 32 сек

Настройка и программирование

В инструкции по эксплуатации режимы работы отображены в виде следующей таблицы:

Особенности работы прибора и детальная инструкция по его программированию также изложены в руководстве. Поэтому есть смысл только визуально пояснить некоторые действия.

1. Нажать круглую кнопку ниже надписи «СБРОС».

2. В течение около 8 с осуществляется опрос состояния составных частей устройства, на дисплее отображаются все допустимые символы и включается обратный отсчет.

3. Установить 12-часовой или 24-часовой режим работы путем нажатия кнопки «Часы» и удержания ее около 5 с. На дисплее отобразится «AM» или «РМ, то есть половина дня или полный день.

4. Удерживая кнопку «Часы», установить текущую дату и время посредством нажатия кнопок. «Д+», «Ч+» и «М+». После отпускания кнопки «Часы», кнопкой «Д+» выбрать текущий день недели. На дисплее — «МО», «TU», «WE», «ТН», «FR», «SA», «SU».

5. Установить первый цикл включения устройства, предварительно нажав кнопку «Р», установить дату и время, как в предыдущем пункте.

• 6. Для запоминания выставленных значений повторно нажать кнопку «Р».
• 7. Программирование других циклов включения/выключения осуществляется аналогично. Всего имеется 16 циклов программирования.
• 8. Клавишей «РЕЖИМ» выбрать один из 4-х режимов включения или отключения нагрузки.

Принципы работы

Принцип работы механического РВ заключается в том, что поворот регулятора таймера воздействует на положение контактов, которые смыкаются или размыкаются, в результате чего происходит замыкание или размыкание электрической цепи. В течение определенного времени контакты возвращаются в первоначальное положение. Временной интервал находится в прямой зависимости от того, на сколько градусов повернут регулятор. В электромагнитных устройствах имеется дополнительная короткозамкнутая обмотка с медной гильзой, создающая магнитный поток, который является препятствием для нарастания основного потока.

Это приводит к тому, что реле включается спустя определенный промежуток времени. В электронных реле времени таймер представляет собой микросхему, программируемую разными импульсами, возникающими после нажатия клавиш на пульте управления устройства. Если схемой предусмотрен выход для подключения к компьютеру, то реле является интеллектуальным и может иметь около 40 групп, предназначенных для подключения различных устройств. Это расширяет возможности программирования режимов.

Механическое реле времени

Тестирование реле

Тестирование реле

Электронные аппараты работают на основе цифровых импульсов. Современные устройства имеют высокопроизводительные микропроцессоры. Обычно РВ расчитано на коммутацию индуктивных или неиндуктивных нагрузок. Для настройки прибора цифрового типа потребуется ввести нужные параметры времени, используя функциональные клавиши. Возможность широкой настройки позволяет выставлять не только секунды, но и дни недели.

Цель тестирования – разобраться с конструкцией и принципом действия реле времени. Проверка прибора при новом включении производится в следующей последовательности.

• Внешний осмотр и проверка механической части.
• Проверка действия искрогасительного контура.
• Тестирование выпрямительного устройства.
• Определение сопротивления току цепи обмотки.
• Проверка напряжения при срабатывании и возврате.
• Контроль времени срабатывания.

Тестирование основных параметров проводится с помощью специального устройства. При осмотре механической части выявляют коррозию, загрязнения. Проверяют ход и балансировку подвижных частей, состояние осей и пружин, затяжку винтов и осевой люфт.

Важным моментом является проверка прочности изоляции. Напряжением поочередно воздействуют на все цоколи и зажимы. Изоляция должна выдерживать напряжение 1000 В при частоте переменного тока 50 герц.

Способы подключения реле времени

Исключительно от самой модели устройства зависит то, как подключить нагрузку к реле времени. В частности, у комбинированных устройств обычно имеется штепсель. Соответственно, используется стандартная розетка для обеспечения электропитания.

Если рассматривать электронные таймеры, имеющие конструкцию в виде модулей и монтирующиеся на дин-рейку, то клеммы могут быть расположены совершенно по-разному, что определяется фирмой-изготовителем и назначением самого устройства.

Тем не менее практически у всех механизмов указанного типа существует разделение коммутирующих контактов и цепей питания таймера. В любом случае схема подключения реле времени обычно приводится на каком-либо элементе корпуса самого устройства.

Если необходимо недорогое устройство, подберите простой моноблочный таймер. При потребности управлять сложной автоматизированной системой, больше подойдет модульный вариант с монтажом на дин-рейку

А если интересуют более совершенные устройства, то следует остановить свое внимание на программируемых реле

В любом случае современные реле времени окажутся удобным и практичным механизмом, которое поможет вам наладить автономную работу необходимого оборудования.