Реле времени - назначение, устройство и принцип работы, классификация - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Современные системы управления иногда перегружены своей широкой функциональностью. Однако иногда достаточно более простых устройств автоматизации, которые легче спроектировать и эксплуатировать. Так, одним из примеров несложных устройств автоматического управления, случайно и давно вошедших в жизнь человека, является реле времени. Что это такое, для чего его можно использовать, какие существуют разновидности и по какому принципу они работают – все это рассматривается в данной публикации.

Содержание

Реле времени: типы и схема, принцип работы

Опубликовано: Евгений Афанасьев
Обновлено: 25.05.2019

Жизнь современного человека насыщена электрическими устройствами. Они дают нам необходимый свет и тепло, предоставляют информацию, значительно усложняют многие повседневные домашние дела, помогают в строительстве, ремонте, при работе в саду. Они незаменимы для всех домашних оздоровительных процедур и семейного досуга. Конечно, вся эта технология требует надлежащего ухода и навыков обращения. Но и здесь на помощь человечеству пришли достижения науки и техники.

Для рациональной и экономичной эксплуатации электроприборов широко используются автоматические системы управления. Они могут выполнять ряд полезных функций, включая способность включать и выключать машины именно тогда, когда это необходимо, в соответствии с алгоритмами, заданными владельцем.

Реле времени

Современные системы управления иногда удивительно многофункциональны. Однако иногда достаточно более простых устройств автоматизации, которые легче настроить и эксплуатировать. Одним из примеров простого устройства автоматизации, которое, кстати, используется уже давно, является реле времени. Что это такое, для чего его можно использовать, какие существуют его разновидности и по какому принципу они работают – обо всем этом мы пишем в данной публикации.

Электронные версии обычно основаны на цифровых счетчиках импульсов. Многие современные устройства основаны на высокопроизводительных микропроцессорах. Цифровые реле времени обычно предназначены для коммутации небольших индуктивных или неиндуктивных нагрузок.

Функциональные возможности реле времени

Существует большое разнообразие конструкций электронных устройств, поэтому функции реле времени должны оцениваться в соответствии с конструкцией отдельных вариантов.

Что касается функций, то на практике используются электромагнитные, пневматические, электронные и таймерные конструкции.

Вариант №1: электромагнитные устройства

Устройства, использующие электромагнитный принцип действия, обычно предназначены для работы только в цепях с питанием от постоянного тока.

Диапазон времени срабатывания обычно составляет 0,07 – 0,11 секунды для включения и 0,5 – 1,4 секунды для выключения. Эти реле времени срабатывания имеют две рабочие обмотки, одна из которых представляет собой закороченное медное кольцо.

Когда по основной обмотке протекает электрический ток, заметно увеличение магнитного потока. Ток короткого замыкания обмотки генерируется этим током, поэтому увеличение магнитного потока основной обмотки ограничено.

В результате создается временная характеристика для движения якоря привода, другими словами, создается временная задержка для включения.

Если основная обмотка перестает подавать ток, из-за эффекта индуктивности магнитное поле короткозамкнутой обмотки остается активным в течение некоторого времени. Следовательно, реле не отключается в течение этого времени.

Вариант №2: Пневматические устройства

Пневматические системы являются одним из видов эксклюзивного оборудования. Эти агрегаты оснащены специальным механизмом замедления – пневматическим демпфирующим механизмом.

Время пребывания пневматических агрегатов можно регулировать путем увеличения или уменьшения сечения воздухозаборной трубы. Для этого пневматические регуляторы оснащены регулировочным винтом.

Диапазон настройки средней задержки времени для пневматических реле составляет 1 – 60 сек. Однако есть примеры, которые перекрывают этот диапазон в два раза. На практике, однако, существует небольшая погрешность (около 10%) в точности срабатывания уставки.

Вариант №3: Модификации типа часов

Так называемые реле времени часового типа нашли широкое применение в электротехнике. Этот тип устройства часто используется в конструкциях автоматических выключателей, предназначенных для защиты цепей с напряжением от 500 до 10000 В. Диапазон составляет от 0,1 до 20 секунд.

Принцип работы моделей таймеров основан на действии пружины, которая заводится механическим приводом (якорем) электромагнита. Группы контактов реле времени переключаются на основе прошедшего времени, значение которого было предварительно установлено на шкале прибора.

Скорость движения устройства напрямую зависит от силы тока, протекающего в катушке соленоида. Этот фактор позволяет устройству адаптироваться к выполнению функций защиты. Особенностью этой защиты является ее полная независимость от температуры окружающей среды.

Вариант №4: Электронные реле

За последние несколько лет электронные версии заменили устаревшие электромеханические модели везде, где можно использовать реле времени.

Этот тип устройства имеет ряд преимуществ:

малые размеры корпуса;
высокая точность отключения;
простой механизм регулировки;
Визуальное представление информации.

Чтобы настроить реле времени для цифровых устройств, просто установите нужные параметры времени с помощью функциональных кнопок на передней панели устройства.

Как правило, регулировка доступна в широком диапазоне настроек времени, охватывающем не только секунды, минуты, часы, но и дни недели. В качестве примера рассмотрим модель недельного электронного реле времени.

Электронный таймер с функцией автоматического включения/выключения может быть успешно использован в системах управления различными типами оборудования. Так называемое “недельное” реле времени обеспечивает функции переключения в соответствии с заданным временным интервалом в недельном цикле. Такие устройства используются в системах “умный дом”.

Например, устройство позволяет

для переключения систем освещения в заданное время;
для запуска или остановки технологических устройств;
Для активации/деактивации систем безопасности.

Устройство имеет небольшие размеры и несколько функциональных кнопок. Пользователь может легко настроить (запрограммировать) его с помощью системной клавиатуры.

Режим программирования активируется нажатием и удержанием кнопки с маркировкой “P”. Кнопка “Сброс” используется для сброса системы. Установку времени реле можно изменить с помощью кнопок настройки минут, часов и дня недели, когда активен режим программирования.

Стандартная схема подключения реле времени обеспечивает один из двух режимов управления действием – ручной или автоматический. Реле цифрового типа легко настраивается благодаря информативному ЖК-дисплею.

Чтобы не ограничиваться временем одного перехода в RC-цепочке, для того чтобы сделать реле многоцикловым, следует несколько усложнить принцип организации задержки, а именно: включить RC-цепочку в RC-генератор, а затем считать импульсы с генератора, причем длительность импульса опять же будет определяться постоянной времени RC-цепочки в генераторе. Таким образом, длительность задержки реле времени может быть значительно увеличена.

Принцип действия и типы реле времени

Реле времени часто используются для коммутации электрических цепей для реализации алгоритма работы оборудования, в системах автоматизации и просто для включения или выключения с задержкой. Реле времени могут быть основаны на электронных или электромеханических схемах. В этой статье мы расскажем об электронных схемах реле времени, которые широко распространены в современной промышленности.

Во-первых, важно понимать, что реле времени создает некоторую задержку в срабатывании самих переключающих устройств, которые могут быть электронными или механическими. Но сама схема реле времени представляет собой электронные часы.

В своей простейшей форме RC-цепочка используется для установки задержки, когда резистор заряжает или разряжает конденсатор, напряжение на конденсаторе изменяется экспоненциально со временем, и данная RC-цепочка имеет определенную постоянную времени, которая зависит от номиналов резистора и конденсатора в ней.

Чем больше емкость конденсатора в цепи и чем больше сопротивление резистора, тем больше времени требуется для зарядки или разрядки конденсатора, и, следовательно, тем больше времени требуется для повышения или понижения напряжения на конденсаторе.

На практике однократная задержка времени с RC-цепочкой ограничена временем в 30 секунд, это связано с конечным сопротивлением печатной платы, но это ограничение не относится к реле на базе микроконтроллера, которые будут рассмотрены позже.

Чтобы не ограничиваться одним временем переходного процесса в RC-цепочке, для того, чтобы сделать реле многоцикловым, необходимо несколько усложнить принцип организации задержки, а именно: включить RC-цепочку в RC-генератор, а затем считать импульсы с генератора, и длительность импульса снова будет определяться постоянной времени RC-цепочки в генераторе. Таким образом, длительность задержки реле с таймером может быть значительно увеличена.

Более точный результат и большую стабильность даст генератор не на RC-цепочке, а на кварцевом резонаторе, так как кварцевый резонатор имеет очень точную и стабильную частоту, на которую мало влияют внешние температурные колебания, чего нельзя сказать о конденсаторах и резисторах.

По количеству рабочих циклов электронные реле времени делятся на реле с нажимным механизмом и одноцикловые реле.

Схема одноциклового реле времени

В одноцикловых схемах управляющий сигнал (например, нажатие кнопки или просто подача питания на схему) обрабатывается в блоке согласования, где уровень напряжения или тока преобразуется для обработки в блоке запуска.

Блок запуска подает сигнал на блок предустановки, который, в свою очередь, запускает блок исполнения или загружает RC-цепочку. RC-цепочки можно переключать, выбирая таким образом время задержки из заданного диапазона.

По мере зарядки (разрядки) конденсатора в цепи его напряжение увеличивается (уменьшается) экспоненциально и непрерывно сравнивается с опорным напряжением на аналоговом компараторе.

Когда напряжение на конденсаторе становится выше (ниже) опорного напряжения, выходной преобразователь активирует схему исполнения. Конечно, временной интервал зависит не только от постоянной времени RC-цепочки, но и от величины опорного напряжения, которое устанавливается на входе второго компаратора.

Схема реле времени с многократным срабатыванием

Схемы реле с толкателем позволяют использовать более длительные временные интервалы, поскольку, как упоминалось выше, схемы с толкателем учитывают несколько циклов RC-цепочки или несколько циклов генератора импульсов, что приводит к увеличению временных интервалов.

Многоцикловые схемы, как и одноцикловые, получают сигнал от блока запуска, но этот сигнал поступает в блок сброса, где он устанавливает цифровую часть в исходное состояние настройки. Затем осциллятор начинает работать, посылая серию импульсов на счетчик. Количество импульсов, подсчитанное на счетчике, сравнивается с количеством импульсов, заданным на цифровом компараторе, при достижении заданного количества импульсов срабатывает выходной преобразователь, который активирует исполнительную схему, например, силовой контактор.

Изменяя частоту генератора импульсов и значение на цифровом компараторе (или в простом варианте на выходе счетчика), выбирается время задержки реле времени. Такие блоки могут быть удобно реализованы на программируемых микроконтроллерах с использованием дискретных элементов или цифровых микросхем.

Таким образом, простейшее push-pull реле содержит следующие основные блоки: цифровой генератор импульсов с переключаемыми RC-цепочками, счетчик импульсов, компаратор может отсутствовать, а выход счетчика выбранного разряда может быть подключен непосредственно к схеме управления. При подаче “сброса” на цифровую часть активируется реле времени.

Схема реле времени с микроконтроллером

Схемы реле времени на базе микроконтроллеров сегодня очень распространены, и многие блоки реализованы программно. Кварцевый резонатор отвечает за тактовые импульсы, а установка времени осуществляется с блока кнопок, подключенных к соответствующим выводам, функции которых конфигурируются программно в качестве входов.

На выходе управления находится транзисторный переключатель, который управляет исполнительным механизмом. Для индикации имеется дисплей, на котором можно увидеть обратный отсчет времени.

Благодаря низкой цене, малым размерам и доступности программного обеспечения и встроенных программ, реле времени на базе микроконтроллеров сегодня набирают популярность. Микроконтроллеры также имеют низкое энергопотребление, и конструкция, основанная на дискретных компонентах, была бы гораздо более громоздкой и громоздкой.

Чтобы изменить реле таймера на программируемом микроконтроллере, достаточно обновить прошивку, и вам не придется ничего перепаивать. Кроме того, цифровые интерфейсы микроконтроллеров позволяют им легко взаимодействовать с внешними индикаторами и кнопками, а также друг с другом и со многими другими устройствами, не говоря уже о взаимодействии с ПК.

В настоящее время наблюдается явная тенденция к широкому использованию программируемых микроконтроллеров в реле времени и системах автоматизации, как в промышленном производстве, так и в быту.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Контактная система активируется по истечении таймера обратного отсчета. Контакты быстро замыкаются. Время устанавливается по шкале. Задержка от 0,1 до 20 сек.

Электромагнитный

Встречается только в цепях постоянного тока и включает такие компоненты, как элемент магнето, управляющая обмотка и закороченная катушка.

Задержка переключения вызвана закороченной обмоткой. Он содержит одну катушку, которая прикреплена к элементу сердечника магнитной цепи. Эта катушка имеет форму рукава. Он изготовлен из металла, алюминия или меди.

Для обеспечения задержки срабатывания предусмотрен вспомогательный магнитный поток. Регулировка возможна путем изменения параметров зазора или напряжения возвратной пружины. Его можно отрегулировать в течение 5 секунд.

Реле используется в системах, обеспечивающих управление ускорением или замедлением электрического привода. На время задержки влияет температура. При отклонении температуры обмотки на 10oC задержка изменяется на 4%.

Уровень влажности в помещении, где будет использоваться таймер, не должен превышать 80%. На этот период электрическая цепь, в которой будет установлен таймер, должна быть отключена от электросети.

Регулировка электромеханических устройств

Промышленные и бытовые приборы часто могут быть дополнены электромеханическими устройствами. Их конструкция такова, что они управляются потенциометрами. На передней части корпуса имеется специальный штифт потенциометра. Он помещается в плоскую отвертку. Вокруг этого элемента расположена шкала со значениями.

Слот действует как своеобразный индикатор, который меняет свое направление при вращении. Чтобы установить нужное значение времени, шлиц отвертки должен быть расположен напротив требуемого значения.

Наиболее распространенным примером устройства такого типа является электромеханическое реле NTE8. Он используется для управления системами вентиляции, искусственного освещения и нагревательными модулями.

Преимущества электронных устройств:

Деактивация катушки реле

Отключив катушку реле, можно также добиться замедленного спада магнитного потока в катушке (рис. 2 b). Для этого используются различные демпферы. Супрессор – это толстая гильза из меди или алюминия, которая устанавливается на общий сердечник с обмоткой катушки. Эта гильза образует вторичный контур. Когда основной магнитный поток исчезает при размыкании датчика, в гильзе индуцируется ток, который, согласно правилу Ленца, стремится поддержать основной поток. Чем больше масса заслонки, тем больше выдержка времени срабатывания реле. Алюминиевое основание реле также действует как демпфер. Различные диапазоны задержки реле (0,3-5,5 с) могут быть достигнуты за счет использования дополнительных съемных демпферов.

Обратите внимание, что реле типа RE-500 рассчитано на постоянный ток и подключается через выпрямители в цепи управления двигателем переменного тока.

Читайте далее: