Реле предназначено для получения выдержек времени от долей секунды до нескольких месяцев. На его основе могут быть построены устройства для управления различными бытовыми и технологическими процессами, а также объектами (нагревателями, тостерами, бытовой электронной аппаратурой, сушкой обуви, кормлением рыб и животных, поливом растений, циклическими
испытаниями различной продукции и т. д.). Реле компактно, обладает высокой помехоустойчивостью, просто по схеме, потребляет энергию только во время отсчета выдержки. Работает от сети переменного тока напряжением 220 В.
Ток нагрузки (исполнительной цепи) -
до 1,5 А, если симистор работает без теплоотвода, и до 10 А при работе с
теплоотводом. Мощность, потребляемая от сети собственно реле, - 0,3 Вт.
Температурная нестабильность отсчета - не хуже 2…3 %; она зависит от
стабильности элементов времязадающей цепи. Реле практически нечувствительно к
колебаниям напряжения сети в пределах от 180 до 240 В.
До начала отсчета выдержки времени
симистор VS1 (см. схему на рис. 1, а) закрыт, напряжение на нагрузке и в цепи
питания реле отсутствует. При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» конденсатор С1
заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона VD1. После отпускания кнопки
это. напряжение поступает в цепь питания реле времени. При этом на входе R
счетчика DD1 формируется импульс, устанавливающий на выходе 15 нулевой уровень
напряжения. Генератор импульсов, собранный на транзисторе VT2 и трансформаторе
Т1, начинает вырабатывать импульсы с частотой следования около 500 Гц,
открывающие симистор VS1, через нагрузку начинает течь ток. Падение напряжения
на нагрузке через токоограничивающий резистор R2, диод VD2 и нормально замкнутые
контакты кнопки SB1 обеспечивает питание устройства.
С момента отпускания кнопки SB1
генераторная часть счетчика DD1 вырабатывает импульсы с периодом Т,
пропорциональным постоянной времени времязадающей цепи R3C3. Счетчик DD1
подсчитывает импульсы и через время выдержки tв=2 14T=16384 Т на выходе 15 счетчика DD1
появляется напряжение логической 1, транзистор VT2 закрывается, следом
закрывается симистор VS1, нагрузка выключается и одновременно прекращается
питание цепей реле времени.
.
Благодаря высокому сопротивлению входа
Z счетчика DD1, генераторная часть устойчиво работает при сопротивлении
резистора R3 от 2 кОм до 100 МОм и емкости конденсатора СЗ от 50 пф до десятков микрофарад, т. е. постоянную
времени времязадающей цепи и соответственно период Т колебаний можно
устанавливать в пределах от микросекунд до десятков минут.
При отработке интервалов времени менее
2 с из-за малого потребления тока устройством напряжение на конденсаторе С1 не
успевает за время t„ после отключения нагрузки упасть до значения, при котором
реле времени прекращает работу. В этом случае возможна реализация периодического
режима работы, при котором нагрузка вновь включается через время tв, затем опять
отключается и т. д. Разрядная цепь на транзисторе VT1 и резисторах R5,
R6,показанная на рис. 1,а штриховыми линиями, разряжает конденсатор С1 менее чем
за 0,1 с после отработки выдержки времени. Если малых выдержек времени по
условиям работы не требуется, то эта разрядная цепь не нужна.
Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом
магнитопроводе К 10Х6Х3 из феррита 1000НМ. Все его обмотки содержат по 45 витков
провода ПЭЛШО 0,15. Вместо симистора КУ208Г можно использовать ТС10-4.
Симисторный ключ можно заменить тринисторным, собранным по традиционной схеме с
диодным мостом. Для большинства применений во времязадающей цепи можно
использовать резисторы МЛТ, ВС, СП, СПО, КИМ и конденсаторы БМ, МБМ, К40, МБГО;
при повышенных же требованиях к стабильности - резисторы ВЛП, МГП, конденсаторы
КСО, ФТ, К72, ПМ, К70. Предохранитель FU1 выбирают по току
нагрузки.
Таблица 1
Период
колебаний
Выдержка
времени.
tв
для реле
по схеме рис.
1,а
для реле
по схеме рис.
1.б,
1с
61 мкс
мин
3,66 мс
-
ч
0,22 с
6,7 мкс
сутки
5,27 с
160 мкс
неделя
36,9 с
1,12 мс
месяц
34,3 мс
год
-
0,412
с
Если максимальная выдержка времени
реле недостаточна, то ее легко увеличить добавлением еще одного счетчика, при
этом время выдержки будет равно произведению коэффициентов пересчета счетчиков
на период Т. На рис. 1. б показан фрагмент схемы реле времени на двух счетчиках
К176ИЕ5, у которого tв=229T=5.37*108 Т.
Рис1 б.
При налаживании этого реле времени
подбирают элементы времязадающей цепи для получения требуемых выдержек, причем
на больших выдержках это удобнее делать не по длительности выдержки tв, а по
периоду Т колебаний, измеряя его цифровым частотомером и умножая на коэффициент
пересчета. Ориентировочно можно считать, что T=(2…3)R3C3. В табл. 1 указаны
значения периода Т для получения различных выдержек времени tв.
Рис2.
В качестве примера применения этого
реле времени на рис. 2 показана схема устройства, по характеристикам
аналогичного описанному в статье Е. Васильева «Программатор полива» («Радио»,
1984, № 6, с. 15, 16), но собранного всего на одной микросхеме (вместо 11) и
потребляющего в десятки раз меньше энергии.
После включения программатора
открывается симистор VS1, управляющий исполнительным механизмом, время работы
которого определяется эквивалентным сопротивлением параллельно включенных
резисторов R2 и R6 (или R3 и R7 и т. д., в зависимости от номера программы).
После выдержки времени полива исполнительный механизм отключается и начинается
выдержка времени паузы между поливами, длительность которой зависит уже только
от сопротивления резистора R2, поскольку ключ на транзисторах сборки VT1
закрывается. Затем цикл периодически повторяется.
Погрешности отсчета времени полива и
паузы, накапливаясь, могут постепенно приводить к значительному смещению момента
начала полива относительно заданного времени. Для коррекции этого смещения
служит кнопка SB1 «Коррекция», на которую нужно нажать и отпустить в требуемый
момент.
Таблица 2
Длительность
Число
Программа
полива,мин
поливовR
СУТКИ
1
60
4
2
30
8
3
10
8
4
0,5
24
Указанные на рис. 2 номиналы
резисторов R2-R9 обеспечивают
работу по программам, содержащимся в табл. 2. Все четыре обмотки трансформатора
Т1 одинаковы - по 45 витков провода ПЭЛШО 0,15. Магнитопровод - кольцо К10ХбХЗ из феррита
1000НМ.
Рис3.
Еще один пример: программное
устройство, управляющее несколькими (до 10) нагрузками, причем для каждой можно
установить свою длительность выдержки времени. При включении программного
устройства на выходе 0 счетчика DD2 (рис. 3) устанавливается высокий уровень,
через верхний по схеме ключ коммутатора DD3 во времязадающую цепь включается резистор R2 и начинается
отсчет времени для нагрузки Е1. После окончания отсчета высокий уровень
появляется на выходе 1 счетчика DD2, во времязадающую цепь вместо резистора R2
включается резистор R3, начинается отсчет выдержки времени для нагрузки Е2 и т.
д., пока на выходе 4 счетчика DD2 не появится высокий уровень, поступающий через
диод VD2 на вход R счетчиков DD1 и DD2 и устанавливающий их в исходное
состояние, после чего цикл повторяется.
При необходимости увеличения числа
шагов программы нужно добавить еще одну или две микросхемы К176КТ1 и
соответствующее число блокинг-генераторов и симисториых ключей, а анод диода VD2
подключить к соответствующему выходу счетчика DD2. При числе шагов программы,
равном 10, цепь с диодом VD2 не нужна. Такое устройство работает непрерывно, т.
е. по завершению цикла включения нагрузок сразу же начинается новый
цикл.
Если по условиям работы необходим
только один «обход» нагрузок и повторения программы не требуется, то цепь
питания программного устройства следует собрать по схеме рис. 4.
Рис4.
В положении переключателя
SA1. показанном на схеме, при нажатии на кнопку SB1 «Пуск», замыкающую закрытый
тринистор VS1, программатор включается и начинает выполнение программы.
Одновременно блокинг-генератор на транзисторе VT2 и трансформаторе Т1 начинает
вырабатывать импульсы, удерживающие тринистор VS1 открытым и после размыкания
контактов кнопки «Пуск». После завершения цикла «обхода» всех нагрузок на выходе
4 счетчика DD2 (рис. 3) появляется высокий уровень, закрывающий транзистор VT2,
что приводит к закрыванию тринистора VS1. Одновременно открывается транзистор
VT1, разряжая конденсатор С2, и программатор выключается. Если переключатель SAI
перевести в положение «Периодическая», то «обходы» нагрузок будут
повторяться.
Примечание редакции. Описанные выше
устройства принципиально способны обеспечивать очень длительные выдержки.
Разумеется, вероятность перебоев в подаче сетевого напряжения, которым питаются
микросхемы и транзисторы, за относительно длительный период весьма высока.
Поэтому целесообразно позаботиться об организации резервного автономного питания
таймеров. Учитывая малое собственное потребление таймером энергии, это трудности
не представляет.
