Časovni rele: načelo delovanja, shema priključitve in priporočila za nastavitev

Naprava, ki se sproži ob izteku določenega časovnega intervala, se imenuje časovni rele – naprava je našla široko uporabo v elektrotehniki, elektriki in elektroniki. Z njeno uporabo v shematskih rešitvah je mogoče uresničiti bolj fleksibilne funkcije upravljanja različnih naprav in aparatov.

Glede na konstrukcijo in načelo delovanja naprave je mogoče organizirati električne sheme različne zahtevnosti izvedbe.

Predlagamo, da se seznanite, katere vrste časovnih relejev obstajajo, kakšna je njihova specifika delovanja in uporabe. Teoretično gradivo je dopolnjeno s praktičnimi priporočili za priključitev in nastavitev naprave za časovno upravljanje.

Načelo delovanja časovnega releja

Elektronske naprave so predstavljene z konstrukcijsko raznolikostjo, zato je treba načelo zgradbe časovnega releja obravnavati ob upoštevanju vsake konstrukcijske variacije posebej.

Tako izgleda ena od številnih konstrukcij časovnega releja. V bistvu naprava spominja na običajno stikalo, katerega delovanje je vezano na cikel poteka časa.

Z vidika izvajanih dejanj se v praksi uporabljajo elektromagnetne, pnevmatske, elektronske konstrukcije in naprave z urnim mehanizmom.

Varianta #1: elektromagnetne naprave

Naprave, ki podpirajo elektromagnetno načelo delovanja, so praviloma namenjene delu izključno v shemah z napajanjem z enosmernim tokom.

Konstrukcija elektromagnetnega časovnega releja REV-814: 1 – vozel mirujočih kontaktov; 2 – spona; 3 – dušilni mehanizem iz bakra; 4 – kotnik; 5 – jedro navitja glavnega tokokroga; 6 – sidro; 7 – premični kontakti sidra

Časovni razpon delovanja običajno znaša 0,07 – 0,11 s za vklop in 0,5 – 1,4 s za izklop. Konstrukcija takšnih časovnih relejev vsebuje dve delovni navitji, od katerih eno predstavlja kratkostični krog v obliki bakrenega obroča.

Ko skozi glavno navitje teče električni tok, opazimo porast magnetnega pretoka. Ta pretok tvori tok kratkostičnega navitja, zaradi česar je porast magnetnega pretoka glavnega navitja omejen.

Kot rezultat se oblikuje časovna karakteristika gibanja sidra izvršilnega mehanizma ali, z drugimi besedami, ustvari se časovni zamik pri vklopu.

Izboljšana konstrukcija elektromagnetnega časovnega releja. Ta model naprave podpira komutacijo štirih neodvisnih obremenitvenih kanalov. Hkrati pa je naprava glede tokovnih parametrov šibkejša od starih modelov (+)

Če se prekine dovod toka v tokokrog glavnega navitja, ostane zaradi induktivnosti nekaj časa aktivno magnetno polje kratkostičnega navitja. Posledično se rele v tem času ne izklopi.

Varianta #2: pnevmatske naprave

Konstrukcije na osnovi pnevmatičnih sistemov so neke vrste ekskluzivne naprave. Takšne naprave so opremljene s posebnim mehanizmom za upočasnitev – pnevmatičnim dušilnim mehanizmom.

Čas zamika pnevmatičnih relejev je mogoče nastaviti z zmanjšanjem ali povečanjem pretočnega prereza cevke, skozi katero se dovaja zrak. V ta namen so konstrukcije pnevmatičnih relejev opremljene z nastavitvenim vijakom.

Ena izmed pogostih konstrukcij pnevmatičnih naprav. Dokaj preprosta, zanesljiva izvedba. Parametri komutiranega toka do 16 amperov. Kot komutator se uporablja mini stikalo za dva kanala.

Razpon nastavitve časovne zakasnitve pnevmatičnih relejev v povprečju znaša 1–60 sekund. Vendar pa obstajajo primerki, ki ta razpon skoraj podvojijo. Res pa je, da so v praksi opažene manjše napake (približno 10 %) pri natančnosti delovanja glede na nastavljene vrednosti.

Varianta #3: modifikacije urnega tipa

Tako imenovani časovni releji urnega tipa so našli široko uporabo v elektrotehniki. Ta vrsta naprav se pogosto uporablja v konstrukcijah avtomatskih odklopnikov, namenjenih zaščiti tokokrogov z napetostjo 500–10000 voltov. Razpon zamika znaša 0,1–20 sekund.

Princip delovanja urnih modelov temelji na delovanju vzmeti, ki jo napne mehanski pogon (sidro) elektromagneta. Komutacija kontaktnih skupin urnega časovnega releja se izvede po pretečenem času, katerega vrednost je bila predhodno nastavljena na skali naprave.

Predstavnik precej starodavne serije naprav – časovni rele z urnim mehanizmom. Medtem je ta vrsta naprav pokazala zanesljivo brezhibno delovanje v najrazličnejših pogojih.

Hitrost mehanizma naprave je neposredno povezana z močjo toka, ki teče skozi navitje elektromagneta. Ta dejavnik omogoča nastavitev naprave za izvajanje zaščitnih funkcij. Značilnost takšne zaščite je popolna neodvisnost od vpliva okoljske temperature.

Varianta #4: elektronski releji

V zadnjih nekaj letih so elektronske različice skoraj povsod, kjer se uporabljajo časovni releji, nadomestile zastarele elektromehanske modele.

Ta vrsta naprav ima vrsto prednosti:

• majhne mere ohišja;
• visoka natančnost delovanja;
• priročen mehanizem nastavljanja;
• vizualni prikaz informacij.

Elektronske različice praviloma delujejo na podlagi digitalnih impulznih števcev. Številne sodobne naprave temeljijo na visoko zmogljivih mikrokrmilnikih. Digitalni releji so običajno zasnovani za stikalno delovanje z nizko induktivnimi ali neinduktivnimi bremeni.

Sodoben razvoj – digitalno rele, namenjeno zagotavljanju stikalnih funkcij po času. Privlači s priročnostjo upravljanja in nadzora, prilagodljivim nastavljanjem in videzom.

Za nastavitev digitalnega časovnega releja je dovolj, da s funkcijskimi tipkami, ki so nameščene neposredno na sprednji plošči ohišja, nastavite želene časovne parametre.

Nastavitev je običajno na voljo v širokem časovnem razponu in omogoča zajem ne le sekund, minut in ur, temveč tudi dni v tednu. Kot primer si lahko ogledamo model tedenskega elektronskega releja – časovnika.

Elektronski časovnik s funkcijami samodejnega vklopa in izklopa se lahko uspešno uporablja v krmilnih shemah različnih vrst naprav. Tako imenovano »tedensko« časovno rele omogoča izvajanje stikalnih funkcij v skladu z nastavljenim časovnim intervalom v okviru tedenskega cikla. Takšne naprave se uporabljajo v sistemih “pametni dom”.

Na primer, zahvaljujoč napravi se odpirajo možnosti:

• vklapljati sisteme razsvetljave ob določenem času;
• zaganjati ali ustavljati tehnološko opremo;
• aktivirati/deaktivirati varnostne sisteme.

Naprava je majhnih dimenzij in ima več funkcijskih tipk za upravljanje. Z uporabo sistemske tipkovnice jo uporabnik lahko enostavno nastavlja (programira).

Uporabniška funkcionalnost digitalnega časovnega releja – upravljalna plošča s tipkami za nastavljanje parametrov. Poleg tega še tekočekristalni zaslon, ki prikazuje vse potrebne informacije.

Programski način se aktivira s pritiskom in držanjem tipke, označene s simbolom »P«. Sistemsko ponastavitev omogoča tipka »Reset«. Spreminjanje časovnih nastavitev releja se izvaja s tipkami za nastavljanje minut, ur in dni v tednu, ko je programski način aktiven.

Standardna shema povezave časovnega releja predvideva nastavitev enega od dveh načinov upravljanja – ročnega ali samodejnega. Udobje nastavljanja digitalnega releja zagotavlja informacijski tekočekristalni zaslon.

Nastavitev elektronsko-mehanskih analognih relejev

Sistemi industrijske avtomatike ter različni gospodinjski moduli so pogosto opremljeni z elektromehanskimi napravami, katerih zasnova omogoča nastavitev s pomočjo potenciometrov.

Elektromehanski tip naprave za merjenje časa z nastavljanjem parametrov s potenciometri. Obstajajo različne konfiguracije tovrstnih naprav, kar omogoča njihovo uporabo v vezjih različne zahtevnosti.

Na sprednji plošči ohišja takih naprav se nahaja gred potenciometra (ali več gredi), namenjen vrtenju z rezilom izvijača. Po obodu gredi (gredi) je označena lestvica vrednosti nastavitve.

Reža na gredi za rezilo izvijača je nekakšen kazalec, ki pri vrtenju gredi spreminja svoj položaj. Z nastavitvijo tega kazalca nasproti določenih vrednosti označene lestvice se doseže nastavitev želenega parametra.

Večkanalna naprava elektronsko-mehanskega tipa. Nastavlja se enostavno in preprosto z vrtenjem potenciometrov s pomočjo izvijača. Na sprednji plošči je tudi LED indikacija stanja.

Naprave tega tipa (npr. NTE8) so našle široko uporabo v krmilnih vezjih prezračevalnih sistemov, ogrevalnih modulov in naprav za umetno razsvetljavo.

Regulacija naprav z digitalno skalo

Uporabo naprav s funkcijami mehanske nastavitve lahko prikažemo na primeru gospodinjskega timerja znamke REV Ritter, namenjenega vklopu v domačo električno vtičnico.

Tako imenovani »vtični« rele, namenjen uporabi v gospodinjstvu. Čas delovanja je praviloma omejen na dnevni razpon. Tega časa je povsem dovolj za gospodinjsko uporabo.

S pomočjo vtičnice s časovnikom lahko v nastavljenem časovnem območju upravljate skoraj vsak gospodinjski aparat. Za uporabo tega dnevnega časovnika je dovolj, da napravo vključite v vtičnico in jo nastavite.

Nastavitev poteka z naslednjimi dejanji:

1. Dvignite vse segmente, ki so nameščeni po obodu nastavitvenega diska.
2. Spustite samo tiste segmente, ki ustrezajo času nastavitve.
3. Z vrtenjem nastavitvenega diska nastavite kazalec diska na trenutni čas.

Na primer, če so bili spuščeni segmenti med številkama na lestvici 18 in 20, bo po začetku odštevanja časa releja obremenitev vklopljena ob 18. uri in izklopljena ob 20. uri.

Na splošno zasnova mehanskega releja REV Ritter omogoča do 48 vklopov v polnih 24 urah.

Modifikacija časovnega releja v obliki vtičnice: 1 – vtičnica za priključitev bremena; 2 – ročno upravljanje; 3 – skala, razdeljena na 24 ur; 4 – programski segmenti; 5 – kazalec trenutnega časa; 6 – vtič za vklop v hišno omrežje (+)

Poleg tega naprava podpira funkcijo vklopa bremena zunaj programa. Za to je na voljo ločen gumb, ki se nahaja na stranski strani ohišja. Če uporabnik aktivira ta gumb, se breme priključi neposredno na omrežje, neodvisno od stanja kontaktov releja.

Priključitev časovnega releja v krmilni shemi

Napravo je treba priključiti ob upoštevanju skladnosti mesta namestitve s pogoji, navedenimi v tehničnem listu naprave. Praviloma montaža predvideva navpično namestitev naprave z dopustnim odstopanjem od navpičnice za največ 10°.

Temperaturne meje prostora, kjer je predvidena montaža in uporaba časovnega releja, običajno ne presegajo območja -20 °C do +50 °C.

Raven vlažnosti zraka v območju namestitve naprave ne sme presegati 80%. Električno vezje, v katerega se namesti časovnik, je treba med namestitvijo izključiti iz omrežnega napajanja.

Klasična shema priključitve časovnega releja, v tem primeru za napravo, ki stika dva kanala z bremenom. Po enakem načelu se priključujejo naprave za različno število stikalnih povezav (+)

Naprava katere koli izvedbe tradicionalno vsebuje tehnični list, kjer je navedena shema priključitve. Številni elektronsko-mehanski in digitalni časovniki so opremljeni s shemo, ki je neposredno nanesena na ohišje in prikazuje, kako ter v kakšnem zaporedju priključiti časovni rele.

Klasična možnost priključitve je videti takole:

1. Priključitev napetostnega voda na napajalne sponke naprave.
2. Fazni vod se prek odklopnika poveže z vhodnim kontaktom bremena releja.
3. Izhodni kontakt bremena releja se neposredno poveže s faznim vodom bremena.

V bistvu se shema priključitve za večino naprav sestavi po enakem načelu: priključitev napajanja na samo napravo in vklop bremena prek skupine stikalnih kontaktov.

Glede na tip releja (enofazni, trifazni) ter konstrukcijske posebnosti je lahko teh kontaktnih skupin več.

Preprosto različico časovnega releja lahko izdelate sami. Sheme različnih izdelkov domače izdelave so opisane v tem članku.

Zaključki in koristen video na to temo

V videoposnetku je obravnavana možnost uporabe modularne naprave, ki vsebuje dve neodvisni časovno stikalni napravi. Shema predvideva vklop dveh gospodinjskih aparatov, nastavitev njunega delovanja v časovnih intervalih in druge funkcije.

Seveda vseh obstoječih modifikacij časovnih relejev ni mogoče zajeti v en skromen pregled. Za pregled celotnega nabora naprav bi bilo treba napisati celo knjigo. Pravzaprav so priročniki o različnih vrstah časovnikov na voljo in po potrebi je vedno mogoče najti potrebne informacije.

Imate kaj dodati ali imate vprašanja o delovanju, izbiri, priklopu in nastavitvi časovnih relejev? Lahko pustite komentarje k objavi in sodelujete v razpravah. Obrazec za stik se nahaja v spodnjem bloku.