Przekaźnik czasowy własnymi rękami: przegląd 3 wariantów samodziałek

Można aktywować i wyłączać urządzenia gospodarstwa domowego bez obecności i udziału użytkownika. Większość obecnie produkowanych modeli jest wyposażona w przekaźnik czasowy do automatycznego uruchamiania/zatrzymywania.

Co zrobić, jeśli Państwo chcą zarządzać starszym sprzętem w ten sam sposób? Proszę uzbroić się w cierpliwość, skorzystać z naszych porad i zrobić przekaźnik czasowy własnoręcznie – proszę uwierzyć, to domowe urządzenie znajdzie zastosowanie w gospodarstwie.

Jesteśmy gotowi pomóc Państwu zrealizować ciekawy pomysł i spróbować swoich sił na drodze samodzielnego elektrotechnika. Dla Państwa znaleźliśmy i usystematyzowaliśmy wszystkie cenne informacje o wariantach i sposobach wykonania przekaźnika. Korzystanie z przedstawionych informacji gwarantuje prostotę montażu i doskonałą pracę urządzenia.

W proponowanym do przestudiowania artykule szczegółowo omówiono sprawdzone w praktyce domowe warianty urządzenia. Informacje opierają się na doświadczeniu pasjonatów elektrotechniki i wymaganiach norm.

Zakres zastosowania przekaźnika czasowego

Człowiek zawsze dążył do ułatwienia sobie życia, wprowadzając do codziennego użytku różne urządzenia. Wraz z pojawieniem się techniki opartej na silniku elektrycznym pojawiła się kwestia wyposażenia jej w timer, który sterowałby tym sprzętem automatycznie.

Włączy się na zadany czas – i można iść zajmować się innymi sprawami. Urządzenie po upływie ustawionego okresu samo się wyłączy. Właśnie do takiej automatyzacji potrzeba było przekaźnika z funkcją autotimera.

Klasyczny przykład omawianego urządzenia – to przekaźnik w starej pralce radzieckiego wzoru. Na jej obudowie znajdował się pokrętło z kilkoma podziałkami. Ustawiało się odpowiedni tryb, a bęben kręcił się przez 5–10 minut, aż wewnętrzny zegar nie doszedł do zera.

Elektromagnetyczny przekaźnik czasowy jest niewielkich rozmiarów, zużywa mało energii elektrycznej, nie ma łamiących się części ruchomych i jest trwały.

Dzisiaj przekaźnik czasowy instaluje się w różnym sprzęcie:

• kuchenki mikrofalowe, piece i inne urządzenia gospodarstwa domowego;
• wentylatory wyciągowe;
• systemy automatycznego nawadniania;
• automatykę sterowania oświetleniem.

W większości przypadków urządzenie wykonuje się na bazie mikrokontrolera, który jednocześnie steruje wszystkimi pozostałymi trybami pracy zautomatyzowanego sprzętu. Dla producenta jest to tańsze. Nie trzeba wydawać pieniędzy na kilka oddzielnych urządzeń odpowiedzialnych za coś jednego.

Według typu elementu na wyjściu przekaźnik czasowy klasyfikuje się na trzy rodzaje:

• przekaźnikowe – obciążenie jest podłączane przez «suchy styk»;
• triakowe;
• tyrystorowe.

Najbardziej niezawodny i odporny na przepięcia w sieci jest pierwszy wariant. Urządzenie z przełączającym tyrystorem na wyjściu należy wybrać tylko wtedy, gdy podłączone obciążenie jest niewrażliwe na kształt napięcia zasilającego.

Aby samodzielnie wykonać przekaźnik czasowy, można również skorzystać z mikrokontrolera. Jednak samodzielnie wykonane urządzenia są przeznaczone głównie do prostych rzeczy i warunków pracy. Drogie programowalne sterowniki w takiej sytuacji to niepotrzebna strata pieniędzy.

Istnieją znacznie prostsze i tańsze w wykonaniu schematy oparte na tranzystorach i kondensatorach. Co więcej, dostępnych jest kilka wariantów, więc jest z czego wybierać do konkretnych potrzeb.

Schematy różnych domowych urządzeń

Wszystkie proponowane warianty samodzielnego wykonania przekaźnika czasowego opierają się na zasadzie uruchamiania ustawionego opóźnienia. Najpierw włączany jest timer z zadanym interwałem czasowym i odliczaniem wstecznym.

Podłączone do niego urządzenie zewnętrzne zaczyna działać – włącza się silnik elektryczny lub światło. A następnie, po osiągnięciu zera, przekaźnik wysyła sygnał do wyłączenia tego obciążenia lub odcina prąd.

Wariant 1: najprostszy na tranzystorach

Schematy oparte na tranzystorach są najłatwiejsze w realizacji. Najprostszy z nich składa się tylko z ośmiu elementów. Do ich połączenia nie jest nawet potrzebna płytka, wszystko można zlutować bez niej. Taki przekaźnik często wykonuje się, aby podłączyć przez niego oświetlenie. Naciska się przycisk – i światło świeci przez kilka minut, a potem samo się wyłącza.

Do zasilania tego schematu potrzebne są baterie 9 V lub akumulatory 12 V, a także taki przekaźnik można zasilić z napięcia zmiennego 220 V za pomocą konwertera na stałe 12 V (+)

Aby złożyć ten samodzielnie wykonany przekaźnik czasowy, potrzebne będą:

• para rezystorów (100 omów i 2,2 megaoma);
• tranzystor bipolarny KT937A (lub odpowiednik);
• przekaźnik przełączania obciążenia;
• rezystor nastawny 820 omów (do regulacji interwału czasowego);
• kondensator 3300 µF i 25 V;
• dioda prostownicza KD105B;
• przełącznik do uruchamiania odliczania.

Opóźnienie czasowe w tym przekaźniku czasowym następuje poprzez ładowanie kondensatora do poziomu napięcia zasilania klucza tranzystora. Dopóki C1 ładuje się do 9–12 V, klucz VT1 pozostaje otwarty. Obciążenie zewnętrzne jest zasilane (światło świeci).

Po pewnym czasie, który zależy od ustawionej wartości na R1, następuje zamknięcie tranzystora VT1. Przekaźnik K1 w efekcie zostaje odłączony od zasilania, a obciążenie zostaje odłączone od napięcia.

Czas ładowania kondensatora C1 jest określony przez iloczyn jego pojemności i całkowitej rezystancji obwodu ładowania (R1 i R2). Przy czym pierwsza z tych rezystancji jest stała, a druga regulowana w celu ustawienia konkretnego interwału.

Parametry czasowe dla złożonego przekaźnika dobiera się eksperymentalnie, ustawiając różne wartości na R1. Aby później łatwiej było ustawić pożądany czas, na obudowie należy wykonać oznaczenia z co minutowym pozycjonowaniem.

Wskazanie wzoru do obliczania uzyskiwanych opóźnień dla takiego układu jest problematyczne. Wiele zależy od parametrów konkretnego tranzystora i pozostałych elementów.

Powrót przekaźnika do położenia początkowego następuje przez przełączenie S1 w odwrotnym kierunku. Kondensator jest zwierany do R2 i rozładowuje się. Po ponownym włączeniu S1 cykl uruchamia się od nowa.

Jeden tranzystor można zastąpić układem z pary podobnych, co tylko zwiększy stabilność działania montowanego przekaźnika czasowego (+)

W układzie z dwoma tranzystorami pierwszy uczestniczy w regulacji i sterowaniu przerwą czasową. A drugi to klucz elektroniczny do włączania i wyłączania zasilania obciążenia zewnętrznego.

W wariancie z podwójnym układem jeden z kluczy B1 „uruchamia timer” i włącza obciążenie, a drugi B2 je wyłącza (+)

Najtrudniejsze w tej modyfikacji jest dokładne dobranie rezystancji R3. Powinna ona być taka, aby przekaźnik zamykał się wyłącznie przy podaniu sygnału z B2. Przy tym ponowne włączenie obciążenia musi następować tylko przy zadziałaniu B1. Dobierać go trzeba będzie eksperymentalnie.

Aby zwiększyć interwał opóźnienia przekaźnika czasowego, KT937A można zastąpić tranzystorem polowym z izolowaną bramką (np. 2N7000) (+)

W tego typu tranzystorach prąd bramki jest bardzo mały. Jeśli uzwojenie rezystancyjne w sterującym przekaźniku-kluczu dobrać jako duże (dziesiątki omów i megaomów), to interwał wyłączenia można zwiększyć do kilku godzin. Co więcej, przez większość czasu przekaźnik-timer praktycznie nie pobiera energii.

Tryb aktywny zaczyna się w ostatniej jednej trzeciej tego interwału. Jeśli przekaźnik czasowy podłączymy przez zwykłą baterię, to wytrzyma ona bardzo długo.

Wariant 2: na bazie układów scalonych

Układy tranzystorowe mają dwie główne wady. Trudno obliczyć dla nich czas opóźnienia, a przed każdym kolejnym uruchomieniem należy rozładować kondensator. Zastosowanie układów scalonych niweluje te niedoskonałości, ale komplikuje urządzenie.

Jednak przy posiadaniu nawet minimalnych umiejętności i wiedzy z elektrotechniki wykonanie własnoręcznie takiego przekaźnika czasowego również nie będzie stanowiło problemu.

Jeśli opóźnienie jest potrzebne w zakresie od dziesięciu minut do godziny, to tranzystor najlepiej zastąpić układem scalonym serii TL431 (+)

Próg otwarcia w TL431 jest bardziej stabilny dzięki obecności wewnętrznego źródła napięcia odniesienia. Dodatkowo do jej przełączenia wymagane jest znacznie wyższe napięcie. Na maksimum, poprzez zwiększenie wartości R2, można je podnieść do 30 V.

Kondensator będzie ładował się do takich wartości długo. Ponadto podłączenie C1 do rezystora w celu rozładowania w tym przypadku następuje automatycznie. Dodatkowo nie ma potrzeby naciskania SB1 tutaj.

Inną opcją jest zastosowanie „zintegrowanego timera” NE555. W tym przypadku opóźnienie jest również określane przez parametry dwóch rezystorów (R2 i R4) oraz kondensatora (C1).

„Wyłączenie” przekaźnika następuje poprzez przełączenie ponownie tranzystora. Tylko jego zamknięcie tutaj jest wykonywane sygnałem z wyjścia układu scalonego, gdy odliczy on potrzebne sekundy.

„Timer” oparty na układzie scalonym NE555 w dużej mierze powtarza klasyczną wersję na jednym tranzystorze, ale interwał opóźnień tutaj jest ustawiany bardziej precyzyjnie (od 1 sekundy do kilku minut i godzin) (+)

Fałszywych zadziałań przy użyciu układów scalonych jest znacznie mniej niż przy zastosowaniu tranzystorów. Prądy w tym przypadku są kontrolowane ściślej, tranzystor otwiera się i zamyka dokładnie wtedy, gdy jest to wymagane.

Inna klasyczna wersja przekaźnika czasowego oparta na układzie scalonym bazuje na KR512PS10. W tym przypadku po włączeniu zasilania obwód R1C1 podaje impuls resetu na wejście układu scalonego, po czym uruchamiany jest wewnętrzny generator. Częstotliwość wyłączania (współczynnik podziału) tego ostatniego jest ustawiana przez obwód regulacyjny R2C2.

Liczba zliczanych impulsów jest określana przez przełączanie pięciu wyprowadzeń M01–M05 w różnych kombinacjach. Czas opóźnienia można ustawić od 3 sekund do 30 godzin.

Po odliczeniu określonej liczby impulsów na wyjściu układu scalonego Q1 ustawiany jest wysoki poziom, otwierający VT1. W rezultacie zadziała przekaźnik K1 i włącza lub wyłącza obciążenie.

Schemat montażu przekaźnika czasowego z wykorzystaniem układu scalonego KR512PS10 nie jest skomplikowany; reset do stanu początkowego w takim przekaźniku czasowym następuje automatycznie po osiągnięciu zadanych parametrów dzięki połączeniu wyprowadzeń 10 (END) i 3 (ST) (+)

Istnieją jeszcze bardziej złożone schematy przekaźników czasowych oparte na mikrokontrolerach. Jednak do samodzielnego montażu nie są one zbyt odpowiednie. Tutaj pojawiają się trudności zarówno z lutowaniem, jak i programowaniem. Warianty z tranzystorami i najprostszymi układami scalonymi w zupełności wystarczają do użytku domowego w przeważającej większości przypadków.

Wariant 3: do zasilania na wyjściu 220 V

Wszystkie opisane powyżej schematy są przeznaczone na napięcie wyjściowe 12 woltów. Aby podłączyć do zbudowanego na ich podstawie przekaźnika czasowego mocne obciążenie, należy na wyjściu zainstalować stycznik magnetyczny. Do sterowania silnikami elektrycznymi lub inną złożoną aparaturą elektryczną o podwyższonej mocy tak właśnie trzeba postąpić.

Jednak do regulacji oświetlenia domowego można zmontować przekaźnik na bazie mostka diodowego i tyrystora. Przy tym nie zaleca się podłączania przez taki timer czegokolwiek innego. Tyrystor przepuszcza przez siebie tylko dodatnią część sinusoidy napięcia zmiennego 220 V.

Dla żarówki, wentylatora lub grzałki to nie jest groźne, ale inne urządzenia elektryczne mogą tego nie wytrzymać i spłonąć.

Schemat przekaźnika czasowego z tyrystorem na wyjściu i mostkiem diodowym na wejściu jest przeznaczony do pracy w sieciach 220 V, ale ma szereg ograniczeń co do rodzaju podłączanego obciążenia (+)

Do montażu podobnego timera dla żarówki potrzebne są:

• oporniki stałe 4,3 MΩ (R1) i 200 Ω (R2) oraz regulowany 1,5 kΩ (R3);
• cztery diody o maksymalnym prądzie powyżej 1 A i napięciu wstecznym od 400 V;
• kondensator 0,47 μF;
• tyrystor WT151 lub podobny;
• wyłącznik.

Funkcjonuje ten przekaźnik-czasowy według ogólnego schematu dla podobnych urządzeń, z stopniowym ładowaniem kondensatora. Przy zwarciu styków S1 kondensator C1 zaczyna się ładować.

W trakcie tego procesu tyrystor VS1 pozostaje otwarty. W rezultacie na obciążenie L1 podawane jest napięcie sieciowe 220 V. Po zakończeniu ładowania C1 tyrystor zamyka się i odcina prąd, wyłączając żarówkę.

Regulacja opóźnienia odbywa się przez ustawienie wartości na R3 i dobór pojemności kondensatora. Przy tym należy pamiętać, że każde dotknięcie gołych nóżek wszystkich użytych elementów grozi porażeniem prądem. Wszystkie znajdują się pod napięciem 220 V.

Jeśli nie ma ochoty eksperymentować i samodzielnie zajmować się montażem przekaźnika czasowego, można wybrać gotowe warianty wyłączników i gniazdek z timerem.

Więcej o takich urządzeniach napisano w artykułach:

1. Włącznik z timerem wyłączenia: jak działa i jaki typ wybrać
2. Gniazdko z timerem: rodzaje, zasada działania + cechy instalacji

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zrozumienie od podstaw wewnętrznej budowy przekaźnika czasowego bywa często trudne. Jednym brakuje wiedzy, innym doświadczenia. Aby ułatwić Państwu wybór odpowiedniego schematu, przygotowaliśmy zestaw materiałów wideo, w których szczegółowo omówiono wszystkie niuanse działania i montażu omawianego urządzenia elektronicznego.

Zasada działania elementów przekaźnika czasowego na kluczu tranzystorowym:

Automatyczny timer na tranzystorze polowym dla obciążenia 220 V:

Krok po kroku wykonanie przekaźnika opóźnienia własnoręcznie:

Samodzielne złożenie przekaźnika czasowego nie jest zbyt trudne – istnieje kilka schematów do realizacji tego pomysłu. Wszystkie opierają się na stopniowym ładowaniu kondensatora i otwieraniu/zamykaniu tranzystora lub tyrystora na wyjściu.

Jeśli potrzebne jest proste urządzenie, lepiej wziąć układ tranzystorowy. Ale dla precyzyjnej kontroli czasu opóźnienia trzeba będzie lutować jeden z wariantów na jakimś układzie scalonym.

Jeśli mają Państwo doświadczenie w montażu takiego urządzenia, prosimy podzielić się informacją z naszymi czytelnikami. Proszę zostawiać komentarze, dołączać zdjęcia swoich własnoręcznie wykonanych urządzeń i brać udział w dyskusjach. Blok kontaktowy znajduje się poniżej.