Przekaźnik czasowy: zasada działania, schemat podłączenia i zalecenia dotyczące konfiguracji

Urządzenie, które zadziała po upływie określonego przedziału czasu, nazywa się przekaźnikiem czasowym – przyrząd znalazł szerokie zastosowanie w elektrotechnice, elektryce, elektronice. Dzięki jego użyciu w rozwiązaniach obwodów można realizować bardziej elastyczne funkcje sterowania różnymi urządzeniami i aparaturą.

W zależności od konstrukcji i zasady działania urządzenia można zorganizować obwody elektryczne o różnym stopniu złożoności.

Proponujemy zapoznać się, jakie istnieją rodzaje przekaźników czasowych, jaka jest ich specyfika działania i zastosowania. Materiał teoretyczny uzupełniono praktycznymi zaleceniami dotyczącymi podłączenia i konfiguracji urządzenia do sterowania czasem.

Zasada działania przekaźnika czasowego

Urządzenia elektroniczne charakteryzują się różnorodnością konstrukcyjną, dlatego zasadę budowy przekaźnika czasowego należy rozpatrywać z uwzględnieniem każdej odmiany konstrukcyjnej oddzielnie.

Tak wygląda jedna z licznych konstrukcji przekaźnika czasowego. W istocie urządzenie przypomina zwykły przełącznik, którego działanie jest jednak związane z cyklem upływu czasu.

Z punktu widzenia wykonywanych działań, w praktyce stosuje się konstrukcje elektromagnetyczne, pneumatyczne, elektroniczne oraz urządzenia z mechanizmem zegarowym.

Opcja #1: przekaźniki elektromagnetyczne

Urządzenia wykorzystujące elektromagnetyczną zasadę działania są zazwyczaj przeznaczone do pracy wyłącznie w obwodach zasilanych prądem stałym.

Konstrukcja elektromagnetycznego przekaźnika czasowego REW-814: 1 – zespół nieruchomych styków; 2 – jarzmo; 3 – tłumik miedziany; 4 – kątownik; 5 – rdzeń uzwojenia obwodu głównego; 6 – zwora; 7 – ruchome styki zwory.

Zakres czasowy zadziałania wynosi zwykle 0,07 – 0,11 s dla załączenia i 0,5 – 1,4 s dla wyłączenia. Konstrukcja takich przekaźników czasowych zawiera dwa uzwojenia robocze, z których jedno stanowi obwód zwarty w postaci miedzianego pierścienia.

Gdy przez uzwojenie główne przepływa prąd elektryczny, obserwuje się wzrost strumienia magnetycznego. Strumień ten indukuje prąd w uzwojeniu zwartym, przez co wzrost strumienia magnetycznego uzwojenia głównego jest ograniczany.

W rezultacie powstaje charakterystyka czasowa ruchu twornika mechanizmu wykonawczego, czyli innymi słowy, tworzy się opóźnienie czasowe załączenia.

Ulepszona konstrukcja przekaźnika czasowego typu elektromagnetycznego. Model ten obsługuje komutację czterech niezależnych kanałów obciążenia. Jednocześnie pod względem parametrów prądowych urządzenie wygląda słabiej od starych modeli (+).

Jeśli ustanie dopływ prądu do obwodu głównego uzwojenia, dzięki efektowi indukcyjności, przez pewien czas pole magnetyczne zwartego uzwojenia pozostaje aktywne. W związku z tym w tym czasie przekaźnik nie wyłącza się.

Opcja #2: urządzenia pneumatyczne

Konstrukcje oparte na układach pneumatycznych są swego rodzaju ekskluzywnymi urządzeniami. Urządzenia te są wyposażone w specjalny mechanizm opóźniający – pneumatyczny mechanizm tłumiący.

Czas opóźnienia przekaźników pneumatycznych można regulować poprzez zmniejszanie lub zwiększanie przekroju poprzecznego rurki, przez którą doprowadzane jest powietrze. W tym celu konstrukcje przekaźników pneumatycznych są wyposażone w śrubę regulacyjną.

Jedna z powszechnych konstrukcji urządzeń pneumatycznych. Dość prosta i niezawodna konstrukcja. Parametry prądu przełączanego do 16 amperów. Jako przełącznik stosowany jest miniaturowy przełącznik dwukanałowy.

Zakres ustawiania opóźnienia czasowego przekaźników pneumatycznych wynosi średnio 1–60 sekund. Istnieją jednak egzemplarze, które pokrywają ten zakres prawie dwukrotnie. Co prawda w praktyce odnotowano niewielkie błędy (około 10%) w dokładności zadziałania według zadanych wartości.

Opcja #3: modyfikacje typu zegarowego

Tak zwane zegarowe przekaźniki czasowe znalazły szerokie zastosowanie w elektryce. Ten typ urządzeń jest często używany w konstrukcjach wyłączników automatycznych przeznaczonych do ochrony obwodów o napięciu 500–10000 woltów. Zakres opóźnienia wynosi 0,1–20 sekund.

Zasada działania modeli zegarowych opiera się na działaniu sprężyny napinanej przez napęd mechaniczny (kotwicę) elektromagnesu. Komutacja grup styków zegarowego przekaźnika czasowego następuje po upływie czasu, którego wartość została wcześniej ustawiona na skali urządzenia.

Przedstawiciel dość starej serii urządzeń – przekaźnik czasowy z mechanizmem zegarowym. Tymczasem ten typ urządzeń wykazał niezawodną i bezawaryjną pracę w najróżniejszych warunkach.

Prędkość chodu mechanizmu urządzenia jest bezpośrednio związana z natężeniem prądu płynącego w uzwojeniu elektromagnesu. Czynnik ten pozwala dostosować urządzenie do realizacji funkcji ochronnych. Cechą charakterystyczną takiej ochrony jest całkowita niezależność od wpływu temperatury otoczenia.

Opcja #4: przekaźniki elektroniczne

W ciągu ostatnich kilku lat, prawie wszędzie gdzie stosuje się przekaźniki czasowe, przestarzałe modele elektromechaniczne zostały zastąpione wersjami elektronicznymi.

Ten typ urządzeń posiada szereg zalet:

• małe wymiary obudowy;
• wysoka precyzja działania;
• wygodny mechanizm regulacji;
• wizualne wyświetlanie informacji.

Wersje elektroniczne działają zazwyczaj na podstawie cyfrowych liczników impulsów. Wiele nowoczesnych urządzeń opartych jest na wysokowydajnych mikroprocesorach. Przekaźniki cyfrowe są zwykle przeznaczone do przełączania obciążeń o niskiej indukcyjności lub nieindukcyjnych.

Nowoczesne opracowanie – cyfrowy przekaźnik, mający zapewnić przełączanie czasowe. Przyciąga wygodą sterowania i kontroli, elastyczną regulacją i wyglądem.

Do ustawienia przekaźnika czasowego typu cyfrowego wystarczy określić odpowiednie parametry czasowe za pomocą klawiszy funkcyjnych umieszczonych bezpośrednio na przednim panelu obudowy.

Regulacja jest zazwyczaj dostępna w szerokim zakresie czasu, umożliwia objęcie nie tylko sekund, minut, godzin, ale także dni tygodnia. Dla przykładu można rozważyć model tygodniowego przekaźnika elektronicznego – timera.

Elektroniczny timer z funkcjami automatycznego włączania-wyłączania może być z powodzeniem stosowany w układach sterowania różnymi typami urządzeń. Tak zwany tygodniowy przekaźnik czasowy zapewnia wykonywanie funkcji przełączania zgodnie z ustawionym przedziałem czasu w ramach cyklu tygodniowego. Urządzenia te są używane w systemach “inteligentny dom”.

Na przykład, dzięki urządzeniu otwierają się możliwości:

• przełączanie systemów oświetlenia w zadanym czasie;
• uruchamianie lub zatrzymywanie urządzeń technologicznych;
• aktywowanie/dezaktywowanie systemów alarmowych.

Urządzenie jest niewielkich rozmiarów, posiada kilka klawiszy funkcyjnych sterowania. Korzystając z klawiatury systemowej, użytkownik może je łatwo konfigurować (programować).

Funkcjonalność użytkownika cyfrowego przekaźnika czasowego – panel sterowania z klawiszami ustawiania parametrów. Plus wyświetlacz ciekłokrystaliczny, na którym wyświetlane są wszystkie niezbędne informacje

Tryb programowania aktywuje się przez naciśnięcie i przytrzymanie przycisku oznaczonego symbolem «P». Systemowy reset wykonuje się za pomocą klawisza «Reset». Zmiana ustawień czasu przekaźnika odbywa się za pomocą klawiszy ustawiania minut, godzin, dni tygodnia przy aktywnym trybie programowania.

Standardowy schemat podłączenia przekaźnika czasowego przewiduje ustawienie jednego z dwóch trybów sterowania działaniami – ręcznego lub automatycznego. Wygodę konfiguracji przekaźnika typu cyfrowego zapewnia informacyjny wyświetlacz ciekłokrystaliczny.

Konfiguracja elektroniczno-mechanicznych przekaźników analogowych

Systemy automatyki przemysłowej, a także różne moduły domowe często są wyposażone w urządzenia elektromechaniczne, których konstrukcja przewiduje regulację za pomocą potencjometrów.

Elektromechaniczny typ urządzenia do odliczania czasu z regulacją parametrów za pomocą potencjometrów. Istnieją różne konfiguracje takich urządzeń, co umożliwia ich zastosowanie w układach o różnym stopniu skomplikowania.

Na przednim panelu obudowy takich urządzeń znajduje się trzpień potencjometru (lub kilka trzpieni), przeznaczony do obracania ostrzem śrubokręta. Na obwodzie trzpienia (trzpieni) naniesiona jest wyskalowana podziałka wartości ustawienia.

Szczelina na trzpieniu pod ostrze śrubokręta jest swoistym wskaźnikiem, zmieniającym swoje położenie podczas obracania trzpienia. Ustawienie tego wskaźnika naprzeciw określonych wartości wyskalowanej podziałki umożliwia regulację żądanego parametru.

Wielokanałowe urządzenie typu elektroniczno-mechanicznego. Reguluje się je łatwo i prosto poprzez obracanie potencjometrów za pomocą śrubokręta. Na przednim panelu znajduje się również diodowa sygnalizacja stanu.

Urządzenia tego typu (np. NTE8) znalazły szerokie zastosowanie w układach sterowania systemami wentylacyjnymi, modułami grzewczymi, urządzeniami sztucznego oświetlenia.

Regulacja urządzeń z cyfrową skalą

Korzystanie z urządzeń z funkcjami mechanicznej regulacji można zademonstrować na przykładzie timera domowego marki REV Ritter, przeznaczonego do włączania do domowego gniazdka sieciowego.

Tak zwany przekaźnik „gniazdkowy”, przeznaczony do użytku domowego. Czas działania z reguły ogranicza się do zakresu dobowego. Ten czas jest w zupełności wystarczający do zastosowań domowych.

Za pomocą gniazdka z timerem można sterować w zadanym zakresie czasu praktycznie dowolnym sprzętem domowym. Aby użyć tego timera dobowego, wystarczy włączyć urządzenie do gniazdka i ustawić.

Regulacja przebiega według następujących czynności:

1. Podnieść wszystkie segmenty znajdujące się na obwodzie tarczy regulacyjnej.
2. Opuścić tylko te segmenty, które odpowiadają czasowi ustawienia.
3. Obrócić tarczę regulacyjną tak, aby ustawić wskazówkę tarczy na bieżący czas.

Na przykład, jeśli zostały opuszczone segmenty między cyframi skali 18 a 20, to po rozpoczęciu odliczania czasu przez przekaźnik, obciążenie zostanie włączone o godzinie 18 i wyłączone o godzinie 20.

Ogólnie rzecz biorąc, konstrukcja mechanicznego przekaźnika REV Ritter pozwala na zorganizowanie do 48 włączeń w ciągu pełnych 24 godzin.

Modyfikacja gniazdkowego przekaźnika czasowego: 1 – gniazdo podłączenia obciążenia; 2 – sterowanie ręczne; 3 – skala podzielona na 24 godziny; 4 – segmenty programowe; 5 – wskaźnik bieżącego czasu; 6 – wtyczka do podłączenia do gniazda sieci domowej (+)

Jednocześnie urządzenie obsługuje funkcję włączania obciążenia poza programem. W tym celu znajduje się oddzielny przycisk umieszczony z boku obudowy. Jeśli użytkownik aktywuje ten przycisk, obciążenie jest podłączane bezpośrednio do sieci, niezależnie od stanu styków przekaźnika.

Podłączenie przekaźnika czasowego w obwodzie sterowania

Urządzenie należy podłączać z uwzględnieniem zgodności miejsca instalacji z warunkami określonymi w karcie technicznej urządzenia. Zazwyczaj montaż zakłada pionową instalację urządzenia z tolerancją odchylenia od pionu nie większą niż 10°.

Granice temperatury pomieszczenia, w którym przewiduje się montaż i eksploatację przekaźnika czasowego, zazwyczaj nie przekraczają zakresu -20°C do +50°C.

Poziom wilgotności powietrza w strefie instalacji urządzenia nie powinien przekraczać 80%. Obwód elektryczny, do którego podłączany jest timer, należy na czas instalacji odłączyć od zasilania sieciowego.

Klasyczny schemat podłączenia przekaźnika czasowego, w tym przypadku dla urządzenia przełączającego dwa kanały z obciążeniem. Na tej samej zasadzie podłącza się urządzenia o różnej liczbie przełączeń (+)

Urządzenie dowolnej konstrukcji tradycyjnie posiada kartę techniczną, w której określony jest schemat podłączenia. Wiele timerów elektroniczno-mechanicznych i cyfrowych uzupełniono schematem naniesionym bezpośrednio na obudowie, pokazującym jak i w jakiej kolejności podłączyć przekaźnik czasowy.

Klasyczny wariant podłączenia wygląda następująco:

1. Podłączenie linii napięcia do zacisków zasilania urządzenia.
2. Linia fazowa przez wyłącznik automatyczny łączy się ze stykiem wejściowym obciążenia przekaźnika.
3. Styk wyjściowy obciążenia przekaźnika podłącza się bezpośrednio do linii fazowej obciążenia.

Zasadniczo schemat podłączenia dla większości urządzeń budowany jest według identycznej zasady: podłączenie zasilania do samego urządzenia oraz włączenie obciążenia przez grupę styków przełączanych.

W zależności od typu przekaźnika (jednofazowe, trójfazowe), a także od cech konstrukcyjnych, tych grup styków może być kilka.

Prosty wariant przekaźnika czasowego można wykonać samodzielnie. Schematy różnych samoróbek opisano w tym artykule.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

W filmie wideo omówiono możliwość wykorzystania urządzenia modułowego, w którym występują dwa niezależne urządzenia przełączające czasowo. Schemat przewiduje włączenie dwóch urządzeń AGD, ustawienie ich pracy w interwałach czasowych oraz inne funkcje.

Oczywiście, nie sposób objąć wszystkich istniejących modyfikacji przekaźników czasowych jednym skromnym przeglądem. Aby rozpatrzyć cały asortyment urządzeń, należałoby napisać całą książkę. Właściwie, podręczniki dotyczące różnych rodzajów timerów są dostępne, a w razie potrzeby można zawsze znaleźć niezbędne informacje.

Czy ma Pan/Pani coś do dodania, lub pojawiły się pytania dotyczące działania, wyboru, podłączenia i konfiguracji przekaźnika czasowego? Może Pan/Pani zostawiać komentarze pod publikacją i uczestniczyć w dyskusjach. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.