Простое экономичное реле времени

Л. МЕДИНСКИЙ   г. Новосибирск

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==2¹⁴T=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

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

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.

Радио N1 1988 г.