Реле времени

Реле времени – это прибор, позволяющий управлять оборудованием согласно расписанию. Принцип действия может быть самым разным. Например, в микроволновой печи это чаще всего обычный таймер. В бытовой технике реле времени гораздо чаще называют программатором. Если говорить более точно, то это комбинация нашего сегодняшнего сабжекта и схемы управления исполнительных устройств (для стиральной машины: двигатель, заборные клапаны, помпа и пр.).

Электромеханическое реле

Электромеханическое реле

История реле времени

Это может показаться удивительным, но уже в 1958 году вышла первая книга по электронным реле времени. Там говорилось, что очень важно в ходе производственного процесса включать или выключать оборудование согласно графику. А также предлагается первое деление на классы:

  1. Пневматические. Обычно снабжены приставкой (рабочая камера, катаракт, пневматический демпфер), где имеется заборное отверстие. Регулировкой сечения изменяется время срабатывания. Контакт обычно удерживается электромагнитом, сила которого постоянна. Таким образом, скорость изменения давления в камере и является определяющим фактором.
  2. Тепловые. Пример таких реле общеизвестен, это автоматы защиты электрических цепей. Каждый может увидеть такой в распределительном щитке. Обычно в основе лежит использование биметаллических пластин. По мере протекания тока они нагреваются и изменяют свой изгиб, что и вызывает срабатывание реле. Такой шаг позволяет защитить технику от перегрева. Аналогичным образом эти реле используются и в составе бытовой техники, например, холодильников.
  3. Электромеханические. В этом случае обычно используется способность дросселей накапливать энергию. Затем в процессе затухания процесса, магнитное поле катушки ослабевает, что и вызывает срабатывание реле в нужный момент времени.
  4. Электронные. В основе обычно лежит время разряда так называемой RC-цепочки. Конденсатор заряжается до нужного номинала, а потом потихоньку отдаёт энергию. В некоторый момент времени уровень напряжения сравнивается с пороговым, и происходит срабатывание. Такой принцип сегодня используется повсеместно: от блоков питания электронной аппаратуры и до микроволновых печей. Произведение R и С называется постоянной времени, и за три этих интервала происходит полный разряд системы по экспоненте.

В 1958 году ещё не была развита полупроводниковая электроника, поэтому в книге по элементной базе выделяют реле времени на: (См. также: Реле напряжения)

  • электронных лампах;
  • газоразрядных приборах.
Тематическая литература

Тематическая литература

Напоминаем, что электронным называются вакуумные лампы, где создаётся луч с катода к аноду за счёт подогрева и эмиссии носителей в свободное пространство: диоды, триоды, пентоды, гептоды и пр. В отличие от них в газоразрядных приборах среда ионизируется, что и создаёт условия для протекания электрического тока. Как догадались наши читатели, к этому тандему логично теперь будет добавить полупроводниковые реле времени. Здесь уже RC-цепочка управляет режимом работы ключевого элемента, например, транзистора или тиристора.

Неправы будут те, кто считает все это написанное в 1958 году каменным веком. Уже в то время на основе базисных знаний удавалось собрать зарядные устройства для аккумуляторов, и сегодня газоразрядные приборы широко используются в составе реле запуска ламп дневного света. Это немного не то, что имели в виду авторы книг из прошлого века, где за счёт возрастания напряжения в системе RC в некоторый момент происходит пробой разрядного промежутка, что и вызывает переключение контактов. В цифровой технике в качестве анализаторов вполне могут использоваться и компараторы. И в любом случае такие знания способствуют лучшему пониманию темы.

Нам осталось добавить к этому, что сегодня реле времени пополнились программируемыми вариантами. Каждый знает, что Windows может через Планировщик заданий напомнить буквально о каждом событии. Можете это рассматривать, как программное реле времени. Хотя в более широком смысле без этого не обходится не одна электронная система. Даже потоки в процессоре персонального компьютера обрабатываются в своём временном интервале. Системные часы обычно называют hardware (железо), а программные в противовес этому – software. Понятно, что последние работают на базе первых.

Единицей счета в последнем случае являются тактовые импульсы. На этом принципе активно строятся таймеры в схемотехники любой серии микросхем. Механические таймеры обычно используются в стиральных машинах и микроволновых печах, представляя собой обычные часы. Но благодаря специальным ухищрениям, тикать они будут только при включённом питании. Вариантом этой разновидности можно считать моторные реле, где частота оборотов счётного механизма активно регулируется при помощи редукторов.

Реле от Panasonic

Реле от Panasonic

Характеристики реле времени

Логическая классификация свойств приборов идёт по следующим направлениям:

  1. Диапазон времён выдержки. В настоящее время этот параметр варьируется в безграничных пределах. Как в сторону увеличения, так и уменьшения времени.
  2. Стабильность работы. Этот параметр больше касается электронных реле. Он подразумевает под собой способность прибора выполнять свои функции при изменении напряжения питания. Понятно, что в автоматических выключателях при 240 В срабатывание произойдёт раньше, нежели при 220 В при одинаковом токе. Это прямо следует из закона Джоуля-Ленца (тепловая мощность вычисляется, как произведение тока на вольтаж).
  3. Долговечность. Обычно измеряется в циклах включения и выключения.
  4. Для электронных приборов: потребляемая мощность.

Следует понимать, что даже биметаллическая пластина, не являющаяся электрическим прибором все-таки рассеивает мощность за счёт теплоты. Долгое время может работать автоматический выключатель на заданном режиме, и все время энергия будет утекать в пространство. Причём срабатывания так и не произойдёт. Но с такими потерями мирятся ввиду экономичности конструкции. Если брать электрочайники, то там через биметаллическую пластину даже ток не протекает: чувствительный элемент стоит под кнопкой и обтекается паром. В результате в нужный момент подогрев выключается, а вода как раз успевает закипеть. Таким образом, одни и те же физические принципы используются по-разному:

  1. В случае с пускозащитными реле холодильников и автоматическими выключателями через биметаллическую пластину течёт ток, и активно вступает в действие закон Джоуля-Ленца.
  2. Электрочайник обогревает свой сенсор опосредованно, от поднимающегося над водой пара.
  3. В составе балласта ламп дневного света биметаллическая пластина подогревается тепловой энергией, образующейся в небольшой газоразрядной колбе.
  4. В утюге и масляном обогревателе биметаллическая пластина крепится непосредственно возле спирали и служит для управления подачей питания.
Схема задержки времени реле

Схема задержки времени реле

Вы можете сказать, что некоторые из этих примеров к реле времени имеют мало отношения, а мы ответим, что упомянутые вещи позволяют глубже понять принцип организации рассматриваемых сегодня приборов. Человек с гораздо большим интересом относится к явлениям, которые он вполне понимает. Несогласные могут вспомнить свои ощущения, вызванные уроками физики по ядерным реакциям. Мы уверены, что большинство испытывало скуку только от непонимания и неумения применять получаемые знания в своей повседневной жизни. Характеристики реле времени можно дополнить следующим списком параметров: (См. также: Промежуточное реле)

  1. Число значений срабатывания. Параметр не актуален для большей части бытовой техники.
  2. Количество переключающих контактов. Имеет смысл не только для одновременного управления несколькими приборами, но и в случае трёхфазных цепей, когда нужно убрать питающее напряжение одновременно со всех линий.
  3. При выборе таймеров в распределительный щиток обращайте внимание на возможность установки на DIN-рейку.
  4. Нормальное положение контактов: замкнуты или разомкнуты. Реле могут включать или выключать питание.
  5. Электрические реле характеризуются пропускаемой мощностью. Для автоматических включателей это номинальный ток, а также предельный отключающий ток. Второй параметр касается разрушающего режима в условиях неконтролируемого роста мощности, когда реле еще способно выполнять свои функции. Для тех же автоматических выключателей порядок цифр может составлять тысячи ампер, и возникновение такой ситуации можно охарактеризовать как нештатное и маловероятное.
  6. Электрические реле выпускаются для постоянного и переменного тока. Кроме того для высоких напряжений активно применяются различные методы для гашения искры. Об этом можно почитать в нашем обзоре про автоматические выключатели.
Электрическое реле

Электрическое реле

Где применяются реле времени

Мы уже упомянули, что список конструкций поистине обширен. Но в общем и целом можно все реле времени разделить на встроенные в технику и продающиеся отдельно. Понятно, что и микроволновая печь, и стиральная машина работают по программе, но мы мало можем повлиять на ход процесса. В качестве собственных задумок логично применять таймеры отдельные. Такие могут управлять работой освещения, отопления, дверей, замков.

В продвинутые модели встраиваются возможности изменения программы по дням недели, и кое-где даже имеется коррекция по широте для адекватной работы фонарей и ламп. Что касается отопления, то таймеры не являются в этом плане лучшим вариантом, хотя могут и использоваться для поддержания микроклимата.

Но самым распространённым типом реле можно считать таймеры цифровой техники, без которых сегодня не обходится ни одно электронное устройство. В основе таких устройств лежит кварцевый резонатор с частотой высокой стабильности. Температурные и временные уходы параметров от номинала настолько малы, что ими в обычном случае можно пренебречь. Кристаллы кварца, таким образом, сделали возможным существование компьютерной техники. Хотя первоначально колебания были получены на основе резонансных контуров из ёмкостей и индуктивностей, оказалось, что этот процесс нуждается во внешней стабилизации.

Сам по себе кварцевый резонатор уже является колебательной системой. При совпадении приложенной частоты с собственной (выбирается конфигурацией кристалла SiO2) электрическое сопротивление конструкции резко снижается. Этот факт отслеживается генератором импульсов и используется для стабилизации частоты. В своё время многим были известные кварцевые часы, которые использовали данный эффект и не требовали настройки. Но ещё большую важность это имеет в компьютерной технике.


Каждый производитель борется за повышение частот, что гарантирует конкурентоспособность продукции. Любой сбой может быть чреват нестабильностью системы, что закономерно вызовет падение спроса. В свою очередь по тактам генератора отсчитывается любое действие в системном блоке. Даже оперативная память работает на основе триггеров-защёлок по этому принципу. Кроме того, колебания используются для хранения в памяти CMOS системного времени. Что также имеет большую важность, потому что при сбое этого параметра операционная система Windows может давать значительные сбои, вплоть до потери активации (в своё время хакеры пытались обмануть условно-бесплатное программное обеспечение, изменяя системное время CMOS).

Вы видите, что реле времени применяются очень широко, как во встроенном, так и внешнем исполнении. Особенно велика их роль в составе цифровой техники. В общепринятом смысле это скорее таймеры, но они уже определяют логику работы всех других систем. Ну, и, конечно, каждый из нас хоть раз пользовался будильником. Это тоже реле времени, которое в определённый момент пробуждает сигнал зуммера. Аналогичного рода устройства, встроенные в кухонную мебель, не одной хозяйке позволяли вспомнить о готовящихся на плите блюдах. А пригоревшие кастрюли очень сложно отмыть, так что значение таких реле времени сложно переоценить.