Реле времени

Реле времени – это прибор, позволяющий управлять оборудованием согласно расписанию. Принцип действия различается. К примеру, в микроволновой печи это чаще обычный таймер. В бытовой технике реле времени преимущественно называют программатором. Точнее, комбинация объекта рассмотрения обзора и схемы управления исполнительных устройств (для стиральной машины: двигатель, заборные клапаны, помпа и пр.).

Электромеханическое реле

Электромеханическое реле

История реле времени

Удивительно, уже в 1958 году вышла первая книга по электронным реле времени. Там говорилось, что крайне важно в ходе производственного процесса включать или выключать оборудование согласно графику. Предлагалось первое деление на классы:

  1. Пневматические. Часто снабжены приставкой (рабочая камера, катаракт, пневматический демпфер) с заборным отверстием. Регулировкой сечения изменяется время срабатывания. Контакт обычно удерживается электромагнитом с постоянной силой. Скорость изменения давления в камере становится определяющим фактором.
  2. Тепловые. Пример таких реле общеизвестен, это автоматы защиты электрических цепей. Присутствуют в распределительном щитке. В основе лежит использование биметаллических пластин. По мере протекания тока они нагреваются и изменяют изгиб, что вызывает срабатывание реле. Подобный шаг защищает технику от перегрева. Аналогичным образом указанные реле используются в составе бытовой техники, к примеру, холодильников.
  3. Электромеханические. Используется способность дросселей накапливать энергию. Затем в процессе затухания магнитное поле катушки ослабевает, вызывая срабатывание реле в нужный момент времени.
  4. Электронные. В основе обычно лежит время разряда RC-цепочки. Конденсатор заряжается до нужного номинала, потом потихоньку отдаёт энергию. В конкретный момент времени уровень напряжения сравнивается с пороговым, происходит срабатывание. Такой принцип сегодня используется повсеместно: от блоков питания электронной аппаратуры до микроволновых печей. Произведение R и С называется постоянной времени, и за три интервала происходит полный разряд системы по экспоненте.

В 1958 году не была развита полупроводниковая электроника, в книге по элементной базе выделяют реле времени на:

  • электронных лампах;
  • газоразрядных приборах.
Тематическая литература

Тематическая литература

Напоминаем, что электронными 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, создаются условия для протекания электрического тока. Как догадались читатели, к упомянутому тандему логично добавить полупроводниковые реле времени. Здесь уже RC-цепочка управляет режимом работы ключевого элемента, к примеру, транзистора или тиристора.

Неправы люди, считающие написанное в 1958 году каменным веком. Уже в то время на основе базисных знаний удавалось собрать зарядные устройства для аккумуляторов, сегодня газоразрядные приборы широко используются в составе реле запуска ламп дневного света. Это отличается от описанного авторами книг прошлого века, где за счёт возрастания напряжения в системе RC в некоторый момент происходит пробой разрядного промежутка, вызывающий переключение контактов. В цифровой технике в качестве анализаторов вполне используются и компараторы. Приведённые знания способствуют лучшему пониманию темы.

Добавим, что сегодня реле времени пополнились программируемыми вариантами. Каждый знает, что Windows через Планировщик заданий напоминает о событиях. Рассмотрите как программное реле времени. Хотя в широком смысле без этого не обходится любая электронная система. Даже потоки в процессоре персонального компьютера обрабатываются в собственном 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 становятся тактовые импульсы. На указанном принципе активно строятся таймеры в схемотехники любой серии микросхем. Механические таймеры используются в стиральных машинах и микроволновых печах, представляя обычные часы. Благодаря специальным ухищрениям, тикают исключительно при включённом питании. Вариантом указанной разновидности считаются моторные реле, где частота оборотов счётного механизма регулируется при помощи редукторов.

Реле от Panasonic

Реле от Panasonic

Характеристики реле времени

Логическая классификация свойств приборов идёт по четырём направлениям:

  1. Диапазон времён выдержки. Сегодня параметр варьируется в безграничных пределах: в сторону увеличения и уменьшения времени.
  2. Стабильность работы. Параметр больше касается электронных реле. Подразумевает способность прибора выполнять 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.

Даже биметаллическая пластина, не являющаяся электрическим прибором, рассеивает мощность за счёт теплоты. Долго проработает автоматический выключатель на заданном режиме, и энергия продолжит утекать в пространство. Причём срабатывания не произойдёт. С подобными потерями мирятся ввиду экономичности конструкции. Если брать электрочайники, 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 успевает закипеть. Выходит, одинаковые физические принципы используются по-разному:

  1. В случае с пускозащитными реле холодильников и автоматическими выключателями через биметаллическую пластину течёт ток, вступает в действие закон Джоуля-Ленца.
  2. Электрочайник обогревает 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

Скажете, примеры 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 понимает. Характеристики реле времени дополняются списком параметров:

  1. Число значений срабатывания. Параметр не актуален для большей части бытовой техники.
  2. Количество переключающих контактов. Оговаривается для одновременного управления несколькими приборами, плюс в случае трёхфазных цепей, когда требуется 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 способны включать или выключать питание.
  5. Электрические реле характеризуются пропускаемой мощностью. Для автоматических включателей это номинальный ток и предельный отключающий ток. Второй параметр касается разрушающего режима в условиях неконтролируемого роста мощности, когда реле еще способно функционировать. Для автоматических выключателей порядок цифр порой составляет тысячи ампер, и возникновение такой ситуации характеризуется как нештатное и маловероятное.
  6. Электрические реле выпускаются для постоянного и переменного тока. Для высоких напряжений применяются различные методы для гашения искры. Описано в обзоре про автоматические выключатели.
Электрическое реле

Электрическое реле

Где применяются реле времени

Список конструкций поистине обширен. Уместно реле времени разделить на встроенные в технику и продающиеся отдельно. Понятно, что микроволновая печь, стиральная машина работают по программе, люди мало способны повлиять на ход процесса. В качестве собственных задумок логично применять таймеры отдельные, управляющие работой освещения, отопления, дверей, замков.

В продвинутые модели встраиваются возможности изменения программы по дням недели, периодически присутствует коррекция по широте для адекватной работы фонарей и ламп. Для отопления таймеры не считаются лучшим вариантом, хотя способны использоваться для поддержания микроклимата.

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

Кварцевый резонатор уже считается 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. Людям известные кварцевые часы, использующие эффект и не требующие настройки. Немалую важность это имеет в компьютерной технике.

Каждый производитель борется за повышение частот, что гарантирует конкурентоспособность продукции. Любой сбой чреват нестабильностью системы, что закономерно вызовет падение спроса. По тактам генератора отсчитывается любое действие в системном блоке. Даже оперативная память работает на основе триггеров-защёлок по указанному принципу. Колебания используются для хранения в памяти CMOS системного времени. Это важно, при сбое этого параметра операционная система Windows даёт значительные сбои, вплоть до потери активации (хакеры пытались обмануть условно-бесплатное программное обеспечение, изменяя системное время CMOS).

Реле времени применяются массово, во встроенном и внешнем исполнении. Особенно велика их роль в составе цифровой техники. В общепринятом смысле это таймеры, определяющие логику работы прочих систем. Будильник — известное реле времени, в определённый момент пробуждающее сигнал зуммера. Аналогичного рода устройства, встроенные в кухонную мебель, не одной хозяйке позволяли вспомнить о готовящихся на плите блюдах. А пригоревшие кастрюли сложно отмыть, значение таких реле времени сложно переоценить.