Das Funktionsprinzip und die Arten von Zeitrelais

Zum Schalten von Stromkreisen, um den Betriebsalgorithmus von Geräten zu implementieren, in Automatisierungssystemen und einfach zum verzögerten Ein- oder Ausschalten – sie werden häufig verwendet Zeitrelais... Zeitrelais können sowohl auf der Basis elektronischer Elemente angeordnet werden und der Elektromechanik. In diesem Artikel werden wir über elektronische Zeitrelaisschaltungen sprechen, die in der heutigen Industrie weit verbreitet sind.

Zunächst müssen Sie verstehen, dass das Zeitrelais eine gewisse Verzögerung für den Betrieb von Direktschaltgeräten erzeugt, die sowohl elektronisch als auch mechanisch sein können. Aber die Zeitrelaisschaltung selbst ist ein solcher elektronischer Timer.

In seiner einfachsten Form verwenden Sie zum Einstellen der Verzögerung eine RC-Schaltung, bei der sich beim Laden oder Entladen eines Kondensators über einen Widerstand die Spannung darin exponentiell mit der Zeit ändert und eine bestimmte RC-Schaltung eine bestimmte Zeitkonstante hat hängt von den darin enthaltenen Widerstands- und Kondensatorwerten ab.

Je größer die Kapazität des Schaltungskondensators und je größer der Widerstandswert des Widerstands ist, desto länger dauert der Lade- bzw. Entladevorgang des Kondensators und desto länger steigt oder sinkt die Kondensatorspannung.

In der Praxis ist die einmalige Verzögerung bei Verwendung einer RC-Schaltung auf 30 Sekunden begrenzt, dies ist auf den Endwiderstand der Leiterplatte zurückzuführen, diese Einschränkung gilt jedoch nicht für Mikrocontroller-Relais, auf die später noch eingegangen wird.

Um nicht durch die Zeit eines einzelnen Übergangs im RC-Kreis eingeschränkt zu werden, ist es notwendig, das Prinzip der Organisation der Verzögerung etwas zu komplizieren, um das Relais mehrzyklisch zu machen, nämlich den RC-Kreis in umzuwandeln einen RC-Generator und dann die Impulse vom Generator zählen und die Impulsdauer wird wieder auf eine konstante Zeit der RC-Schaltung im Generator eingestellt. Dadurch kann die Verzögerungsdauer des Zeitrelais deutlich verlängert werden.

Ein genaueres Ergebnis und eine höhere Stabilität ermöglichen es, einen Oszillator zu erhalten, der nicht aus einer RC-Schaltung, sondern aus einem Quarzresonator besteht, da der Quarzresonator eine sehr genaue und stabile Frequenz hat, die nicht stark von den Schwankungen der Außentemperatur abhängt , was man über Kondensatoren und Widerstände nicht sagen kann.

Daher werden elektronische Zeitrelais entsprechend der Anzahl der Arbeitszyklen bedingt in Mehrzyklus- und Einzelzyklus-Relais unterteilt.

One-Shot-Zeitrelaisschaltung

In One-Shot-Schaltkreisen wird ein Steuersignal (z. B. das Drücken einer Taste oder einfach das Anlegen von Strom an den Schaltkreis) an ein Anpassungsgerät umgewandelt, wo der Spannungs- oder Strompegel zur Verarbeitung im Auslösegerät umgewandelt wird.

Das Startgerät sendet ein Signal an das Ersteinrichtungsgerät, das wiederum das ausführende Gerät startet oder den RC-Schaltkreis lädt. RC-Glieder können umgeschaltet werden, wodurch die Verzögerungszeit aus dem verfügbaren Bereich ausgewählt werden kann.

Beim Laden (Entladen) des Kondensators der Schaltung steigt (fällt) die Spannung darin exponentiell an, während sie kontinuierlich mit der Referenzspannung des Analogkomparators verglichen wird.

Sobald die Kondensatorspannung über (unter) die Referenzspannung steigt, startet der Ausgangswandler die Ausführungsschaltung. Offensichtlich hängt das Zeitintervall nicht nur von der Zeitkonstante der RC-Schaltung ab, sondern auch vom Wert der Referenzspannung, die am zweiten Eingang des Komparators eingestellt wird.

Mehrzyklus-Zeitrelaisschaltung

Relaisschemata zur Mehrzyklussynchronisation ermöglichen eine Erweiterung des Zeitbereichs, da, wie oben erwähnt, bei Mehrzyklusschemata mehrere Betriebszyklen der RC-Schaltung oder mehrere Betriebszyklen des Impulsgenerators berücksichtigt werden, d.h. die Abstände sind länger.

Mehrzyklusschaltungen empfangen wie Einzelzyklusschaltungen ein Signal vom Trigger, dieses Signal geht jedoch an den Reset-Block, wo es den digitalen Teil in seinen ursprünglichen Einstellungszustand zurückversetzt. Anschließend wird der Generator in Betrieb genommen und sendet eine Reihe von Impulsen an den Zähler.Die am Zähler gezählte Impulszahl wird mit der am digitalen Komparator eingestellten Zahl verglichen. Nach Erreichen der angegebenen Impulszahl wird der Ausgangswandler ausgelöst, der den ausführenden Schaltkreis, beispielsweise ein Leistungsschütz, startet.

Durch Änderung der Frequenz des Impulsgenerators und des Wertes im digitalen Komparator (oder vereinfacht gesagt am Ausgang des Zählers) wird die Verzögerungszeit des Zeitrelais ausgewählt. Solche Blöcke können bequem auf programmierbaren Mikrocontrollern mithilfe diskreter Elemente oder digitaler Chips implementiert werden.

Das einfachste Mehrzyklusrelais umfasst also die folgenden Grundblöcke: einen digitalen Impulsgenerator mit schaltenden RC-Schaltungen, einen Impulszähler, einen Komparator kann fehlen und der Ausgang des Zählers der ausgewählten Entladung kann direkt an a angeschlossen werden Steuerkreis. Durch Anwenden von „Reset“ auf den Digitalteil schaltet das Zeitrelais ein.

Diagramm des Mikrocontroller-Zeitrelais

Heutzutage sind Mikrocontroller-Zeitschaltkreise weit verbreitet, bei denen viele Blöcke in Software implementiert sind. Für die Taktimpulse ist ein Quarzresonator zuständig, die Zeiteinstellung erfolgt über einen Tastenblock, der an die entsprechenden Ausgänge angeschlossen ist, deren Funktionen im Programm als Eingänge konfiguriert werden.

Am Steuerausgang — Transistorschalter, das das ausführende Gerät steuert. Zur Anzeige gibt es ein Display, auf dem Sie persönlich sehen können, wie die Zeit herunterzählt.

Mikrocontroller-Zeitrelais erfreuen sich heute aufgrund der geringen Kosten von Mikrocontrollern, ihrer geringen Größe und der Verfügbarkeit von Hardware und Software zunehmender Beliebtheit.Darüber hinaus verbrauchen Mikrocontroller wenig Strom, und wenn ein solches Design auf diskreten Komponenten entwickelt wird, wird es viel umständlicher und energieintensiver.

Um das Zeitrelais eines programmierbaren Mikrocontrollers zu ändern, genügt ein Firmware-Update und Sie müssen nichts löten. Darüber hinaus ermöglichen die digitalen Schnittstellen von Mikrocontrollern eine einfache Kopplung mit externen Anzeigen und Tasten sowie untereinander und mit vielen Blöcken unterschiedlicher Geräte, ganz zu schweigen von der Interaktion mit einem Computer.

Der heutige Trend zielt eindeutig auf den weit verbreiteten Einsatz programmierbarer Mikrocontroller in Zeitrelaisschaltungen und der Automatisierung sowohl in der industriellen Produktion als auch im Alltag.