Электронные реле времени

Электронные реле времени были разработаны для применения взамен реле времени с
электромагнитным и механическим замедлением.
Первые электронные реле времени выпускались на базе транзисторных схем. Затем в
электронных реле стали использоваться интегральные микросхемы, а в последующем произошел переход к микроконтроллерам. В
общем случае любое электронное реле времени представляет собой
устройство, управляемое входным (питающим) напряжением и переключающее
свои выходные контакты …

Электронные реле времени были разработаны для применения взамен реле времени с электромагнитным и механическим замедлением. Первые электронные реле времени выпускались на базе транзисторных схем. Затем в электронных реле стали использоваться интегральные микросхемы, а в последующем произошел переход к микроконтроллерам.

В общем случае любое электронное реле времени представляет собой устройство, управляемое входным (питающим) напряжением и переключающее свои выходные контакты с той или иной временной задержкой.

Времязадающий узел большинства электронных реле времени выполняется на базе RC-цепей (рис. 1,a). Изменение напряжения на конденсаторе RC-цепи, подключенной к источнику постоянного напряжения, описывается экспоненциальной функцией времени. Это позволяет, контролируя напряжение на конденсаторе, формировать заданные интервалы времени, например от момента подключения RC-цепи к источнику до момента достижения напряжения на конденсаторе заданного уровня. По экспоненциальной функции происходит и разряд предварительно заряженного конденсатора параллельной RC-цепи. Такие цепи используются в реле времени, которые должны переключать свои контакты после исчезновения питающего напряжения.

Рис. 1. Варианты времязадающих цепей, используемых в электронных реле времени

В некоторых реле времени используется заряд конденсатора RC-цепи стабильным током (рис. 1, б и в). В этом случае напряжение на конденсаторе изменяется линейно во времени, что позволяет получить несколько большую точность в формировании выдержек времени. Роль источника стабильного тока в таких реле выполняет электронная схема. Однако реле времени с источником стабильного тока сложнее в реализации и поэтому не получили широкого распространения.

Время заряда (разряда) RC-цепи в реальных схемах не превышает нескольких секунд. Обусловлено это несколькими обстоятельствами. Во-первых, сопротивление времязадающего резистора в RC-цепи приходится ограничивать (в пределах нескольких мегаом), чтобы на заряде конденсатора не сказывались токи утечки по изоляционному материалу печатной платы и входные токи схемы, контролирующей напряжение на конденсаторе.

Во-вторых, в RC-цепи необходимо использовать конденсаторы с минимальной адсорбцией заряда. В противном случае свойство конденсатора восстанавливать напряжение на обкладках после его кратковременного разряда будет приводить к разбросу времени готовности реле к повторному срабатыванию. К сожалению, выпускаемые конденсаторы с минимальной адсорбцией заряда имеют относительно небольшую емкость (порядка нескольких микрофарад).

Реле с небольшими выдержками времени удается выполнить на основе одного такта заряда (разряда) RC-цепи. При необходимости обеспечить большие выдержки времени реле выполняются на основе схем с многократным зарядом-разрядом RC-цепи. В таких многотактных реле времени RC-цепь включается в автоколебательную схему, что обеспечивает периодический заряд-разряд ее конденсатора. Например, автоколебательная схема на основе RC-цепи может быть выполнена на логических элементах, как это показано на рис. 1, г.

Заряд и разряд конденсатора С осуществляются через резистор R2 за счет разных уровней напряжения на входе и выходе инвертирующего логического элемента DD2. Переключает состояния логического элемента DD2 такой же логический элемент DD1, но используемый как пороговый орган напряжения (реализуется то обстоятельство, что логические элементы ИМС переключаются в состояние логического нуля и, наоборот, при разных уровнях входного напряжения). Таким образом, при поданном питании на выходе DD2 формируется последовательность импульсов с достаточно стабильным периодом. Выполняя подсчет выходных импульсов с момента запуска автоколебательной схемы, можно получать электронное реле с большим диапазоном выдержек времени при относительно малых значениях постоянной времени времязадающей цепи.

Наиболее высокую точность обеспечивают электронные реле времени с автоколебательными схемами на основе кварцевых резонаторов (см. рис. 1,д).

Использование в электронных реле времени низковольтных и слаботочных электронных компонентов влечет за собой необходимость применения в них узлов сопряжения с внешними входными и выходными цепями.

Структурные схемы однотактного и многотактного реле времени показаны на рис. 2, а и б соответственно. Обе схемы включают одинаковые блоки: входной преобразователь, узел установления времязадающей схемы в исходное состояние и исполнительный (выходной) орган.

Рис. 2. Структурные схемы реле времени

Назначение входного преобразователя — формирование низкого напряжения нормированного уровня для питания времязадающей схемы, а также для создания опорных потенциалов, необходимых для работы пороговых органов.

Узел установления времязадающей схемы в исходное состояние необходим для приведения всех элементов реле, участвующих в формировании выдержки времени, в строго определенный исходный режим. Приведение реле в исходное состояние может осуществляться либо в момент завершения предыдущего цикла работы реле, либо в момент включения реле под напряжение.

В однотактных реле времени выдержки регулируются либо изменением постоянной времени времязадающей цепи, либо изменением порога срабатывания компаратора (порогового органа), который сравнивает напряжение на конденсаторе времязадающей цепи с уставкой и воздействует на выходной (исполнительный) орган.

В многотактных реле времени выдержка, как правило, обеспечивается подсчетом импульсов тактового генератора в счетчике импульсов и корректируется (для компенсации разброса параметров элементов) изменением постоянной времени RС-цепи тактового генератора. При подаче питающего напряжения тактовый генератор запускается и на вход счетчика начинают поступать импульсы.

Распознавание достижения требуемого состояния счетчика обеспечивается схемой дешифрации его состояния на основе механических переключателей, задающих уставку. В момент накопления в счетчике определенного числа импульсов, совпадающего с уставкой дешифратора, формируется сигнал управления для выходного исполнительного блока.

Рис. 3. Электронное реле времени ВЛ-54

В последние годы электронные реле времени стали выполняться на основе микроконтроллеров. Микроконтроллеру для его работы требуются тактовые импульсы достаточно стабильной частоты. Как правило, эти импульсы формируются встроенным генератором на базе кварцевых резонаторов (рис. 1, д). При поступлении сигнала на запуск реле времени микроконтроллер начинает счет тактовых импульсов. В отличие от электронных реле времени на основе RС-цепи, выдержки времени кварцевых реле времени практически не зависят от температуры окружающей среды и напряжения питания реле.

Существенным достоинством реле времени c использованием микроконтроллеров является возможность их программирования прямо в собранном устройстве. Электронные реле времени с использовании микроконтроллеров с отлаженным программным обеспечением в наладке не нуждаются и начинают работать сразу после подачи питания.

Наиболее распространенные отечественные электронные реле времени: РВ-01, РВ-03, РП-18, ВЛ-54, ВЛ-56, РВК-100, РП21-М-003

Шумрьев В. Я. Реле времени полупроводниковые.

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев