Современное бытовое оборудование (стиральные машины или СВЧ печи, например) в обязательном порядке оснащаются встроенными реле времени. Кроме того, устройства устанавливаются в однолинейные схемы энергоснабжения и выполняют функцию управления работой нагрузки, включая или отключая ее в нужное время. Чтобы сделать реле времени дома своими руками, нужно изучить особенности конструкции и принцип их действия.
Принцип работы и области применения
Самый простой пример, позволяющий понять принцип работы реле, – заведенный на определенное время механический или электронный будильник. Для получения полноценного таймера к нему добавляется исполнительное устройство, выполняющее нужную функцию – подачу питания на люстру или вентилятор, например. Порядок работы такого реле:
- Как только установленный на таймере (часах) временной интервал истек, сигнал управления поступает на катушку реле.
- Сразу вслед за этим его рабочие контакты размыкают или замыкают питающую цепь.
- В результате отключается или включается подсоединенный к ней прибор.
В реальных устройствах подобный режим работы реализуется с учетом заранее заданной задержки по времени.
Таймеры различного типа широко применяются для управления функционированием промышленных установок, а также при включении и отключении бытовых приборов. В качестве коммутируемых домашних нагрузок обычно используются:
- осветительные приборы любого класса;
- различные образцы климатического оборудования;
- вентиляционные системы и подобные им устройства.
Применение бытовых приборов с управлением по времени позволяет снизить расходы на оплату электроэнергии.
Перед тем как сделать таймер включения и выключения электроприборов своими руками, потребуется ознакомиться с разновидностями этих устройств.
Виды реле
По типу используемого в схеме коммутации выходного элемента известные образцы реле времени делятся на следующие виды:
- релейные системы, основным переключающим звеном которых является рабочий контакт;
- транзисторные коммутаторы на ключевых полупроводниковых элементах;
- симисторные или тиристорные переключатели.
Первый из вариантов мало пригоден для самостоятельного изготовления, поскольку схема его сравнительно сложна – содержит слишком много элементов.
Схемное решение на тиристорах рекомендуется выбирать, когда подключаемая нагрузка нечувствительна к форме напряжения питания.
В самоделках неразумно использовать современные микроконтроллеры, существенно усложняющие процесс настройки и регулировки исполнительной части схемы. Более предпочтительными являются реле на транзисторах, отличающиеся простотой сборки и предварительной отладки.
Практические схемы
Все предлагаемые варианты самодельных реле содержат в своем составе недорогие элементы, свободно продающиеся в любом магазине радиотоваров. Их схема работает по простейшему алгоритму, согласно которому сначала запускается встроенный в нее таймер, а по окончании отсчета срабатывает исполнительный узел. В результате напряжение питания подается или снимается с подключенной к реле нагрузки.
Времязадающее устройство на транзисторах
Электрическая схема реле времени на нескольких транзисторах – самая простая в реализации, поскольку содержит всего 8 активных элементов. На ее основе удается собрать приборы, управляющие временем выключения освещения, например. Для питания такой схемы потребуется батарейка на 9 Вольт или же автомобильный аккумулятор на 12 Вольт.
Для изготовления самодельного реле необходим следующий набор деталей:
- два постоянных резистора и один переменный потенциометр – их номиналы подбираются под конкретную схему;
- сдвоенный транзистор КТ937А или зарубежный аналог;
- реле, переключающее нагрузку;
- постоянный времязадающий конденсатор нужной емкости;
- диод под обозначением КД105Б;
- кнопка для запуска реле.
Задержка по времени в самодельном устройстве организуется зарядкой постоянного конденсатора до уровня питания транзисторного ключевого элемента. В течение всего этого процесса, до момента достижения напряжения 9-12 Вольт, выходной ключ остается открытым, а подключенная к нему лампочка светится в полный накал. Через промежуток времени, задаваемый текущим значением переменного резистора, транзистор полностью закрывается. В результате обмотка в его коллекторе обесточивается, а нагрузка отключается от цепи питания.
Временные параметры в секундах или минутах для собранного по транзисторной схеме реле подбираются экспериментально – изменением сопротивления регулируемого резистора. Для удобства последующего задания момента включения или выключения на корпусе реле рекомендуется нанести указатели, которыми обозначаются полученные экспериментальным путем уставки по времени.
Реле на микросхеме
Схема электронного таймера, своими руками собранного на основе микросхемы, позволяет избавиться от таких недостатков транзисторного аналога, как сложность расчета времени задержки. Кроме того, в транзисторной схеме каждый раз перед очередным запуском необходимо разряжать времязадающий конденсатор. Применение микросхем с одной стороны нивелирует эти недостатки, а с другой – несколько усложняет устройство. При выборе подходящего для реле времени микрочипа исходят из следующих соображений:
- если нужна задержка в диапазоне от десяти минут до одного часа, лучше всего подойдет микросхема серии TL431;
- при необходимости работать с более широким диапазоном – с временной задержкой от 1 секунды и до нескольких часов – удобнее всего сделать таймер на классической серии NE555;
- примерно те же временные параметры удается получить при использовании микросхемы КР512ПС10.
Порог срабатывания у них из-за наличия источника опорного напряжения строго фиксирован, что позволяет точно задавать требуемое время задержки.
Возможность повысить переключающий вольтаж позволяет увеличить диапазон временных задержек в большую сторону. Благодаря наличию встроенного узла обнуления зарядных цепей делать принудительный сброс нет необходимости. К достоинствам этого варианта самодельного реле времени относят снижение ложных срабатываний, что объясняется более «жесткими» режимами по току.
Большую популярность приобрели схемы реле на основе микроконтроллеров. Однако для самостоятельного копирования они не совсем удобны. При их использовании возникают определенные сложности, связанные с пайкой микрочипов и их программированием. Предложенных вариантов времязадающих устройств обычно хватает для домашнего повторения.
Устройство для коммутации оборудования 220 Вольт
Для управления работой силового оборудования (электродвигателями, например) обычные схемы на 12 Вольт не подходят. В этом случае необходим магнитный пускатель, коммутирующий напряжения 220 или 380 Вольт (в зависимости от числа фаз). Для подачи управляющего напряжения на его катушку также потребуется мощный формирователь 220 Вольт.
Простейшая схема такого реле, применяемая только для управления освещением, не нуждается в мощных контакторах и может быть собрана из ограниченного числа деталей. Для этого потребуется выпрямительный мостик из 4-х вентильных диодов и полупроводниковый тиристор, управляемый уровнем переменного напряжения. При работе в качестве регулятора вентиль пропускает только положительную часть синусоиды 220 Вольт. Такой режим допустим лишь для схем, нагруженных на лампочки накаливания, а также на двигатели вентиляторов или на ТЭНы. Они не чувствительны к форме подаваемого напряжения в отличие от других образцов коммутируемого электрооборудования.
Для самостоятельной сборки такого таймера потребуются следующие комплектующие и детали:
- постоянные сопротивления на 4,3 МОм и 200 Ом плюс переменный резистор на 1,5 кОм;
- четыре диода, рассчитанные на ток свыше 1 Ампера и обратное напряжение до 400 Вольт (это может быть КД202Р, например);
- времязадающий конденсатор на 0,47 мкФ;
- тиристор ВТ151 или подобный ему элемент.
Принцип работы схемы схож с уже рассмотренными ранее случаями и сводится к зарядке питающим напряжением времязадающего конденсатора.
В течение зарядного цикла на управляющий электрод тиристора подается положительный потенциал, поддерживающий его в открытом состоянии. В результате на подключенную к схеме лампочку поступают полуволны сетевого напряжения. По завершении процесса зарядки ток в цепочке прекращается, тиристор закрывается, а лампочка гаснет. Регулировка задержки по времени производится выставлением значения напряжения на зарядном конденсаторе с помощью переменного резистора.
Многофункциональные устройства
Выпускаемые отечественной промышленностью многофункциональные реле времени отличаются расширенным диапазоном опций, что означает наличие следующих возможностей:
- Изделия способны работать по графику, заданному программой на год, месяц или неделю.
- Могут обслуживать от одного до 4-х коммутируемых каналов.
- Оснащаются шестью входными контрольными модулями.
Самостоятельно копировать многофункциональные устройства не имеет смысла. Их следует рассматривать как образцы для углубленного изучения возможностей современных моделей реле времени.
