Механични, електромеханични и електронни релета за време

Основни технически характеристики и режими на работа на релета за време

Релетата за време, познати още като таймери, се предлагат в голямо многообразие от конструкции и функционалности. Разнообразието се обяснява с масовото им приложение - от управление на елементарни механизми до елемент от структурата на различни автоматизирани системи. Много често контролът на осветлението, отоплението, вентилацията и други електрически устройства в административните, офисните и жилищните сгради се осъществява на базата на релета за време.

От тази гледна точка, познаването на техническите характеристики на релетата за време и на условията, при които те ще работят са важни за надеждната и продължителна работа на всяка система за автоматизация.

Основни технически характеристики на релетата
Една от основните характеристики на релетата за време е захранващото напрежение. Видът, големината и честотата му, както и отклонението от номиналното напрежение в проценти, при което се гарантира нормална работа на апарата, обикновено са посочени в техническите спецификации на релетата за време. Често производителите на релета за време ги класифицират в две разновидности по отношение на захранващото напрежение. Едната включва модели релета за време с номинално напрежение - 230V±10% 50/60Hz, а другата разновидност обхваща модели за номинално напрежение 24VDC±10%.
Номиналният ток на контактната система се задава при определено напрежение. Обикновено е в границите на 8 ё 16 А при 250 VAC. Някои производители задават и номиналния ток на контактната система при фактор на мощността cosj=0,6 (индуктивен). Често номиналният ток е между 2,5 и 4 А при 250 VAC. При управление на индуктивни товари, например контактори, трансформатори и други, е необходимо да се отчитат пусковите токове при включване и напреженията на самоиндукция при изключване. Възможно е, също така, да се зададе и направо мощността.

Цикъл на програмиране и времезакъснения
Сред характеристиките на релетата е и точността на отработване на задаваните времена, която се задава или в проценти, или за определен период от време, например секунди/ден. Възможно е при релета, поддържащи няколко диапазона на настройка на времената на работа, всеки от диапазоните да се характеризира с различна точност. Важна характеристика на релетата за време е и обхватът на времезакъснението. Тази характеристика се отнася за времезакъснителните релета за време. Производителите предоставят информация за обхвата, защото повечето релета позволяват настройка на реализираното времезакъснение. Типични стойности на този обхват са: 0,1s ё 100 (240) h.
Цикълът на програмиране е друга характеристика на релетата за време. Участва в спецификацията на програмируемите времерелета и указва периода от време, за който е програмиран цикълът на работа. Най-масово разпространени са таймерите с 24-часов и седмичен цикъл на работа. По-рядко се срещат модели с годишен цикъл на програмиране.

Механична и електрическа износоустойчивост
Спецификацията на релетата за време обхваща и броя на контактите, наричани още канали за управление. Известно е, че броят на силовите (управляващите) контакти при релетата за време не е голям. Много често моделите релета имат само един превключващ контакт, като в по-сложните модели програмируеми релета за време са 3 ё 4.
При избора на реле за време е добре да се обърне внимание и на характеристиката механична износоустойчивост. Тя се задава като брой комутационни цикли. Механичната износоустойчивост на релетата за време от водещи производители е в рамките на 106 ё 107 цикъла, гарантирана при честота на комутациите 1000 цикъла/час. Електрическата износоустойчивост, също като механичната, се задава като брой комутационни цикли. Релета за време с електрическа износоустойчивост в рамките на 104 ё 105 цикъла се приема за добра. За едно и също реле стойността на характеристиката е различна при комутация на различни товари - активни и активно-индуктивни.
Оптималният избор на реле за време е свързан и с осигуряване на необходимата степен на защита. Характеристиката се съобразява с мястото на монтаж на релето и работните условия.

Характеристика на релетата за време е и консумираната мощност
Обикновено, мощността, която консумират релетата за време, е от порядъка на 1 - 6 VA при захранване 230 VАС. Сред характеристиките се нарежда и минималната продължителност на управляващия импулс. Дефинира се като минималното времетраене на управляващия импулс, което задейства релето за време. Обикновено това време е от порядъка от 25 до 100 ms. Важно е стойността на характеристиката да се знае, най-вече когато управляващият импулс се подава от определено програмируемо устройство, например PLC и др.
Максималното време за повторно включване, наричано време за възстановяване, е друга характеристика на релетата за време. Представлява периодът от време, след който релето е в готовност за работа след подаване на захранващото напрежение или след приключване на един работен цикъл от времедиаграмата му. Това време обикновено е в диапазона от 100 до 200 ms.
Техническият паспорт на едно реле за време включва и схемите на свързване и начина на стартирането му. Типични схеми на свързване са показани на фиг. 1. Два са начините за стартиране на релето по съответната времедиаграма - или чрез специален бутон (контакт) - S, свързан към релето, или посредством подаване на захранващо напрежение към него - U.

Оптимални характеристики на работната среда
Сред важните характеристики на релетата за време са още температурата и относителната влажност на работната среда. В каталозите обикновено се посочва температурният диапазон, в който се гарантира нормална работа на уреда. Обичайната горна граница е от порядъка на 50 °С, а долната гранична стойност е различна в зависимост от производителя. Предлагат се релета за време, които запазват оптималните си експлоатационни характеристики при долна граница от -20 °С до 0 °С. Въпреки че съвременните релета разполагат с вградени стабилни генератори на опорна честота, при експлоатация на оборудването в широк температурен диапазон следва да му се обърне внимание. Причината е, че точността на изпълнение на зададените времена е гарантирана при работа в заводските експлоатационни условия.
За да запазят оптималните си експлоатационни характеристики релетата, относителната влажност на въздуха обикновено не бива да превишава 85%.

Механични характеристики на релетата
Всички релета се характеризират с типичните механични характеристики - размери (В/Ш/Д), начини на монтаж (DIN шина или монтажна плоча), материал, от който е изработен корпусът и други.
Възможно е в определени случаи потребителят да се нуждае от информация за допълнителни характеристики на релетата като устойчивост на удари и вибрации, по-точни данни за влиянието на различните фактори върху точността на задаваните времена и други. Ако приложението изисква информация за подобни характеристики, понякога се налага да се изиска допълнителна информация от производителя или дори да се проведат редица изпитвания в специални лаборатории.
Електромеханичните таймери обикновено разполагат със светлинна индикация, например светодиодна, която показва текущото работно състояние на релето. Електронните програмируеми таймери често имат течнокристален дисплей, на който се изписва състоянието на релето. Настройката на времената и режимите на работа на времезакъснителните релета се извършва чрез превключватели на самите тях.

Видове релета за време
Според начина на задаване на времевите закъснения, релетата за време могат да се разделят на три основни вида: механични, електромеханични и електронни.
Механичните таймери използват часовников механизъм за отчитане на времевите интервали. Тези релета за време са с най-дълга история, често са най-евтини, но за сметка на това се отличават със сравнително ниска точност.
Електромеханичните релета, от своя страна, също се класифицират в две групи. Като основно изпълнително устройство, таймерите от първата група използват биметална пластина. За разлика от тях, вторият вид електромеханични релета разполагат с вграден малък синхронен двигател.

Електронните таймери също се разделят на два основни вида - аналогови и цифрови. Едните са изградени на базата на аналогови електронни схеми, а другите използват цифрова и микропроцесорна техника. Електронните релета за време се предлагат масово в настоящия момент. От гледна точка на синхронизацията, електронните релета залагат на две основни технологии. Едната се базира на честотата на захранващото напрежение, а другата използва кварцови резонатори за тази цел. Таймерите обединяват в себе си електронно устройство за отчитане на времето и електромагнитно реле (релета) или електронен ключ (ключове), които управляват съответния изпълнителен механизъм.

Видове релета според функционалността им
Според този критерий, те се класифицират в две групи.
Първата включва т. нар. времезакъснителни релета, които реализират настройваем период на времезакъснение при подаване на управляващ сигнал към тях - от контакт или от захранващото напрежение.
Втората група обхваща т.нар. програмируеми релета за време, често наричани таймери, които управляват отварянето или затварянето на една или повече отделни вериги в съответствие с предварително зададена програма за въведения период от време.
Програмирането на таймерите се извършва основно по два начина в зависимост от вида им. При електромеханичните релета програмирането се осъществява чрез поставяне на мостчета или сегменти върху програмен барабан или диск. При цифровите - посредством бутони (клавиатура) върху самото реле. Комутационните операции се съхраняват в паметта на релето. Цифровите модели се предлагат със софтуер, който позволява програмирането им от персонален компютър, чрез подходяща интерфейсна връзка с таймера. Често срещана е и възможността за програмирането им чрез преносима памет.

Характеристики на програмируемите таймери
Програмируемите релета за време поддържат по-широка функционалност, затова при избора им следва да се обърне внимание и на някои типични за тях допълнителни характеристики. Сред тях е периодът на програмиране или времето, за което могат да се програмират релетата, като в този период се изпълнява многократно програмираният цикъл. Той, от своя страна показва периода от време, за който се програмира и повтаря последователността на работа на релето. Най-масово разпространени са таймерите с 24-часов и седмичен цикъл на работа.
Характеристика на програмируемите релета е и запасът на работа. Той се задава в часове и показва колко време таймерът би могъл да остане в готовност за работа без основното си захранване. Диапазонът зависи от източника на резервно захранване и изпълнението на релето, и е от 100 часа до няколко години. Минималното програмируемо време между две комутационни операции основно зависи от вида на таймера - аналогов (електромеханичен) или цифров. Най-често това време е 15 min при първия вид и 1 min при втория вид релета.
Максималният брой комутационни операции зависи от обема на паметта при цифровите и от минималното време на един сегмент при електромеханичните таймери.

Режими на работа на времезакъснителните релета
Според поддържаните режими на работа, релетата за време също са два основни вида. Първият включва релета с твърдо зададени режими на работа. При тях изборът на модел се прави според изискванията на съответното приложение. Втората група релета са многофункционални и режимът им на работа се задава с превключватели, вградени в самото реле.
Режимите на работа се илюстрират с време диаграми - фиг. 2. Някои от типичните режими на работа, които поддържат времезакъснителните релета за време, са:
Включване с времезакъснение - фиг. 2а. Когато захранващото напрежение U бъде подадено, зададеното времезакъснение t започва да се отброява. Веднага след изтичането му, изходящото реле R се включва. Това състояние остава до изключване на електрозахранването. Ако захранващото напрежение бъде изключено преди изтичане на зададеното времезакъснение t, изминалият период от време се изтрива и броенето започва от нула, веднага след като захранващото напрежение бъде подадено отново.
Включване със задържане след включване на управляващия контакт - фиг. 2б. При работа на релето в този режим, захранващото напрежение U се подава без прекъсване. Когато контролният контакт S се затвори, зададеното време t започва да се отброява. Веднага след изтичането му, изходящото реле R се включва. Това състояние остава, докато управляващият контакт не се отвори отново. Ако управляващият контакт се отвори преди изтичане на времето t, изминалият период от време се изтрива и броенето започва от нула със следващия работен цикъл.
Изключване с времезакъснение след изключване на управляващия контакт - фиг. 2в. Както и при работа на релето в предходния режим, захранващото напрежение U се подава непрекъснато. Когато управляващият контакт S се затвори, изходящото реле R се включва. При отваряне на управляващия контакт S, зададеното време t започва да се отброява. Веднага след изтичането му, изходящото реле се изключва. Ако управляващият контакт се затвори отново преди изтичане на времето t, изминалият период от време също се изтрива и започва от нула със старта на следващия цикъл.
Импулс след включване - фиг. 2г. При подаване на захранващото напрежение U, изходящото реле R се включва и зададеното време t започва да се отброява. Веднага след като времето t изтече, изходящото реле R се изключва. Това състояние се запазва, докато захранването е изключено. Ако захранващото напрежение бъде изключено преди изтичане на времето t, изходящото реле се изключва. Изтеклото време се изтрива и отброяването започва от нула, когато захранващото напрежение бъде подадено отново.
Импулс след включване на управляващия контакт - фиг. 2д. Захранващото напрежение U следва да се подава непрекъснато. Функционалният контрол се осъществява чрез управление на входа на релето. Импулс с определена дължина се формира от управляващите входни сигнали, които са по-дълги или по-къси от зададеното време. Отброяването на времето започва от положителния фронт при подаване на управляващия входен сигнал. Релето се включва и се изключва веднага, след като времето изтече. През време на периода t, промените в управляващия входен сигнал не оказват въздействие.
Импулс след изключване на управляващия контакт - фиг. 2е. Захранващото напрежение U се подава непрекъснато. Затварянето на контролния контакт S не оказва никакво влияние върху състоянието на изходящото реле R. Когато контролният контакт се отвори, изходящото реле се включва и зададеното време t започва да се отброява. Веднага след като времето t изтече, изходящото реле се изключва. Управляващият контакт би могъл да бъде включен, докато времето тече. Нов цикъл се стартира, едва след като текущият е завършил.
Симетричен импулс 0/1 - фиг. 2ж. След подаване на захранващото напрежение U, започва отброяване на зададеното време t. Веднага след като изтече, изходящото реле R се включва и започва отброяване на зададеното времe t. След изтичането му изходящото реле се изключва. То се задейства в съотношение 1:1, докато захранващото напрежение не бъде изключено.
Симетричен импулс 1/0 - фиг. 2з. Веднага след подаване на захранващото напрежение U, изходящото реле R се включва и зададеното време t започва да тече. Веднага след изтичане на t, изходящото реле R се изключва и зададеното време t започва да се отброява отново. След изтичането му, изходящото реле се включва отново. Изходящото реле се задейства в съотношение 1:1, докато захранващото напрежение не бъде изключено.
Асиметричен импулс 0/1 - фиг. 2и. След подаване на захранващото напрежение U, зададеното време t1 започва да тече. Веднага след изтичане на времето t1 изходящото реле R се включва и зададеното време t2 започва да се отброява. След като изтече времето t2, изходящото реле се изключва. То се задейства пропорционално на двете зададени времена, докато захранващото напрежение не бъде изключено.
Асиметричен импулс 1/0 - фиг. 2к. При подаване на захранващото напрежение U, изходящото реле R се включва и зададеното време tl започва да тече. Веднага след като времето tl изтече, изходящото реле R се изключва и зададеното време t2 започва да се отброява. След като изтече времето t2, изходящото реле се включва отново. То се задейства пропорционално на двете зададени времена, докато захранващото напрежение е изключено.
Блокиращ режим - фиг. 2л. Характерно за този режим е, че когато се подаде захранващото напрежение U, изходящото реле R се включва. Когато управляващият контакт 3 се затвори, зададеното време t започва да се отброява. За да се държи изходящото реле включено, управляващият контакт трябва да бъде отворен и затворен отново в рамките на зададеното време t. Ако това не бъде осъществено, изходящото реле се изключва и всички следващи импулси към управляващия контакт се игнорират. За да стартира отново цикълът, захранващото напрежение трябва да бъде изключено и включено отново.