Przekaźnik czasowy – zasada działania, budowa, rodzaje

22 grudnia 2020 0

Autor:

Spis treści (kliknij aby szybko przejść)

Przekaźnik czasowy co to jest i do czego służy?

Przekaźnik czasowy (inaczej timer) jest urządzeniem realizującym sterowanie w zadanej funkcji czasu. Oznacza to, że mogą opóźniać załączenie (ang. Delay-On) jak i opóźniać wyłączenie (ang. Delay-Off) obwodu wyjściowego danego urządzenia, w zależności od ustalonych odstępów czasu pracy i przerw. Zależnie od modelu, przekaźniki mogą spełniać funkcje opóźnionego załączania, opóźnionego wyłączania lub obie z tych funkcji.

Współcześnie zakres zastosowania przekaźników czasowych jest bardzo szeroki, spotkać je można między innymi w budowie maszyn i automatyce przemysłowej, jak i w urządzeniach z którymi mamy do czynienia na co dzień np. w sygnalizacji świetlnej, oświetleniu klatek schodowych, ogrzewaniu, wentylacji itp. W przypadku maszyn – na przykład w szafach sterowniczych obrabiarek CNC – bardzo często przekaźniki montowane są na tzw. szynach DIN.

Przekaźniki czasowe budowa

Przekaźniki czasowe charakteryzują się budową modułową. Oznacza to, że można je ze sobą łączyć czy rozdzielać, w zależności od wymagań danej aplikacji. Wiele przekaźników czasowych ma gniazda z wejściami na dodatkowe moduły co ułatwia ich rozbudowę. Jeśli natomiast odłączony zostanie moduł czasowy przekaźnika wówczas będzie on wywoływać zmiany w odwodach wyjściowych na takiej samej zasadzie jak pozostałe dostępne na rynku przekaźniki nie czasowe.

Osłony zewnętrzne przekaźników czasowych projektowane są w taki sposób aby zabezpieczać przekaźnik przed działaniem czynników zewnętrznych, a także ułatwiać jego zamontowanie w urządzeniu i uzyskać łatwy dostęp. Stąd też występują różnice w budowie osłon zewnętrznych w zależności od przeznaczenia. Dla instalacji przemysłowych zazwyczaj modele posiadają podwyższony stopnień ochrony (IP66), a także możliwość łatwej instalacji na szynie DIN, np. we wspomnianej w szafie sterowniczej. Dla innych instalacji, np. budynkowych kształt osłony przekaźnika i jej właściwości ochronne przed czynnikami zewnętrznymi mogą się różnić.

W budowie przekaźników czasowych wyróżnia się następujące elementy:
– gniazdo z zaciskami wejściowymi,
– gniazdo z zaciskami wyjściowymi,
– moduł czasowy,
– fotoemitery i fotodetektory w przekaźnikach czasowych półprzewodnikowych
– cewka ze stykami roboczymi w przekaźnikach elektromechanicznych (liczba styków jest różna w zależności od danego modelu przekaźnika),
– dioda sygnalizacyjna informująca w jakim położeniu znajdują się styki – miga lub świeci w zależności od statusu wyjścia,
– pokrętła do regulacji czasu i nastawienia danej funkcji.

W zależności od modelu i zakresu funkcji jakie przekaźnik czasowy może wykonać dostępne są również typy przekaźników z podwójnymi pokrętłami nastaw i zakresu czasu. W takim przypadku jedna para pokręteł służy do ustawienia czasu przerw, druga – czasu pracy.

Przekaźnik czasowy zasada działania

Głównym parametrem, który poddawany jest regulacji w przekaźniku czasowym jest jak sama nazwa wskazuje czas. W zależność od modelu przekaźnika można go ustawiać w zakresie od kilku milisekund do nawet 10 dni. Do zmiany czasu opóźnień służą pokrętła lub potencjometry zamontowane na obudowie. Ważne jest jednak aby zmianę wartości czasu załączenia wykonywać podczas wyłączonego zasilania. W przypadku gdy przekaźnik posiada funkcję opóźnionego wyłączania wymagane jest wówczas ciągłe zasilanie, niezależnie od sygnału wejściowego. Z kolei jeżeli połączy się ze sobą kilka przekaźników czasowych, można wtedy wykonać tzw. automatyczne przełączanie sekwencyjne. Konfiguracje przekaźnika przedstawiono na rysunku 1, na przykładzie dostępnego na naszej stronie internetowej modelu REV-120 firmy Novatek-Electro.

Rys.1 Rodzaje pokręteł w przekaźniku na przykładzie modelu REV/120 firmy Novatek-Electro

Pokrętła w przekaźniku czasowym

Zakres czasu – pokrętło to służy do ustawienia zadanej wartości czasowej. Na powyższym przykładzie występują poszczególne przedziały wartości czasu, to znaczy od 1 sekundy do 10 sekund, od 10 sekund do 1 minuty, od 1 minuty do 10 minut itd., aż do maksymalnie 10 dni. Ustawienie opcji ON powoduje stałe załączenie obwodu wyjściowego, OFF – ciągłe wyłączenie.

Nastawa czasu – za pomocą tego pokrętła można dokładniej sprecyzować ustawienia odmierzanego czasu. Przykładowo gdy pokrętło pierwsze opisane jako „Zakres czasu” ustawimy na wartość 1s i drugie „Nastawa czasu” także na wartość 1, wówczas odmierzany czas wyniesie 1 sekundę. Gdy pokrętło „Nastawa czasu” ustawimy na 2 wtedy odmierzany czas wyniesie 2s i tak dalej aż do osiągnięcia 10s przy ustawieniu kolejno wartości 1s na pierwszym pokrętle i wartości 10 na drugim. Sytuacja będzie identyczna przy odwrotnym ustawieniu tzn. 10s na pierwszym i wartości 1 na drugim pokrętle.

Funkcja przekaźnika – są to poszczególne tryby działania danego przekaźnika czasowego i omówione zostały w kolejnym podpunkcie.

Funkcje przekaźników czasowych

Przekaźniki czasowe – określane także jako timery – bazują przede wszystkim na realizacji dwóch zasadniczych funkcji, to znaczy:
opóźnionego załączenia (ang. Delay-On)
opóźnionego wyłączenia (ang. Delay-Off)

Działanie funkcji opóźnione załączenie:

Podanie sygnału „1” za pomocą napięcia zasilającego na wejście EN powoduje odmierzanie czasu PT. Po upływie ustalonego czasu PT załączone zostaje wejście Q. Wyjście Q zostaje wyłączone w przypadku zmiany stanu na „0” (wyłączenie zasilania) na wejściu EN.

Rys.2 Przekaźnik czasowy funkcja opóźnione załączanie (Delay-On)

EN – wejście
PT – nastawiany czas działania
QV – aktualnie odmierzany czas
Q – wyjście

Działanie funkcji opóźnione wyłączenie:

Podanie sygnału „1” za pomocą napięcia zasilającego na wejście EN powoduje równoczesne załączenie wyjścia Q. Po wyłączeniu napięcia (zmiana z „1” na „0”) następuje odmierzenie nastawionego czasu PT. Po jego upływie wyłączone zostaje wejście Q.

Rys.3 Przekaźnik czasowy funkcja opóźnione wyłączanie (Delay-Off)

Pozostałe rodzaje funkcji w jakie wyposażone są przekaźniki czasowe stanowią pochodne dwóch powyższych. Oto przykładowe funkcje przekaźników czasowych:
– opóźnione załączenie,
– odmierzanie czasu działania,
– praca cykliczna rozpoczynająca sie od przerwy,
– praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia,
– opóźnione załączenie i odmierzanie czasu załączenia,
– odmierzanie pojedynczego cyklu pracy i przerw,
– asymetryczna praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia i wiele innych.

Warto dodać, że nie są to wszystkie dostępne funkcje w przekaźnikach czasowych. Ilość tych funkcji jest znacznie większa, przez co można je elastycznie dopasować do wymagań praktycznie każdej aplikacji. Działanie wymienionych wyżej przykładowych funkcji przekaźników czasowych opisano poniżej.

W przekaźnikach czasowych sterowanie odbywa się za pomocą napięcia zasilającego. Podane napięcie wpływa na położenie (stan) styków znajdujących się w przekaźniku. Można zatem zauważyć, że na sterowanie oprócz zasilania wpływa także stan w jakim znajdują się styki główne oraz ewentualnie występujące pomocnicze styki przekaźnika. Na diagramach nanoszone są następujące wartości, w zależności od wyposażenia przekaźnika:
– U – napięcie zasilające
– R – stan styków wykonawczych (głównych)
– S – stan styków sterujących (pomocniczych)

Opóźnione załączenie – w tej funkcji załączenie napięcia zasilającego (U) nie spowoduje równoczesnego załączenia styków wykonawczych przekaźnika (R). Stanie się to dopiero po upływie nastawionego czasu (T). Wówczas przekaźnik czasowy będzie załączony na stałe. Aby powtórzyć cykl należy wyłączyć i ponownie podać napięcie zasilające.

Rys.4 Funkcja opóźnionego załączania

Odmierzanie czasu działania – podanie zasilania (U) spowoduje równoczesne załączenie styków wykonawczych przekaźnika (R) na określony czas (T). Po upływie zadanego czasu przekaźnik wyłączy się na stałe. Cykl rozpoczyna się także po wyłączeniu i ponownym doprowadzeniu napięcia zasilającego.

Rys.5 Funkcja odmierzania czasu działania

Praca cykliczna rozpoczynająca się od przerwy – w trakcie zasilania napięciem (U) styki wykonawcze przekaźnika (R) są naprzemiennie załączane i wyłączane na określony czas (T). Cykl rozpoczyna się od stanu wyłączonego.

Rys.6 Funkcja pracy cyklicznej rozpoczynającej się od przerwy

Praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia – po podaniu napięcia zasilającego (U) styki wykonawcze przekaźnika (R) są naprzemiennie załączane i wyłączane na określony czas (T). Cykl rozpoczyna się od stanu załączonego.

Rys.7 Funkcja pracy cyklicznej rozpoczynającej się od zadziałania

Opóźnione załączenie i odmierzanie czasu załączenia – po podaniu zasilania (U) styki wykonawcze (R) pozostają wyłączone. Po upływie zadanego czasu wyłączenia T1 przekaźnik zostaje załączony na zdefiniowany czas T2. Opisany cykl może się rozpocząć tylko po odłączeniu i ponownym podaniu napięcia (U).

Rys.8 Funkcja opóźnionego załączenia i odmierzania czasu załączenia

Odmierzanie pojedynczego cyklu pracy i przerw – podane napięcie zasilania (U) załącza przekaźnik (R) na czas T1 po upływie którego przekaźnik wyłącza się na czas T2. Po upływie czasu T2 przekaźnik będzie załączony na stałe, a cykl można rozpocząć od nowa jedynie poprzez odłączenie i ponowne podanie napięcia zasilania.

Rys.9 Funkcja odmierzania pojedynczego cyklu pracy i przerw

Asymetryczna praca cykliczna rozpoczynająca się od załączenia – podanie napięcia zasilania (U) do przekaźnika (R) powoduje cykliczne jego załączenie na czas T1 oraz wyłączenie na czas T2. Tak jak w każdej z powyższych funkcji nowy cykl można zacząć jedynie wskutek odłączenia i ponownego podania napięcia zasilającego (U).

Rys.10 Funkcja asymetrycznej pracy cyklicznej rozpoczynającej się od załączenia

Każdy przekaźnik czasowy w zależności od producenta ma nieco inaczej oznaczone poszczególne funkcje. Niektórzy producenci opisują te funkcje, tak jak w przypadku dostępnego na naszej stronie modelu REV/120 firmy Novatek-Electro, za pomocą kolejnych liter alfabetu – w tym przypadku od A do J. Inni natomiast korzystają na przykład z opisów za pomocą cyfr. Aby dowiedzieć się która z liter lub cyfr odnosi się do danej funkcji należy zapoznać się z dołączoną do przekaźnika czasowego instrukcją obsługi. Nierzadko na obudowie przekaźników umieszcza się diagramy dostępnych cyklów pracy z przyporządkowanymi oznaczeniami.

Moduł czasowy przekaźnika czasowego

Najistotniejszym elementem odróżniającym przekaźnik czasowy od pozostałych rodzajów przekaźników jest wyposażenie ich w tzw. moduł czasowy. Czym jest moduł czasowy i jak działa? Ogólnie rzecz ujmując określenie to odnosi się do zegara czasu rzeczywistego RTC (ang. Real-Time Clock). RTC jest elementem elektronicznym służącym do odliczania czasu niezależnie od stanu urządzenia czy maszyny. Montowany jest nie tylko w przekaźnikach, lecz niemalże we wszystkich urządzeniach komputerowych, serwerach czy sterownikach PLC.

Budowa zegara czasu rzeczywistego RTC oparta jest zazwyczaj na prostym układzie scalonych zliczającym impulsy z generatora kwarcowego. Układ ten zasilany jest przeważnie z baterii, charakteryzującej się trwałością większą niż 10 lat. Zasilanie z akumulatora stosowane jest rzadziej i najczęściej w urządzeniach gdzie po prostu trudniej wymienić baterie.

Zaletą RTC, oprócz wspomnianego odliczania czasu rzeczywistego, jest także możliwość istnienia systemów z podziałem czasu – pozwala to na jednoczesne wykonywanie wielu zadań w umownej jednostce czasu. Generowane sygnały okresowe mogą być następnie otrzymane przekształcane w postać zrozumiałą dla człowieka (sekundy, minuty, godziny ,dzień, dni tygodnia, miesiąc, rok) – za pomocą procesora lub innych elementów komputerowych.

Rys.11 Zegar czasu rzeczywistego RTC

Bardzo często wymagana jest konieczność włączenia lub wyłączenia urządzenia np. od wschodu lub zachodu słońca. W tego typu aplikacjach stosuje się zegary astronomiczne, które na podstawie wprowadzonych współrzędnych geograficznych, aktualnej daty i godziny, obliczają czas wschodu i zachodu słońca – i na podstawie tych danych mogą włączyć /wyłączyć urządzenie.

Rodzaje przekaźników czasowych

Ze względu na działanie i sposób przełączania obwodów elektrycznych wyróżnia się głównie dwa typu przekaźników czasowych:
– przekaźniki elektromagnetyczne
– przekaźniki półprzewodnikowe
Przekaźniki elektromagnetyczne działają na zasadzie sterowania stykowego – w takich przekaźnikach następuje fizyczne złączenie lub rozłączenie styków.
Przekaźniki półprzewodnikowe stanowią natomiast elektroniczny odpowiednik przekaźników elektromechanicznych. Zbudowane są z elementów półprzewodnikowych – w skład których wchodzą fotoemitery (np. dioda LED) oraz fotodetektory (np. tranzystory, tyrystory, triaki) – za pomocaą których realizowana jest funkcja przekaźnikowa. Taki typ sterowania określany jest sterowaniem bezstykowym (elektronicznym) i odbywa się bez udziału ruchomych części, jakimi są styki. Więcej na ten temat w osobnych artykułach: Przekaźnik półprzewodnikowy (SSR) – zasada działania, budowa, rodzaje

Na rynku, w tym także w naszym asortymencie, dostępy jest szeroki wybór przekaźników czasowych, przez co można je dobrać w odpowiedni sposób i indywidualnie do wymagań praktycznie każdej aplikacji. Ze względu na funkcje wyróżnić można następujące 3 główne rodzaje przekaźników czasowych:
– przekaźniki jednofunkcyjne – realizują jedną z wcześniej wymienionych funkcji , tzn. stosowane są najczęściej do klasycznego opóźnionego załączenia, pracy cyklicznej lub opóźnionego wyłączenia (podtrzymywania zasilania)
– przekaźniki dwufunkcyjne – można je ustawić na wykonywanie dwóch funkcji, np. do opóźnionego załączenia i opóźnionego wyłączenia
– przekaźniki wielofunkcyjne – są najbardziej wszechstronne wśród przekaźników czasowych ponieważ dzięki nim można realizować wiele różnych funkcji takich jak: opóźnione załączenie, praca cykliczna, załączenie na nastawiony czas, opóźnione załączenie z funkcją zatrzymania, opóźnione wyłączenie po zaniku napięcia itd.

Poza tym istnieją modele przekaźników czasowych, które stworzone zostały typowo dla konkretnych zadań, np.
– przekaźnik wielofunkcyjny z gniazdem wtykowym – służy do rozbudowy modułu przekaźnikowego w przekaźniku czasowym,
– przekaźnik typu gwiazda-trójkąt – przeznaczony do rozruchu silnika elektrycznego trójfazowego,
– przekaźnik typu tester oświetlenia awaryjnego – jak sama nazwa wskazuje służy do testowania działania oświetlenia awaryjnego np w budynkach,
– przekaźnik kierunkowskazów – sterują pracą kierunkowskazów samochodowych, tak by świeciły w odpowiednim rytmie, z częstotliwością zgodną z obowiązującymi przepisami. W przypadku – uszkodzenia przekaźnika czasowego kierunkowskazy mogą migać zbyt szybko lub zbyt wolno.

Przekaźnik czasowy podsumowanie

Jak można wywnioskować z powyższego artykułu przekaźniki czasowe stanowią nieodzowny element współcześnie funkcjonującego świata. Ich obecność jest widoczna praktycznie na każdym kroku. Sterowanie oświetleniem klatek schodowych w budynkach, działanie kierunkowskazów w samochodach, świateł sygnalizacyjnych w ruchu drogowym, określenie czasu pracy pralek i sprzętu AGD (tzw. timery występujące m.in. w mikrofalówkach, piekarnikach), sterowanie różnego rodzaju maszynami i urządzeniami czy w budowie inteligentnych domów – to tylko nieliczne przykłady zastosowania przekaźników czasowych. Cała branża automatyki i nie tylko opiera się na działaniu tego typu urządzeń, które ułatwiają wykonywanie codziennych czynności, usprawniają je, i tym samym polepszają jakość życia każdego z nas. Trudno sobie wyobrazić rozwój współczesnej automatyki bez zastosowania różnych przekaźników – w tym czasowych.

Zapraszamy również do przeczytania:

Wyłącznik krańcowy – co to jest, rodzaje, właściwości

Przekaźnik półprzewodnikowy (SSR) – zasada działania, budowa, rodzaje

Ogranicznik przepięć – podłączenie, co to jest, jak działa, budowa

Wyłącznik nadprądowy – jak dobrać, podłączenie, charakterystyka

Rozłącznik izolacyjny – co to jest, jak dobrać, budowa, zastosowanie

Łącznik krzywkowy – jak podłączyć, zasada działania

Rodzaje przekaźników elektrycznych w automatyce

Stycznik – co to jest, rodzaje, budowa, jak działa?

Przekaźnik bistabilny – co to jest, rodzaje, zasada działania, zastosowanie

 

 

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco