Ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου

Τα ηλεκτρονικά ρολόγια έχουν αναπτυχθεί για να τα αντικαταστήσουν ρελέ χρόνου με ηλεκτρομαγνητική και μηχανική καθυστέρηση… Τα πρώτα ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου κατασκευάστηκαν με βάση κυκλώματα τρανζίστορ. Μετά από αυτό, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά ρελέ και αργότερα έγινε η μετάβαση στους μικροελεγκτές.

Γενικά, οποιοδήποτε ηλεκτρονικό ρελέ χρόνου είναι μια συσκευή που ελέγχεται από μια τάση εισόδου (τροφοδοσίας) και αλλάζει τις επαφές εξόδου του με καθορισμένη χρονική καθυστέρηση.

Το μπλοκ συγχρονισμού των περισσότερων ηλεκτρονικών ρελέ χρόνου βασίζεται σε κυκλώματα RC (Εικ. 1, α). Η αλλαγή της τάσης στον πυκνωτή ενός κυκλώματος RC που είναι συνδεδεμένο σε μια πηγή τάσης συνεχούς ρεύματος περιγράφεται από μια εκθετική συνάρτηση του χρόνου. Αυτό επιτρέπει, παρακολουθώντας την τάση του πυκνωτή, να διαμορφωθούν τα καθορισμένα χρονικά διαστήματα, για παράδειγμα, από τη στιγμή που το κύκλωμα RC συνδέεται στην πηγή έως ότου η τάση του πυκνωτή φτάσει στο καθορισμένο επίπεδο. Μια εκθετική συνάρτηση χρησιμοποιείται επίσης για την εκφόρτιση του προφορτισμένου πυκνωτή του παράλληλου κυκλώματος RC.Τέτοια κυκλώματα χρησιμοποιούνται σε ρελέ χρόνου που πρέπει να αλλάζουν τις επαφές τους μετά από απώλεια τάσης τροφοδοσίας.

Ρύζι. 1. Παραλλαγές σχημάτων χρονισμού που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου

Σε ορισμένα χρονικά ρελέ, η φόρτιση του πυκνωτή του κυκλώματος RC χρησιμοποιείται με σταθερό ρεύμα (Εικ. 1, b και c). Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στον πυκνωτή αλλάζει γραμμικά με το χρόνο, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη λίγη μεγαλύτερη ακρίβεια στο σχηματισμό χρονικών καθυστερήσεων. Ο ρόλος μιας σταθερής πηγής ρεύματος σε τέτοιους ηλεκτρονόμους εκτελείται από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα. Ωστόσο, τα ρελέ χρόνου με σταθερή πηγή ρεύματος είναι πιο δύσκολο να εφαρμοστούν και επομένως δεν χρησιμοποιούνται ευρέως.

Ο χρόνος φόρτισης (εκφόρτισης) ενός κυκλώματος RC σε πραγματικά κυκλώματα δεν ξεπερνά τα λίγα δευτερόλεπτα. Αυτό οφείλεται σε διάφορες συνθήκες. Πρώτον, η αντίσταση της αντίστασης χρονισμού στο κύκλωμα RC πρέπει να περιοριστεί (εντός λίγων megohms) έτσι ώστε η φόρτιση του πυκνωτή να μην επηρεάζεται από τα ρεύματα διαρροής μέσω του μονωτικού υλικού της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος και τα ρεύματα εισόδου ενός κύκλωμα που ελέγχει την τάση στον πυκνωτή.

Δεύτερον, στο κύκλωμα RC είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πυκνωτές με ελάχιστη προσρόφηση φορτίου. Διαφορετικά, η ιδιότητα του πυκνωτή να επαναφέρει την τάση στις πλάκες μετά τη βραχυπρόθεσμη εκφόρτισή του θα οδηγήσει σε κατανομή στο χρόνο κατά τον οποίο το ρελέ είναι έτοιμο να λειτουργήσει ξανά. Δυστυχώς, οι κατασκευασμένοι πυκνωτές με ελάχιστη προσρόφηση φορτίου έχουν σχετικά χαμηλή χωρητικότητα (της τάξης των λίγων microfarads).

Ρελέ με μικρές χρονικές καθυστερήσεις μπορούν να υλοποιηθούν με βάση έναν μόνο κύκλο φόρτισης (εκφόρτισης) του κυκλώματος RC.Εάν είναι απαραίτητο να παρέχονται μεγάλες χρονικές καθυστερήσεις, τα ρελέ κατασκευάζονται με βάση πολλαπλά κυκλώματα φόρτισης-εκφόρτισης του κυκλώματος RC. Σε τέτοια ρελέ χρονισμού πολλαπλών κύκλων, το κύκλωμα RC περιλαμβάνεται σε ένα αυτοταλαντούμενο κύκλωμα που παρέχει περιοδικές φορτίο-εκφόρτιση του πυκνωτή του... Για παράδειγμα, ένα αυτοταλαντούμενο κύκλωμα που βασίζεται σε ένα κύκλωμα RC μπορεί να εφαρμοστεί σε λογικές πύλες όπως φαίνεται στο Σχ. 1 χρόνος

Η φόρτιση και η εκφόρτιση του πυκνωτή C πραγματοποιείται μέσω της αντίστασης R2 λόγω διαφορετικών επιπέδων τάσης στην είσοδο και στην έξοδο του αντιστροφικού λογικού στοιχείου DD2. Η κατάσταση του λογικού στοιχείου DD2 αλλάζει από το ίδιο λογικό στοιχείο DD1, αλλά χρησιμοποιείται ως σώμα τάσης κατωφλίου (συνειδητοποιείται η περίσταση ότι τα λογικά στοιχεία του IC πηγαίνουν στην κατάσταση λογικού μηδέν και αντίστροφα, σε διαφορετικές επίπεδα της τάσης εισόδου). Έτσι, όταν τροφοδοτείται, σχηματίζεται μια ακολουθία παλμών με αρκετά σταθερή περίοδο στην έξοδο DD2. Με την καταμέτρηση των παλμών εξόδου από την αρχή του αυτοταλαντούμενου κυκλώματος, είναι δυνατό να ληφθεί ένα ηλεκτρονικό ρελέ με μεγάλο εύρος χρόνου καθυστερήσεις σε σχετικά μικρές τιμές της σταθεράς της χρονικής αλυσίδας.

Η υψηλότερη ακρίβεια παρέχεται από ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου με αυτοταλαντούμενα κυκλώματα που βασίζονται σε συντονιστές χαλαζία (βλ. Εικ. 1, ε).

Η χρήση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων χαμηλής τάσης και χαμηλού ρεύματος σε ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου καθιστά αναγκαία τη χρήση διεπαφών με εξωτερικά κυκλώματα εισόδου και εξόδου σε αυτά.

Τα δομικά διαγράμματα των ρελέ χρόνου ενός χρόνου και πολλαπλών κύκλων φαίνονται στο σχ. 2, α και β αντίστοιχα.Και τα δύο κυκλώματα περιλαμβάνουν πανομοιότυπα μπλοκ: έναν μετατροπέα εισόδου, μια μονάδα για τη ρύθμιση του κυκλώματος χρόνου στην αρχική του κατάσταση και ένα εκτελεστικό σώμα (εξόδου).

Ρύζι. 2. Μπλοκ διαγράμματα ρελέ χρόνου

Ο σκοπός του μετατροπέα εισόδου είναι να σχηματίσει μια χαμηλή τάση με κανονικοποιημένη στάθμη για να τροφοδοτήσει το κύκλωμα συγχρονισμού, καθώς και να δημιουργήσει τα δυναμικά αναφοράς που είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των οργάνων κατωφλίου.

Ο κόμβος για τη ρύθμιση του χρονικού κυκλώματος στην αρχική του κατάσταση είναι απαραίτητος για να φέρει όλα τα στοιχεία ρελέ που εμπλέκονται στο σχηματισμό της χρονικής καθυστέρησης σε έναν αυστηρά καθορισμένο αρχικό τρόπο λειτουργίας. Η εκκίνηση του ρελέ μπορεί να γίνει είτε στο τέλος του προηγούμενου κύκλου του ρελέ είτε τη στιγμή που το ρελέ ενεργοποιείται.

Στα ρελέ μονής καθυστέρησης, ο χρόνος ρυθμίζεται είτε αλλάζοντας τη σταθερά χρόνου του κυκλώματος συγχρονισμού είτε αλλάζοντας το κατώφλι του συγκριτή (όργανο κατωφλίου), ο οποίος συγκρίνει την τάση στον πυκνωτή του κυκλώματος συγχρονισμού με τη ρύθμιση και ενεργεί το όργανο παραγωγής (εκτελεστικό).

Στα ρελέ χρόνου πολλαπλών κύκλων, η καθυστέρηση, κατά κανόνα, παρέχεται με την καταμέτρηση των παλμών της γεννήτριας ρολογιού στον μετρητή παλμών και διορθώνεται (για να αντισταθμιστεί η διασπορά των παραμέτρων των στοιχείων) αλλάζοντας τη σταθερά χρόνου RC -αλυσίδες της γεννήτριας ρολογιού. Όταν εφαρμόζεται η τάση τροφοδοσίας, η γεννήτρια ρολογιού ξεκινά και οι παλμοί αρχίζουν να φτάνουν στην είσοδο του μετρητή.

Η αναγνώριση της επίτευξης της απαιτούμενης κατάστασης του μετρητή παρέχεται από ένα κύκλωμα για την αποκωδικοποίηση της κατάστασής του με βάση μηχανικούς διακόπτες που ορίζουν την τιμή ρύθμισης.Τη στιγμή της συσσώρευσης στον μετρητή ορισμένου αριθμού παλμών, που συμπίπτει με τη ρύθμιση του αποκωδικοποιητή, παράγεται ένα σήμα ελέγχου για την εκτελεστική μονάδα εξόδου.

Ρύζι. 3. Ηλεκτρονικό ρελέ χρόνου VL-54

Τα τελευταία χρόνια έχουν εφαρμοστεί ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου που βασίζονται σε μικροελεγκτές. Ένας μικροελεγκτής απαιτεί παλμούς ρολογιού με αρκετά σταθερή συχνότητα για να λειτουργήσει. Κατά κανόνα, αυτοί οι παλμοί σχηματίζονται από έναν ενσωματωμένο ταλαντωτή που βασίζεται σε συντονιστές χαλαζία (Εικ. 1, ε). Όταν ληφθεί το σήμα έναρξης του ρελέ χρονισμού, ο μικροελεγκτής αρχίζει να μετρά τους παλμούς του ρολογιού. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου που βασίζονται σε κυκλώματα RC, οι χρονικές καθυστερήσεις των ρελέ χρόνου χαλαζία είναι πρακτικά ανεξάρτητες από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και την τάση τροφοδοσίας του ρελέ.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα ενός ρελέ χρόνου που χρησιμοποιεί μικροελεγκτές είναι η δυνατότητα προγραμματισμού τους απευθείας στη συναρμολογημένη συσκευή. Τα ηλεκτρονικά ρελέ χρόνου που χρησιμοποιούν μικροελεγκτές που έχουν αφαιρεθεί από λογισμικό δεν απαιτούν ρύθμιση και αρχίζουν να λειτουργούν μόλις τροφοδοτηθεί.

Τα πιο συνηθισμένα ηλεκτρονικά ρελέ εσωτερικού χώρου: RV-01, RV-03, RP-18, VL-54, VL-56, RVK-100, RP21-M-003

Shumriev V. Ya. Χρονικοί ηλεκτρονόμοι ημιαγωγών.