Časové relé svépomocí: přehled 3 variant domácích výrobků

Domácí spotřebiče lze aktivovat a vypínat bez přítomnosti a zásahu uživatele. Většina dnes vyráběných modelů je vybavena časovým relé pro automatické spouštění/zastavování.

Co dělat, pokud chcete stejným způsobem ovládat zastaralé zařízení? Vyzbrojte se trpělivostí, našimi radami a vyrobte si časové relé vlastníma rukama – věřte, že tento domácí výrobek najde uplatnění v domácnosti.

Jsme připraveni vám pomoci uskutečnit zajímavý nápad a vyzkoušet své síly na cestě samostatného elektrotechnika. Pro vás jsme našli a systematizovali všechny cenné informace o variantách a způsobech výroby relé. Použití uvedených informací zaručuje jednoduchost montáže a vynikající funkčnost přístroje.

V nabízeném článku k prostudování jsou podrobně rozebrány v praxi vyzkoušené domácí varianty zařízení. Informace vycházejí ze zkušeností nadšených elektrotechniků a požadavků norem.

Oblast použití časového relé

Člověk se vždy snažil usnadnit si život zaváděním různých pomůcek do každodenního užívání. S nástupem techniky na bázi elektromotoru vyvstala otázka vybavení zařízení časovačem, který by toto zařízení řídil automaticky.

Zapnete na nastavenou dobu – a můžete jít dělat jiné věci. Zařízení se po uplynutí nastavené doby samo vypne. Právě pro takovou automatizaci bylo potřeba relé s funkcí autotimeru.

Klasickým příkladem uvažovaného zařízení je relé ve staré pračce sovětského typu. Na jeho těle byla rukojeť s několika stupni. Nastavili jste požadovaný režim a buben se točil po dobu 5–10 minut, dokud vnitřní hodiny nedosáhly nuly.

Elektromagnetické časové relé je malých rozměrů, spotřebovává málo elektrické energie, nemá pohyblivé části náchylné k poruše a je trvanlivé.

Dnes se časové relé instalují do různých zařízení:

• mikrovlnné trouby, pece a jiné domácí spotřebiče;
• odsávací ventilátory;
• systémy automatického zavlažování;
• automatiku ovládání osvětlení.

Ve většině případů je přístroj postaven na bázi mikrokontroléru, který zároveň řídí všechny ostatní provozní režimy automatizovaných zařízení. Pro výrobce je to levnější. Nemusí utrácet za několik samostatných zařízení, která by odpovídala za jednotlivé funkce.

Podle typu výstupního prvku se časová relé klasifikují do tří typů:

• reléové – zátěž se připojuje přes suchý kontakt;
• triakové;
• tyristorové.

Nejspolehlivější a odolný vůči rázům v síti je první varianta. Zařízení s výstupním spínacím tyristorem byste měli brát pouze tehdy, pokud připojená zátěž není citlivá na tvar napájecího napětí.

Pro vlastnoruční výrobu časového relé můžete také použít mikrokontrolér. Vlastnoruční výrobky se však dělají hlavně pro jednoduché věci a pracovní podmínky. Drahý programovatelný řídicí jednotka je v takové situaci zbytečné utrácení peněz.

Existují mnohem jednodušší a levnější na provedení schémata založená na tranzistorech a kondenzátorech. Navíc existuje několik variant, je z čeho vybírat pro své konkrétní potřeby.

Schémata různých domácích výrobků

Všechny nabízené varianty vlastnoruční výroby časového relé jsou založeny na principu spuštění nastaveného zpoždění. Nejprve se spustí časovač s nastaveným časovým intervalem a odpočítáváním.

Připojené externí zařízení začne pracovat – zapne se elektromotor nebo světlo. Poté, po dosažení nuly, relé vydá signál k odpojení této zátěže nebo přeruší proud.

Varianta #1: nejjednodušší na tranzistorech

Schémata na bázi tranzistorů jsou nejjednodušší na realizaci. Nejjednodušší z nich obsahuje pouze osm prvků. K jejich spojení není potřeba ani deska, vše se dá připájet bez ní. Takové relé se často vyrábí pro připojení osvětlení. Stisknete tlačítko – a světlo svítí pár minut a poté se samo vypne.

Pro napájení tohoto schématu jsou potřeba baterie 9 V nebo akumulátory 12 V, také lze takové relé napájet ze střídavého 220 V pomocí měniče na stejnosměrných 12 V (+)

K sestavení tohoto vlastnoručního časového relé budete potřebovat:

• dva rezistory (100 Ω a 2,2 MΩ);
• bipolární tranzistor KT937A (nebo analog);
• relé pro přepínání zátěže;
• proměnný rezistor 820 Ω (pro nastavení časového intervalu);
• kondenzátor 3300 μF a 25 V;
• usměrňovací dioda KD105B;
• spínač pro spuštění odpočítávání.

Časové zpoždění v tomto reléovém časovači nastává díky nabíjení kondenzátoru na úroveň napájení tranzistorového klíče. Dokud se C1 nabíjí na 9–12 V, klíč ve VT1 zůstává otevřený. Externí zátěž je napájena (světlo svítí).

Po určité době, která závisí na nastavené hodnotě na R1, dojde k uzavření tranzistoru VT1. Relé K1 se nakonec odpojí od napájení a zátěž se odpojí od napětí.

Doba nabíjení kondenzátoru C1 je určena součinem jeho kapacity a celkového odporu nabíjecího obvodu (R1 a R2). První z těchto odporů je pevný a druhý je nastavitelný pro nastavení konkrétního intervalu.

Časové parametry pro sestavené relé se nastavují experimentálně nastavením různých hodnot na R1. Aby bylo později snazší provést nastavení požadovaného času, měli byste na těle udělat značení s minutovým umístěním.

Uvést vzorec pro výpočet vydávaných zpoždění pro takové schéma je problematické. Mnoho závisí na parametrech konkrétního tranzistoru a ostatních prvků.

Uvedení relé do výchozí polohy se provádí zpětným přepnutím S1. Kondenzátor se uzavře na R2 a vybije se. Po opětovném zapnutí S1 se cyklus spustí znovu.

Jeden tranzistor lze nahradit obvodem z dvojice podobných, což jen zvýší stabilitu práce sestavovaného časového relé (+)

Ve schématu se dvěma tranzistory se první podílí na regulaci a řízení časové prodlevy. Druhý je elektronický spínač pro zapínání a vypínání napájení u externí zátěže.

Ve variantě s dvojitým schématem jeden ze spínačů B1 "spouští časovač" a zapíná zátěž, druhý B2 ji vypíná (+)

Nejnáročnější v této modifikaci je přesně vybrat odpor R3. Měl by být takový, aby se relé sepnulo výhradně při přivedení signálu z B2. Přitom zpětné zapnutí zátěže musí nastat pouze při aktivaci B1. Bude nutné ho vybrat experimentálně.

Pro zvýšení intervalu zpoždění časového relé lze KT937A nahradit unipolárním tranzistorem s izolovaným hradlem (např. 2N7000) (+)

U tohoto typu tranzistorů je proud hradla velmi malý. Pokud se odpor vinutí v řídicím relé-spínači zvolí velký (v desítkách ohmů až MΩ), lze interval vypnutí prodloužit až na několik hodin. Navíc po většinu času relé-časovač prakticky nespotřebovává energii.

Aktivní režim v něm začíná v poslední třetině tohoto intervalu. Pokud se časové relé připojí přes běžnou baterii, vydrží velmi dlouho.

Varianta #2: na bázi integrovaných obvodů

Tranzistorová schémata mají dva hlavní nedostatky. Je u nich obtížné vypočítat dobu zpoždění a před každým spuštěním je třeba vybít kondenzátor. Použití integrovaných obvodů tyto nedostatky odstraňuje, ale komplikuje zařízení.

Avšak při i minimálních dovednostech a znalostech v elektrotechnice nebude problém vyrobit si takové časové relé vlastníma rukama.

Pokud je požadováno zpoždění v intervalu od deseti minut do jedné hodiny, je nejlepší nahradit tranzistor integrovaným obvodem řady TL431 (+)

Práh otevření u TL431 je stabilnější díky přítomnosti vnitřního zdroje referenčního napětí. Navíc pro její přepnutí je vyžadováno mnohem vyšší napětí. Na maximu, díky zvýšení hodnoty R2, jej lze zvýšit až na 30 V.

Kondenzátor se bude nabíjet na takové hodnoty dlouho. Navíc připojení C1 k odporu pro vybíjení probíhá v tomto případě automaticky. Není tedy nutné tisknout SB1.

Další možností je použití „integrovaného časovače“ NE555. V tomto případě je zpoždění také určeno parametry dvou odporů (R2 a R4) a kondenzátoru (C1).

„Vypnutí“ relé nastává opět přepnutím tranzistoru. Jeho uzavření je zde provedeno signálem z výstupu integrovaného obvodu, když odpočítá potřebné sekundy.

„Časovač“ založený na integrovaném obvodu NE555 do značné míry kopíruje klasické provedení s jedním tranzistorem, ale interval zpoždění je zde nastaven přesněji (od 1 sekundy do několika minut a hodin) (+)

Falešných sepnutí při použití integrovaných obvodů je mnohem méně než při použití tranzistorů. Proudy jsou v tomto případě přísněji kontrolovány, tranzistor se otevírá a zavírá přesně tehdy, kdy je to potřeba.

Další klasické integrované provedení časového relé je založeno na obvodu KR512PS10. V tomto případě při zapnutí napájení obvod R1C1 přivede na vstup integrovaného obvodu resetovací impuls, poté se v něm spustí interní oscilátor. Frekvenci vypínání (dělící poměr) nastavuje regulační obvod R2C2.

Počet počítaných impulsů je určen přepojením pěti vývodů M01–M05 v různých kombinacích. Doba zpoždění lze nastavit od 3 sekund do 30 hodin.

Po odpočítání uvedeného počtu impulsů se na výstupu integrovaného obvodu Q1 nastaví vysoká úroveň, která otevře VT1. V důsledku toho sepne relé K1 a zapne nebo vypne zátěž.

Schéma zapojení časového relé pomocí integrovaného obvodu KR512PS10 není složité, návrat do původního stavu u takového časového relé probíhá automaticky po dosažení nastavených parametrů díky propojení pinů 10 (END) a 3 (ST) (+)

Existují ještě složitější schémata časových relé na bázi mikrokontrolérů. Pro vlastní sestavení jsou však málo vhodná. Projevují se zde obtíže jak s pájením, tak s programováním. Varianty s tranzistory a jednoduchými integrovanými obvody pro domácí použití ve drtivé většině případů zcela postačují.

Varianta #3: pro napájení na výstupu 220 V

Všechna výše popsaná schémata jsou navržena pro 12V výstupní napětí. Pro připojení výkonné zátěže k časovému relé sestavenému na jejich základě je nutné na výstupu instalovat magnetický spouštěč. Pro řízení elektromotorů nebo jiných složitých elektrických zařízení s vyšším výkonem to bude nutné udělat.

Pro regulaci domácího osvětlení však lze sestavit relé na bázi diodového můstku a tyristoru. Přitom se nedoporučuje připojovat přes takový časovač cokoli jiného. Tyristor propouští pouze kladnou část sinusoidy střídavého napětí 220 V.

Pro žárovku, ventilátor nebo topné těleso to není problém, ale jiné elektrické zařízení by to nemuselo vydržet a mohlo by shořet.

Schéma časového relé s tyristorem na výstupu a diodovým můstkem na vstupu je určeno pro provoz v sítích 220 V, ale má řadu omezení podle typu připojené zátěže (+).

Pro sestavení takového časovače pro žárovku jsou potřebné:

• pevné odpory 4,3 MΩ (R1) a 200 Ω (R2) plus nastavitelný odpor 1,5 kΩ (R3);
• čtyři diody s maximálním proudem nad 1 A a zpětným napětím od 400 V;
• kondenzátor 0,47 μF;
• tyristor VT151 nebo obdobný;
• vypínač.

Toto relé-časovač funguje podle obecného schématu pro podobná zařízení, s postupným nabíjením kondenzátoru. Při sepnutí kontaktů S1 se kondenzátor C1 začne nabíjet.

Během tohoto procesu zůstává tyristor VS1 otevřený. Výsledkem je, že na zátěž L1 přichází síťové napětí 220 V. Po dokončení nabíjení C1 se tyristor uzavře a přeruší proud, čímž žárovku vypne.

Nastavení zpoždění se provádí nastavením hodnoty na R3 a volbou kapacity kondenzátoru. Přitom je třeba si pamatovat, že jakýkoli dotyk na holé vývody všech použitých součástek hrozí úrazem elektrickým proudem. Všechny jsou pod napětím 220 V.

Pokud nemáte chuť experimentovat a samostatně se zabývat sestavováním časového relé, lze vybrat hotové varianty vypínačů a zásuvek s časovačem.

Podrobněji o takových zařízeních je napsáno v článcích:

1. Vypínač s časovačem vypnutí: jak funguje a jaký typ lépe vybrat
2. Zásuvka s časovačem: druhy, princip fungování + vlastnosti instalace

Závěry a užitečné video k tématu

Porozumět od základů vnitřnímu uspořádání časového relé bývá často obtížné. Někomu chybí znalosti, jinému zkušenosti. Abychom vám usnadnili výběr potřebného schématu, připravili jsme výběr videomateriálů, ve kterých jsou podrobně popsány všechny nuance provozu a sestavení tohoto elektronického zařízení.

Princip fungování prvků časového relé na tranzistorovém klíči:

Automatický časovač s unipolárním tranzistorem pro zátěž 220 V:

Krok za krokem výroba relé s prodlevou vlastníma rukama:

Sestavit samostatně časové relé není příliš složité – existuje několik schémat pro realizaci tohoto záměru. Všechna jsou založena na postupném nabíjení kondenzátoru a otevírání/zavírání tranzistoru nebo tyristoru na výstupu.

Pokud je potřeba jednoduchý přístroj, je lepší vzít tranzistorové schéma. Ale pro přesné řízení doby zpoždění bude nutné zapájet jednu z variant na nějakém integrovaném obvodu.

Pokud máte zkušenosti se sestavením takového zařízení, podělte se prosím o informace s našimi čtenáři. Zanechejte komentáře, připojte fotografie svých vlastních výrobků a zapojte se do diskuzí. Blok pro kontakt je umístěn níže.