Χρονοδιακόπτης μόνοι σας: επισκόπηση 3 επιλογών αυτοσχέδιων κατασκευών

Οι οικιακές συσκευές μπορούν να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται χωρίς την παρουσία ή τη συμμετοχή του χρήστη. Τα περισσότερα σύγχρονα μοντέλα είναι εξοπλισμένα με χρονοδιακόπτη για αυτόματη εκκίνηση/διακοπή.

Τι να κάνετε αν θέλετε να ελέγξετε με τον ίδιο τρόπο έναν παλαιότερο εξοπλισμό; Οπλιστείτε με υπομονή, με τις συμβουλές μας και φτιάξτε ένα χρονοδιακόπτη μόνοι σας – πιστέψτε μας, αυτή η χειροποίητη κατασκευή θα βρει εφαρμογή στο σπίτι σας.

Είμαστε έτοιμοι να σας βοηθήσουμε να πραγματοποιήσετε μια ενδιαφέρουσα ιδέα και να δοκιμάσετε τις δυνάμεις σας ως ερασιτέχνης ηλεκτρολόγος. Για εσάς βρήκαμε και συστηματοποιήσαμε όλες τις πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις επιλογές και τις μεθόδους κατασκευής ρελέ. Η χρήση των παρεχόμενων πληροφοριών εγγυάται εύκολη συναρμολόγηση και άριστη λειτουργία της συσκευής.

Στο προτεινόμενο άρθρο αναλύονται λεπτομερώς δοκιμασμένες στην πράξη σπιτικές εκδόσεις της συσκευής. Οι πληροφορίες βασίζονται στην εμπειρία ενθουσιωδών τεχνικών ηλεκτρολογίας και στις απαιτήσεις των κανονισμών.

Το πεδίο εφαρμογής του χρονοδιακόπτη

Ο άνθρωπος πάντα προσπαθούσε να κάνει τη ζωή του πιο εύκολη, εισάγοντας διάφορες συσκευές στην καθημερινότητά του. Με την εμφάνιση τεχνολογίας που βασίζεται σε ηλεκτροκινητήρα, προέκυψε το ζήτημα του εξοπλισμού της με ένα χρονόμετρο που θα ελέγχει αυτόματα τον εξοπλισμό.

Το ενεργοποιείτε για συγκεκριμένο χρόνο – και μπορείτε να πάτε να ασχοληθείτε με άλλα πράγματα. Η συσκευή θα απενεργοποιηθεί μόνη της μετά την παρέλευση του καθορισμένου διαστήματος. Αυτή λοιπόν η αυτοματοποίηση απαιτούσε ένα ρελέ με λειτουργία αυτόματου χρονοδιακόπτη.

Ένα κλασικό παράδειγμα της εν λόγω συσκευής είναι το ρελέ σε ένα παλιό πλυντήριο σοβιετικού τύπου. Στο σώμα του υπήρχε ένα χερούλι με διάφορες ενδείξεις. Ρυθμίζατε την επιθυμητή λειτουργία και ο κάδος περιστρεφόταν για 5–10 λεπτά, έως ότου το εσωτερικό ρολόι έφτανε στο μηδέν.

Το ηλεκτρομαγνητικό ρελέ χρόνου είναι μικρό σε μέγεθος, καταναλώνει λίγη ηλεκτρική ενέργεια, δεν έχει εύθραυστα κινούμενα μέρη και είναι ανθεκτικό.

Σήμερα το χρονοδιακόπτη τον τοποθετούν σε διάφορες συσκευές:

• φούρνους μικροκυμάτων, κουζίνες και άλλες οικιακές συσκευές·
• ανεμιστήρες εξαερισμού·
• συστήματα αυτόματου ποτίσματος·
• αυτοματισμούς ελέγχου φωτισμού.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, η συσκευή κατασκευάζεται με βάση έναν μικροελεγκτή, ο οποίος ταυτόχρονα ελέγχει όλες τις άλλες λειτουργίες του αυτοματοποιημένου εξοπλισμού. Για τον κατασκευαστή είναι φθηνότερο. Δεν χρειάζεται να ξοδέψει χρήματα για πολλές ξεχωριστές συσκευές που είναι υπεύθυνες για ένα μόνο πράγμα.

Ανάλογα με τον τύπο του στοιχείου εξόδου, τα ρελέ χρόνου ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες:

• ρελέ – το φορτίο συνδέεται μέσω «ξηρής επαφής»·
• τριάκ·
• θυρίστορ.

Η πρώτη επιλογή είναι η πιο αξιόπιστη και ανθεκτική σε υπερτάσεις δικτύου. Μια συσκευή με θυρίστορ μεταγωγής στην έξοδο θα πρέπει να λαμβάνεται μόνο εάν το συνδεδεμένο φορτίο δεν είναι ευαίσθητο στη μορφή της τάσης τροφοδοσίας.

Για να κατασκευάσετε μόνοι σας ένα χρονικό ρελέ, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε έναν μικροελεγκτή. Ωστόσο, οι χειροποίητες κατασκευές γίνονται κυρίως για απλά πράγματα και συνθήκες λειτουργίας. Ένας ακριβός προγραμματιζόμενος ελεγκτής σε μια τέτοια κατάσταση είναι περιττή σπατάλη χρημάτων.

Υπάρχουν πολύ πιο απλά και φθηνά στην υλοποίηση κυκλώματα που βασίζονται σε τρανζίστορ και πυκνωτές. Επιπλέον, υπάρχουν αρκετές παραλλαγές, οπότε υπάρχει από όπου να επιλέξετε για τις συγκεκριμένες ανάγκες σας.

Κυκλώματα διαφόρων σπιτικών κατασκευών

Όλες οι προτεινόμενες επιλογές για την κατασκευή χρονικού ρελέ με τα χέρια σας βασίζονται στην αρχή της εκκίνησης μιας καθορισμένης καθυστέρησης. Αρχικά ξεκινά ένας χρονοδιακόπτης με καθορισμένο χρονικό διάστημα και αντίστροφη μέτρηση.

Η συνδεδεμένη σε αυτό εξωτερική συσκευή αρχίζει να λειτουργεί – ανάβει ο ηλεκτροκινητήρας ή το φως. Στη συνέχεια, όταν φτάσει στο μηδέν, το ρελέ δίνει σήμα για απενεργοποίηση αυτού του φορτίου ή διακόπτει το ρεύμα.

Επιλογή #1: το απλούστερο με τρανζίστορ

Τα κυκλώματα με βάση τρανζίστορ είναι τα πιο εύκολα στην υλοποίηση. Το απλούστερο από αυτά περιλαμβάνει μόνο οκτώ στοιχεία. Δεν χρειάζεται καν πλακέτα για τη σύνδεσή τους, όλα μπορούν να συγκολληθούν χωρίς αυτήν. Ένα τέτοιο ρελέ γίνεται συχνά για να συνδεθεί ο φωτισμός μέσω αυτού. Πατάτε το κουμπί – και το φως ανάβει για μερικά λεπτά και στη συνέχεια σβήνει μόνο του.

Για την τροφοδοσία αυτού του κυκλώματος απαιτούνται μπαταρίες 9 ή συσσωρευτές 12 Volt. Επίσης, ένα τέτοιο ρελέ μπορεί να τροφοδοτηθεί από εναλλασσόμενο ρεύμα 220 V μέσω μετατροπέα σε συνεχές 12 V (+).

Για να συναρμολογήσετε αυτό το χειροποίητο χρονικό ρελέ, θα χρειαστείτε:

• δύο αντιστάσεις (100 Ω και 2,2 MΩ)·
• διπολικό τρανζίστορ KT937A (ή ανάλογο)·
• ρελέ μεταγωγής φορτίου·
• μεταβλητή αντίσταση 820 Ω (για ρύθμιση του χρονικού διαστήματος)·
• πυκνωτής 3300 μF και 25 V·
• ανορθωτική δίοδος KD105B·
• διακόπτης για εκκίνηση της μέτρησης.

Η χρονική καθυστέρηση σε αυτό το ρελέ-χρονοδιακόπτη επιτυγχάνεται με τη φόρτιση του πυκνωτή έως το επίπεδο τροφοδοσίας του κλειδιού του τρανζίστορ. Όσο ο C1 φορτίζεται στα 9–12 V, το κλειδί στο VT1 παραμένει ανοιχτό. Το εξωτερικό φορτίο τροφοδοτείται (το φως ανάβει).

Μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, το οποίο εξαρτάται από την καθορισμένη τιμή στο R1, το τρανζίστορ VT1 κλείνει. Το ρελέ K1 στο τέλος απενεργοποιείται και το φορτίο αποσυνδέεται από την τάση.

Ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή C1 καθορίζεται από το γινόμενο της χωρητικότητάς του επί τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος φόρτισης (R1 και R2). Η πρώτη από αυτές τις αντιστάσεις είναι σταθερή, ενώ η δεύτερη είναι ρυθμιζόμενη για τον καθορισμό ενός συγκεκριμένου διαστήματος.

Οι χρονικές παράμετροι για το συναρμολογημένο ρελέ επιλέγονται πειραματικά, ορίζοντας διάφορες τιμές στο R1. Για να είναι ευκολότερη στη συνέχεια η ρύθμιση του επιθυμητού χρόνου, θα πρέπει να γίνει σήμανση στο περίβλημα με ανά λεπτό τοποθέτηση.

Είναι δύσκολο να καθοριστεί ένας τύπος για τον υπολογισμό των παρεχόμενων καθυστερήσεων για ένα τέτοιο κύκλωμα. Πολλά εξαρτώνται από τις παραμέτρους του συγκεκριμένου τρανζίστορ και των υπόλοιπων στοιχείων.

Η επαναφορά του ρελέ στην αρχική θέση γίνεται με αντίστροφη εναλλαγή του S1. Ο πυκνωτής βραχυκυκλώνεται μέσω του R2 και εκφορτίζεται. Μετά από επαναλαμβανόμενη ενεργοποίηση του S1, ο κύκλος ξεκινά ξανά.

Ένα τρανζίστορ μπορεί να αντικατασταθεί από μια αλυσίδα δύο παρόμοιων, γεγονός που θα αυξήσει μόνο τη σταθερότητα λειτουργίας του συναρμολογούμενου χρονοδιακόπτη (+)

Στο κύκλωμα με δύο τρανζίστορ, το πρώτο συμμετέχει στη ρύθμιση και στον έλεγχο της χρονικής παύσης. Το δεύτερο είναι ένα ηλεκτρονικό κλειδί για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της τροφοδοσίας σε ένα εξωτερικό φορτίο.

Στην παραλλαγή με το διπλό κύκλωμα, ένα από τα κλειδιά Β1 «εκκινεί το χρονόμετρο» και ενεργοποιεί το φορτίο, ενώ το δεύτερο Β2 το απενεργοποιεί (+)

Το πιο δύσκολο σε αυτήν την τροποποίηση είναι η ακριβής επιλογή της αντίστασης R3. Πρέπει να είναι τέτοια ώστε το ρελέ να κλείνει μόνο όταν δίνεται σήμα από το Β2. Ταυτόχρονα, η αντίστροφη ενεργοποίηση του φορτίου πρέπει να συμβαίνει μόνο όταν ενεργοποιείται το Β1. Η επιλογή του θα γίνει πειραματικά.

Για να αυξηθεί το εύρος καθυστέρησης του χρονοδιακόπτη, το KT937A μπορεί να αντικατασταθεί από ένα τρανζίστορ πεδίου με μονωμένη πύλη (π.χ. 2N7000) (+)

Σε αυτόν τον τύπο τρανζίστορ, το ρεύμα πύλης είναι πολύ μικρό. Εάν η αντίσταση της περιέλιξης στο ρελέ-κλειδί ελέγχου επιλεγεί μεγάλη (δεκάδες Ω και ΜΩ), τότε το διάστημα απενεργοποίησης μπορεί να αυξηθεί σε αρκετές ώρες. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου ο χρονοδιακόπτης ρελέ σχεδόν δεν καταναλώνει ενέργεια.

Η ενεργή λειτουργία σε αυτό ξεκινά στο τελευταίο τρίτο αυτού του διαστήματος. Εάν το PB συνδεθεί μέσω μιας συνηθισμένης μπαταρίας, θα διαρκέσει πολύ.

Επιλογή #2: με βάση ολοκληρωμένα κυκλώματα

Τα κυκλώματα με τρανζίστορ έχουν δύο βασικά μειονεκτήματα. Είναι δύσκολος ο υπολογισμός του χρόνου καθυστέρησης και πριν από κάθε νέα εκκίνηση απαιτείται εκφόρτιση του πυκνωτή. Η χρήση μικροκυκλωμάτων εξαλείφει αυτά τα μειονεκτήματα, αλλά περιπλέκει τη διάταξη.

Ωστόσο, με ακόμα και ελάχιστες δεξιότητες και γνώσεις ηλεκτροτεχνίας, η κατασκευή ενός τέτοιου χρονοδιακόπτη με τα χέρια σας δεν θα είναι δύσκολη.

Εάν απαιτείται καθυστέρηση στην περιοχή από δέκα λεπτά έως μία ώρα, τότε το τρανζίστορ αντικαθίσταται καλύτερα από ένα μικροκύκλωμα της σειράς TL431 (+)

Το όριο έναυσης του TL431 είναι πιο σταθερό λόγω της παρουσίας εσωτερικής πηγής τάσης αναφοράς. Επιπλέον, για την εναλλαγή του απαιτείται πολύ μεγαλύτερη τάση. Στο μέγιστο, αυξάνοντας την τιμή R2, μπορεί να ανέβει έως τα 30 V.

Ο πυκνωτής θα φορτίζει για πολύ καιρό μέχρι αυτές τις τιμές. Επιπλέον, η σύνδεση του C1 στην αντίσταση για εκφόρτιση γίνεται αυτόματα σε αυτή την περίπτωση. Δεν χρειάζεται να πατήσετε επιπλέον το SB1 εδώ.

Μία ακόμη επιλογή είναι η χρήση του «ολοκληρωμένου χρονοδιακόπτη» NE555. Σε αυτή την περίπτωση, η καθυστέρηση καθορίζεται επίσης από τις παραμέτρους δύο αντιστάσεων (R2 και R4) και ενός πυκνωτή (C1).

Η «απενεργοποίηση» του ρελέ γίνεται μέσω της μεταγωγής του τρανζίστορ. Η κλείδωσή του εδώ εκτελείται με σήμα από την έξοδο του ολοκληρωμένου κυκλώματος, όταν αυτό μετρήσει τα απαιτούμενα δευτερόλεπτα.

Ο «χρονοδιακόπτης» που βασίζεται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα NE555 μοιάζει σε μεγάλο βαθμό με την κλασική έκδοση με ένα τρανζίστορ, αλλά το διάστημα καθυστέρησης εδώ είναι πιο ακριβές (από 1 δευτερόλεπτο έως αρκετά λεπτά και ώρες) (+)

Οι ψευδείς ενεργοποιήσεις με τη χρήση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι πολύ λιγότερες από ό,τι με τη χρήση τρανζίστορ. Τα ρεύματα σε αυτή την περίπτωση ελέγχονται αυστηρότερα, και το τρανζίστορ ανοίγει και κλείνει ακριβώς όταν χρειάζεται.

Μία ακόμη κλασική έκδοση χρονοδιακόπτη βασισμένου σε ολοκληρωμένο κύκλωμα βασίζεται στο ΚΡ512ΠΣ10. Σε αυτή την περίπτωση, κατά την ενεργοποίηση της τροφοδοσίας, το κύκλωμα R1C1 παρέχει έναν παλμό επαναφοράς στην είσοδο του ολοκληρωμένου κυκλώματος, και στη συνέχεια ξεκινά η εσωτερική γεννήτρια. Η συχνότητα απενεργοποίησης (λόγος διαίρεσης) της τελευταίας ορίζεται από το ρυθμιστικό κύκλωμα R2C2.

Ο αριθμός των μετρούμενων παλμών καθορίζεται από τη μεταγωγή πέντε ακίδων M01–M05 σε διάφορους συνδυασμούς. Ο χρόνος καθυστέρησης μπορεί να ρυθμιστεί από 3 δευτερόλεπτα έως 30 ώρες.

Μετά τη μέτρηση του καθορισμένου αριθμού παλμών, στην έξοδο Q1 του ολοκληρωμένου κυκλώματος εγκαθίσταται υψηλή στάθμη, η οποία ανοίγει το VT1. Ως αποτέλεσμα, ενεργοποιείται το ρελέ K1 και ανάβει ή σβήνει το φορτίο.

Το κύκλωμα συναρμολόγησης του χρονοδιακόπτη με τη χρήση του ολοκληρωμένου κυκλώματος ΚΡ512ΠΣ10 δεν είναι περίπλοκο· η επαναφορά στην αρχική κατάσταση σε αυτόν τον χρονοδιακόπτη γίνεται αυτόματα όταν επιτευχθούν οι καθορισμένες παράμετροι, λόγω της σύνδεσης των ακροδεκτών 10 (END) και 3 (ST) (+)

Υπάρχουν ακόμη πιο περίπλοκα κυκλώματα χρονοδιακόπτη βασισμένα σε μικροελεγκτές. Ωστόσο, δεν είναι κατάλληλα για αυτοσυναρμολόγηση. Εδώ υπάρχουν δυσκολίες τόσο στη συγκόλληση όσο και στον προγραμματισμό. Οι παραλλαγές με τρανζίστορ και απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα για οικιακή χρήση είναι επαρκείς στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων.

Επιλογή #3: με τροφοδοσία εξόδου 220 V

Όλα τα προαναφερθέντα κυκλώματα είναι σχεδιασμένα για τάση εξόδου 12 βολτ. Για να συνδέσετε ένα ισχυρό φορτίο στον χρονοδιακόπτη που συναρμολογήθηκε με βάση αυτά, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε έναν μαγνητικό εκκινητή στην έξοδο. Για τον έλεγχο ηλεκτροκινητήρων ή άλλου πολύπλοκου ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υψηλής ισχύος, έτσι πρέπει να γίνει.

Ωστόσο, για τη ρύθμιση του οικιακού φωτισμού, μπορείτε να συναρμολογήσετε ένα ρελέ με βάση μια γέφυρα διόδων και ένα θυρίστορ. Δεν συνιστάται να συνδέετε οτιδήποτε άλλο μέσω ενός τέτοιου χρονοδιακόπτη. Το θυρίστορ αφήνει να περάσει μόνο το θετικό μέρος της ημιτονοειδούς κυματομορφής των 220 Volt.

Για έναν λαμπτήρα πυράκτωσης, ανεμιστήρα ή θερμαντικό στοιχείο, αυτό δεν είναι επικίνδυνο, αλλά άλλος ηλεκτρικός εξοπλισμός μπορεί να μην το αντέξει και να καεί.

Το κύκλωμα χρονοδιακόπτη με θυρίστορ στην έξοδο και γέφυρα διόδων στην είσοδο είναι σχεδιασμένο για λειτουργία σε δίκτυα 220 V, αλλά έχει ορισμένους περιορισμούς ως προς τον τύπο του συνδεδεμένου φορτίου (+)

Για τη συναρμολόγηση ενός τέτοιου χρονοδιακόπτη για λαμπτήρα, χρειάζονται:

• σταθερές αντιστάσεις 4,3 MΩ (R1) και 200 Ω (R2) συν μια ρυθμιζόμενη 1,5 kΩ (R3);
• τέσσερις δίοδοι με μέγιστο ρεύμα άνω του 1 A και αντίστροφη τάση από 400 V;
• πυκνωτής 0,47 μF;
• θυρίστορ BT151 ή ανάλογο;
• διακόπτης.

Αυτό το ρελέ-χρονοδιακόπτης λειτουργεί σύμφωνα με το γενικό σχήμα για παρόμοιες συσκευές, με σταδιακή φόρτιση του πυκνωτή. Όταν κλείνουν οι επαφές S1, ο C1 αρχίζει να φορτίζεται.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το θυρίστορ VS1 παραμένει ανοιχτό. Ως αποτέλεσμα, στο φορτίο L1 παρέχεται η τάση δικτύου 220 V. Μετά την ολοκλήρωση της φόρτισης του C1, το θυρίστορ κλείνει και διακόπτει το ρεύμα, σβήνοντας τον λαμπτήρα.

Η ρύθμιση της καθυστέρησης γίνεται με τον καθορισμό της τιμής στο R3 και την επιλογή της χωρητικότητας του πυκνωτή. Πρέπει να θυμάστε ότι οποιοδήποτε άγγιγμα στα γυμνά πόδια όλων των χρησιμοποιημένων εξαρτημάτων κινδυνεύει να προκαλέσει ηλεκτροπληξία. Όλα βρίσκονται υπό τάση 220 V.

Αν δεν έχετε διάθεση να πειραματιστείτε και να συναρμολογήσετε μόνοι σας ένα χρονοδιακόπτη, μπορείτε να επιλέξετε έτοιμες επιλογές διακοπτών και πριζών με χρονοδιακόπτη.

Περισσότερες λεπτομέρειες για τέτοιες συσκευές αναφέρονται στα άρθρα:

1. Διακόπτης με χρονοδιακόπτη απενεργοποίησης: πώς λειτουργεί και ποιος τύπος είναι καλύτερο να επιλέξετε
2. Πρίζα με χρονοδιακόπτη: τύποι, αρχή λειτουργίας + χαρακτηριστικά εγκατάστασης

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Συχνά είναι δύσκολο να κατανοήσετε από την αρχή την εσωτερική δομή ενός χρονοδιακόπτη. Σε άλλους λείπουν οι γνώσεις, σε άλλους η εμπειρία. Για να σας διευκολύνουμε να επιλέξετε το κατάλληλο κύκλωμα, συγκεντρώσαμε μια συλλογή βίντεο όπου αναλύονται λεπτομερώς όλες οι λεπτομέρειες λειτουργίας και συναρμολόγησης της εν λόγω ηλεκτρονικής συσκευής.

Αρχή λειτουργίας των στοιχείων χρονοδιακόπτη σε τρανζιστορικό κλειδί:

Αυτόματος χρονοδιακόπτης με τρανζίστορ πεδίου για φορτίο 220 V:

Βήμα προς βήμα κατασκευή ρελέ καθυστέρησης μόνοις τους:

Δεν είναί τόσο δύσκολο να συναρμολογήσετε μόνοι σας έναν χρονοδιακόπτη – υπάρχουν αρκετά κυκλώματα για την υλοποίηση αυτής της ιδέας. Όα βασίζονται στη σταδιακή φόρτιση τού πυκνωτή καί το άνόιγμα/κλε ίσμο τού τρανζιστορ ή θυρίσορ στην έξοδο.

Αν χρειάζεστε μία απλή συσκευή, τότε καλύτερα νά επλέξτε ένά τρανζίστορικό κύκλωμα. Αλλά γία τόν ακρίβή έλγχό τής χρονικής καθυστέρησης, θά πρέπει νά συγκολλήσετε μίά από τίς επιλογές σέ κάποιο μικροτσίπ.

Αν έχετε εμπειρία στη συναρμολόγηση μιας τέτοιας συσκευής, παρακαλούμε μοιραστείτε πληροφορίες με τους αναγνώστες μας. Αφήστε σχόλια, επισυνάψτε φωτογραφίες των δημιουργιών σας και συμμετάσχετε σε συζητήσεις. Το πεδίο επικοινωνίας βρίσκεται παρακάτω.