Tijdrelais: werkingsprincipe, aansluitschema en aanbevelingen voor instelling

Een apparaat dat in werking treedt na het verstrijken van een ingesteld tijdsinterval wordt een tijdrelais genoemd – het apparaat heeft brede toepassing gevonden in de elektrotechniek, elektriciteit en elektronica. Door het gebruik ervan in schakeloplossingen kunnen flexibelere besturingsfuncties voor diverse apparaten en toestellen worden gerealiseerd.

Afhankelijk van de constructie en het werkingsprincipe van het apparaat kunnen elektrische schema's van verschillende complexiteit worden georganiseerd.

Wij nodigen u uit om te begrijpen welke soorten tijdrelais er zijn, wat hun specifieke werking en toepassing is. Het theoretische materiaal wordt aangevuld met praktische aanbevelingen voor het aansluiten en instellen van een tijdbesturingsapparaat.

Werkingsprincipe van een tijdrelais

Elektronische apparaten zijn verkrijgbaar in een grote verscheidenheid aan constructies, daarom moet het werkingsprincipe van een tijdrelais per constructievariant afzonderlijk worden beschouwd.

Zo ziet een van de vele constructies van een tijdrelais eruit. In wezen lijkt het apparaat op een gewone schakelaar, waarvan de werking echter is gekoppeld aan een tijdscyclus.

Wat betreft de uit te voeren handelingen, worden in de praktijk elektromagnetische, pneumatische, elektronische constructies en apparaten met een uurwerk gebruikt.

Optie #1: elektromagnetische apparaten

Apparaten die het elektromagnetische werkingsprincipe ondersteunen, zijn over het algemeen uitsluitend bedoeld voor gebruik in schakelingen met gelijkstroomvoeding.

Constructie van een elektromagnetisch tijdrelais REV-814: 1 – stationair contactblok; 2 – beugel; 3 – dempingsmechanisme van koper; 4 – winkelhaak; 5 – kern van de hoofdwikkeling; 6 – anker; 7 – beweegbare contacten van het anker

Het tijdsbereik bedraagt gewoonlijk 0,07 – 0,11 sec voor inschakeling en 0,5 – 1,4 sec voor uitschakeling. De constructie van dergelijke tijdrelais bevat twee werkwikkelingen, waarvan één een kortgesloten lus in de vorm van een koperen ring is.

Wanneer er elektrische stroom door de primaire wikkeling vloeit, wordt een toename van de magnetische flux waargenomen. Deze flux genereert een stroom in de kortgesloten wikkeling, waardoor de toename van de magnetische flux van de primaire wikkeling wordt beperkt.

Als resultaat wordt een tijdskarakteristiek van de beweging van het anker van het uitvoeringsmechanisme gevormd, of, met andere woorden, wordt een inschakelvertraging gecreëerd.

Een verbeterde constructie van een elektromagnetisch tijdrelais. Dit model ondersteunt het schakelen van vier onafhankelijke belastingskanalen. Tegelijkertijd is het apparaat wat stroomparameters betreft zwakker dan oudere modellen (+).

Wanneer de stroomtoevoer naar de primaire wikkeling wordt onderbroken, blijft het magnetische veld van de kortgesloten wikkeling dankzij het inductie-effect gedurende enige tijd actief. Het relais wordt gedurende deze tijd dan ook niet uitgeschakeld.

Optie #2: pneumatische apparaten

Constructies op basis van pneumatische systemen zijn een soort exclusieve apparaten. Dergelijke apparaten zijn uitgerust met een speciale vertragingsmechaniek – een pneumatisch dempermechanisme.

De vertragingstijd van pneumatische relais kan worden geregeld door de doorlaatdoorsnede van de buis waardoor lucht wordt toegevoerd te verkleinen of te vergroten. Voor dit doel zijn pneumatische relais voorzien van een stelschroef.

Een van de veelvoorkomende constructies van pneumatische apparaten. Vrij eenvoudige, betrouwbare uitvoering. Parameters van de te schakelen stroom tot 16 ampère. Als schakelaar wordt een minischakelaar voor twee kanalen gebruikt.

Het instelbereik van de vertragingstijd van pneumatische relais is gemiddeld 1 – 60 sec. Er zijn echter exemplaren die dit bereik vrijwel verdubbelen. Wel zijn in de praktijk kleine afwijkingen (ca. 10%) waargenomen wat betreft de nauwkeurigheid van het aanspreken op de ingestelde waarden.

Optie #3: modificaties van het uurwerktype

Zogenaamde tijdsrelais hebben een brede toepassing gevonden in de elektrotechniek. Dit type apparaten wordt vaak gebruikt in de constructies van automaten, bedoeld voor de beveiliging van circuits met een spanning van 500 – 10000 volt. Het instelbereik bedraagt 0,1 – 20 seconden.

Het werkingsprincipe van klokmodellen is gebaseerd op de werking van een veer die wordt gespannen door een mechanische aandrijving (anker) van een elektromagneet. Het schakelen van de contactgroepen van het kloktijdrelais vindt plaats na verstreken tijd, waarvan de waarde eerder op de schaal van het apparaat werd ingesteld.

Een vertegenwoordiger van een vrij oude serie apparaten – een tijdrelais met een klokmechanisme. Niettemin heeft dit type apparaat betrouwbare storingsvrije werking getoond onder uiteenlopende omstandigheden.

De snelheid van de mechanismebeweging van het apparaat is direct gerelateerd aan de stroomsterkte die door de wikkeling van de elektromagneet vloeit. Deze factor maakt het mogelijk het instrument af te stemmen op de uitvoering van beveiligingsfuncties. Een kenmerk van dergelijke beveiliging is de volledige onafhankelijkheid van de invloed van de omgevingstemperatuur.

Optie #4: elektronische relais

De afgelopen jaren zijn elektronische versies vrijwel overal waar tijdsrelais worden toegepast, in de plaats gekomen van de verouderde elektromechanische modellen.

Dit type apparaten heeft een aantal voordelen:

• kleine afmetingen van de behuizing;
• hoge nauwkeurigheid van de werking;
• handig instelmechanisme;
• visuele weergave van informatie.

Elektronische versies werken doorgaans op basis van digitale pulstellers. Veel moderne apparaten zijn gebouwd met krachtige microprocessoren. Digitale relais zijn meestal ontworpen voor het schakelen van laag-inductieve of niet-inductieve belastingen.

Een moderne ontwikkeling is het digitale relais, ontworpen om tijdsgestuurde schakeling te bieden. Het is aantrekkelijk vanwege het gebruiksgemak, de flexibele instelling en het uiterlijk.

Om een digitaal tijdsrelais in te stellen, volstaat het om de gewenste tijdparameters in te voeren met de functietoetsen op het voorpaneel van de behuizing.

De instelling is doorgaans beschikbaar in een breed tijdsbereik en omvat niet alleen seconden, minuten, uren, maar ook dagen van de week. Als voorbeeld kan het model van een weekelijkse elektronische relais – timer worden beschouwd.

Een elektronische timer met functies voor automatisch in- en uitschakelen kan met succes worden gebruikt in stuurschema's voor verschillende soorten apparaten. Het zogenaamde 'weekrelais' zorgt voor het uitvoeren van schakelfuncties volgens een ingesteld tijdsinterval binnen een weekcyclus. Dergelijke apparaten worden gebruikt in systemen “slim huis”.

Dankzij het apparaat worden bijvoorbeeld de volgende mogelijkheden geboden:

• het schakelen van verlichtingssystemen op een ingesteld tijdstip;
• het starten of stoppen van procesapparatuur;
• het activeren/deactiveren van beveiligingssystemen.

Het apparaat is klein van formaat en heeft enkele functionele bedieningstoetsen. Met behulp van het systeemtoetsenbord kan de gebruiker het gemakkelijk instellen (programmeren).

Het gebruikersfunctioneel van het digitale tijdsrelais is het bedieningspaneel met toetsen voor het instellen van parameters, plus een lcd-scherm waarop alle benodigde informatie wordt weergegeven.

De programmeermodus wordt geactiveerd door het indrukken en vasthouden van de knop die is aangeduid met het symbool «P». Een systeemreset wordt uitgevoerd met de toets «Reset». Het wijzigen van de tijdinstellingen van het relais gebeurt met de toetsen voor het instellen van minuten, uren en dagen van de week terwijl de programmeermodus actief is.

Het standaard aansluitschema van een tijdrelais voorziet in het instellen van een van twee besturingsmodi: handmatig of automatisch. Het gemak van het instellen van een digitaal relais wordt gewaarborgd door een informatief LCD-scherm.

Instelling van elektronisch-mechanische analoge relais

Systemen voor industriële automatisering, evenals verschillende huishoudelijke modules, zijn vaak uitgerust met elektromechanische apparaten waarvan de constructie voorziet in instelling via potentiometers.

Elektromechanisch type tijdmeetapparaat met regeling van parameters via potentiometers. Er zijn verschillende configuraties van dergelijke apparaten, waardoor ze kunnen worden gebruikt in schakelingen van uiteenlopende complexiteit.

Op het voorpaneel van de behuizing van dergelijke apparaten bevindt zich een potentiometeras (of meerdere assen), bestemd om te worden gedraaid met het blad van een schroevendraaier. Rondom de as (assen) is een gemarkeerde schaal van instelwaarden aangebracht.

De gleuf op de as voor het blad van de schroevendraaier fungeert als een soort aanwijzer die van positie verandert bij het draaien van de as. Door deze aanwijzer tegenover bepaalde waarden van de gemarkeerde schaal te plaatsen, wordt de gewenste parameter ingesteld.

Meerkanaals apparaat van elektronisch-mechanisch type. Het wordt gemakkelijk en eenvoudig ingesteld door het draaien van potentiometers met een schroevendraaier. Op het voorpaneel bevindt zich ook LED-statusindicatie.

Apparaten van dit type (bijvoorbeeld NTE8) worden veel toegepast in besturingsschema's voor ventilatiesystemen, verwarmingsmodules en kunstverlichtingsapparaten.

Afstelling van apparaten met digitale schaal

Het gebruik van apparaten met mechanische instelfuncties kan worden gedemonstreerd aan de hand van een huishoudelijke timer van het merk REV Ritter, bestemd om te worden aangesloten op een huishoudelijk stopcontact.

Het zogenaamde 'stopcontactrelais', bedoeld voor gebruik in huishoudelijke omstandigheden. De actietijd is doorgaans beperkt tot een dagelijkse reikwijdte. Deze tijd is ruim voldoende voor huishoudelijk gebruik.

Met behulp van een timer-stekker kunt u in het ingestelde tijdsbereik vrijwel elk huishoudelijk apparaat bedienen. Voor het gebruik van deze dagtimer volstaat het om het apparaat in het stopcontact te steken en in te stellen.

De instelling gaat gepaard met de volgende handelingen:

1. Hef alle segmenten op die rondom de instelschijf zijn geplaatst.
2. Laat alleen die segmenten zakken die overeenkomen met de insteltijd.
3. Draai de instelschijf om de wijzer van de schijf op de huidige tijd in te stellen.

Bijvoorbeeld, als de segmenten tussen de schaalcijfers 18 en 20 zijn neergelaten, wordt de belasting na het starten van de tijdsmeting door het relais om 18 uur ingeschakeld en om 20 uur uitgeschakeld.

Over het algemeen maakt de constructie van het mechanische relais REV Ritter het mogelijk om tot 48 inschakelingen per 24 uur te realiseren.

Modificatie van het 'stopcontact'-tijdrelais: 1 – stopcontact voor aansluiting van de belasting; 2 – handmatige bediening; 3 – schaalverdeling voor 24 uur; 4 – programmasegmenten; 5 – aanwijzer van de huidige tijd; 6 – stekker voor aansluiting op het huishoudnet (+)

Tevens ondersteunt het apparaat een functie voor niet-geprogrammeerd inschakelen van de belasting. Hiervoor is er een aparte knop aan de zijkant van de behuizing. Als de gebruiker deze knop activeert, wordt de belasting rechtstreeks op het net aangesloten, ongeacht de toestand van de relaiscontacten.

Aansluiting van een tijdrelais in een besturingsschema

Het apparaat moet worden aangesloten met inachtneming van de overeenstemming van de installatielocatie met de in het technisch gegevensblad vermelde omstandigheden. In de regel vereist de montage een verticale installatie van het apparaat met een tolerantie voor afwijking van de verticale van niet meer dan 10°.

De temperatuurgrenzen van de ruimte waar het tijdrelais wordt geïnstalleerd en gebruikt, overschrijden gewoonlijk niet het bereik -20°C tot +50°C.

Het vochtigheidsniveau in de installatiezone van het apparaat mag niet hoger zijn dan 80%. Het elektrische circuit waarin de timer wordt geïnstalleerd, moet tijdens de installatie van het net worden losgekoppeld.

Klassiek aansluitschema van het tijdrelais, in dit geval voor een apparaat dat twee kanalen met belasting schakelt. Volgens hetzelfde principe worden apparaten aangesloten met een verschillend aantal schakelingen (+)

Elk apparaat heeft traditioneel een technisch gegevensblad waarop het aansluitschema staat. Veel elektronisch-mechanische en digitale timers worden aangevuld met een schema dat direct op de behuizing is aangebracht en laat zien hoe en in welke volgorde het tijdrelais moet worden aangesloten.

De klassieke aansluitvariant ziet er als volgt uit:

1. Aansluiting van de spanningslijn op de voedingsklemmen van het apparaat.
2. De faselijn wordt via een automatische schakelaar verbonden met het ingangscontact van het relais voor de belasting.
3. Het uitgangscontact van het belastingsrelais wordt rechtstreeks aangesloten op de faselijn van de belasting.

In wezen wordt het aansluitschema voor de meeste apparaten volgens hetzelfde principe opgesteld: voeding aansluiten op het apparaat zelf en de belasting inschakelen via een groep schakelcontacten.

Afhankelijk van het type relais (eenfasig, driefasig) en de constructieve kenmerken kunnen er meerdere van deze contactgroepen zijn.

Een eenvoudige versie van een tijdsrelais kunt u zelf maken. Schema's van verschillende zelfbouwprojecten worden beschreven in dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de video wordt de mogelijkheid onderzocht van het gebruik van een modulair apparaat met twee onafhankelijke tijdschakelaars. Het schema voorziet in het inschakelen van twee huishoudelijke apparaten, het instellen van hun werking in tijdsintervallen en andere functies.

Uiteraard kunnen alle bestaande modificaties van tijdrelais niet worden gedekt door één bescheiden overzicht. Om het volledige assortiment apparaten te behandelen, zou men een heel boek moeten schrijven. Eigenlijk zijn er naslagwerken over verschillende soorten timers beschikbaar, en indien gewenst kunt u altijd de nodige informatie vinden.

Heeft u iets toe te voegen, of heeft u vragen over de werking, keuze, aansluiting en instelling van tijdrelais? U kunt reacties op de publicatie achterlaten en deelnemen aan discussies. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.