Как выбрать, настроить и подключить фотореле для наружного или внутреннего освещения

В начале прошлого века во многих городах существовала уникальная профессия — фонарщик. Это был человек, который занимался наружным освещением улиц. С наступлением сумерек он каждый день зажигал фонари, а утром их гасил.

Сейчас вопросами освещения занимаются автоматические устройства, которые называют «сумеречными выключателями» или «фотореле».

Внешний вид

Сумеречные выключатели выпускаются производителями с различными электрическими характеристиками, эксплуатационными параметрами и дизайном для различных целей.

Они могут быть созданы для работы в закрытых помещениях, например, для освещения лестничных клеток подъездов или использоваться на открытом воздухе под воздействием атмосферных осадков.

Принцип действия

Все фотореле объединяет тот факт, что они работают по единому закону, который демонстрирует нижеприведенная схема.

Световой поток солнечного излучения воспринимается специальным датчиком, который вырабатывает электрический ток пропорциональной величины. При ухудшении освещенности уменьшается значение вырабатываемого тока. Поскольку фоток очень мал, то его усиливают и подают на реле — исполнительное устройство, сочетающее в своей конструкции логическую часть.

Контакты реле управляют работой светильников или, при необходимости, — пускателя для мощных прожекторов.

Светочувствительный элемент может иметь разное устройство и работать на основе:

фоторезистора, изменяющего свое электрическое сопротивление под воздействием светового потока;

фотодиода, преобразующего свет в заряды электричества за счет процессов, происходящих в p-n переходах;

фототранзистора, превращающего световой поток в движение электрических зарядов в результате электронно-дырочной проводимости;

фототиристора — оптоэлектронного полупроводникового прибора с конструкцией, напоминающей обычный тиристор;

фотосимистора с многослойной структурой.

Фоторезистор — это полупроводниковое изделие, которое под воздействием изменяющегося потока квантов света пропорционально преобразовывает свое электрическое сопротивление.

При подключении фоторезистора к источнику стабилизированной ЭДС через сопротивление нагрузки R в цепи устанавливается ток, зависимый от освещения.

Фотодиод преобразует световое излучение в электрический ток и может работать в схемах:

с приложенным внешним обратным напряжением;

Фототранзистор — это обыкновенный транзистор, который обладает чувствительностью к световому потоку. Он может быть изготовлен как полевой либо биполярный транзистор со структурой n-p-n или p-n-p и базой, которая облучается светом. Изменение величины освещенности влияет на значение электрического тока в подключенной схеме.

Чувствительность к свету у фототранзисторов выше, чем у фотодиодов. Поэтому их использование более перспективное.

Фототиристор тоже работает как аналог обычного тиристора, но он управляется световым потоком и переключается из закрытого состояние в открытое (и обратно) при достижении освещенностью определенных пороговых значений.

Величиной тока, проходящего через управляющий электрод, можно регулировать уставки на срабатывание фототиристора.

Фотосемистор имеет большее количество слоев с электронной и дырочной проводимостью, он сложнее в изготовлении. Но он тоже управляется потоком попадающего на него света, который облучает один из свободных полупроводниковых слоев.

Подробнее про устройство фотодатчиков (фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов) смотрите здесь: Фотодатчики и их применение

Основные технические характеристики

На выбор фотореле для различных условий эксплуатации влияют:

чувствительность фотоэлемента к световому потоку;

напряжение питающей электросети;

мощность, потребляемая осветительными приборами;

окружающая сумеречный выключатель рабочая среда.

Чувствительность определяется отношением созданного фототока к значению светового потока, попадающего на световой элемент. Ее измеряют в [мкА/лм]. Поскольку фотоэлементы реагируют на силу света и частоту, то чувствительность разделяют на:

спектральную, связанную с частотой;

интегральную, характеризуемую интенсивностью падающего светового потока.

Спектральная светочувствительность используется для оценки работы фотоэлемента на одной определенной частоте световых колебаний, например, невидимой инфракрасной области. Интегральная чувствительность предназначена для анализа и работы всего суммарного потока света, обладающего спектрами от ультрафиолетовой до инфракрасной части.

Номинальное напряжение фотореле указывается в документации и на корпусе самого прибора. Устройства, выпущенные за рубежом, могут не подойти для работы в странах СНГ из-за других значений питающих напряжений, принятых в различных странах мира.

Мощность подключенных к фотореле светильников создает нагрузку на выходные контакты устройства, которые могут сгореть в случаях превышения допустимых расчетных значений. Поэтому при выборе конструкции сумеречного выключателя на этот вопрос всегда обращают внимание.

В случае когда уже имеется определенная модель фотореле, которая подходит по всем параметрам, кроме значения подключаемой нагрузки, то можно воспользоваться дополнительным устройством — контактором или пускателем, управляемым подачей напряжения на его обмотку от фотореле. Силовые контакты пускателя в этом случае будут надежно коммутировать нагрузку от мощных светильников.

Обыкновенные сумеречные выключатели создаются для работы с лампами накаливания, потребляющими активную нагрузку. Люминесцентные и энергосберегающие источники света создают дополнительную реактивную составляющую, которая ограничивает величину потребляемой мощности. При их использовании следует создавать запас для подключаемой нагрузки.

Рабочая среда, в которой находится фотореле, оказывает определенное влияние на его работу. Для условий эксплуатации на открытом воздухе необходимо сумеречный выключатель помещать в герметичный корпус, защищающий электронику от дождя, влаги, пыли, а при низких температурах — дополнительно применять обогрев.

Устройства, работающие в жилых помещениях, не нуждаются в подобной защите.

Как подключить фотореле к светильникам

Схема монтажа сумеречного выключателя обычно наносится на его корпусе и приводится в документации изготовителя. Обычно для подключения используется три проводника:

рабочий ноль сети, используемый для фотореле и светильников одновременно;

фаза, которая подается на вход устройства;

потенциальный провод, выходящий из фотореле на светильник.

Использование технологий микропроцессорных устройств для фотореле позволило оснастить их различными функциями, учитывающими конкретные условия эксплуатации, например, ввести в алгоритм их действий датчики движения или таймер.

Схематически контакты таймера и датчика движения показаны с последовательным подключением к нагрузке, но для коммутации сложных цепей освещения у дорогостоящих моделей могут быть применены в логическом блоке специальные алгоритмы, учитывающие конкретные задачи.

Например, фотореле, используемые для наружного освещения можно отстраивать от реагирования на свет фар от проезжающих мимо устройства автомобилей. Это исключает частые срабатывания, повышает надежность прибора.

Датчик движения с таймером у сумеречного выключателя, установленного в подъезде жилого многоэтажного дома, позволяет значительно экономить электроэнергию. Светильники включаются при появлении человека на любой лестничной площадке на время, достаточное для прохода по лестнице. Отключение их происходит автоматически.

Настройка параметров срабатывания фотореле

У простых конструкций все настройки выставлены на заводе и при эксплуатации не регулируются.

На усовершенствованных фотореле можно изменять:

чувствительность к попадающему на фотоэлемент световому потоку;

время реагирования таймера;

параметры на срабатывание датчика движения.

Эти параметры и их регуляторы оговариваются в техническом описании.

Примеры монтажа распространенных сумеречных выключателей

6 приведенных ниже фотографий наглядно показывают, насколько качественно выполняют однотипную работу три разных электрика. Следует заметить, что все показанные светильники управляются сумеречными выключателями при различной освещенности.

1. Фотореле над входом в небольшой торговый центр установлено красиво.

2. Монтаж светильника с фотореле над входной дверью производственного предприятия.

3. Три варианта исполнения освещения с фотореле на разных лестничных площадках одного подъезда, выполненные электриком ЖКХ.

В заключение статьи хочется задать вопрос, а что вы думаете о работе таких мастеров?

P.S. Эта статья в формате PDF: http://electrik.info/fotorele.pdf

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Датчик света (фотореле) для уличного освещения

Владельцев частных домов при благоустройстве участка волнует вопрос, как сделать автоматическое включение света в сумерки и выключение его на рассвете. Для этого есть два устройства — фотореле и астротаймер. Первое устройство более простое и дешевое, второе — сложнее и дороже. Более подробно поговорим о фотореле для уличного освещения.

Устройство и принцип действия

Это устройство имеет множество названий. Самое распространенное — фотореле, но называют еще фотоэлемент, датчик света и сумерек, фотодатчик, фотосэнсор, сумеречный или светоконтролирующий выключатель, датчик освещенности или день-ночь. В общем, названий много, но суть от этого не меняется — устройство позволяет в автоматическом режиме включать свет в сумерки и выключать на рассвете.

Схема фотореле для уличного освещения на фоторезисторе

Работа устройства основана на способности некоторых элементов изменять свои параметры под воздействием солнечного света. Чаще всего используют фоторезисторы, фототранзисторы и фотодиоды. Вечером, при уменьшении освещенности, параметры светочувствительных элементов начинают меняться. Когда изменения достигнут определенной величины, контакты реле смыкаются, подавая питание на подключенную нагрузку. На рассвете изменения идут в обратном направлении, контакты размыкаются, свет гаснет.

Характеристики и выбор

В первую очередь выбирают напряжение, с которым будет работать датчик света: 220 В или 12 В. Следующий параметр — класс защиты. Так как устройство устанавливается на улице, он должен быть не ниже IP44 (цифры могут быть больше, меньше — нежелательно). Это значит, что внутрь устройства не могут попасть предметы размером более 1 мм, а также что водяные брызги ему не страшны. Второе, на что стоит обратить внимание — на температурный режим эксплуатации. Ищите такие варианты, которые с запасом перекрывают средние показатели в вашем регионе как по плюсовой, так и по минусовой температуре.

Подбирать модель фотореле также необходимо по мощности подключаемых к нему ламп (выходная мощность) и току нагрузки. Оно, конечно, может «тянуть» нагрузку немного больше, но при этом могут быть проблемы. Так что лучше брать даже с некоторым запасом. Это были обязательные параметры, по которым надо выбирать фотореле для уличного освещения. Есть еще несколько дополнительных.

Пример характеристик фотореле для уличного освещения

В некоторых моделях есть возможность подстроить порог срабатывания — сделать фотодатчик более или менее чувствительным. Уменьшать чувствительность стоит при выпадении снега. В этом случае отраженный от снега свет может быть воспринят как рассвет. В результате свет будет то включаться, то отключаться. Такое представление вряд ли понравится.

Обратите внимание на пределы регулировки чувствительности. Они могут быть больше или меньше. Например, у фотореле AWZ-30 белорусского производства этот параметр — 2-100 Лк, у фотоэлемента P02 диапазон подстройки 10-100 Лк.

Задержка срабатывания. Для чего нужна задержка? Для исключения ложных включений/отключений света. Например, ночью на фотореле попал свет фар проезжающего автомобиля. Если задержка срабатывания мала, свет отключится. Если она достаточна — хотя-бы 5-10 секунд, то этого не произойдет.

Выбор места установки

Для корректной работы фотореле важно правильно выбрать его местоположение. Необходимо учесть несколько факторов:

• На него должен падать солнечный свет, то есть он должен быть под открытым небом.
• Ближайшие источники искусственного света (окна, лампы, фонари и т.д.) должны находится как можно дальше.
• Не желательно чтобы на него попадал свет фар.
• Желательно расположить его не очень высоко — для удобства обслуживания (надо периодически протирать поверхность от пыли и смахивать снег).

Чтобы светочувствительные автоматы работали корректно, надо правильно выбрать местоположение

Как видите при организации автоматического освещения на улице выбрать место для установки фотореле — не самая простая задача. Иногда приходится переносить его несколько раз, пока найдешь приемлемое положение. Часто, если датчик света используют для включения фонаря на столбе, фотореле стараются расположить там же. Это совершенно не обязательно и очень неудобно — счищать пыль или снег приходится довольно часто и каждый раз залезать на столб не очень весело. Само фотореле можно разместить на стене дома, например, а к светильнику дотянуть кабель питания. Это наиболее удобный вариант.

Схемы подключения

Схема подключения фотореле для уличного освещения проста: на вход устройства заводится фаза и ноль, с выхода фаза подается на нагрузку (фонари), а ноль (минус) на нагрузку идет от автомата или с шины.

Если делать все по правилам, соединение проводов необходимо делать в распределительной (монтажной коробке). Выбираете герметичную модель для расположения на улице, монтируете в доступном месте. Как подключить фотореле к освещению на улице в этом случае — на схеме ниже.

Подключение фотодатчика через распределительную коробку

Если включать/отключать необходимо мощный фонарь на столбе, в конструкции которого есть дросселя, лучше в схему добавить пускатель (контактор). Он рассчитан на частое включение и выключение, нормально переносит пусковые токи.

Схема подключения датчика день-ночь с пускателем

Если свет должен включаться только на время нахождения человека (в уличном туалете, возле калитки), к фотореле добавляют датчик движения. В такой связке лучше сначала поставить светочувствительный выключатель, а после него — датчик движения. При таком построении датчик движения будет срабатывать только в темное время суток.

Схема подключения фотореле с датчиком движения

Как видите, схемы несложные, вполне можно справиться своими руками.

Особенности подключения проводов

Фотореле любого производителя имеет три провода. Один из них — красный, другой — синий (может быть темно-зеленым) и третий может быть любого цвета, но обычно черный или коричневый. При подключении стоит помнить:

• красный провод всегда идет на лампы:
• к синему (зеленому) подключается ноль (нейтраль) от питающего кабеля;
• к черному или коричневому подается фаза.

Если посмотрите на все выше приведенные схемы, то увидите, что они нарисованы с соблюдением этих правил. Все, больше никаких сложностей. Подключив так провода (не забудьте, что нулевой провод также надо подключить на лампу) вы получите рабочую схему.

Как настроить фотореле для уличного освещения

Настраивать датчик освещенности необходимо после установки и подключения в сеть. Для регулировки пределов срабатывания в нижней части корпуса имеется небольшой пластиковый поворотный диск. Его вращением и задается чувствительность.

Найдите на корпусе подобный регулятор — им настраивается чувствительность фотореле

Чуть выше на корпусе есть стрелочки, которыми обозначено, в какую сторону крутить для увеличения и уменьшения чувствительности фотореле (влево- уменьшить, вправо — увеличить).

Для начала выставляете наименьшую чувствительность — загоняете регулятор в крайнее правое положение. Вечером, когда освещенность будет такой, что вы решите, что уже надо бы включить свет, начинаете подстройку. Надо плавно поворачивать регулятор влево до тех пор, пока не включится свет. На этом можно считать, что настройка фотореле для уличного освещения закончена.

Астротаймер

Астрономический таймер (астротаймер) — это другой способ автоматизировать уличное освещение. Принцип его работы отличается от фотореле, но он тоже включает свет вечером и выключает его утром. Управление светом на улице происходит по времени. В данном устройстве заложены данные про то, в какое время темнеет/светает в каждом регионе в каждый сезон/день. При настройке астротаймера вводятся GPS координаты его установки, выставляется дата и текущее время. Согласно заложенной программе устройство и работает.

Астротаймер — второй способ автоматизировать свет на участке

Чем оно удобнее?

• Оно не зависит от погоды. В случае с установкой фотореле велика вероятность ложного срабатывания — в пасмурную погоду свет может включаться ранним вечером. При попадании на фотореле света он может гасить свет посреди ночи.
• Устанавливать астротаймер можно в доме, в щитке, в любом месте. Ему не нужен свет.
• Есть возможность сдвигать время включения/выключения на 120-240 минут (зависит от модели) относительно заданного времени. То есть, вы сами сможете выставить время так, как вам удобно.

Недостаток — высокая цена. Во всяком случае, модели, которые есть в торговой сети, стоят довольно солидных денег. Но можно купить в Китае намного дешевле, правда, как он будет работать — вопрос.

Источник