Для чего нужно фотореле
Фотореле: устройство, назначение и виды
Что такое фотореле
Фотореле представляет собой чувствительный прибор, реагирующий на свет. При снижении освещенности до определенного уровня, заданного заранее, устройство срабатывает, включая светильники. Когда становится достаточно светло, датчик отключает осветительные приборы.
В качестве светочувствительных элементов используются фотодиоды, фоторезисторы, фотосимисторы и другие устройства с разным принципом работы. Так, реле с фоторезистором функционирует за счет изменения сопротивления, с фотодиодами – ЭДС, с фотосимистором – взаимодействия положительной и отрицательной гармоник.
Применение фотореле
Главная миссия фотореле – облегчение человеческой жизни. Не царское это дело собственноручно свет включать, вот устройства и берут эту обязанность на себя. Изделия можно встретить повсюду: на улице, в жилых и служебных помещениях. Наиболее широко фоточувствительные реле распространены в схемах управления уличным освещением. Им можно доверить как фонари, так и декоративную и архитектурную подсветку, освещение дворов, парковок, стоянок, зоны обзора камер видеонаблюдения.
Фотореле помогают сэкономить на электричестве. Вырабатывать его они пока не научились, но снизить расход могут. Под управлением устройств светильники горят только когда действительно темно и не потребляют электроэнергию утром и днем, если оператор прозевал время гасить свет.
Разновидности фотореле
Производители предлагают фотореле нескольких видов. Деление производится на основе конструктивных особенностей: расположения датчика освещенности, наличия таймеров, регуляторов и других дополнений.
Фотореле со встроенным чувствительным элементом – это цельная конструкция в частично или полностью прозрачном корпусе, что связано с необходимостью доступа света к расположенному внутри датчику. Благодаря закрытости и простоте установки устройства этого типа чаще других используются в системах наружного освещения.
Реле с выносным фотоэлементом включает блок управления и датчик, присоединенный к нему при помощи проводника. Само реле монтируется в электрощит, а фотоэлемент размещается на улице. Расстояние между частями устройства не должно превышать 150 метров. Изделия данного типа отличаются высокой чувствительностью и скоростью срабатывания.
Фотореле с таймером используются для включения светильников в определенное время. Разные варианты исполнения позволяют задать график включений в зависимости от времени суток или дня недели, установить время задержки включения и отключения освещения.
Модели с регулятором чувствительности позволяют самостоятельно определить пороги срабатывания. Это удобно, если искусственный свет требуется не только ночью, но и днем, например, в пасмурную погоду.
Для реле с датчиком присутствия одной темноты недостаточно: устройства активны только при появлении в зоне действия движущегося объекта. Изделия чаще монтируются в помещениях, однако, встречаются и в системах уличного освещения.
Фотореле и принципы их работы
Фотореле представляют собой разновидность электронных приборов, которые предназначены для дистанционного контроля и управления разнообразными исполнительными устройствами малой и средней мощности. Достоинства современных фотореле (как устройств) — это компактность и простота настройки, поэтому подобная аппаратура широко используется в промышленности и быту. В частности, они управляют системами включения и защиты крупного металлообрабатывающего оборудования (листоштамповочных прессов, сварочных автоматизированных комплексов или радиально-сверлильных станков), используются для контроля внешнего освещения и тому подобное.
Принципы функционирования и базовые компоненты фотореле
Что такое фотореле? Исполнительная схема устройства состоит из следующих компонентов:
Фотодатчики
Большинство фотодатчиков — это полупроводники, обладающие свойством, называемым фотопроводимостью. Оно заключается в изменении параметров электрической проводимости в зависимости от интенсивности светового излучения, попадающего на материал.
Как работает фотореле, ясно из рисунка. Фотоэлектрические устройства можно подразделить на две основные категории: те, которые генерируют электричество при освещении — фотоэлектрические или фотоэмиссионные излучатели — и те, которые каким-либо образом изменяют свои электрические характеристики (фоторезисторы или фотопроводники).
Таким образом, в типовую конструкцию фотореле могут входить следующие исполнения фотодатчиков:
Фоторезистор
Фотопроводящий датчик не вырабатывает электричество, а просто изменяет свои физические свойства при воздействии энергии света. Наиболее распространенным типом фотопроводящего устройства является фоторезистор, который изменяет свое электрическое сопротивление в ответ на изменения интенсивности света.
Фоторезисторы — это полупроводниковые устройства, которые используют энергию света для управления потоком электронов и, следовательно, током, протекающим через них. Обычно этот элемент называется светозависимым резистором или LDR.
Принцип работы фотореле на соответствующем фотодатчике представлен на рисунке:
Как следует из его названия, светозависимый резистор (LDR) нужно изготовить из открытого полупроводникового материала, например, сульфида кадмия, который изменяет своё электрическое сопротивление от нескольких тысяч Ом в темноте до нескольких сотен Ом, когда на него падает свет, создавая дырочно-электронные пары в материале.
Эффект заключается в улучшении проводимости фотодатчика с уменьшением сопротивления для увеличения освещения. Фоторезистивные ячейки имеют большое время отклика, которое нужно, чтобы отреагировать на изменение интенсивности света.
Светочувствительные материалы
Материалы, используемые в качестве полупроводниковой подложки — сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe), антимонид индия (InSb), которые обнаруживают свет в широком диапазоне волн. Наиболее часто используемым из всех фоторезистивных датчиков света является сульфид кадмия (Cds), потому что его кривая спектрального отклика ближе всего соответствует кривой человеческого глаза, для чего требуется наличие любого источника света. Длина волны пиковой чувствительности для фотоэлемента из сульфида кадмия составляет от 560 до 600 нм в видимом спектральном диапазоне.
В качестве фотодатчика часто используют проводящий элемент ORP12. Этот светозависимый резистор имеет спектральный отклик около 610 нм в области света от жёлтого до оранжевого. Сопротивление элемента, когда он не освещён (темновое сопротивление), очень высокое, около 10 МОм, которое падает до 100 Ом при полном освещении (номинальное сопротивление).
Чтобы увеличить темновое сопротивление и, следовательно, уменьшить темновой ток, резистивный путь образует зигзагообразный рисунок на керамической подложке. Фотоэлемент CdS — это очень недорогое устройство, их часто используют для автоматического затемнения, а также для определения времени темноты или сумерек, в фотореле для уличного освещения.
Типовая схема электронного управляющего блока, где используются светопроводящие элементы из сульфида кадмия, приведена на рисунке:
Преимущества фотореле
В отличие от управляющих компонентов контактного типа, например, электромеханических или индукционных реле, описываемые устройства отличаются своей долговечностью. Кроме того, данные устройства на полевых транзисторах (так называемых MOSFEТ-транзисторах) меньше нагреваются, а потому могут быть применены в длительно эксплуатируемых управляющих схемах, например, в фотореле для уличного освещения.
Применение МДП-транзисторов в качестве устройства для вывода сигнала позволяет использовать их в схемах твердотельных реле, которые функционируют как на переменном, так и на постоянном токе.
Последующее сравнение эффективности изделия с другими типами следящих устройств аналогичного предназначения может быть выполнено по следующим параметрам:
Фотореле выгодно характеризуются также отсутствием шума при работе, высокой скоростью переключения режимов управления, отсутствием звуковых щелчков при работе.
Компактность схемы типового фотореле для уличного освещения иллюстрирует рисунок:
Области рационального применения фотореле
Типовые ситуации, в которых требуется присутствие данного устройства:
Эффективность применения фотореле обуславливается также и их универсальностью (помимо стандартной аппаратуры контроля можно использовать компьютеры или ноутбуки). Это позволяет реализовывать также и логические управляющие команды типа «если…то…».
Рассмотрим использование фотореле для уличного освещения. Технология их применения основана на использовании триггерных FEТ-переключателей.
В приведенной блок-схеме используется серия К МДП-транзисторов. В отличие от твердотельных реле, схема управляет фотодиодами напрямую. Это обеспечивает гораздо более высокие скорости переключения, поскольку время отключения питания при включении светодиода некритично. Из-за отсутствия механических составляющих поддерживается высокая компактность устройства, однако физический изоляционный барьер здесь отсутствует, а потому необходимо использовать только низковольтный управляющий сигнал.
Поскольку фотореле является альтернативой уже существующей панели дистанционного управления освещением, то прежде всего стоит подумать — а так ли уж необходима подобная замена. Если существующая система полностью соответствует электрическим нормам, то перед нагрузкой достаточно просто добавить релейную панель, и полный контроль за осветительной цепью будет обеспечен. В небольшом корпусе может быть размещено до 64 фотореле вместе с источником низкого напряжения, а рядом можно расположить панель выключателя. Чем меньше число цепей, тем более экономичным становится применение релейной панели.
Фотореле можно использовать для управления однополюсными цепями 127/220 В переменного тока и двухполюсными (208…240 В) цепями переменного тока. Релейные панели наиболее экономичны при управлении меньшими нагрузками, но имеют один недостаток — они рассчитаны на ограниченное количество циклов включения/ выключения: от 20000 до 50000 (при нормальных обстоятельствах этого хватит примерно на 5 лет).
Общий вид блочной компоновки фотореле для уличного освещения и монтажная схема приведены на следующих рисунках.
Некоторые нюансы имеются в использовании фотореле совместно с датчиками движения. Как правило, уличные фонари включаются на всю ночь. Но в ночное время уличные фонари не нужны, если нет движения. Поэтому всё чаще используют схемы, которые включают уличные фонари только при перемещения транспортного средства и некоторое время после него. Используется микроконтроллер AVR 8051 и несколько пар (чем больше, тем лучше) инфракрасных (ИК) датчиков.
Предлагаемая система состоит из микроконтроллера Atmega8, LDR, PIR-датчика и RTC. Эта система управляет уличным освещением, используя светозависимый резистор и ИК-датчик.
Уличные фонари включаются в зависимости от интенсивности светового потока, который воспринимается на LDR. Если такая интенсивность на фоторезисторах низкая, значение их сопротивления — высокое. С уменьшением общей освещённости это значение увеличивается, и, таким образом, определяет, когда уличные фонари должны включиться.
Ночью движение транспорта минимально. Это обстоятельство можно использовать для настройки контроллера. По наступлении пикового времени, когда трафика нет, фотореле отключит наружное освещение. При появлении единичного транспортного средства ИК-датчик подаст управляющий сигнал микроконтроллеру. Тот на 2…3 минуты включит освещение, после чего автоматически его выключит.
Принцип действия фотореле для уличного освещения: особенности работы датчика света, преимущества и недостатки, возможные схемы подключения
Такое электротехническое устройство, как фотореле для уличного освещения, обеспечивает достаточную видимость в тёмное время суток. При этом датчик света срабатывает автоматически и не требует механического включения. Данный прибор позволяет экономить электроэнергию, удобен в эксплуатации. В сегодняшнем обзоре мы рассмотрим преимущества и недостатки работы фотореле, типы и схемы подключения, которые применяются на практике. Попутно расскажем, как сделать и настроить устройство самостоятельно.
Что такое фотореле для уличного освещения и для чего оно нужно
Фотодатчики предназначены для автоматического освещения различных участков улицы при наступлении тёмного времени суток. Многие знают, что раньше фонари на столбах включались специальными службами. Теперь, благодаря датчикам света, этот процесс осуществляется без участия человека.
Обычный фотосенсор содержит в себе чувствительный датчик, который реагирует на дневной свет, и электрическая цепь устройства в этом случае изолирована. При наступлении темноты прибор, наоборот, работает в качестве проводника. По этой причине ночью он активен, обеспечивает включение лампы для освещения, а утром при попадании на него светового потока происходит выключение цепи.
Наружный уличный светильник с датчиком освещённости содержит в себе схему управления, которая помещена в корпусе прибора. Чтобы подключить устройство к электрической системе питания, от него выведены проводники. Обычно установка фотоэлемента осуществляется при помощи кронштейна в том месте, где на него будут попадать лучи солнца.
Преимущества и недостатки использования фотореле для уличного освещения
Чтобы обеспечить необходимый уровень видимости во дворе дома и при этом не беспокоиться о постоянном включении и отключении электрооборудования, следует установить простой уличный светильник с датчиком освещённости. Устройство фотоэлемента имеет небольшую плату управления и корпус, поэтому оно не занимает много места и обладает незначительным весом. По этой причине датчик можно установить практически на любой поверхности.
Благодаря прибору достигается существенная экономия электроэнергии, поскольку расход её значительно меньше. Также к преимуществам использования фотоэлемента следует отнести:
Наряду с преимуществами датчиков света, следует рассказать о существующих недостатках. В первую очередь необходимо тщательно проверять корпус устройства во время покупки на предмет герметичности. При её отсутствии внутрь корпуса может проникнуть влага и вызвать окисление контактов.
Также необходимо следить за тем, чтобы прибор не оплавлялся при работе и не имел механических повреждений.
Устройство датчика света: на чём основан принцип действия фотореле
Прежде чем подключить светильник с фотоэлементом для уличного освещения, необходимо понять принцип работы самого датчика. Рассмотрим функционал устройства на примере фотореле ФР-7.
Фотореле модели ФР-7
При наступлении темноты группа контактов, расположенная внутри корпуса датчика, замыкается. Они включают осветительные приборы, которые находятся в единой цепи. Как только уровень дневного света «восстанавливается», происходит размыкание контактов и выключение ламп.
Таблица 1. Определение уровня освещённости при помощи фотоэлементов
| Изображение | Наименование элемента | Описание функции |
|---|---|---|
 | Фототранзистор | Устройство предназначено для регулировки выходящего сигнала при попадании на чувствительный элемент естественного освещения |
 | Светодиод | Чувствительный элемент светодиодного устройства срабатывает под воздействием солнечных лучей по принципу фотогальванического эффекта |
 | Фотосимистор | Устройство выполняет функцию синхронизатора токов и передаёт их на рабочие электроды |
 | Фототиристор | Световой поток, попадая на чувствительный элемент устройства, передаёт заряд, который преобразуется в сигнал посредством специальной матрицы |
Обратите внимание, что подавляющее большинство датчиков (к примеру, фотореле ФР-2) имеет определённую выдержку – интервал по времени. Она необходима для исключения срабатывания устройств от поступления ложных сигналов. По этой причине следует избегать установки датчиков света вблизи искусственных источников.
Основные технические характеристики датчиков света для уличного освещения
Фотореле способно обеспечить полностью автоматическое управление осветительными приборами снаружи дома и на улице. Чтобы его правильно выбрать, необходимо учитывать технические характеристики. Каждый прибор рассчитан на бесперебойную работу с определённым напряжением. Если требуется купить фотореле для уличного освещения, которое будет эксплуатироваться в бытовых целях, следует выбирать модели, рассчитанные на 220 В.
Технические характеристики на корпусе фотореле
Токовые характеристики приборов следует учитывать в обязательном порядке, поскольку если неправильно рассчитать ампераж, фотореле быстро выйдет из строя. Для этого необходимо сумму всех наружных осветительных приборов разделить на напряжение сети. Результат не должен превышать значения, указанного производителем.
Помимо этого, крайне важно учитывать, какая будет нагрузка на электросеть, разницу рабочих температур и потребляемую мощность. Владелец дома может выбрать модель датчика света со встроенным таймером. Такие устройства очень простые и удобные в применении.С их помощью можно установить временные интервалы, когда будет срабатывать фотореле. Также есть приборы с возможностью программирования, что позволяет выполнить точную настройку на длительный промежуток времени (по месяцам вплоть до года).
Какие бывают основные виды фотореле
Обычный датчик света срабатывает от интенсивности солнечных лучей. Он позволяет включать приборы освещения и выключать их. Существуют также комбинированные модели, имеющие сложную структуру и широкий функционал.
Таблица 2. Разновидности фотореле
| Изображение элемента | Вид устройства | Особенности работы, функции |
|---|---|---|
 | Комбинированный фотоэлемент с таймером | Устройство даёт возможность выполнить временную настройку работы реле. Свет будет гореть строго по времени, что обеспечивает высокую экономию потребляемой электроэнергии |
 | Световое реле с датчиком движения | Фотореле включает прибор освещения только в случае движения. При его остановке свет гаснет, что также способствует существенной экономии. Такое устройство очень удобно использовать, поскольку не требует никакого участия человека |
 | Программируемые датчики | Устройство позволяет применять различные комбинации настроек (временные, сезонные, срабатывание на движение, прочее) |
 | Комбинированные фотоэлементы с временными настройками и включением света при движении | Реле являются разновидностью программируемых датчиков, которые позволяют выполнить настройки по времени, включать свет в соответствии с определёнными потребностями |
Астротаймер – что это такое
Не менее важно знать, как подключить реле времени для освещения, чтобы оно безошибочно работало. Известно, что в различных регионах существуют свои временные пояса. Поэтому если в одном городе он будет работать строго по заданным параметрам, в другом станет появляться ошибка в виде неправильной работы (например, включаться раньше указанного значения).
Астрономический таймер
Поскольку восходы и заходы Солнца являются циклическими процессами, в контроллере астрономического таймера имеется специальная прошивка с временными данными. Устройство ежедневно производит расчёт данных, благодаря которым определяется периодичность включения и отключения осветительного оборудования.
Выбор правильного места для установки фотоэлемента для включения света
Чтобы уличный светильник с фотореле исправно работал, следует правильно выбрать место для его установки. В первую очередь нужно знать, что датчик должен располагаться там, где он будет хорошо освещаться лучами Солнца в периоды восхода и заката.
Установка фотореле на открытом пространстве
Если фотоэлемент будет установлен вблизи дороги, необходимо позаботиться о том, чтобы на него не попадали лучи фар проезжающего транспорта. Также нужно монтажные работы проводить таким образом, чтобы до датчика в случае необходимости было удобно достать. Как показывает практика, правильно установить фотореле достаточно сложно. Для этого нужно перемещать его в предполагаемой зоне монтирования, чтобы достичь должного эффекта.
Возможные схемы подключения фотореле для уличного освещения
Подключить фотореле для системы освещения улицы достаточно просто. Элемент необходимо запитать и вывести фазный провод (прерывается внутри устройства) к потребителю – на лампу. Нулевой кабель должен быть подключён к входному контакту фотоэлемента и самой нагрузке.
Монтажная схема подключения системы освещения с датчиком
Для безопасного использования фотореле и системы освещения необходимо подключать при помощи распределительной коробки с герметичным корпусом. Следует избегать простейших схем подключения датчиков света, поскольку они ненадёжны. При помощи реле возможно управление любым осветительным оборудованием, включая мощные прожекторы. Большинство из них в своей конструкции имеют дроссель, поэтому необходимо включить контактор в электрическую цепь.Таким образом, мощности датчика будет хватать для управления устройством пускателя, который, в свою очередь, осуществляет подачу напряжения на лампы.
Как подключить датчик света для уличного освещения самостоятельно
Уличный датчик освещённости для включения света со встроенным силовым блоком
Рассмотрим способ подключения датчика света с силовым блоком к уличному фонарю. Простое реле по типу «ночь−день» устанавливают вблизи осветительного оборудования. Производители таких устройств прилагают инструкции с подробным описанием этапов работ и схемы. Обычно реле устанавливают непосредственно на фонарных столбах. При этом высота выбирается до 3 м.
Подключение датчика света через автомат
Подключение фотореле с выносным датчиком
Выносной датчик света монтируется аналогичным образом. Фотореле нужно закрепить в определённом месте, чтобы на него попадало достаточное количество солнечных лучей, блок подключается в помещении, где установленаэлектрощитовая.
Выносные датчики с блоком управления
Пошаговая инструкция подключения фотореле в видео:
Как самостоятельно настроить датчик света для уличного освещения
Желательно выбирать фотореле с возможностью самостоятельной регулировки различных параметров. В большинстве моделей имеются соответствующие механические приспособления, необходимые для задания величина порога световой чувствительности.
Регулировка светочувствительности на датчике
Если вы не знаете, как подключить фотореле и отрегулировать его, на корпусе устройства имеются специальные указатели. Если вращать регулятор в сторону увеличения, то реле будет включать фонарь, как только на улице начнёт немного темнеть, и наоборот.
Фотореле без корпуса
Можно ли сделать своими руками фотореле для уличного освещения
На практике своими руками схема фотореле собирается достаточно просто. Чтобы устройство не получилось громоздким, не рекомендуется использовать слишком большое количество конструктивных элементов. К примеру, эмиттерный повторитель стоит собрать из двух транзисторов, которые предназначены для усиления входного сигнала.
Также необходимо задействовать в схеме маломощное реле, которое будет служить транзисторным каскадом. Чтобы создать преграду от воздействия обратных токов, рекомендуется использовать диоды. При повышении напряжения устройство становится более чувствительным к световому потоку.
Обзор моделей фотореле: цены и производители
Продукция компании «IEK» известна потребителям высоким качеством продукции и длительным гарантийным сроком. Для уличного освещения следует рассмотреть модель фотореле ФР-601. Устройство оснащено встроенным датчиком сумеречного типа (включает светильник в вечернее время, отключает на рассвете).
Фотореле сумеречное ФР-601
Прибор монтируется на стену, работает от бытовой сети с максимальным напряжением до 230 В. Степень защиты – IP-44, частота переменного тока − 50 Гц. Рассчитан на работу токов 6 и 10А. Отпускная цена продукции − 247 рублей.
Также стоит обратить внимание на фотореле ФР-602 со встроенным датчиком. Устройство выдерживает работу токов до 20А, рекомендуемая частота сети − до 60 Гц. Особенностью прибора является возможность регулировки порога освещения в диапазоне 5−50 Лк. Приобрести датчик можно за 352 рубля.
Заключительное слово
Надеемся, что наш небольшой обзор помог вам узнать больше об этом устройстве и преимуществах его использования. Ну а если остались вопросы или замечания, то милости просим в комментарии.