Фотореле для чего нужно

Что такое фотореле и где его применяют

Фотореле применяемое для уличного освещения, изобрели сравнительно недавно, но оно уже прочно вошло в практику городских коммунальных служб. Популярность этот прибор завоевал благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам: надежность в работе и значительная экономия электроэнергии.

Если говорить конкретнее, то выгода от использования фотореле для уличного освещения заключается в том, что при наступлении темного времени суток та или иная зона освещается в автоматическом режиме. Фотореле с большой точностью может определить начало включения и отключения световых приборов, при этом за счет работы потенциометра автоматически контролирует уровень освещения.

Применяют фотореле также и в осветительных системах фасадов зданий, дворов, загородных домов, автостоянок, зоны видимости видеокамер при наступлении темноты, чтобы автоматизировать освещение витрин магазинов, вывесок и рекламных щитов.

Как устроено фотореле для уличного освещения

Зачастую фотореле уличного освещения называют – автомат уличного освещения. Основным его компонентом является фотодатчик, в качестве которого используется фотодиод. Фотодатчик может находиться в корпусе или снаружи. При первом варианте все устройство монтируют на улице. Во втором случае фотодатчик – на улице, а электронный блок устанавливают в электрическом щитке в помещении.

Большинство таких приборов на корпусе имеют механический выключатель и регулятор порога срабатывания для задания величины освещенности, при которой включается свет. В схеме также предусмотрены элементы, предназначенные для предотвращения ложных срабатываний провоцируемых помехами. Конструкция некоторых моделей имеет таймер, который отключает устройство в запрограммированное время. При этом, таймер можно запрограммировать так, чтобы его включение происходило в назначенный день недели.

В зависимости от условий эксплуатации бывают:

• Фотореле с выносным фотоэлементом (рис. 1)

Рис. 1

• Фотореле, имеющее регулировку порога срабатывания (рис. 2)

Рис. 2

• Фотоэлемент внутри корпуса, снабженный таймером (рис. 3)

Рис. 3

• Фотоэлемент внутри корпуса (рис. 4)

Рис. 4

К основным техническим характеристикам относятся:

• номинальное напряжение сети
• номинальная частота сети
• коммутируемый ток
• диапазон срабатывания
• мощность потребления от сети
• максимальный диаметр подключаемых проводов
• габариты
• масса
• допустимые колебания сети
• диапазон температуры окружающей среды

Принцип действия

Работа фотореле для уличного освещения основана на свойствах фотодатчика, который контролирует величину освещенности. Принцип действия заключается в том, что при недостаточном уровне света (при наступлении сумерек) контакты замыкаются, вследствие этого происходит включение системы освещения. А на рассвете природная освещенность возрастает, что приводит к размыканию контактов и отключению источников искусственного света. Конструкция прибора для уличного освещения предусматривает возможность установки того диапазона чувствительности к свету, который будет наиболее рациональным к условиям его использования. То есть, устройство действует в зависимости от интенсивности освещения.

Схема подключения

Схема подключения фотореле в едином пластмассовом корпусе для уличного освещения достаточно проста, что можно увидеть на (рис. 5). Внутри корпуса прибора есть две пары клемм. Одна из них подсоединяется к сети, а к другой подключают светильник. Из корпуса приборов, в которых клемм нет, выводятся три провода различного цвета. Для их подсоединения вблизи фотореле устанавливают распределительную коробку. «Нулевой» провод подключаются к светильнику и к самому реле на прямую через скрутку или клемник, «земля» так-же через скрутку или клемник на прямую к светильнику, «фазный» провод через реле в разрыв. Проще говоря перед нами схема подключения одноклавишного выключателя, только в роли выключателя у нас реле.

Рис. 5. Схема подключения

Схеме подключения фотореле с выносным датчиком

Видео, больше об устройстве и подключение

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:

1. Датчика, который представляет собой электронный компонент, обнаруживающий присутствие видимого света, инфракрасного излучения и/или источника ультрафиолетового излучения.
2. Усилителя сигнала (иногда — в комплекте с преобразователем одного вида излучаемой энергии в другой).
3. Исполнительного элемента — микроконтроллер, который содержит биполярный полевой фототранзистор.
4. Блока управления.
5. Блока питания.

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:

• Фотоэмиссионные ячейки — это устройства, которые выделяют свободные электроны из светочувствительного материала, для чего на световоспринимающую поверхность должен попасть фотон с достаточной энергией. Количество энергии, которое имеют фотоны, зависит от частоты света: чем выше частота, тем больше энергии у фотонов, преобразующих энергию света в электрическую энергию;
• Фотопроводящие элементы, которые изменяют своё электрическое сопротивление при воздействии света. Фотопроводимость возникает в результате попадания света на полупроводниковый материал, который контролирует протекающий через него ток. Наиболее распространенным фотопроводящим материалом является сульфид кадмия, используемый в фотоэлементах LDR;
• Фотоэлектрические элементы. Принцип действия основан на генерировании ЭДС пропорционально полученной энергии лучистого света, что по своему эффекту аналогично фотопроводящим компонентам. Световая энергия попадает на два полупроводниковых материала, расположенных вместе. В результате вырабатывается напряжение не менее 0.5 В. Наиболее распространенным фотоэлектрическим материалом является селен, используемый в солнечных элементах;
• Фотоприёмные устройства. Это — полупроводники (фотодиоды или фототранзисторы), на которые нужно направить свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход. В фотореле используют электронные компоненты, специально разработанные для применения детектора и проникновения света с их спектральным откликом, который настраивается на длину волны падающего света.

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:

1. Необходимо минимальное монтажное пространство (меньше, чем у реле с подвижными элементами).
2. Надёжность (выше, поскольку при этом отсутствуют подвижные контакты, изнашивающиеся в процессе трения и электрической эрозии).
3. Потребление энергии (меньше из-за отсутствия вспомогательных компонентов; возможна работа от аккумуляторных источников питания).
4. Интенсивность переключения — не зависит от числа включений, ибо нет необходимости в передающих устройствах.

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:

• Когда включение и выключение цепи производится при помощи сигнала малой мощности;
• Когда несколько цепей должны управляться одним сигналом.

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.

Фотореле — назначение и область применения

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Фотореле: назначение и область применения

3 . Конструкция фотореле

2.1 Принцип работы устройства с фоторезистором

2.2 Виды фотореле

2.3 Датчик освещенности: технические характеристики

4. Монтаж реле своими руками

5. Схема подключения

Технические характеристики и возможности фотореле для уличного освещения.

Переключение уличного освещения является не такой уж простой задачей, как это может показаться на первый взгляд. Прежде всего, этот процесс требует постоянного контроля как минимум дважды в сутки.

Также сюда относится неудобное расположение шкафов управления осветительными элементами и нерентабельность использования электроэнергии. Ведь сотрудникам управляющих компаний трудно контролировать уличное освещение сразу на нескольких объектах.

Чего не скажешь об автоматических системах. Именно для автоматического контроля уличного освещения было изобретено устройство под названием фотореле или сумеречный переключатель.

Фотореле: назначение и область применения.

Прибор предназначается для автоматического управления электрическими цепями уличного освещения. Говоря простыми словами, это тот же выключатель освещения, только управляемый электроникой. При восходе солнца, когда уже нет потребности освещения улиц, фотореле срабатывает на отключение света, а при появлении первых сумерек — включает его.

Широкое применение устройство получило в сфере коммунального хозяйства для освещения улиц. Это позволило намного снизить потребление электроэнергии светильниками ЖКХ и управлять процессом без присутствия человеческого фактора. Ранее необходимо было в определенное время включить уличное освещение, а с приходом рассвета – отключить. Теперь, благодаря датчику, данная функция выполняется автоматически.

Фотореле также широко используют для автоматического контроля освещения частных или загородных домов, автостоянок, щитов, BIG-бордов, витрин магазинов, фасадных зданий и прочих конструкций, требующих подсветки в ночное время.

Благодаря конструктивным особенностям датчика существует возможность управления уличным освещением с высокими показателями точности.

Для управления уличным освещением в автоматическом режиме необходимо включить в питающую электрическую цепь светильников датчик фотореле. Также можно использовать уличный датчик движения. Необходимо размещать устройство на открытом пространстве для правильной его работы.

От размещения зависит чувствительность срабатывания датчика. Если фотореле закрывается посторонним предметом (например, ветка дерева), то чувствительность его срабатывания кардинально снижается. Фотореле также широко применяется не только для наружного освещения, но и для внутреннего освещения интерьера домов. Датчик обеспечивает ночную подсветку светильника для освещения декоративных изделий или прочих предметов в помещении (настенные часы, картины, награды, статуэтки, аквариумы). Использование данного элемента практически безгранично.

Конструкция фотореле.

Функционирование устройства обеспечивается встроенными или выносными чувствительными элементами. В качестве таковых используются:

Фотореле: устройство, назначение и виды

Фотореле – маленькое, но умное устройство, которое избавит от необходимости самолично включать и выключать освещение, например, на улице. Как приборчик устроен, каких видов бывает и как подключается – ищите в нашей статье.

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.