Схемы фотореле для управления освещением
Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.
Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.
Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.
Рисунок 1. Схема простого фотореле
Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.
Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.
Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.
Напряжение питания указано в пределах 5…15В, — зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.
Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.
Схема фотореле с фотодиодом
Схема этого фотореле показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом
Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, — питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.
Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.
Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым — задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.
Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.
Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.
Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.
Фотореле на микросхеме
Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.
Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1
Рисунок 4 . Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1
Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.
Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.
Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?
Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.
Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.
При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.
Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.
Схема подключения фотореле для уличного освещения: монтаж своими руками
Контролировать освещение на улице удобно с помощью фотореле. Устройство практично и имеет простую схему подключения. При этом уличные осветительные приборы будут работать в необходимом режиме.
Фотореле и принцип его работы
Эффективный прибор позволяет контролировать затраты энергии, управлять освещением по необходимому режиму. Фотореле используют для своевременного включения и отключения уличных фонарей, что актуально для частных домов. Для этого в приборе предусмотрен датчик, чувствительный к свету. Элемент соединён с питательной цепью. При попадании лучей света датчик становится изолятором, а тёмное время суток прибор проводит электроэнергию к устройству освещения. Так работает фотореле, отключая фонари при дневном свете и включая их при отсутствии солнечных лучей.
Компактное фотореле обладает простой конструкцией
Освещение: применение фотореле
Прибор контроля освещения используют в частных домах, размещая на фонарях вдоль дорожек или возле входной двери. В парке, загородном большом участке и других просторных территориях также применяют фотореле. Прибор практичен для освещения автостоянок, дворов, рекламных конструкций и зоны видимости видеокамер наружного наблюдения. Во всех случаях создаётся автоматизированная система, которая включает свет при наступлении темноты. Это позволяет экономить энергоресурсы и обеспечивает комфорт нужных зон.
Датчик движения может дополнять фотореле
Характеристики фотореле
При выборе устройства для управления освещением учитывают его характеристики. Производители выпускают обширный ассортимент приборов, отличающихся внешним видом, характеристиками, номинальным напряжением питания и другими параметрами. Поэтому при выборе стоит обратить внимание на следующие особенности фотореле:
- вес и размеры устройства;
- температурные ограничения при эксплуатации;
- сектор срабатывания;
- мощность и уровень потребления энергии;
- частота сети для работы;
- номинальное напряжение для питания.
Приборы также разделяются по типу коммутируемых светильников. Простые модели часто предназначены для работы с обычными лампами накаливания или галогенными устройствами. Для других вариантов ламп следует выбирать фотореле, мощность и характеристики которого соответствуют параметрам источника света.
Виды устройств
Фотореле широко используют в разных областях и в зависимости от этого приборы разделяют на несколько видов. Для частного применения удобно фотореле, имеющее встроенный фотоэлемент. Они представляют собой единый блок, который закрепляется на улице. А также надёжны и более функциональны модели, в которых присутствуют встроенный фотоэлемент и таймер. В таком случае есть возможность управления освещением по заданному режиму времени.
Прибор с выносным элементом прост в эксплуатации
Практичные устройства могут иметь возможность управления порогом срабатывания. Модели с выносным элементом для контроля освещения отличаются удобным управление. Эти виды являются основными, но существуют и варианты, предназначенные для работы в суровых и сложных условиях, например, на севере.
Приборы, в конструкцию которых входит датчик движения/присутствия, позволяют экономить энергию. Фотореле включает свет при приближении объекта, а при длительном отсутствии движения, освещение выключается.
Производители
Качественные датчики освещённости выпускают производители во многих странах мира. При выборе стоит учесть, что в устройства отличаются по номинальному напряжению питания. Оптимальны приборы, которые подключаются в сети в 220 в.
Основными являются такие бренды, как:
- «Рубеж»;
- EKF;
- TDM;
- IEK;
- HOROZ;
- Theben.
Стоимость устройств определяется типом чувствительного элемента, который входит в конструкцию. Именно эта деталь наиболее ценная и обеспечивает качественную работу прибора. На стоимость изделий также влияют габариты, характеристики и марка производителя.
Фотореле IEK ФР-601, 602, 606, 603: сравнение и особенности
Производитель IEK выпускает обширный ассортимент датчиков освещённости, которые отличаются внешним видом, характеристиками и другими параметрами. Сравнить востребованные модели легко с помощью данных, приведённых в таблице.
Модели фотореле отличаются формой и внешним видом. Эти четыре варианты оптимальны для управления освещением на улице и отличаются простой схемой подключения. Приборы устанавливают снаружи, но есть и модели для крепления внутри. При этом на улице располагается лишь датчик.
Как подключить устройство к уличному фонарю: схемы и принципы
При подключении простого устройства нужно ознакомиться с его конструкцией. Главным элементом является фотодиод, который может находиться снаружи или внутри корпуса. В первом случае датчик монтируют на улице, а электронный блок подключают на электрическом щите в помещении. При внутреннем расположении чувствительной детали прибор монтируют на улице.
Прибор имеет небольшие размеры и простое крепление
Знание конструктивных особенностей устройства позволяет подключить его к фонарю максимально эффективно. Поэтому важно определить тип фотореле, приобрести качественный прибор, подобрать схему, а затем приступать к подключению датчика.
Фотореле на схеме
Правильная схема подключения значительно облегчает самостоятельную установку прибора. На электрической схеме фотодиод представлен в виде условного графического обозначения, представляющего собой треугольник на оси симметрии с направленными сверху вниз стрелками. На простых схемах прибор может обозначаться в виде круга или прямоугольника с надписью «ФР».
Стрелки на схеме символизируют отражение света
Подключение
Кронштейн с прибором монтируют в затенённом месте. Листва деревьев, навесы, осадки не должны влиять на работу устройства. После определения места расположения нужно узнать количество светильников, для которых необходимо управление. На один источник света монтируется одно фотореле. Если же используется большое количество фонарей, то лучше всего применить контроллер. Он получает сигнал от фотодатчика и позволяет управлять несколькими светильниками одновременно.
Схема подключения к одной лампе очень проста
Конструкция прибора может включать в себя клеммы, что упрощает подключение. Они необходимы для зажима проводов. Кабель каждого цвета соединяют с соответствующим проводом лампы и цепи питания. Если клеммы отсутствуют, то следует установить распределительную коробку. Корпус устройства должен быть защищён от влаги и осадков. Известные производители указывают на упаковке или в инструкции схему подключения элемента.
Сборка и подключение фотореле своими руками
Создать простой прибор для управления освещением просто своими руками. В зависимости от необходимого уровня функциональности и навыков можно использовать как простые, так и сложные схемы. В любом случае нужно использовать качественные детали и предусмотреть защиту элемента от климатических воздействий.
Компоненты
Для сборки нужно подготовить все необходимые детали. Простой вариант фотореле включает в себя такие компоненты, как:
- фоторезистор;
- прибор Q6004LT;
- резистор обычного типа.
Схема соединения и подключения устройства проста и включает в себя минимум деталей. Аппарат при этом получает питание от сети 220 В, а принцип действия заключается в постепенном увеличении амплитуды напряжения до 40 В. При достижении этой отметки срабатывает фотореле и загорается свет.
Схема
Сборка простого датчика освещённости предполагает определение уровня мощности и характеристик прибора. Предварительно составляют схему соединений и подключения к лампе. Для использования одного фотореле для нескольких фонарей нужно применить контроллер.
Простая схема требует минимальных знаний в области электричества
Сборка и монтаж
В этой схеме отсутствует блок питания, что делает процесс сборки простым. Уровень мощности может быть увеличен за счёт использования прибора, обладающего более высокими характеристиками. Все компоненты соединяются с помощью кабеля, а для настройки используется резистор с сопротивлением в 40 кОм.
Применение мощного прибора Q6004LT даёт возможность подключать к собранному устройству нагрузку с мощностью до 500 Вт. А использование в схеме дополнительного радиатора позволит увеличить мощность до 750 Вт. В дальнейшем можно применять квадрак, который будет обладать рабочими токами 6, 8, 10 или 15 А.
Эксплуатация освещения
В процессе эксплуатации системы освещения, в которой присутствует фотореле, важно обеспечить надёжность корпуса устройства. В противном случае осадки приведут прибор в негодность, а управление освещением будет невозможно. Поэтому важно выбирать качественные фотореле с надёжным корпусом, защищающих электрические элементы от климатических влияний.
Фотореле позволяет создать красивую подсветку
При установке обязательно соблюдать правила работы с электроприборами. Это позволяет избежать травм. В результате легко создать надёжную и экономичную систему освещения на улице.
Для настройки датчика освещённости используют специальный регулятор, расположенный в нижней части прибора. Среднее положение оптимально, но можно и увеличить эффективность. Настройка зависит от личных предпочтений. Например, при максимальном показателе фотореле сработает в начале захода солнца и включится свет.
Неисправности фотореле и их устранение
Правильно подобранный датчик обеспечит комфортное управление освещением, но иногда возникают и неисправности. Одной из распространённых является ситуация, когда свет на улице включается в дневное время суток. Возможная причина скрывается в том, что какие-либо объекты мешают солнечному свету, то создавая тень, то обеспечивая поток света.
Фотореле устанавливается над лампой
Для корректной работы следует установить датчик над прибором освещения. Свет от фонаря не должен попадать на корпус устройства. Попадание воды внутри датчика может спровоцировать самые разные неполадки, например, поломку, мигание элемента. В таком случае нужно заменить прибор на новый, но обязательно учесть надёжность и герметичность корпуса, подобрать месторасположения.
Преимущества и недостатки
Фотореле практично для различных объектов, требующих контроля освещения. Прибор позволяет экономить энергозатраты, в нужное время отключая лампы. Это является главным преимуществом элемента. А также стоит учесть и лёгкий монтаж, возможность подключения к одному датчику нескольких фонарей и простую эксплуатацию. Наличие таймера и датчика движения делает устройство более функциональным. В процессе использования датчик не требует постоянного внимания. Для получения всех преимуществ важно правильно установить фотореле и выбрать качественный элемент.
Прибор с таймером очень удобен
Фотореле является элементов электрической цепи освещения на улице. Поэтому правильный монтаж обязателен при подключении. В противном случае возникнут сбои в работе, поломки и неисправности, которые приведут к дополнительным расходам. И также важно подобрать фотодатчик, соответствующий характеристикам ламп и необходимому уровню функциональности.
Видеорекомендации позволяют более эффективно освоить особенности выбора и работы фотореле. В следующем видео представлен простой прибор, который эффективен для частного применения.
Видео: принцип выбора и работа фотореле
Управление освещением с помощью фотореле — эффективный способ снизить энергозатраты на подсветку улицы или других объектов. Датчик, параметры которого соответствуют потребностям, прост в монтаже и отличается рядом преимуществ. А знание принципа работы устройства позволит совершить правильный выбор.
Схема подключения и монтаж датчика освещенности
В статье рассмотрим вопросы монтажа и подключения датчика освещенности. Также приведены электрические схемы наиболее популярных моделей датчиков света.
Напоминаю, что это устройство широко применяется в сфере домашней автоматики для включения/выключения электрического освещения в зависимости от уровня освещенности на улице. Названия могут быть разные – датчик света, датчик освещенности, светоконтролирующим выключателем или фотореле, но суть одна.
Подробно о таком датчике я рассказал в первой части статьи – Устройство и функции датчика освещенности. Там подробно рассмотрено его устройство, работа и характеристики.
Поэтому – сразу перехожу к делу:
Подключение датчика освещенности
Приведу три варианта схемы подключения, все они идентичны, разница только в способе отображения.
1. Схема по аналогии с датчиком движения
Схема подключения датчика освещенности полностью совпадает со схемой подключения датчика движения. Отличается только “начинка” датчиков.
Схема подключения датчика движения и датчика освещения
Схема взята из статьи про датчик движения, ссылка выше.
2. Схема подключения датчика света из инструкции
Вот как схема подключения датчика света приведена в инструкции:
Датчик освещения LXP. Схема подключения из инструкции
3. Подключение на основе фото датчика
Для тех, кто любит, чтобы всё было “на пальцах”, привожу такую картинку:
Схема подключения датчика света на основе фотографии
Небольшое пояснение по схемам подключения:
- На коричневый провод приходит фаза.
- На синий провод подключается ноль.
- На красный провод подключается нагрузка (первый вывод светильника).
- Второй вывод светильника подключается к нулю (туда же, куда и синий провод датчика)
Стоит добавить, что датчики света могут быть подключены так же, как и обычные выключатели – последовательно и параллельно, если есть необходимость. Пример можно увидеть в статье про параллельное включение двух датчиков движения.
Итак, с подключением разобрались, теперь
Монтаж датчика освещения
Казалось бы, чего тут премудрого? Прикрутил (см.картинку в начале статьи), подключил, настроил, и всё! Но бывает, место установки выбрано неудачно, и начинаются проблемы.
У нас на улице одно время уличные светильники вечером включались замысловато. Включатся, потухнут, опять включатся, и так с периодом около 1 минуты. Потом, с наступлением хорошей темноты, включались окончательно.
Почему так? Просто датчик освещения ошибочно был установлен в зону освещения включаемого фонаря. Получается: стало темно – датчик сработал – фонарь загорелся – стало светло – датчик выключился – стало темно… И так далее, замкнутый круг.
Настройка и калибровка
При настройке датчика освещенности важно использовать черный пакетик, который идёт в комплекте с датчиком. Этот пакетик служит для имитации ночи.
Кулечек для настройки датчика освещения
Из органов настройки в датчике освещенности – только регулятор уровня освещения (LUX). Он устанавливает уровень, про котором срабатывает внутреннее реле датчика.
Подробнее настройка уровня описывается в описании принципиальной схемы, ниже.
Есть простейшие датчики освещения (например, LXP-01), в котором вообще нет никаких регулировок. Есть продвинутые, где ещё есть регулятор времени задержки включения/выключения.
Ну, а теперь самое интересное –
Схемы датчиков освещения
Несомненно, для быстрого и легкого ремонта датчика освещенности нужна его схема, по которой сразу станет понятно, что куда подключено и как работает. Ниже привожу парочку схем датчиков и рекомендации по ремонту. Будут вопросы по ремонту – задавайте в комментариях.
Схема срисована именно с той платы, которая показана по ссылке в начале статьи. Стоит отметить, что производитель постоянно работает над улучшением своего устройства (цена/качество), поэтому схема может меняться.
Датчик освещения LXP-02. Схема электрическая принципиальная
Но принцип остается тот же:
Напряжение питания 220 Вольт поступает через клеммы L (фаза) и N (ноль).
Фазу и ноль можно “перепутать”, как в принципе можно (но не рекомендуется) выключать ноль, а не фазу в обычных выключателях. Страдает только безопасность и здравый смысл.
Напряжение выпрямляется диодным мостом (4 диода типа 1N4007), фильтруется (сглаживается) электролитическим конденсатором, и стабилизируется на уровне +22…24 Вольта стабилитроном типа 1N4748.
Далее постоянное напряжение питает остальную схему, которая работает так. На выходе резистивного делителя 68к – VR – Фоторезистор формируется напряжение, обратно пропорциональное освещённости. Подстроечный резистор VR с сопротивлением 1 МОм – это та самая “крутилка”, с помощью которой устанавливается желаемый уровень срабатывания.
Не факт, что в таких схемах ставят фоторезистор, может стоять и фотодиод, но принцип тот же.
Хотите экономить электроэнергию – ставьте максимальное сопротивление, крутите его по часовой (LUX-), и он будет срабатывать тогда, когда будет уже совсем темно.
А хотите, чтобы освещение на улице включалось от малейшей тучки – крутите регулятор в другую сторону (LUX+).
При наступлении темноты освещенность падает, сопротивление фоторезистора растёт, напряжение на базе транзистора растёт. И достигает такого уровня, что транзистор открывается, через коллектор протекает ток, достаточный для включения реле КА. Реле своими контактами включает нагрузку, которая подключается через вывод LOAD.
При этом загорается светодиод, а конденсатор 47 мкФ в цепи базы сглаживает все процессы, чтобы реле слишком быстро не щёлкало, например, если его перекрывает ветка дерева, колеблющаяся от ветра.
В заключение – схема более мощной модели, LXP-03:
Датчик освещения LXP-03. Схема электрическая
Тут схема та же, отличия перечислю:
- Схема питания ограничивает напряжение в фазной цепи.
- Диодный мост с фильтром – такой же как и в предыдущей схеме, я неудачно ее изобразил.
- вместо одного стабилитрона – два последовательно, но напряжение питания схемы – то же, +24В.
- Используется составная схема на двух комплиментарных транзисторах, поскольку реле более мощное, ток его катушки больше.
Зная принцип работы схемы, её легко отремонтировать. А если хотите подробнее разобраться в ремонте, то в статье про ремонт датчика движения пошагово расписана методика и философия ремонта подобных устройств.
