Датчик света (фотореле) для уличного освещения

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.

Принцип действия

На схеме показан принцип действия устройства. Фоторезистор PR1 уменьшает при повышении освещенности свое сопротивление до нескольких Ком, благодаря чему открывается фототранзистор VT2, который включает фотореле K1, и уже это устройство, в свою очередь, начнет передавать сигналы. Защищает схему от самоиндукции диод VD1. Благодаря такому принципу, даже очень слабые сигналы позволяют включать или выключать свет.

Фото — Схема фотореле

Главная рабочая часть — фотоэлемент, представляет собой газовую трубку, в которой производится ионизация газа. Она имеет катод, который способен вырабатывать электроны пропорционально интенсивности направленного к ней света, также трубка оснащена анодом для сбора электронов.

Фото — Фотореле

Всякий раз, когда отрицательно заряженная поверхность помещается в атмосферу ионизируемого газа, такого как пары ртути или какой-либо инертный газ, на неё переходят электроны. Там посредством использования теории скоростей Ферми-Дирака, электроны ускоряются в зависимости от силы приложенного электрического поля.

Фото — Фотореле TDM

Эти электроны перемещаются на относительно короткое расстояние до столкновения с атомом ионизирующего газа. Когда электрон, имеющий постоянную кинетическую энергию, проходит через ионизирущее вещество, он нарушает атомы, с которыми сталкивается. Также его траектория действия может периодически меняться. Если материал является газообразным, то полученные фрагменты или ионы могут перемещаться в противоположную сторону друг от друга. Но если электроны выбиты из атомов, то они двигаются в одном направлении, а остаточные положительные ионы — в противоположном. Выход типа ионизации или фотоэлемента зависит от числа электронов на аноде.

Именно перемещения электрических частиц в определенной последовательности и становится причиной переключения приспособления. Нужно сказать, что это особенно удобно для устройств с датчиком движения Finder, Legrand.

Как работает фотореле

Главным функциональным элементом фотореле считается фоторезистор или же фототранзистор. Они способны менять собственные параметры при изменении освещения. Если на эти приспособления попадает необходимое количество света, то цепь будет оставаться разомкнутой.

У каждого устройства существует собственная настройка чувствительности. Ее порог срабатывания можно задать вручную. На таких распространенных на рынке моделях, как ИЭК ФР-601 и ФР-602, это делается при помощи регулятора. Он может выставляться в диапазоне от «+» до «-». Достаточно один раз настроить фотореле на включение освещения в нужное темное время суток и на выключение.

Важно! Если выбрать максимальное положение, фотореле будет включаться в даже в темный облачный день. В минимальном положении устройство начнет работать в кромешной тьме.

Принцип работы

Датчик работает через специальный фотоэлемент. Он может быть различного вида:

  • фоторезистор;
  • фототранзистор;
  • фототиристор;
  • фотосимистор;
  • фотодиод.

Каждый из перечисленных выше фотоэлементов по-разному реагирует на свет:

  • резисторный тип — изменяет величину своего сопротивления, в результате чего и происходит включение света или его выключение;
  • транзисторный тип осуществляет регулирование при облучении электрического сигнала светом.
  • тиристорный тип — при облучении светом начинает взаимодействовать с постоянным током;
  • симисторный тип — включает/выключает свет взаимодействуя с положительной или отрицательной составляющей гармоники. Такой фотоэлемент подает сигнал на схему датчика;
  • диодный тип — в ходе облучения световым потоком он выбрасывает специальный импульс, который будет прямо пропорционален интенсивности освещения.

Этой информации будет вполне достаточно для того, чтобы приступить к подключению фотореле. С такой задачей может справиться своими руками каждый. Для этого потребуется всего лишь знать некоторые особенности процесса и алгоритм действий.

Схемы подсоединения

Перед тем как переходить к установке светоконтролирующего выключателя (еще одно из популярных названий) вместо обычного выключателя света, нужно разобраться с тем, как нужно подключить провода к светильнику и клеммам датчика. Итак, схема подключения фотореле для уличного освещения может быть представлена в двух вариантах: с использованием распределительной коробки и без ее применения. Первый вариант принято использовать тогда, когда происходит замена электропроводки в доме, т.к. в этом случае нужно будет выводить новую линию из монтажной коробки.

Выглядит разводка жил следующим образом:

Как Вы видите, подсоединение фотореле к светильнику практически не отличается от подключения выключателя света. Также как и в обычном варианте, фаза ведется на разрыв, а ноль напрямую к фонарю. Единственная разница в том, что нулевой провод должен заводиться еще и в сам фотодатчик.

Если Вы уже сделали ремонт в доме и не желаете штробить стену под новую линию, можно использовать второй вариант подключения фотореле своими руками – напрямую:

В этом случае все 3 провода: фаза, ноль и заземление заводятся внутрь корпуса и поджимаются клеммами. Как первый, так и второй способ монтажа является правильным. Выбрав подходящий вариант можно переходить далее – к установке фотореле своими руками.

Технические параметры

При выборе подходящего устройства следует обратить внимание на его характеристики. Ознакомиться с информацией можно с помощью приложенного паспорта. Ключевыми параметрами являются:

  1. Напряжение электропитания. В стандартном варианте устройство работает от сети 220 В. Выбор вариантов с напряжением 12 В либо 24 В — не самый рациональный выбор в силу необходимости дополнительной покупки и размещения блоков питания.
  2. Максимальное значение коммутируемого тока. Обозначенная характеристика становится важной только при условии применения устройства для управления большим числом осветительных приборов. Для бытовых систем уличного освещения достаточно возможностей самых простых модификаций прибора.
  3. Порог запуска агрегата измеряется в люменах и приводится в виде интервала значений. Многие модели предусматривают возможность регулировки характеристики.
  4. Время задержки включения. Измеряется в секундах, указывается в виде интервала значений.
  5. Время задержки выключения — аналогичный параметр.
  6. Необходимая мощность. Обозначается в виде двух показателей: для режима ожидания и при активной работе.
  7. Уровень защиты: IP65 или IP40. Первая категория приборов пригодна для монтажа под открытым небом, вторая — исключительно в сухом помещении.

Важными считаются также следующие параметры: интервал температур работы, габариты, способы установки, подключения электропитания.

Принцип работы прибора

Современное световое реле для уличного освещения оборудовано специализированным датчиком. Этот элемент может быть выполнен при помощи фототранзистора, фотодиода или другого полупроводника.

Специалисты выделяют такие основные типы чувствительных элементов:

  • транзисторный, регулирующий электросигнал при облучении светом;
  • симисторный, взаимодействующий с положительным или отрицательным значением гармоники и подающий электрический сигнал в управляющую цепь, которая расположена внутри его;
  • тиристорный, работающий при помощи постоянного тока и при попадании солнечных лучей начинающий взаимодействие;
  • диодный, который при облучении вырабатывает сигнал прямо пропорциональный силе света.

Все виды обладают своими достоинствами и недостатками, но работают практически одинаково. В настоящее время большой популярностью пользуются диодные и транзисторные изделия.

Фотореле принцип работы

Работа фотодатчика, контролирующего уровень уличной освещенности, лежит в основе принципа работы любого фотореле. Существует два типа таких фотодатчиков:

  1. — встроенные, когда датчик установлен вместе с реле непосредственно в самом электрощитке;
  2. — выносные, когда датчик расположен вне корпуса реле.
Читайте также  Свайно набивной фундамент

Корпус выносных фотореле должен быть обязательно прочным и иметь повышенный уровень герметичности и защищенности от воздействий окружающей среды.

Это устройство имеет достаточно простой принцип действия и состоит оно из встроенного или выносного датчика. Учитывая интенсивность освещения, такой датчик передает информацию электронной плате или блоку, которые, в свою очередь, при достижении определенного порога срабатывания, срабатывают и включают освещение, замыкая электрическую цепь.

Следует отметить, что любое фотореле может быть запрограммировано в индивидуальном режиме. Это значит, что, если, к примеру, в летнее время года фотореле установлено в гараже, то диапазон его срабатывания будет отличаться от устройства, установленного на крыльце дома. Данный нюанс необходимо учитывать и, по возможности, выставлять наиболее подходящий к условиям размещения фотореле диапазон его чувствительности к свету.

Как сделать и подключить фотореле самостоятельно

Ввиду простоты конструкции люди часто хотят сделать фотореле самостоятельно. Речь сейчас идёт о садоводах (для контроля освещения), автолюбителях и прочих лицах, которым не требуются проект и согласование. Принцип работы фотореле уже описали выше, просто посмотрите на схему. Там приведено реле на 220 В, несложно найти в микроволновой печи или мультиварке. Выбирайте любое, лишь бы напряжения +12 В хватило для срабатывания.

Транзисторы позаимствованы незамысловатые и включены по схеме с общим эмиттером. Это ключи, отпираемые положительным напряжением. Оно не способно поступить на первый каскад (находящийся слева), пока на фотодиод КДФ101А не упадёт достаточный поток фотонов света. Потом ключ просто передаёт потенциал на базу второго в каскаде ключа, подключающего схемную землю на реле. Таким образом, цепь замыкается. А на управляющий электрод силового реле начинает поступать в полной мере 12 В.

Диод, соединённый параллельно с реле, служит для обратного размыкания, когда транзисторы закроются. Особое внимание обратите на экспериментально подбираемый номинал резистора, определяющего режимы работы обоих транзисторов. Требуется просто по вольт-амперной характеристике выбрать правильную точку. Потом посчитать, как должно делиться напряжение. Обратите внимание, питание берётся прямо через реле. Если принципиальная схема не позволяет так сделать, придётся провести провод питания прямо на катод фотодиода, возможно применение другого реле. Иначе схема не заработает.

Кстати, фотореле возможно проверить за считаные минуты при помощи обычного мультиметра. Схема подключения фотореле уличного освещения аналогична описанной выше. А напряжение питания +12 В можно взять из любого блока питания, оказавшегося поблизости (или аккумулятора).