Фотореле — что это такое

В повседневной жизни человек сталкивается с множеством технических приборов, облегчающих повседневную жизнь. Одним из таких устройств является фотореле, широко используемое во многих современных технических конструкциях.

О назначении данного устройства можно догадаться из его названия: «фото» — слово, связанное со светом, «реле» — переключение, вместе означает — переключение света, световой переключатель. Такая трактовка названия лишь частично соответствует его функциям — при использовании для уличного наружного освещения реле не только переключает свет, но срабатывает от света.

Основное назначение фотореле — замыкать и размыкать контакты в зависимости от уровня освещенности. Это способствует его использованию в любых точках, где необходимо включение света с наступлением темноты. Без светореле невозможно представить городское освещение улиц, удобно использование реле в различных жилых, хозяйственных помещениях для включения электричества с наступлением темноты. Но чаще в частной жизни людей реле используется для организации наружного освещения.

Выгода от использования фотореле для уличного освещения цены

Монтаж фотосенсора как компонента системы освещения выгоден по ряду причин. В результате использования современной технологии повышается комфорт условий проживания на территории.

Те, кто установил на своем придомовом участке фотореле, успели оценить его неоспоримые преимущества:

1. Обеспечивает удобство работы с системой внешнего освещения. Включать уличное освещение становится максимально просто — эта задача возлагается на установленное устройство.
2. Экономит электричество, потребляемое лампами накаливания — освещение включается только по мере фактической необходимости.
3. Продлевает срок службы ламп, установленных в осветительных приборах.
4. Быстрое срабатывание — по этому параметру выигрывает в сравнении с механическим выключателем.
5. Совместимость устройства практически со всеми типами ламп накаливания — не станет проблемой подобрать элементы для системы освещения.
6. Автоматическая система включения освещения выполняет охранную функцию — отпугивает потенциальных злоумышленников.

Очевидные выгоды монтажа фотоэлемента обусловили его популярность. Подключение и настройку потребуется произвести однократно, в то время как смонтированная система будет служить владельцу верой и правдой многие годы.

Устройство с встроенным фотоэлементом и таймером

Фотореле также применяется для автоматического регулирования освещения. Таймер позволяет управлять временем освещенности, то есть задавать определенный промежуток, по достижении или на протяжении которого действует указанный уровень света. Выключение реле также происходит автоматически: в установленное время или по достижению определенного уровня освещенности.

Существует несколько типов таймеров:

• с дневными механизмами;
• с недельными механизмами;
• с годовыми механизмами.

Такие устройства можно программировать одинаково на несколько дней и, например, отдельно выделять выходные дни.

Виды фотореле

Приборы имеют разные виды. Это помогает подобрать оптимальную модель в соответствии с условиями эксплуатации.

• Фотореле с реагирующим элементом в корпусе:

— включает и отключает освещение автоматически (присутствие человека не требуется);

— корпус прозрачный, но надёжно защищает основной узел от механического повреждения и неблагоприятных погодных условий.

• Фотореле с реагирующим элементом в корпусе, дополненное таймером:

— позволяет задавать точное включение/выключение системы;

— прозрачный корпус защищает элемент реагирования от механического повреждения;

— включение/отключение подачи электроэнергии осуществляется автоматически;

— таймеры имеют разные периоды режима работы (дневные, недельные, годовые).

• Фотореле с возможностью регулировки срабатывания реагирующего устройства:

— внизу корпуса расположена ручка, поворотом которой можно регулировать порог реагирования фотоэлемента;

— даёт возможность осуществлять регулировку в зависимости от времени года или климатических особенностей определённого региона.

Общие параметры и принцип работы схожи на предыдущие виды.

— основной узел размещается отдельно от корпуса (расстояние между ними может достигать до 150 м);

— блок можно монтировать прямо в щитке;

— такая конструкция более защищена от краж.

Устройство, принцип работы

Принцип работы таких устройств основан на способности некоторых материалов изменять свое сопротивление от уровня освещенности. В результате постоянно протекающий через фоточувствительный элемент (фоторезистор) электрический ток изменяет свое значение, переключая режим работы электронных элементов электрической схемы светореле.

Ток, проходящий через них, усиливается, а проходя по катушке электромагнитного реле, вызывает замыкание его контактов, к которым подключены лампы наружного освещения.Схемы реле предусматривают регулировку порога срабатывания встроенным резистором, некоторые схемы для повышения чувствительности используют фототранзисторы или фотодиоды.

Как работает прибор

Чтобы оценить перспективность использования подобного изделия, необходимо выяснить, каков принцип работы фотореле. Рассмотрим, какой принцип работы имеет светодатчик на примере его установки на улице (в системе наружного освещения).
Фотореле для уличного освещения, впрочем, как и для подсветки дома, имеет довольно простой принцип работы:

• при незначительном количестве приходящих на светодатчик световых лучей происходит замыкание контактов, что приводит к включению света на улице. К примеру, таким образом можно зажечь уличный фонарь;
• когда количество попадающих на светодатчик световых лучей увеличивается (наступает день), то фонарь или другая лампа будут выключаться. Это происходит вследствие того, что фотодатчик автоматически размыкает контакты.

Принцип работы фотодатчика

Автоматический контроль уровня освещенности таким прибором возможен благодаря наличию в его конструкции потенциометра. С его помощью светодатчик может точно определить оптимальное время для включения или выключения осветительных приборов (уличного фонаря или других светильников).
Помимо этого современные приборы обладают определенной регулировкой, которая позволяет любому человеку самостоятельно настроить диапазон срабатывания фотодатчика. Он оснащен еще и таймером. Таким вмонтированным таймером обеспечивается контроль работы аппарата.
Как видим, для дома фотодатчики не очень подходят, так как здесь их следует устанавливать вблизи оконных проемов. Иначе они будут держать свет включенным даже тогда, когда день уже начнется. А это лишние траты. Поэтому такие аппараты самое широкое свое применение находят вне помещений. Фотореле для уличного освещения подходит лучше всего. Так, фотодатчик может использоваться в разных местах:

• им может быть оснащен фонарь или лампа, установленная вблизи входа в дом;
• в качестве элемента системы наружного освещения подъездов многоквартирных домов;
• фонарь или лампа торшерного типа, к которым подключен светодатчик, часто используются для освещения тропинок, дорожек и тротуаров.

Как видим, по некоторым особенностям работы фотодатчик немного напоминает обычный датчик света. При установке его подключают в щит, что находится в доме. Но здесь следует помнить, что в щит прибор следует подключать по специальной схеме. В противном случае он может работать не так, как требуется.

Схема подключения фотодатчика

Если нарушить принцип подключения, то щит вообще может повредиться вследствие короткого замыкания.

Монтаж наружного освещения загородного участка

Наружная подсветка загородного участка обычно представляет ряд отдельных структур, имеющих различное назначение. Можно выделить наиболее распространенные типовые зоны освещения:

• детские площадки;
• дорожки для людей, подъездные пути транспорта;
• дежурное освещение;
• охранный комплекс наружного освещения по периметру вдоль забора;
• входные точки на территорию участка — ворота, калитки;
• места легкой доступности на территорию (удаленные точки участка, близко стоящие к забору деревья);
• декоративно-художественное освещение (подсветка фасадов, фонтанов).

Очевидно, что каждая из этих зон требует своего режима наружного освещения. При этом обязательно включение и отключение этих комплексов раздельно в ручном режиме, желательно — из разных точек. Для создания автоматического режима понадобится подключение фотоэлементов — свет включается с наступлением темноты и горит всю ночь. Дополнительно возможно использование датчиков движения или таймеров.

Высокотехнологичный таймер может обеспечить программирование работы наружного освещения на любой срок, вплоть до года, включать или отключать группы светильников. Для уменьшения расходов можно предусмотреть двухканальную работу таймеров — первая группа управляет минимальной подсветкой периметра, другая — всем остальным светом участка, возможна совместная работа двух каналов вечером с последующим отключением всех светильников, кроме дежурного освещения.

Определив количество цепей освещения, можно подсчитать необходимое количество светильников для каждой линии, а исходя из этих параметров — силу тока и мощность каждой цепи. Далее выбирается рабочее сечение кабеля (удобно использовать пятижильный проводник), осуществляется его прокладка с необходимыми ответвлениями. Обычно производят подземную прокладку бронированным кабелем с глубиной залегания около 70 см.

Над кабелем по всей протяженности нужно проложить сигнальный шнур с глубиной залегания 20 см.

В помещении устанавливается щит внешнего света, и производятся требуемые подключения и запитка от электрической сети. Обязательно наличие систем автоматического защитного отключения каждой линии. Цепи со щитом должны подсоединяться к главной схеме уравнивания потенциалов.

Основное, что надо учитывать при организации комплексной системы наружного освещения, — все работы должны проводиться согласно грамотному проекту, включающему схемы подключения, характеристики всех составных частей цепи (кабели, светильники, пакетники, электрическая арматура) и их спецификация.

Электромагнитные

Задействуется только в электроцепях с током постоянного типа и включает такие компоненты, как магнитопроводный элемент, обмотка управляющего типа, короткозамкнутый виток.

Задерживание в переключение создается благодаря короткозамкнутой обмотке. В ней присутствует один виток, который фиксируется на стержневом компоненте магнитопровода. Этот виток имеет вид гильзы. Производят его из металла – алюминия или меди.

Чтобы обеспечить интервал задержки на срабатывание, предусматривается магнитопоток вспомогательного действия. Регулировка возможна посредством изменения параметров зазора или натяжения пружины возвратного действия. Регулируется в пределах 5 с.

Реле распространено в цепях, обеспечивающих управление разгоном или торможением электрического привода. На временную задержку влияет температурный режим. Если обмоточная температура отклоняется на 10оС, то задержка меняется на 4%.

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).

Процедура подключения

Зачастую датчики с фотоэлементом крепятся к стенам с помощью специальных кронштейнов. Они должны идти в комплекте с купленной моделью. Чтобы правильно подключить фотореле для автоматизации уличного типа освещения, необходимо поделать следующие манипуляции:

на корпусе прибора обычно размещается схема подключения, которую следует детально изучить;

• после того как вы ознакомились со схемой, нужно подобрать подходящее место для установки. О том, каким требованиям должно соответствовать место установки, мы говорили несколько выше;
• подключаем провода, выходящие из низа корпуса датчика к осветительному прибору;
• после этого настраиваем фотореле. Вначале устанавливаем порог срабатывания. Для этого перемещаем регулятор в нужное нам положение;
• если вы устанавливаете датчики с выносным фотоэлементом, не забудьте после монтажа подсоединить их между собой с помощью кабеля.

При наличии в конструкции устройства таймера, подключение можно провести через него. Для этого таймер следует запрограммировать на определенные временные промежутки срабатывания. Такая система очень выгодна и удобна для светлого периода дня. Благодаря данному способу подключения можно добиться довольно значительной экономии электроэнергии.

Преимущества фотореле

1. Повышение уровня безопасности. Системы управления освещением всегда точно включают свет с наступлением сумерек, а хозяева, уходя или возвращаясь в свой дом, всегда будут проходить по хорошо освещенной территории, что позволит им избежать травм;
2. Существенная экономия электроэнергии. Наружное освещение будет вовремя включаться или отключаться по заданной программе, также можно менять его интенсивность, программно отключая некоторые источники света;
3. Комфортность. Не требуется постоянное вмешательство человека в процесс управления источниками света, это существенно экономит время;
4. Защита от злоумышленников. Независимая автоматическая система может имитировать присутствие хозяев дома, что отпугивает криминальные элементы от совершения преступных краж.

МОНТАЖ ФОТОРЕЛЕ

Подключение фотореле могут затруднить ряд причин: существующая схема размещения осветительных приборов, ограниченность доступа к управляющим элементам, жёсткие нормативы времени включения светильников. Схема подключения фотореле зависит от конструкции используемого устройства. Нередко она изображена на самом приборе. А в техническом паспорте приложена подробная инструкция по подключению фотореле. В общем случае, схема подключения следующая.

Фотореле имеет несколько проводов. Их окраска может быть разной, но чаще всего они промаркированы синим (или зелёным), красным и коричневым (или чёрным) цветом, в некоторых случаях есть и буквенное обозначение: L — провод фазы, N — провод нуля, Load — провод нагрузки. Само устройство запитывается синим проводом (N — «нуль»). Он подключается к «нулю» распределительной коробки, как и нагрузка — осветительные лампы. Коричневый провод (L — «фаза») подводится к вводу фазы. Красный провод (Load — «коммутирующая фаза») предназначен для подключения к фазе, с которой ток идёт на лампы. Если мощность ламп, подключаемых к фотореле, превышает его мощность (например, при запитке протяженной улицы), нагрузка подключается через магнитный пускатель или контактор необходимой мощности.

Фотореле с двумя (или парными) выводами

Ввод фазы замыкают на соответствующую клемму на корпусе фотореле. Аналогично подключают «нуль». Нагрузка подводится к соответствующим выводам для «нуля» и фазы.

Фотореле с двумя выводами предназначено для управления одной лампой. Чтобы оно регулировало работу нескольких ламп, их соединяют в параллельную цепь и подключают, как было указано выше.

Фотореле с клеммами для заземления

Схема их подключения такая же, как у уже описанных с той разницей, что добавляются заземляющие провода.

https://youtube.com/watch?v=1vyhml_u6M4

Как правильно установить и подключить фотореле

Установить на улице светореле со встроенным фотодатчиком довольно просто и быстро. Для этого в его конструкции, как правило, предусмотрен специальный кронштейн с отверстиями под крепеж. С его помощью устройство фиксируют на стене или столбе со светильником. При этом надо учитывать следующее:

1. В питающей сети, к которой подключается устройство, должно быть напряжение ~220 В (допустимое отклонение ±10 %). Надо также убедиться в соответствии мощности установленной защиты (предохранителя или автоматического выключателя) номинальной токовой нагрузке коммутируемой осветительной цепи.
2. Нельзя устанавливать устройство вблизи горючих и легко воспламеняющихся материалов, а также химически нестабильных и активных сред.
3. Запрещено монтировать светореле основанием вверх.
4. Размещать устройство надо таким образом, чтобы ничего не мешало дневному естественному свету падать на фотодатчик, а свет от включаемого с помощью фотореле светильника не попадал на него. Перед светореле не должно быть предметов, которые качаются (например, деревьев или их веток).

Подключить устройство к осветительной сети тоже несложно. Перед этим следует ознакомиться с инструкцией к нему. На упаковке и корпусе светореле всегда есть схема его подключения, а также максимально допустимая токовая нагрузка (у большинства устройств 10 А). Ее нельзя превышать подсоединением очень мощных приборов или их чрезмерно большого количества. Прежде чем покупать светореле, необходимо подсчитать общую предполагаемую нагрузку подключаемых к нему светильников – разделить суммарную мощность последних в ваттах на напряжение сети (220 В). Приобрести следует устройство, имеющее 20 % запас.

Его подключают в схему осветительной сети вместо фотореле, которое, в свою очередь, подсоединяют не к светильникам, а к обмотке пускателя. Устройство будет включать пускатель, подавая напряжение 220 В на его катушку, которая при этом замкнет цепь электропитания уличного освещения.

Из корпуса светореле выходят 3 провода, изоляция которых отличается по цвету, что соответствует типу подсоединения к внешней цепи:

• зеленый или синий – ноль;
• черный или коричневый – фаза питания фотореле и коммутируемая на светильник;
• красный – фаза светильника.

Выполнять подсоединение всех проводов следует в распределительной коробке уличного исполнения, которую крепим на стену рядом с фотореле. Проводники подведенного осветительного кабеля соединяем: ноль – с нолями устройства и светильника, фазу – с фазой питания светореле. Красный провод устройства соединяем с фазой светильника.

Устройство и принцип действия

Устройство и принцип действия световых реле проще понять после знакомства с составляющими их элементами. Современные образцы фотореле содержат следующие основные части:

• Чувствительный фотоэлемент.
• Пороговый компаратор, имеющий модульное исполнение, обычно в виде отдельной микросхемы с обвязкой, реже на дискретных элементах.
• Коммутирующий или, как его еще называют, силовой элемент (само реле или симистор, который включает нагрузку).

В качестве сенсора или фотоэлемента используются фоторезисторы, фототранзисторы или типовые фотодиоды. В схемах обычно предусмотрено их аналоговое включение с возможностью реагирования на градации уровня окружающего освещения (чувствительности). Чтобы понять, как работает этот прибор – достаточно ознакомиться с его внутренним устройством. Конструкция фотоэлементов такова, что при попадании света на чувствительную зону меняется их электрическая проводимость.

Понять принцип работы фотореле поможет описание тех изменений, которые происходят в схеме прибора в каждом конкретном случае. Они выглядят так:

1. Отклонение проводимости от нормального значения фиксируется электронным модулем, настроенным на работу со светочувствительным датчиком.
2. Этот узел выполняет функцию компаратора, включающегося лишь при достижении освещением определенного уровня (порога срабатывания).
3. После этого управляющий узел (компаратор) выдает управляющий сигнал на исполнительный модуль, который отключает осветительные приборы от источника питания.

В качестве исполнительного узла применяются электронные схемы, собранные на основе транзисторных ключей и питающиеся от пониженного напряжения 12 Вольт. Но в каждом конкретном приборе схемотехника может отличаться.

После срабатывания фотореле переходит в выключенное состояние, которое сохраняется до наступления темноты. С ее приходом сопротивление проводящей части чувствительного элемента вновь изменяется, что приводит к повторному включению компаратора и подаче управляющего сигнала на исполнительный модуль. Устройство подключает 220 Вольт к осветительной линии и переходит в режим ожидания времени следующего срабатывания.

Обозначение реле на схеме

Чтобы отремонтировать или создать новое электрооборудование, мало знать как работает реле, нужно знать как оно выглядит на схемах. В приведенной ниже таблице показаны самые основные буквенно-графические обозначения КУ принятые в международном классификаторе.

Основные обозначения

Изображение	Описание
	Схематически обмотка соленоида выглядит как прямоугольник, от наибольших сторон которого отходят выводы питания электромагнита – А и А1. Также на схеме это коммутационное устройство может обозначаться буквой К.
	Контакты КУ на схеме изображаются точно так же как и контакты переключателей.
	Поляризованное реле на схеме изображается в виде прямоугольника с жирной точкой на одном из выводов контакта. Буквенное обозначение P внутри прямоугольника также говорит о полярности устройства.
	Иногда внутри прямоугольника указывают параметры или конструктивные особенности. Так, например, две наклонные линии могут обозначать, что в устройстве имеется 2 обмотки.

Подробнее, с символическим обозначением реле и других элементов электронных и электрических схем, можно ознакомиться, заглянув в специальные справочники, которых в интернете довольно много.

Как выбираем

Важным моментом в приобретении фотодатчиков является правильный выбор необходимой модели. Как мы уже выяснили из предыдущего раздела, модели бывают с выносным и встроенным датчиком. При этом каждая разновидность обладает своими техническими характеристиками.
Чтобы подобрать необходимую модель, нужно опираться на следующие критерии выбора:

Прибор с высокой степенью защиты

• производитель. Прибор зачастую работает на улице, поэтому он должен быть собран из качественных материалов, которые смогут выдерживать любые погодные условия;
• наличие или отсутствие возможности проводить точную настройку. От данного условия зависит насколько точно можно будет настроить прибор для работы в той или иной местности;
• наличие или отсутствие таймера;
• защищенность корпуса от пыли, влаги и механических повреждений. Чем выше будет этот показатель, тем дольше прослужит изделие.

Конечно же, самым главным критерием для многих людей является стоимость покупаемой продукции, а уж потом ее технические характеристики. Но это не всегда верный подход. Купить дешевое изделие можно всегда, а вот будет ли оно качественно работать, тот еще вопрос. Поэтому в данной ситуации рекомендуется отдавать предпочтение моделям средней и высокой ценовой планки. Это не тот случай, когда можно сэкономить без последствий.

Технические характеристики и отличия моделей

Классифицировать реле данного назначения можно по разным признакам. Одним из ключевых для выбора является принцип размещения датчика. Его либо встраивают внутрь устройства, либо выносят наружу. Второй вариант удобнее тем, что сам фотодатчик имеет небольшие размеры и без проблем устанавливается наружу, а переключатель ставится внутри помещения. В магазинах электротехники сейчас продают модели для крепления на DIN-рейку в распределительном щите. Такая установка отвечает принципам безопасности и лёгкого доступа к оборудованию.

Реле освещённости со встроенным датчиком удобно тем, что располагается в непосредственной близости от источника света

В этом случае важно установить его так, чтобы на него падал только естественный свет. Такие устройства актуальны в системах освещения на солнечных батареях

Ключевые эксплуатационные характеристики:

1. Номинальное рабочее напряжение. Выпускаются модели на 220 В и 12 В. Выбор зависит от того, под каким напряжением работает осветительная схема. Реле освещённости на 12 вольт запитываются от аккумуляторов. Существуют также модели на 380 В, которые в бытовых условиях применяются редко. Их установка целесообразна на крупных промышленных объектах.
2. Номинальная сила тока. Этот параметр тоже зависит от характеристик тока в сети освещения. Сегодня выпускаются модели, рассчитанные на 6-63 А.
3. Порог регулировки срабатывания – одна из самых важных характеристик, определяющая возможности по настройке реле. Чаще всего, диапазон регулирования равен 2-100 люкс, но встречаются и модели для объектов с особыми требованиями.
4. Степень защиты. Эта характеристика наиболее важна для фотореле наружной установки, которые необходимо защитить от попадания влаги, мусора, пыли. Для устройств, устанавливаемых внутри помещений, достаточно защиты IP40, а для наружных – не ниже IP.
5. Наличие таймера включения. Благодаря этому модулю, можно более тонко отрегулировать режим работы реле. Например, установив задержку в 20 секунд для уличного датчика освещения, можно избежать ситуаций ложного срабатывания, когда на него, например, упал свет от фар проезжающего мимо автомобиля.
6. Потребляемая мощность. У любого датчика есть предел потребляемой мощности. Приборы, работу которых он контролирует, не должно превышать эту цифру. Желательно подбирать устройства с запасом в 15-20%, чтобы защитить его от возможных скачков параметров тока.