Как подключить фотореле для уличного освещения: 11 схем

Рациональная настройка работы осветительных приборов в автоматическом режиме позволяет значительно сократить издержки на оплату электрической энергии, упрощает хлопоты владельцу дома.

Сделать это не так уж сложно. Достаточно приобрести современный недорогой электронный модуль и понять, как подключить фотореле для уличного освещения правильно.

В этой статье я показываю 11 вариантов схем решения этого вопроса. Вам остается выбрать для себя тот, который лучше всего подойдет под конкретные местные условия.

Правильно эксплуатировать уличное освещение и устранять в нем возникающие неисправности помогает понимание того, какие электрические процессы его сопровождают.

Что такое фотореле: простое и подробное объяснение

Дополнительными названиями этого устройства стали: сумеречный выключатель, датчик освещенности, светоконтролирующий выключатель.

Они создаются для управления искусственными источниками света в зависимости от времени суток с учетом естественного освещения объектов солнцем или луной.

В дневное время электрические источники не работают, отключаются автоматически. За счет этого создается экономия электроэнергии без участия человека.

Уличное освещение дома включается только в темноте.

Когда же оно дополняется датчиками движения и таймерами, то результат экономии увеличивается многократно.

Фотореле позволяют автоматически отключать электрические источники днем и эксплуатировать их исключительно ночью.

Термином реле в электротехнике принято называть техническое устройство, которое в автоматическом режиме контролирует какой-то один электрический параметр и при переходе его значения через заранее заданный уровень, называемый «уставка», изменяет свое первоначальное положение — срабатывает.

При этом происходит переключение положения встроенных контактов. Они могут быть в исходном обесточенном положении замкнутыми или разомкнутыми. При срабатывании реле контакты скачкообразно изменяют свое состояние на противоположное — переключаются.

Приставка «фото» перед словом «реле» означает, что устройство отслеживает величину освещённости светового потока и оценивает его величину встроенным датчиком.

В качестве датчика света работает полупроводниковый элемент различной конструкции.

Фотодатчик: принцип работы и как его проверить

Контроль освещенности может быть возложен на полупроводниковый переход фоторезистора, фотодиода, фототранзистора.

Фоторезистор меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от силы попадающего на него светового потока.

В темноте оно составляет порядка 30 МОм, а на свету снижается до нескольких кОм. Его исправность можно проверить любым мультиметром, если перевести его в режим омметра и накрывать или снимать светонепроницаемый чехол на свету.

Фоторезистор применяется в самых бюджетных моделях фотореле.

Фотодиод при облучении светом работает как обычный выпрямительный диод: пропускает электрический ток только в одну сторону, но открывается не в прямом, а обратном направлении. При темноте он закрыт.

На схемах его обозначают как светодиод, но стрелки направляют на полупроводниковый переход, а не на излучение.

Проверку исправности фотодиода осуществляют мультиметром, как и фоторезистора. Но удобнее использовать старенький стрелочный тестер: на нем лучше будет заметен момент срабатывания.

Фототранзистор может иметь такой же корпус, как и у фотодиода с двумя ножками, когда он управляется только световым потоком или с тремя выводами — для дополнительного оперирования его состоянием величиной приложенного электрического напряжения.

Между базой и эмиттером трехконтактных конструкций для облегчения их управления подключают резистор определенной величины (10-100 кОм, Мом). Их еще называют транзисторным оптроном.

Фототранзисторы проверяют так же, как и фотодиоды. Только для них надо учитывать спектр световых волн. Они более чувствительны к нему и настраиваются на определенную длину электромагнитной волны для работы при определенной цветовой температуре источника.

При проверках цифровыми мультиметрами измеряют падение напряжения прямого направления в милливольтах на p-n переходе. Оно должно составить 500-600 милливольт, но зависит от температуры окружающей среды, что учитывает температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Проверку стрелочным тестером выполняют переводом его в режим омметра, а освещают фототранзистор близкорасположенной лампой накаливания.

Фототиристор и фотосемистор имеют более сложную конструкцию, используются в приборах специального назначения.

Конструкция и схема фотореле для уличного освещения с поясняющими картинками

Если разобрать корпус любого фотореле, то внутри него мы увидим механические защитные и крепежные детали, созданные для обеспечения надежной работы электронного блока.

Для подключения его к схеме электроснабжения и осветительным приборам из корпуса выводятся три провода обычно голубого, красного и коричневого цветов.

Внутренняя схема фотореле для уличного освещения состоит из:

• фотодатчика, работающего на базе фоторезистора, фотодиода или фототранзистора;
• встроенного блока питания;
• электронной схемы управления и усилителя сигнала фотодатчика;
• исполнительного органа — силовых контактов реле, коммутирующих нагрузку подключенных осветительных приборов.

Все это вмещается на небольшой электронной плате, конструкция которой у разных моделей и производителей отличается структурой, количеством деталей и применяемыми компонентами.

Принцип работы фотореле представлен на картинке ниже: наличие или отсутствие светового облучения фотодатчика управляет нагрузкой подключенного источника света.

Как схема подключения фотореле для уличного освещения учитывает конкретные условия работы

Самый простейший вариант управления светом лампочки с помощью сумеречного выключателя показан на картинке.

Красный провод, выходящий из корпуса, коммутируется на потенциал фазы распределительного щитка. Синий проводник соединяется с нулем и ближним контактом цоколя лампочки освещения.

Третий коричневый провод — это потенциал фазы, который датчик освещенности подает на лампу для ее свечения.

Эта схема подключения реле для уличного освещения является базовой для всех случаев, которые создаются для разных условий эксплуатации. Ее рекомендую собирать на столе и использовать при проверке только что купленного сумеречного выключателя.

Показываю сборку схемы проводки с выносным фотодатчиком, который выводится в отдельное место с помощью дополнительного кабеля.

Этот прием позволяет эффективно оценивать работоспособность устройства при затемнениях и освещении фотодатчика, выполнять предварительные настройки модуля.

Однако следует учесть, что для современных систем электроснабжения в целях безопасности используется защитный РЕ проводник. Через него все корпуса бытовых приборов подключаются к контуру заземления здания в системах TN-C-S, TT или питающей трансформаторной подстанции для схемы TN-S.

Для этой ситуации все новые модели сумеречных выключателей имеют дополнительный вывод, выполненный проводником желто-зеленого цвета. Он подключается на корпус металлического светильника и к разводке шинки РЕ.

Если корпус светильника выполнен полностью из диэлектрических материалов, то на нем нет контакта для соединения с контуром заземления. Тогда подвод РЕ-проводника делать не нужно.

Схема подключения фотореле для уличного освещения с учетом использования защитного РЕ-проводника имеет следующий вид.

Этот способ применяют чаще всего при монтаже открытой проводки. Если же она выполнена закрыто с прокладкой в штробах, то подключение кабелей производится внутри распределительной коробки.

Обращайте внимание на коммутационную способность выходных контактов сумеречного выключателя. Они должны иметь запас мощности для обеспечения надежной коммутации управляемой нагрузки.

Если контакты слабые, то в схему просто подключается магнитный пускатель, контактор или реле с подходящими характеристиками. Выходная мощность выключателя должна быть достаточной для управления подключенной обмоткой.

Тогда усиленные контакты повторителя нагрузки успешно справятся с ее переключениями, не сгорят.

Иногда у владельцев частных домов возникает необходимость включения дополнительного искусственного освещения на рассвете, а не с наступлением сумерек.

Решить эту задачу можно такой же схемой, только контакты реле повторителя надо использовать не замыкающие, а нормально разомкнутые. Они изменят последовательность работы светильника.

Чтобы ограничить лишнее потребление электроэнергии в определенные промежутки времени в цепь выходной фазы светильника врезают контакт таймера. Он обеспечит включение освещения на период, нужный хозяину.

Если подключить датчик движения, то светильник станет реагировать на появление человека в контролируемой зоне, освещать ему путь. Когда же посетитель уйдет из заданного пространства, то свет выключается.

Подобные технические решения нашли применение в освещении подъездов многоэтажных зданий.

Правда, культура их исполнения довольно часто сильно страдает. Монтаж датчика на изоленту, отсутствие защитного патрона — не единственные недостатки, характеризующие халатную работу электриков ЖКХ.

Наибольший эффект экономии электроэнергии и обеспечения комфортного пребывания человека в зоне работы сумеречного выключателя ночью создает комплексное включение датчика движения и таймера.

Датчик движения реагирует на появление человека в зоне сумеречного выключателя и включает светильник. Таймер своим контактом отключает свет через заранее запрограммированный промежуток времени, необходимый посетителю для прохождения контролируемого участка.

Важно правильно расположить фотодатчик, обеспечить ему оптимальные условия для безошибочной работы.

Как способ монтажа фотодатчика влияет на надежность работы сумеречного выключателя

Светильники для улицы могут выпускаться отдельно или в комплекте со встроенным фотодатчиком, как показано на картинке монтажа светодиодного прожектора.

Здесь фотодатчик расположен в тени от направления основного света прожектора. Подобная конструкция может допускать ложные срабатывания.

Лучше его располагать отдельно и направлять в сторону от светового потока источника, как сделано на этой фотографии.

Высоту установки фотодатчика и его расположение относительно светильника следует рассчитывать исходя из удобства эксплуатации и надежности работы, но учитывать антивандальные мероприятия.

Предохранить попадание света на датчик от светильника, окон дома и других источников можно самодельным экраном темного цвета.

При установке фотореле на мощном светильнике его располагают сзади за экраном в затененной зоне.

При расположении сумеречного выключателя на стенах дома приоритет отдают восточной или западной стороне. Так проще выполнить наладку.

Схема фотореле для уличного освещения своими руками: 4 варианта изготовления из самых доступных деталей

Ниже приведены 4 типа электронной сборки, которые позволят собрать сумеречный выключатель своими руками на базе распространенного фоторезистора СФЗ-1. Считаю, что они доступны для повторения и надежны в работе.

Схема простейшего фотореле: транзисторный каскад на КТ315

Самый доступный вариант для самостоятельной сборки сумеречного выключателя имеет всего два транзистора серии КТ315, электромагнитное реле напряжения с обмоткой на 5-15 вольт, диод и фоторезистор.

Парное включение транзисторов улучшает управление током через обмотку реле. Он появляется при изменении сопротивления фоторезистора с 30 Мом до нескольких кОм, как только дневное освещение сменяется темнотой.

Переменный резистор R1 используется при наладке в качестве подстроечного элемента. Подключенный параллельно обмотке реле диод VD1 разряжает ЭДС самоиндукции катушки при снятии напряжения питания.

Универсальный характер этой сборке придает возможность подбора различных марок транзисторов и реле под рабочее значение используемого блока питания.

Схема простого фотореле: микросхема КР1564ТЛ2

Электрический сигнал, преобразованный пропорционально освещенности фоторезистора, поступает на пороговый детектор микросхемы D1.1. Его уровень регулируют подстроечным резистором R1. Для него лучше подбирать много оборотистые конструкции, например СП5-1.

Вывод 2 D1.1 работает как темно-инвертирующий выход схемы. При появлении на нем напряжения, соответствующего логической единице (1), происходит разряд конденсатора C2 через диод VD1 и резистор R4.

За счет этого при освещении фоторезистора на выводе 2 D1.1 формируется логический 0. Тогда C2 начинает заряжаться и подает напряжение на вход 3 D1.2, пропуская 1 через вывод 4 и резистор R5 на базу транзистора VT1.

Период заряда конденсатора определяет время задержки срабатывания сумеречного выключателя. Его можно регулировать изменением номиналов резистора R3 и емкостью C2 в пределах от пары секунд до нескольких минут.

Наладка устройства сводится к регулировке положения подстроечного резистора R1 и, при желании — задержки его срабатывания.

В качестве транзистора можно использовать КТ801(А, Б), КТ608Б, КТ603(А, Б), КТ312(А, В).

Для работы достаточно установить любой блок стабилизированного питания с напряжением 9-14 вольт.

Фотореле на микросхеме: логические элементы К561ЛА7

Обмотка реле К1 находится под напряжением при затенении фоторезистора PR и своими выходными контактами включает источник света.

При освещении фотодатчика плавно нарастающей освещенностью или ее резким появлением от посторонних приборов триггер Шмидта, собранный на D1.1- D1.3 переключает VT2, обесточивая подключенную обмотку К1.

Транзистор VT1 открывается при освещении PR, выдает сигнал на входы инверторов D1.1, D1.2.

Цепочка R4, R5, C1 создает задержку на включение до трех минут за счет того, что инверторный вход D1.2 открывается позднее, чем D1.1, а D1.3 отработает (лог 0 на 10) только тогда, когда на его входах 8 и 9 появятся логические единицы.

Выход 11 D1.4 открывается и на базу VT2 через VD3 поступает сигнал высокого логического уровня.

Коллекторный ток транзистора плавно подается на обмотку реле. Оно работает практически без дребезга контактов.

Регулировка чувствительности сумеречного выключателя возложена на подстроечный резистор R1.

Сумеречный выключатель своими руками: схема на тиристоре

Это фотореле может управлять несколькими лампами с общей мощностью 100 ватт. Оно не требует создания дополнительного блока питания для работы электроники.

Два фоторезистора СФЗ-1 позволяют повысить чувствительность устройства на входе триггера Шмидта, выполненного транзисторами VT1 и VT2. Они открываются от электрического тока, уровень которого создается совместной работой PR1 и PR2.

Когда напряжение цепочки коллектор-эмиттер VT2 уменьшается, то открывается транзистор VT3. По цепочке диода VD1 на управляющий электрод VS1 поступает ток.

Тиристор открывается и плавно включает лампу HL1 под выпрямленное напряжение диодного моста. Отсутствие мигания и мерцания обеспечивается работой VD2 за счет снижения гистерезиса при переключении пороговых уровней на триггере.

Величину стабилизированного напряжения на электронной схеме обеспечивает стабилитрон VD3. Оно должно быть в пределах 10-14 вольт.

Резистор R8 позволяет регулировать момент срабатывания сумеречного выключателя.

Не работает фотореле: что делать

Представим ситуацию, что новый сумеречный выключатель совместно с лампой проверен под нагрузкой и напряжением после распаковки на столе: замечаний нет.

После этого его смонтировали на выбранном месте, а в процессе постоянной эксплуатации начались чудеса: он перестает включаться, гаснуть или работает как-то странно. Разберем эти случаи подробнее.

Исправный датчик не включает светильник

Смотрим на самую простую схему подключения фотореле с лампочкой. Последняя загорится, если к ней подводится разность потенциалов фазы и рабочего нуля.

Поэтому необходимо проверить исправность обоих проводов. Обычно начинающие электрики ограничиваются проверкой потенциала фазы с помощью простого однополюсного индикатора напряжения в виде отвертки.

Работать надо мультиметром: перевести его в режим вольтметра и замерить величину напряжения на входных контактах светильника.

Когда его не будет, а индикатор показывает наличие фазы, то искать обрыв следует в цепочке подвода нуля. Такое тоже случается. Особенно часто это происходит со старыми алюминиевыми проводами, которые просто переламываются в критических местах после нескольких изгибов.

Вторая причина неисправности: перегорела или стряслась нить накала лампочки. Придется ее заменить.

Третий случай — настройки фотореле и датчика движения. Здесь придется правильно определиться с углами обзора по горизонтали и вертикали, а также учесть дальность действия схемы.

Почему не гаснет свет при исправном датчике

Причинами проявления неисправности могут быть:

1. Перемещения людей или домашних животных в контролируемой зоне.
2. Завышенная задержка времени электронного блока на отключение.
3. Увеличенный уровень настройки регулятора яркости.
4. Образование остаточного напряжения в блоке питания: отключите прибор и через 20 секунд повторно включите.

Произвольные включения

На работу датчиков оказывают влияние:

• сильные электрические и магнитные поля от рядом работающего электрооборудования. Защититься от них можно сплошным заземленным экраном;
• плохой контакт соединительных проводов;
• повышенный нагрев электронных компонентов;
• порывы ветра, воздействующие на ветки дерева, расположенного в зоне контроля;
• атмосферные осадки (снег, град, дождь);
• движение теплого воздуха от кондиционеров, вентиляторов.

Возможны и другие причины внешнего воздействия. Для их выявления придется внимательно оценить конкретные условия местности и расположение сумеречного выключателя.

На этом заканчиваю изложение материала и жду вопросов. Если они у вас остались, то задавайте в комментариях.