Фотореле: принцип действия, технические характеристики, подключение и настройка

Системы освещения, вне зависимости от того, где установлены источники света, наиболее эффективны, если в их составе фотореле.

Зачем нужно фотореле? Ответ на этот вопрос достаточно простой. Уличные системы освещения, оснащенные так называемыми сумеречными выключателями (фотореле), позволяют экономить электроэнергию за счет автоматизации процесса включения и выключения светильников. Что касается закрытых помещений в виде тех же лестничных клеток, то здесь также выгодно устанавливать оборудованные фотореле элементы освещения.

Принцип действия

Единство принципа действия всех реле несколько упрощает понимание процесса создания систем освещения, в основе которых заложен закон энергосбережения.

Как работает фотореле? Устройство улавливает инфракрасное (тепловое) излучение, что позволяет с помощью встроенного фото-датчика и преобразователя получать электрический ток, величина которого пропорциональна световому потоку. В результате интенсивность инфракрасного излучения в виде потока света оказывает влияние на величину вырабатываемого тока. При этом фототок отличается малыми значениями, что вызывает необходимость его увеличить за счет специальных исполнительных устройств с дальнейшей подачей на реле, чтобы управлять работой светильников или пускателей других приборов освещения.

Светочувствительный элемент

Существует несколько вариантов конструкции светочувствительного элемента:

Фоторезистор – полупроводник, преобразующий внутреннее электрическое сопротивление за счет воздействия на это устройство светового потока. Встраивание в систему освещения фоторезистора с помощью его подсоединения к источнику со стабилизированной энергетической характеристикой (ЭДС) в цепи создает ток за счет сопротивления нагрузки, который зависит от уровня освещенности.
Фототранзистор – по своей сути стандартный транзистор, отличающийся тем, что способен реагировать на световой поток. В зависимости от величины освещенности происходит изменение значения электрического тока в системе, частью которой является фототранзистор. Изготовление такого элемента электрической цепи основывается на производстве полевых или биполярных транзисторах со структурой NPN или PNP, включающих в себя базу, облучаемую световым потоком. По сравнению с диодами фототранзисторы отличаются более высокой чувствительностью.
Фотодиод – своего рода преобразователь светового излучения в электрический ток, с помощью которого создаются электрические цепи как без приложенного внешнего обратного напряжения, так и с ним.
Фототиристор – устройство, которое структурно практически полностью соотносится с обычным тиристором, но с достаточно серьезным отличием: включение этого полупроводникового прибора осуществляется не с помощью подачи напряжения, а посредством воздействия света на определенный элемент фототиристора.
Фотосемистор – устройство с многослойной структурой, функционирующее на основе дырочной и электронной проводимости, которое отличается определенной сложностью в производстве. Управление этим элементом электрической цепи происходит за счет воздействия светового потока на один из полупроводниковых слоев.

Технические характеристики

В зависимости от условий эксплуатации фотореле могут быть востребованы те или иные его характеристики, что влияет на окончательный выбор этого устройства:

1. Уровень чувствительности к воздействующему на фотоэлемент потоку света. Чувствительность – величина, представляющая собой результат отношения значений фототока и светового потока, измерение которой производится в мкА/лм. При этом принято разделять чувствительность на интегральную и спектральную. В первом случае имеется в виду регистрация интенсивности светового потока, а во втором – его частоты.

Интегральная чувствительность учитывается при анализе потока света в суммарном понимании этого явления, когда во внимание берутся спектры от ультрафиолетового до инфракрасного. Что касается спектральной чувствительности, то она является характеристикой работы фотоэлемента на одной конкретной частоте колебаний.

2. Величина напряжения питающей электрической сети. Значение этой величины указано на корпусе устройства и в документации. Знать величину напряжения необходимо, так как приборы подобного рода, выпускаемые в нашей стране и за рубежом, отличаются разными значениями этого параметра, что может стать препятствием при встраивании фотореле в рабочую электрическую сеть.

3. Мощность. Выбор сумеречного выключателя должен соотноситься с проверкой того, что мощности прибора будет достаточно для работы системы освещения. Подключение светильников к фотореле приводит к нагрузке на силовых контактах устройства. Это может стать причиной их подгорания или приваривания если превышены допустимые для прибора значения мощности. Если фотореле уже приобретено, и оно по всем параметрам, кроме мощности, подходит для использования, то решить проблему можно с помощью дополнительного применения контакторов или пускателей. Такого рода устройства позволяют управлять приборами с высокой мощностью.

Стандартные сумеречные выключатели работают с лампами накаливания, которые потребляют активную нагрузку. В то же время люминесцентные и энергосберегающие лампы приводят к появлению реактивной составляющей в виде дополнительного воздействия, ограничивающего мощность потребляемого тока. Поэтому необходимо при использовании упомянутых источников света создавать запас нагрузки.

4. Рабочая среда: работа фотореле находится в зависимости от условий рабочей среды. Например, сумеречный выключатель, устанавливаемый на открытом воздухе, должен оборудоваться элементом защиты в виде герметичного корпуса, который был бы способен противостоять воздействию осадков и пыли.

Подключение фотореле к источнику света

Ознакомиться со схемой монтажа и описанием фотореле можно в документации на устройство. Также такая схема наносится на корпус. Непосредственное подключение прибора осуществляется с помощью трех проводников:

нулевой рабочий провод, подключаемый как к фотореле, так и к источнику света;
фаза, подаваемая на вход фотореле;
потенциальный провод, идущий от фотореле к источнику света.

При этом возможность подключения микропроцессорных устройств значительно расширила функциональность фотореле: например, в системы освещения теперь можно встраивать датчики, срабатывающие на движение, и таймеры.

Обычно контакты датчика движения и таймера подключаются к нагрузке последовательно, но существуют сложные системы освещения, в составе которых имеются дорогие модели фотореле, подключаемые на основе соответствующих алгоритмов. Например, фотореле, установленное как элемент наружного освещения рядом с автомобильной трассой. Здесь негативным фактором является срабатывание фотореле на свет фар от проезжающих машин. Чтобы этого избежать и улучшить надежность прибора, в сложных системах освещения доступно отстраивание реагирования на конкретный источник света.

Также ярким примером служит экономия электроэнергии посредством установки фотореле, совместно с датчиком движения в подъезде многоквартирного дома. Срабатывание светильников на каждой лестничной площадке происходит только в момент появления человека на срок, достаточный для прохода по лестнице. При этом отключение источника света осуществляется автоматически.

Настройка фотореле

В отношении простых моделей фотореле не предусмотрена возможность какой-либо регулировки срабатывания аппарата, так как все рабочие параметры зафиксированы в заводских условиях и не могут быть подвергнуты изменениям.

В то же время конструктивно сложные фотореле из более дорогой линейки такой продукции позволяют настраивать:

уровень чувствительности интенсивности светового потока, воздействующего на фотоэлемент;
параметры, определяющие работу датчика движения;
значения, которые обусловливают время срабатывания таймера.