Сумеречный выключатель своими руками
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 16.09.2024
Одним из основных элементов автоматики в уличном освещении, наряду с таймерами и датчиками движения, является фотореле или сумеречное реле. Назначение данного аппарата — автоматическое подключение полезной нагрузки, при наступлении темного времени суток, без участия человека. Это устройство также получило огромную популярность благодаря своей дешевизне, доступности и простоте подключения. В данной статье мы подробно разберем принцип работы сумеречного выключателя и нюансы его подключения, а также расскажем, как сделать фотореле своими руками. Это не отнимет много времени и сил, зато вам будет приятно пользоваться самостоятельно собранным устройством.
Конструкция реле
Основным элементом реле является фотодатчик, в схемах могут применяться фоторезисторы, диоды, транзисторы, фотоэлектрические элементы. При изменении освещенности на фотоэлементе соответственно изменяются и его свойства, такие как сопротивление, состояния P-N перехода в диодах и транзисторах, а также напряжения на контактах фоточувствительного элемента. Далее сигнал усиливается и происходит переключение силового элемента, коммутирующего нагрузку. В качестве выходных управляющих элементов используют реле или симисторы.
Почти все покупные элементы собраны по схожему принципу и имеют два входа и два выхода. На вход подается сетевое напряжение 220 Вольт, которое, в зависимости от установленных параметров, появляется и на выходе. Иногда фотореле имеет всего 3 провода. Тогда ноль – общий, на один провод подается фаза, и при нужной освещенности она соединяется с оставшимся проводом.
При подключении фотореле необходимо ознакомится с инструкцией, обратить особое внимание на максимальную мощность подключаемой нагрузки, тип ламп освещения (накаливания, газоразрядные, светодиодные лампочки). Важно знать, что реле освещения с тиристорным выходом не смогут работать с энергосберегающими лампами, а также с некоторыми видами диммеров из-за конструктивных особенностей. Этот нюанс необходимо учитывать, чтобы не повредить оборудование.
Давайте рассмотрим несколько схем для самостоятельной сборки сумеречного выключателя в домашних условиях. Для примера разберем, как сделать симисторный ночник с фотоэлементом.
Инструкция по сборке
Это самая элементарная схема фотореле из нескольких деталей: симистора Quadrac Q60, опорного резистора R1, и фото элемента ФСК:
При отсутствии света симисторный ключ открывается полностью и лампа в ночнике светит в полный накал. При увеличении освещенности в помещении происходит смещение напряжения на управляющем контакте и меняется яркость светильника, вплоть до полного затухания лампочки.
Обратите внимание, что в схеме присутствует опасное для жизни напряжение. Подключать и тестировать ее необходимо с особой аккуратностью. А готовое устройство обязательно должно быть в диэлектрическом корпусе.
Следующая схема с релейным выходом:
Транзистор VT1 усиливает сигнал с делителя напряжения, который состоит из фоторезистора PR1 и резистора R1. VT2 управляет электромагнитным реле К1, которое может иметь как нормально разомкнутые, так и нормально замкнутые контакты, в зависимости от назначения. Диод VD1 шунтирует импульсы напряжения во время отключения катушки, защищая транзисторы от выхода из строя из-за бросков обратного напряжения. Рассмотрев данную схему, можно обнаружить, что ее часть (выделенная красным) по функционалу близка к готовым сборкам релейного модуля для ардуино.
Слегка переделав схему и дополнив ее одним транзистором и солнечным фотоэлементом от старого калькулятора, был собран прототип сумеречного выключателя — самодельное фотореле на транзисторе. При освещении солнечного элемента PR1, транзистор VT1 открывается и подает сигнал на выходной релейный модуль, который переключает свои контакты, управляя полезной нагрузкой.
Если у вас остались вопросы, то посмотрите видео, на которых также подробно рассказывается, как сделать фотореле своими руками:
Вот, собственно и вся информация о сборке фотореле своими руками. Надеемся, предоставленные схемы и видео уроки помогли вам сделать сумеречный выключатель из подручных средств!
Один из важных компонентов автоматики в наружном освещении, наравне с детекторами движения (ДД) и таймерами, это фотореле (или световое реле, сумеречный выключатель, фотодатчик). Предназначением этого устройства является включение наружного освещения и не только, при приходе темноты, без вмешательства человека.
Сфера использования
В большинстве своем световое реле предназначается для включения и отключения уличного освещения в автоматическом режиме. Имеются и иные возможности использования, в частности, посредством светового реле можно отрегулировать запуск водяного насоса фонтана с утра, а остановку под вечер. Сфера использования светоуправляемых приборов чрезвычайно обширна, они позволят решать самые разные вопросы, не только сопряженные с освещением.
Логично использование сумеречного выключателя для управления осветительным оборудованием в общественных местах, парках, торговых и промплощадках, на автопарковках, дорогах.
Устройство не позабудет включить освещение в вечернее время и выключить поутру без вмешательства человека. Система на 100% самостоятельна.
В частном домовладении также применяют автоматическое освещение, но здесь существенную роль играет цена на электрическую энергию. Отнюдь не всегда необходимо, чтобы осветительные приборы во дворе светили целую ночь, тратя недешевое электричество.
Как правило, требуется, чтобы освещение включалось с приходом темноты на протяжении определенного времени, а затем выключалось. Или же освещение включается исключительно в темное время суток на непродолжительный отрезок времени при присутствии людей в освещаемой области, например, около отхожего места, автогаража. В подобных ситуациях актуальны устройства, оборудованные вспомогательными приборами в виде ДД либо таймера.
Разновидности устройств
С учетом предназначения и исполняемых обязанностей прибор регулировки света подразделяется на несколько ключевых типов.
С интегрированным фотоэлементом (датчиком освещенности)
Нередко подобные устройства консолидированы в общий узел с управляемым осветительным прибором и предназначаются для монтажа на улице. Наделены высокой степенью влаго-, пылезащиты, не меньше IP44.
Функционируют исключительно с тем прибором, в который интегрированы.
С выносным детектором освещенности
Электронный узел монтируется в шкаф, щиток либо устанавливается в ином огражденном от влияния неблагоприятных условий погоды месте, в связи с этим требования к уровню защиты оболочки IP понижены, хватает IP20. Датчик освещенности монтируется снаружи и соединяется посредством электропроводов с электронным узлом. Требования к IP датчику освещенности аналогичны уличному исполнению, не меньше IP44.
Разнесенная структура дает возможность формировать щиты автоматизации и управления уличным освещением, где сумеречный выключатель – это один из элементов комбинированной, многоуровневой схемы.
При подсоединении электроконтактов светового реле к электромагнитному аппарату либо мощному внешнему реле открывается возможность осуществлять управление нагрузкой большой мощности, в частности, в случае управления приборами освещения автопарковки, супермаркета или автомобильной дороги.
На разные уровни напряжения
Электропитание сумеречного выключателя может быть рассчитано на разные напряжения тока, 12, 24, 220, 380 Вольт. Имеются модификации с довольно обширным спектром питающих напряжений от 12 до 264 В. Образцы на невысокое напряжение 12 и 24 В могут функционировать в схемах с использованием других источников электрической энергии, солнечных батарей, ветроэлектрических установок с аккумуляторным сопровождением.
Видов устройств управления светом достаточно много. В числе их имеются как обыкновенные, с опцией включения/отключения, так и профессиональные. Профессиональные отличаются расширенным набором функций (встраиваемые таймеры, календарь событий, возможность управлять дежурным и основным освещением).
С целью упрощения настройки и контроля за функционированием системы приборы оборудованы экраном. Наличие энергетически независимой памяти позволяет запоминать установленные настройки.
Структура сумеречного выключателя
Ключевым компонентом светового реле является фотодетектор, в электросхемах могут использоваться транзисторы, диоды, фотосопротивление (фоторезистор), фотоэлементы. При перемене величины светового потока, падающего на фотоэлектрический элемент, меняются его характеристики, такие как электросопротивление резистора, перемена состояния электронно-дырочного перехода в полупроводниковых триодах и диодах, а также перемена напряжения на контактах фотоэлемента.
Затем сигнал обнаруживается усилителем и устройством сравнения (компаратором – в его роли можно задействовать операционный усилитель типа К140УД6, К140УД7 либо аналогичные) и осуществляется переключение двухтактного эмиттерного повторителя, переключая или отключая нагрузку.
В роли выходных элементов управления применяют реле или симметричный триодный тиристор. При подсоединении светового реле нужно ознакомиться с практическим руководством, особенно предельной мощностью выходного узла, уделить внимание виду лампочек освещения (диодные лампы, газоразрядные, накаливания).
Необходимо знать, что фотореле с тиристорным выходом не может функционировать с энергосберегающими лампочками, не предназначенными для этого, и монтируются в регулятор мощности лучистой энергии лампы. Этот аспект нужно принимать во внимание, чтобы не остаться со ставшими неработоспособными световым реле и лампочкой. Теперь разберем пару схем для сборки светового реле в домашних условиях своими силами.
Самостоятельная сборка
Исходя из того, какой вид светового реле вы избрали, будет определяться и схема его изготовления. Сейчас мы рассмотрим простую схему, по которой можно будет без каких-либо затруднений смонтировать прибор своими руками. В собственной основе фотореле имеет микросхему КР1182ПМ1. Если на улице светло, фоторезистор (фотодиод) VT1 засвечен. Протекающий через его p-n переход электроток закрывает внутри фазового регулятора симисторы. Вследствие этого симистор VS1 окажется закрыт, а лампочка EL1 не станет светиться.
Как только подходит вечер, происходит понижение освещенности фотодиода VT1. Вследствие этого уменьшается и электроток, проходящий через p-n переход. Это влечет за собой то, что в микросхеме открываются транзисторы. Они, как правило, содействуют открыванию симистора VS1 и включению лампочки.
Лишь потому, что схема изготовления подобного датчика не имеет пороговых компонентов, включение лампочки и ее отключение осуществляется размеренно. Помимо этого, большая чувствительность сумеречного выключателя дает возможность включаться осветительному прибору на всю силу исключительно при приходе глубоких сумерек.
Дабы уменьшить помехи в деятельности самодельного устройства, в схему необходимо добавить катушку индуктивности L1 и конденсатор C4.
В роли конденсатора нужно брать К73-16 либо К73-17 с напряжением не меньше 400 В. Равным образом можно применять конденсаторы К50-35. На теплоотвод с поверхностной платформой в 300 см2 нужно инсталлировать симистор VS1. Катушку индуктивности делаем из 2 склеенных ферритовых фильтров К38×24×7 (можете взять модель М2000НМ). Обмотку накручиваем в один слой, который должен состоять из 70 витков проволоки ПЭВ-2 с сечением в 0,82 миллиметра.
Грамотно собранное световое реле не имеет нужды в отладке. При возникновении потребности увеличить чувствительность в схему следует добавить еще один фотодиод. При его отсутствии можно сделать из старого транзистора МП 39 либо МП 42 – срезать у него оболочку напротив коллектора. При отладке непременно соблюдайте меры предосторожности, поскольку все элементы прибора будут пребывать под напряжением.
Второй метод сборки
Имеется и несколько иной метод. Тут сборка осуществляется на основе полупроводникового встроенного устройства Q6004LT (квадрак). В такой версии вам потребуются:
- устройство Q6004LT;
- фотодиод;
- обыкновенный резистор.
Собранный прибор будет питаться от электросети в 220 В. Принцип действия этой схемы такой.
- Свет создает на фотодатчике небольшое сопротивление. Одновременно на управляющем электроде устройства Q6004LT будет пребывать маленькое напряжение.
- Квадрак останется закрытым. Вследствие чего сквозь него электроток проходить не будет.
- Когда светосила уменьшится, на фотодиоде увеличится сопротивление, что будет способствовать резкой смене напряжения, подающегося на тринистор.
- Повышение амплитудного значения напряжения до метки в 40 В влечет за собой открытие симистора. По цепи побежит ток, в итоге включится освещение.
Чтобы произвести настройки этой схемы, нужно использовать резистор. Его изначальное сопротивление должно быть 47 кОм, но сила сопротивления должна выбираться с учетом типа задействованного в электросхеме фотодиода. В роли фотодатчика можно применять следующие компоненты: СФ3-1, ФСК-7 либо ФСК-Г1.
Использование мощного устройства Q6004LT позволяет подсоединить к самодельному прибору нагрузку мощностью до 500 Вт. А применение в схеме вспомогательного теплоотвода даст возможность повысить мощность до 750 Вт. В будущем возможно использование квадрака, обладающего рабочими токами 6, 8, 10 либо 15 А.
Основные достоинства такой схемы сборки – это минимальное количество элементов, нет блока питания и возможность увеличения мощности. Вследствие этого сборка данного прибора в домашних условиях пройдет довольно скоро и без затруднений, даже когда этим займется новичок.
О том, как собрать фотореле своими руками, смотрите далее.
Благодаря использованию оптоэлектронного реле типа 5П19Т1 можно добиться гальванической развязки платы с электросетью, а во-вторых небольшого тока потребления до 10мА и напряжения до 1,8В. Ток коммутируемый в нагрузке, наоборот может достигать значений до 1А.
Схема сумеречного выключателя имеет датчик освещения, который является фоторезистором типа ФСК-1. Его сопротивление снижается с увелечением попадаемых на его поверхность квантов света и уменьшается ближе к сумеркам, что в свою очередь переключает триггер Шмитта, выполненный на транзисторах. Номиналы радиокомпонентов рассчитаны таким образом, что при переключение триггера произойдет это с небольшим гистерезисом. Это задает надежное включение и выключение освещение при плавных изменениях его уровней. Подстроечным резистором R3 СП3-19б СП3-38а-0,125 можно настроить требуемую чувствительность фотоэлемента при наступлении сумерек. Все компоненты схемы смонтированы на односторонней печатной плате изготовленной методом ЛУТ.
В роли датчик уровня освещенности используется фоторезистор R2 типа ФСК-1. Он подключен между базой и коллектором биполярного транзистора VT1, поэтому в светлое время суток, когда сопротивление R2 дочтаточно мало, он открывается, так как напряжение на его базе возрастает. Соответственно VT2 закрывается.
Снижается и напряжение между управляющем электродом симистора VS1 и плюсовой шиной, поэтому, последний закрывается и напряжение на лампу не поступает. В темное время суток сопротивление фоторезистора возрастает и VT1 закрывается, зато отпирается транзистор VT2.
Напряжение на коллекторе VT2 падает, что вызывает открытие симистор и включение лампы Н1. В этой схеме можно применить фоторезистор номинального сопротивления в достаточно широком диапазоне, от десятков Ом до сотен кОм. Напряжение на базе VT1 определяется номиналами делителей на R3 и R2. При этом резистор R3 переменный, и с его помощью можно осуществляется настройка уровня естественной освещенности.
Чтобы не было кратковременного мигания лампы фоноря при быстром изменении уровня освещенности, при открытии VT2 напряжение на резисторе R7 увеличивается и смещает VT1 еще сильнее в режим отсечки т.е мы видим работу транзисторного триггера Шмитта. Цепь R5-C2 задерживает переключение триггера блокируя реакцию фотореле на скоростной уровень изменения освещенности датчика
Переменное сопротивление R3 типа СПО, но подойдет абсолютно любое, как переменное так и подстроечное, указанного номинала на схеме. Стабилитрон абсолютно любой на 15 вольт. Диоды VD2 и VD3 с обратным напряжением не ниже 400 вольт. Транзисторы-любые КТ315 или КТ3102. При установке сумеречного выключателя нужно сделать так, чтобы прямой свет от фонаря не попадал на фоторезистор, иначе схема будет работать со сбоями.
Аппарат предназначен для управления освещением площадки возле подъезда многоквартирного дома, или дворика частного дома. Принцип работы в использовании таймера и фотореле в совокупности. Фотореле служит датчиком естественного света, а таймер ограничивает время включенного состояния осветительного прибора. Вечером уровень естественной освещенности снижается. При его снижении ниже предела, который устанавливается подстроечным резистором R1, происходит включение осветительного прибора. Одновременно запускается таймер, отсчитывающий время, установленное примерно 3 часа, спустя которое свет выключается независимо от уровня внешнего освещения.
Принципиальная схема аппарата показана на рисунке. Датчиком света служит фотодиод от системы дистанционного управления старого советского телевизора. Здесь фотодиод FD1 включен в обратном направлении и работает как фоторезистор, образуя вместе с резистором R1 делитель напряжения, поступающего на входы элемента D1.1. Сопротивление R1 устанавливают таким чтобы при достаточном естественном освещении на выходе элемента D1.1 была логическая единица, а при недостаточном - ноль. То есть, резистором R1 устанавливают порог фотореле.
Транзистор IRF840 предназначен для работы в схемах коммутации достаточно большой нагрузки и напряжения, к тому же из-за его очень низкого сопротивления в открытом состоянии на нем рассеивается очень небольшая мощность, несмотря на существенно большую мощность нагрузки. Поэтому IRF840 при мощности нагрузки до 200-300W может работать без радиатора. Так KaKlRF840 предназначен для работы на постоянном или пульсирующем токе, напряжение на лампу поступает через мостовой выпрямитель на диодах VD4-VD7. Выпрямительный мост сделан на диодах КД209Б, относительно небольшой мощности, поэтому, мощность лампы не должна быть более 100W. Если будет нужна лампа 200-300W, потребуется заменить эти диоды более мощными.
Данное устройство используется для автоматического включения фонаря уличного освещения в тёмное время суток и отключения в светлое. Основа первой конструкции фотореле - микросборка КР544УД1Б, а второго микросхема КР1182ПМ1.
Схемы представляют собой типовые датчики освещения, в роли светочувствительного радиоэлемента в них применяется фоторезистор. Первая рассмотренная схема — датчик затемнения, вторая — освещения
Таймеры, реле времени
На страницах различных радиолюбительских изданий довольно часто встречаются описания схем сумеречных выключателей или фотореле, предназначенных для управления ночным освещением. Можно купить и готовые устройства в магазинах электротехники. Но большинство из них, – это фотореле, включающие свет когда темно, и выключающие свет когда светло.
Описываемая здесь схема имеет два важных отличия. Во-первых, в ней есть таймер на время от 1 до 10 часов, которым можно ограничить продолжительность горения лампы. Во-вторых, есть защита от засветки, а это значит, что датчик освещенности (фоторезистор) не нужно куда-то прятать, чтобы на него не светила лампа, которой он управляет. Более того, он даже может быть вмонтирован в светильник и находиться рядом с осветительной лампой.
Схема показана на рисунке. Настраивают сумеречный выключатель двумя переменными резисторами. Переменный резистор R1 служит для установки продолжительности горения лампы в пределах от одного до десяти часов. А переменный резистор R2 служит для установки чувствительности к свету.
В исходном состоянии счетчик D2 в состоянии с логической единицей на выводе 3. При этом, на выходе инвертора D1.4 – ноль. Транзистор VT1 закрыт, ток на светодиод оптопары U1 не поступает и тиристор VS1 закрыт. Лампа Н1 не горит. Кроме того, ноль с выхода D1.4 поступает на вывод 6 D1.2 и блокирует этим работу мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. А единица с вывода 3 D2 через цепь R10 С4 поступает на вывод 9 D1.3.
Если это происходит днем, то на выводе 8 01.3 имеется напряжение логической единицы (так как сопротивление фоторезистора FR1 ниже сопротивления R2). С наступлением темноты освещенность фоторезистора FR1 снижается и его сопротивление увеличивается. В какой-то момент оно становится значительно больше установленного сопротивления R2, и напряжение на выводе 8 D1.3 достигает верхнего порога логического нуля. На выходе элемента D1.3 появляется логическая единица. Цепь С2- R4 формирует импульс, обнуляющий счетчик D2. На его выходе D13 устанавливается ноль (на выводе 3). На выходе инвертора D1.4 – единица.
Транзистор VT1 открывается и поступает ток на светодиод оптопары U1. Тиристор VS1 открывается. Лампа Н1 горит. Кроме того, единица с выхода D1.4 поступает на вывод 6 D1.2 и разрешает этим работу мультивибратора на элементах D1.1 и D 1.2. А нуль с вывода 3 D2 через цепь R10 С4 с некоторой задержкой, вызванной работой этой цепи, поступает на вывод 9 D1.3. В результате лампа горит, мультивибратор работает и счетчик считает его импульсы, а выход элемента D1.3 зафиксирован в логической единице независимо от сопротивления фоторезистора FR1.
Вот это именно то место, где схема не боится зацикливания от того, что фоторезистор может быть освещен включенной лампой Н1. Потому что элемент D1.3 закрыт для фоторезистора пока лампа горит, и откроется не сразу после выключения лампы, а только после того как С4 зарядится через R10. И так, счетчик D2 считает импульсы мультивибратора на D1.1 и D1.2.
Через некоторое время, которое зависит от частоты импульсов мультивибратора, и устанавливается переменным резистором R1, на выводе 3 D2 появляется логическая единица. При этом, на выходе инвертора D1.4 устанавливается ноль. Транзистор VT1 закрывается, ток на светодиод оптопары U1 прекращается и тиристор VS1 закрывается.
Лампа Н1 гаснет. Кроме того, ноль с выхода D1.4 поступает на вывод 6 D1.2 и блокирует этим работу мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. А единица с вывода 3 D2 через цепь R10 С4 поступает на вывод 9 D1.3. Но так как это происходит с задержкой, возможны два варианта. Если еще темно, то на выходе D1.3 состояние не изменится. – там так и останется логическая единица. Что не приведет к сбросу счетчика D2 потому что конденсатор С2 заряжен.
Либо, если светло, состояние выхода D1.3 изменится, и там будет ноль. Но это тоже не приведет к сбросу счетчика D2, потому что конденсатор С2 разрядится через выход D1.3 и диод VD6. На рассеете схема вернется в исходное состояние. Выходной каскад можно сделать и по другой схеме. На рисунке 2 показан более современный вариант. Возможны и самые разные другие варианты.
В обоих случаях, мощность лампы в основном ограничена диодами выпрямительного моста VD2-VD5, и может быть не более 250 W. С заменой диодов выпрямительного моста более мощными и применением соответствующих радиаторов, можно управлять светильником мощностью до 2000 W. Это что касается большой мощности, но вот при работе со светодиодной лампой будет более предпочтителен вариант схемы выходного каскада по рисунку 2, потому что тиристор КУ202Н может и не открыться при недостаточной мощности лампы. Особенно если учесть что мощность светодиодной лампы может составлять единицы ватт.
Фоторезистор можно заменить другим. В Л.1 приводится таблица с параметрами популярных отечественных фоторезисторов. Можно применить и импортный фоторезистор. Возможно и без каких-то изменений в схеме. Но может быть так, что потребуется изменить номинал R2. Как уже сказано выше, настройка сумеречного выключателя производится двумя переменными резисторами. R1 – устанавливаем порог чувствительности к свету. R2 – устанавливаем продолжительность горения лампы (от 1 до 10 часов). Поэтому, желательно ручку R1 снабдить указателем с рисками в часах от 1 до 10.
Читайте также: