Фотореклама: что это такое, принцип действия, классификация и области применения

Фотореле и принципы их работы

Фотоэлектрическое реле – это тип электронного устройства, которое предназначено для удаленного мониторинга и управления различными исполнительными механизмами малой и средней мощности. Преимуществами современных фотопередатчиков (как устройств) являются компактность и простота регулирования, поэтому подобные устройства широко используются в промышленности и быту. В частности, они управляют пусконаладочными системами и системами защиты крупного металлообрабатывающего оборудования (листовые прессы, автоматические сварочные комплексы или радиально-сверлильные станки), используются для управления наружным освещением и т. Д.

Принципы функционирования и базовые компоненты фотореле

Что такое фотоэлектрическое реле? Исполнительная система устройства состоит из следующих элементов:

Датчик, представляющий собой электронный компонент, который определяет наличие источника видимого, инфракрасного и / или ультрафиолетового света. Усилитель сигнала (иногда в комплекте с преобразователем из одного типа излучаемой энергии в другой). Исполнительный элемент – микроконтроллер, содержащий биполярный полевой фототранзистор. Устройство управления. АС адаптер.

Фотодатчики

Большинство фотосенсоров – это полупроводники, обладающие свойством, известным как фотопроводимость. Это изменение электропроводности в зависимости от интенсивности света, падающего на материал.

На иллюстрации показано, как работает фотосенсибилизатор. Фотоэлектрические устройства можно разделить на две основные категории: те, которые вырабатывают электричество при освещении – фотоэлектрические или фотоэмиссионные излучатели – и те, которые каким-либо образом изменяют свои электрические свойства (фоторезисторы или фотопроводники).

Поэтому типичная конструкция фотоэлектрического реле может включать в себя следующие версии фотоэлектрических датчиков:

Фотоэмиссионные ячейки – это устройства, которые высвобождают свободные электроны из светочувствительного материала, для которых фотон соответствующей энергии должен достичь светопринимающей поверхности. Количество энергии фотонов зависит от частоты света: чем выше частота, тем больше энергии у фотонов для преобразования света в электрическую энергию; Фотопроводящие элементы, изменяющие свое электрическое сопротивление под воздействием света. Фотопроводимость возникает, когда свет попадает на полупроводниковый материал, который регулирует ток, протекающий через него. Наиболее распространенным фотопроводящим материалом является сульфид кадмия, используемый в фотоэлементах LDR; Солнечные батареи. Принцип действия основан на производстве ЭДС пропорционально получаемой энергии светового излучения, что аналогично работе фотопроводящих элементов. Световая энергия попадает в два полупроводниковых материала, расположенных рядом друг с другом. Это создает напряжение не менее 0,5 В. Наиболее распространенным фотоэлектрическим материалом является селен, который используется в солнечных элементах; Фотоприемники. Это полупроводники (фотодиоды или фототранзисторы), на которые необходимо направлять свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход. В фотоэлементе используются электронные компоненты, разработанные специально для применения детектора и проникновения света с их спектральным откликом, настроенным на длину волны падающего света.

Фоторезистор

Фотопроводящий датчик не вырабатывает электричество, а просто меняет свои физические свойства под действием световой энергии. Наиболее распространенным типом фотопроводящих устройств является фоторезистор, который изменяет свое электрическое сопротивление в ответ на изменение интенсивности света.

Фоторезисторы – это полупроводниковые устройства, которые используют световую энергию для управления потоком электронов и, следовательно, током, протекающим через них. Этот элемент обычно называют светозависимым резистором или LDR.

Принцип работы светозависимого резистора показан на рисунке:

Как следует из названия, светозависимый резистор (LDR) должен быть изготовлен из облученного полупроводникового материала, такого как сульфид кадмия, который изменяет свое электрическое сопротивление с нескольких тысяч Ом в темноте до нескольких сотен Ом, когда на него попадает свет, создавая пары дырок и электронов в материале.

Эффект заключается в улучшении проводимости фотосенсора с одновременным уменьшением сопротивления увеличению освещенности. Клетки резиста имеют длительное время отклика, необходимое для реакции на изменение интенсивности света.

Светочувствительные материалы

В качестве полупроводниковой подложки используются такие материалы, как сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe), антимонид индия (InSb), которые обнаруживают свет в широком диапазоне длин волн. Наиболее широко используемым из всех фоторезистивных световых сенсоров является сульфид кадмия (Cds), потому что его спектральная кривая наиболее близко соответствует кривой человеческого глаза, для которого требуется любой источник света. Длина волны с максимальной чувствительностью для фотоэлемента из сульфида кадмия составляет от 560 до 600 нм в видимом спектральном диапазоне.

Токопроводящий элемент ORP12 часто используется в качестве фотодетектора. Этот светозависимый резистор имеет спектральный отклик около 610 нм в диапазоне от желтого до оранжевого света. Сопротивление неосвещенного элемента (темновое сопротивление) очень высокое, около 10 МОм, которое падает до 100 Ом при полном освещении (номинальное сопротивление).

Чтобы увеличить темновое сопротивление и, таким образом, уменьшить темновой ток, резистивный путь образует зигзагообразный узор на керамической подложке. Фотоэлемент CdS – очень дешевое устройство, которое часто используется для автоматического затемнения и определения сумерек или сумерек в фотоэлементах уличного освещения.

Типовая принципиальная схема электронного блока управления с использованием светопроводящих элементов из сульфида кадмия представлена на рисунке:

Преимущества фотореле

В отличие от контактных элементов управления, таких как электромеханические или индуктивные реле, описанные устройства долговечны. Кроме того, эти устройства на основе полевых транзисторов (так называемые полевые МОП-транзисторы) меньше нагреваются и поэтому могут использоваться в схемах долгосрочного управления, например, в фотоэлементах уличного освещения.

Использование полевых МОП-транзисторов в качестве устройств вывода сигналов позволяет использовать их в системах полупроводниковых реле, которые работают как с переменным, так и с постоянным током.

Последующее сравнение производительности с другими типами устройств слежения аналогичного назначения может производиться по следующим параметрам:

Минимальное необходимое пространство для установки (меньше, чем в случае реле с подвижными частями). Надежность (выше, поскольку отсутствуют подвижные контакты, подверженные износу от трения и электрической эрозии). Потребляемая мощность (меньшая из-за отсутствия вспомогательных элементов; возможна работа от аккумуляторных источников питания). Интенсивность переключения – не зависит от количества переключений, так как нет необходимости в передающих устройствах.

Фотоэлементы выгодно отличаются отсутствием шума при работе, высокой скоростью переключения режимов управления, отсутствием слышимых щелчков при работе.

Компактность схемы типового фотоэлемента для уличного освещения показана на рисунке:

Области рационального применения фотореле

Типичные ситуации, когда требуется наличие данного устройства:

Когда схема включается и выключается маломощным сигналом; В случае, если несколько цепей должны управляться одним сигналом.

Эффективность фотоэлектрических реле также обусловлена их универсальностью (в дополнение к стандартным устройствам управления можно использовать компьютеры или ноутбуки). Он также позволяет выполнять логические управляющие команды типа «если… то…».

Рассмотрим использование фотопередатчиков в уличном освещении. Их технология основана на использовании триггерных переключателей на полевых транзисторах.

На показанной блок-схеме используется MFET серии K. В отличие от твердотельных реле, система напрямую управляет фотодиодами. Это обеспечивает гораздо более высокую скорость переключения, так как время выключения, когда светодиод горит, некритично. Из-за отсутствия механических компонентов устройство остается очень компактным, но не имеет физического изоляционного барьера, и поэтому необходимо использовать только низковольтный управляющий сигнал.

Поскольку фотореле является альтернативой существующему пульту дистанционного управления освещением, в первую очередь следует подумать, действительно ли необходима такая замена. Если существующая система полностью соответствует электротехническим нормам, просто добавьте релейную панель перед загрузкой, и будет обеспечено полное управление цепью освещения. В небольшом корпусе можно разместить до 64 фотоэлементов с источником низкого напряжения, а рядом можно разместить коммутационную панель. Чем меньше количество цепей, тем экономичнее становится использование релейной панели.

Фотоэлементы могут использоваться для управления однополюсными цепями 127/220 В переменного тока и двухполюсными (208 … 240 В) цепями переменного тока. Релейные панели наиболее экономичны для управления небольшими нагрузками, но у них есть один недостаток – они рассчитаны на ограниченное количество циклов включения / выключения: от 20 000 до 50 000 (в нормальных условиях этого хватает примерно на 5 лет).

Общий вид фотоэлементов уличного освещения и схема подключения показаны на рисунках ниже.

Есть некоторые нюансы в использовании фотоэлементов совместно с датчиками движения. Как правило, уличные фонари включены всю ночь. Но ночью уличные фонари не нужны, если нет движения. Вот почему все чаще используются системы, которые включают уличные фонари только во время движения автомобиля и вскоре после этого. Используются микроконтроллер AVR 8051 и несколько пар (чем больше, тем лучше) инфракрасных (ИК) датчиков.

Предлагаемая система состоит из микроконтроллера Atmega8, LDR, датчика PIR и RTC. Эта система управляет уличным освещением с помощью светозависимого резистора и инфракрасного датчика.

Уличное освещение включается в зависимости от интенсивности светового потока, регистрируемого LDR. Если такая интенсивность на фоторезисторах мала, то значение их сопротивления велико. По мере уменьшения общей интенсивности света это значение увеличивается и, таким образом, определяет, когда должны включаться уличные фонари.

Ночью движение минимальное. Это обстоятельство можно использовать для настройки регулятора. Когда наступает время пик, когда нет движения, фотореле выключает наружное освещение. При появлении единственного транспортного средства ИК-датчик отправит управляющий сигнал на микроконтроллер. Это включит освещение на 2 … 3 минуты, а затем автоматически выключит.

Фотодатчик (фотореле) для уличного освещения: конструкция, принцип работы и советы по монтажу

Комплектация осветительного прибора в виде фотореле позволяет снизить потребление электроэнергии. Это небольшое и простое в сборке устройство полностью контролирует включение и выключение лампочек в зависимости от силы света снаружи.

В сумерках фотосенсор уличного освещения включает фонари возле дома и выключает их на рассвете. Его просто установить и использовать, но перед покупкой лучшей модели необходимо учесть множество факторов. Подскажем, как выбрать идеальный.

Принцип работы фотодатчика

Основа выключателя уличного освещения – это светочувствительный элемент, который реагирует на доступную яркость солнечного света и искусственного света.

Когда стемнеет, датчик освещенности замыкает свои контакты и включает питание светильников, установленных на улице вокруг дома. А когда утром интенсивность света увеличивается, он снова размыкает цепь, выключая осветительные приборы.

Светочувствительное реле автоматически управляет работой подключенного к нему светильника, включая и выключая его по мере необходимости.

В результате значительно снижается энергопотребление уличных фонарей, а также продлевается срок их службы. Ведь в этом случае они работают только тогда, когда это действительно необходимо, а не по 8-9 часов в сутки.

В частном секторе для освещения устанавливают такие системы:

лестница по улице; участки возле домов; парковые и садовые дорожки; беседки, площадки для барбекю и открытые террасы.

Организации монтируются в осветительном устройстве дворов жилых домов, торговых центров и подъездов многоэтажных домов, а также в освещении уличных конструкций с рекламой. Цель везде одна – экономия энергии и ресурсов для осветительных приборов.

Существует несколько видов фотоэлементов, но принцип их действия у всех одинаковый. Он имеет светочувствительный датчик, подключенный к источнику питания, который контролирует уровень освещенности в контролируемой зоне.

Когда наступают сумерки, этот датчик замыкает реле, чтобы включить уличные фонари. Когда снова встает солнце, уличные фонари снова выключаются.

Основные виды электроприборов

Каждое фотореле, управляющее уличным освещением, имеет в своей системе три блока с разным функционалом:

Perceptive – полупроводниковый фотоэлектрический датчик. Промежуточный – усилитель электрического тока. Исполнительное – как таковое реле (коммутатор).

Конструктивно первый из этих элементов можно вынести из общего корпуса. Однако есть также устройства, в которых этот светочувствительный датчик монтируется в одном блоке с остальными внутренними цепями этого электрического устройства.

Соответственно, все модели фотоэлементов управления светом делятся на:

Устройства со встроенным фотоэлементом; Устройства с отдельным фотосенсором, который снимается с корпуса.

Устройство со встроенным датчиком устанавливается прямо на улице. Его корпус имеет повышенную защиту от влаги и пыли. Во втором случае коммутационный блок устанавливается на DIN-рейку в домашней распределительной коробке. Причем выносной датчик уже подключен к нему обычными проводами.

Помимо отслеживания уровня освещенности, такие системы управления часто оснащаются встроенными датчиками движения, таймерами и различными кнопками управления. В магазинах светотехники также можно найти фотоэлементы на основе цифровых драйверов. Однако эти устройства в несколько раз дороже обычных моделей.

Цифровые устройства дороги, но позволяют более точно управлять осветительными приборами. Принцип работы бытовых фотоэлементов и основных элементов идентичен таковым у штатных устройств.

Но эти варианты укомплектованы микроконтроллером, который можно настроить так, чтобы свет включался только в определенное время. Это позволяет точно настроить реле, увязав его работу с погодными условиями и даже месяцем года.

Подбор фотореле для освещения на улице

Прежде чем отправиться в магазин за фотоэлементом для регулирования системы уличного освещения, следует определиться с количеством и типом подключаемых светильников. Для одного-двух фонарей достаточно реле, светильники будут подключаться напрямую к нему.

В случае большого количества ламп фотореле не выдержит протекающего по нему тока. В этом случае необходимо использовать устройство с магнитным пускателем.

Здесь светочувствительный переключатель активирует специальное устройство, через которое уже запитано осветительное оборудование. Другими словами, при выборе модели фотосенсора многое зависит от мощности подключаемой к нему цепи светильника.

При выборе фотосенсора для солнечной системы уличного освещения требуется особый подход и обязательные предварительные расчеты. Его эффективность и количество подключенных устройств напрямую зависят от среднегодового количества солнечных дней в регионе, а также от количества солнечных панелей в системе.

По типу подключения к электрической сети реле управления уличным освещением делятся на:

однофазные (бытовые, для сети 220 В); Трехфазный (для сетей 380 В).

Однако на само переключающее реле и на всю систему фотоэлементов подается напряжение 12 В, которое поступает от понижающего трансформатора. Выбор однофазного или трехфазного устройства полностью зависит от сети подключаемых ламп и их потребляемой мощности.

Для установки фотоэлемента, управляющего уличным освещением в частных домах, лучше всего выбирать обычные бытовые модели на 220 В. Их будет достаточно, особенно если они будут совмещены с энергосберегающими светодиодными лампами.

Технические параметры – на что смотреть

Некоторые импортные устройства рассчитаны на сети 110 или 127 В. Редко, но их можно найти в светотехнических магазинах. Просто в российской сети на 220 В они работать не будут. Придется установить дополнительный трансформатор. Лучше сразу покупать оборудование, у которого будет меньше проблем с подключением.

Первый и главный показатель – это уровень защиты. Для наружной установки выбирайте модели с герметичным корпусом со степенью защиты IP65 или выше. Но для установки под крышей или в защищенном распределительном устройстве вполне подойдет устройство со степенью защиты IP44.

Второй параметр – это порог, который выражается в люксах. Обычно она находится в диапазоне от 2 до 50 люкс. Фотоэлемент регулируется, так что пользователь может адаптировать его к своим личным предпочтениям. Покупать устройство с нерегулируемым порогом следует только в крайнем случае.

Третий показатель – это тип подключенных ламп. Часто фотореле предназначено только для использования с лампами накаливания, создавая активную нагрузку.

Для подключения люминесцентных приборов с реактивной нагрузкой следует использовать сумеречные выключатели другого типа. А для подключения ртутных или натриевых ламп потребуется оборудование с дополнительной схемой защиты, рассчитанной на пусковой ток.

И последние параметры – это габариты и вес. Самая большая часть фотореле – это блок питания с понижающим трансформатором внутри. Сам фотодатчик (LED-диод) довольно маленький.

Намного больше места занимает контактор или магнитный пускатель, через которые подключаются осветительные приборы. Все это должно уместиться внутри электрического щита или рядом с лампой.

Важны ли дополнительные функции

Многие модели реле управления освещением комплектуются датчиком движения и таймером. Первый гарантирует, что свет включается только тогда, когда человек перемещается по контролируемой зоне, а второй позволяет полностью выключить устройство в течение дня, независимо от уровня естественного освещения.

Самые дорогие модели – это фотопередатчики с электронной платой и программируемым контроллером. Эти устройства позволяют составить свою рабочую программу на любое время года и повод.

Например, зимой освещение будет включаться раньше, а летом – позже. Также можно предусмотреть отключение самого реле после часу ночи, чтобы уличное освещение не сжигало энергию зря.

Нюансы монтажа датчика освещенности

Устройство управления освещением обычно устанавливается возле подключаемого к нему светильника. Схема подключения для каждой модели должна быть выбрана согласно инструкциям в даташите. Перед началом работы обязательно ознакомьтесь с инструкцией по эксплуатации.

Для завершения установки не требуется никаких специальных навыков. Просто нужно все просчитать, чтобы осветительные приборы не перегружали линии. Фотопара практически не нагружает сеть. Однако УЗО в распределительном щите и сам фотоэлемент следует выбирать в зависимости от количества и мощности подключаемых ламп.

Есть несколько простых правил установки светочувствительных реле:

Рекомендуется подключать сумеречный выключатель и всю линию осветительных приборов, расположенную ниже по потоку, к отдельной линии от электрического щита с собственным выключателем. Категорически запрещается устанавливать фотодетектор в перевернутом виде. С одной стороны, он должен подвергаться воздействию солнечного света, а с другой – света искусственных ламп. Не устанавливайте этот продукт вблизи легковоспламеняющихся материалов, нагревательного оборудования или химически активных сред. Если к фотоэлементу подключено несколько лампочек, в цепи должен быть предусмотрен магнитный пускатель.

Самое главное, чтобы свет от любых ламп не попадал на фотоэлемент. Иначе не получится так, как надо. Датчик освещенности реагирует на любой свет. Неважно, искусственный это или естественный свет от солнца.

На корпусе фотоэлемента есть схема с цветами всех выходящих из него проводов. Как правило, коричневый цвет идет в фазу от панели («L»), синий – в ноль («N»), а красный или черный – в светильник уличного освещения. Вам нужно только изолировать концы этих проводов и подключить все в соответствии с прилагаемой схемой подключения.

Если у фотодатчика два контакта, то один из них подключается к фазе от панели, а другой к приспособлению. В этом случае ноль отсутствует.