Фотореле представляют собой разновидность электронных приборов, которые предназначены для дистанционного контроля и управления разнообразными исполнительными устройствами малой и средней мощности. Достоинства современных фотореле (как устройств) — это компактность и простота настройки, поэтому подобная аппаратура широко используется в промышленности и быту. В частности, они управляют системами включения и защиты крупного металлообрабатывающего оборудования (листоштамповочных прессов, сварочных автоматизированных комплексов или радиально-сверлильных станков), используются для контроля внешнего освещения и тому подобное.
Принципы функционирования и базовые компоненты фотореле
Что такое фотореле? Исполнительная схема устройства состоит из следующих компонентов:
- Датчика, который представляет собой электронный компонент, обнаруживающий присутствие видимого света, инфракрасного излучения и/или источника ультрафиолетового излучения.
- Усилителя сигнала (иногда — в комплекте с преобразователем одного вида излучаемой энергии в другой).
- Исполнительного элемента — микроконтроллер, который содержит биполярный полевой фототранзистор.
- Блока управления.
- Блока питания.
Фотодатчики
Большинство фотодатчиков — это полупроводники, обладающие свойством, называемым фотопроводимостью. Оно заключается в изменении параметров электрической проводимости в зависимости от интенсивности светового излучения, попадающего на материал.
Как работает фотореле, ясно из рисунка. Фотоэлектрические устройства можно подразделить на две основные категории: те, которые генерируют электричество при освещении — фотоэлектрические или фотоэмиссионные излучатели — и те, которые каким-либо образом изменяют свои электрические характеристики (фоторезисторы или фотопроводники).
Типы фотоэлектрических устройств (слева — полупроводниковое, справа — фотоэмиссионное)
Таким образом, в типовую конструкцию фотореле могут входить следующие исполнения фотодатчиков:
- Фотоэмиссионные ячейки — это устройства, которые выделяют свободные электроны из светочувствительного материала, для чего на световоспринимающую поверхность должен попасть фотон с достаточной энергией. Количество энергии, которое имеют фотоны, зависит от частоты света: чем выше частота, тем больше энергии у фотонов, преобразующих энергию света в электрическую энергию;
- Фотопроводящие элементы, которые изменяют своё электрическое сопротивление при воздействии света. Фотопроводимость возникает в результате попадания света на полупроводниковый материал, который контролирует протекающий через него ток. Наиболее распространенным фотопроводящим материалом является сульфид кадмия, используемый в фотоэлементах LDR;
- Фотоприёмные устройства. Это — полупроводники (фотодиоды или фототранзисторы), на которые нужно направить свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход. В фотореле используют электронные компоненты, специально разработанные для применения детектора и проникновения света с их спектральным откликом, который настраивается на длину волны падающего света.
Фотореле на базе LDR-элементов с блоком питания
Фоторезистор
Фотопроводящий датчик не вырабатывает электричество, а просто изменяет свои физические свойства при воздействии энергии света. Наиболее распространенным типом фотопроводящего устройства является фоторезистор, который изменяет свое электрическое сопротивление в ответ на изменения интенсивности света.
Фоторезисторы — это полупроводниковые устройства, которые используют энергию света для управления потоком электронов и, следовательно, током, протекающим через них. Обычно этот элемент называется светозависимым резистором или LDR.
Принцип работы фотореле на соответствующем фотодатчике представлен на рисунке:
Устройство и принцип действия фоторезистора
Как следует из его названия, светозависимый резистор (LDR) нужно изготовить из открытого полупроводникового материала, например, сульфида кадмия, который изменяет своё электрическое сопротивление от нескольких тысяч Ом в темноте до нескольких сотен Ом, когда на него падает свет, создавая дырочно-электронные пары в материале.
Эффект заключается в улучшении проводимости фотодатчика с уменьшением сопротивления для увеличения освещения. Фоторезистивные ячейки имеют большое время отклика, которое нужно, чтобы отреагировать на изменение интенсивности света.
Светочувствительные материалы
Материалы, используемые в качестве полупроводниковой подложки — сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe), антимонид индия (InSb), которые обнаруживают свет в широком диапазоне волн. Наиболее часто используемым из всех фоторезистивных датчиков света является сульфид кадмия (Cds), потому что его кривая спектрального отклика ближе всего соответствует кривой человеческого глаза, для чего требуется наличие любого источника света. Длина волны пиковой чувствительности для фотоэлемента из сульфида кадмия составляет от 560 до 600 нм в видимом спектральном диапазоне.
В качестве фотодатчика часто используют проводящий элемент ORP12. Этот светозависимый резистор имеет спектральный отклик около 610 нм в области света от жёлтого до оранжевого. Сопротивление элемента, когда он не освещён (темновое сопротивление), очень высокое, около 10 МОм, которое падает до 100 Ом при полном освещении (номинальное сопротивление).
Чтобы увеличить темновое сопротивление и, следовательно, уменьшить темновой ток, резистивный путь образует зигзагообразный рисунок на керамической подложке. Фотоэлемент CdS — это очень недорогое устройство, их часто используют для автоматического затемнения, а также для определения времени темноты или сумерек, в фотореле для уличного освещения.
Типовая схема электронного управляющего блока, где используются светопроводящие элементы из сульфида кадмия, приведена на рисунке:
Преимущества фотореле
В отличие от управляющих компонентов контактного типа, например, электромеханических или индукционных реле, описываемые устройства отличаются своей долговечностью. Кроме того, данные устройства на полевых транзисторах (так называемых MOSFEТ-транзисторах) меньше нагреваются, а потому могут быть применены в длительно эксплуатируемых управляющих схемах, например, в фотореле для уличного освещения.
Металлооксидный транзистор с полевым затвором
Применение МДП-транзисторов в качестве устройства для вывода сигнала позволяет использовать их в схемах твердотельных реле, которые функционируют как на переменном, так и на постоянном токе.
Последующее сравнение эффективности изделия с другими типами следящих устройств аналогичного предназначения может быть выполнено по следующим параметрам:
- Необходимо минимальное монтажное пространство (меньше, чем у реле с подвижными элементами).
- Надёжность (выше, поскольку при этом отсутствуют подвижные контакты, изнашивающиеся в процессе трения и электрической эрозии).
- Потребление энергии (меньше из-за отсутствия вспомогательных компонентов; возможна работа от аккумуляторных источников питания).
- Интенсивность переключения — не зависит от числа включений, ибо нет необходимости в передающих устройствах.
Фотореле выгодно характеризуются также отсутствием шума при работе, высокой скоростью переключения режимов управления, отсутствием звуковых щелчков при работе.
Компактность схемы типового фотореле для уличного освещения иллюстрирует рисунок:
Области рационального применения фотореле
Типовые ситуации, в которых требуется присутствие данного устройства:
- Когда включение и выключение цепи производится при помощи сигнала малой мощности;
- Когда несколько цепей должны управляться одним сигналом.
Эффективность применения фотореле обуславливается также и их универсальностью (помимо стандартной аппаратуры контроля можно использовать компьютеры или ноутбуки). Это позволяет реализовывать также и логические управляющие команды типа «если…то…».
Рассмотрим использование фотореле для уличного освещения. Технология их применения основана на использовании триггерных FEТ-переключателей.
Блок-схема фотореле с FET-переключателем
В приведенной блок-схеме используется серия К МДП-транзисторов. В отличие от твердотельных реле, схема управляет фотодиодами напрямую. Это обеспечивает гораздо более высокие скорости переключения, поскольку время отключения питания при включении светодиода некритично. Из-за отсутствия механических составляющих поддерживается высокая компактность устройства, однако физический изоляционный барьер здесь отсутствует, а потому необходимо использовать только низковольтный управляющий сигнал.
Поскольку фотореле является альтернативой уже существующей панели дистанционного управления освещением, то прежде всего стоит подумать — а так ли уж необходима подобная замена. Если существующая система полностью соответствует электрическим нормам, то перед нагрузкой достаточно просто добавить релейную панель, и полный контроль за осветительной цепью будет обеспечен. В небольшом корпусе может быть размещено до 64 фотореле вместе с источником низкого напряжения, а рядом можно расположить панель выключателя. Чем меньше число цепей, тем более экономичным становится применение релейной панели.
Фотореле можно использовать для управления однополюсными цепями 127/220 В переменного тока и двухполюсными (208…240 В) цепями переменного тока. Релейные панели наиболее экономичны при управлении меньшими нагрузками, но имеют один недостаток — они рассчитаны на ограниченное количество циклов включения/ выключения: от 20000 до 50000 (при нормальных обстоятельствах этого хватит примерно на 5 лет).
Общий вид блочной компоновки фотореле для уличного освещения и монтажная схема приведены на следующих рисунках.
Некоторые нюансы имеются в использовании фотореле совместно с датчиками движения. Как правило, уличные фонари включаются на всю ночь. Но в ночное время уличные фонари не нужны, если нет движения. Поэтому всё чаще используют схемы, которые включают уличные фонари только при перемещения транспортного средства и некоторое время после него. Используется микроконтроллер AVR 8051 и несколько пар (чем больше, тем лучше) инфракрасных (ИК) датчиков.
Подключение релейной панели управления освещением
Предлагаемая система состоит из микроконтроллера Atmega8, LDR, PIR-датчика и RTC. Эта система управляет уличным освещением, используя светозависимый резистор и ИК-датчик.
Уличные фонари включаются в зависимости от интенсивности светового потока, который воспринимается на LDR. Если такая интенсивность на фоторезисторах низкая, значение их сопротивления — высокое. С уменьшением общей освещённости это значение увеличивается, и, таким образом, определяет, когда уличные фонари должны включиться.
Ночью движение транспорта минимально. Это обстоятельство можно использовать для настройки контроллера. По наступлении пикового времени, когда трафика нет, фотореле отключит наружное освещение. При появлении единичного транспортного средства ИК-датчик подаст управляющий сигнал микроконтроллеру. Тот на 2…3 минуты включит освещение, после чего автоматически его выключит.
Блочная компоновка фотореле
Схема включения фотореле для управления наружным освещением
Установка датчиков движения
Монтажная схема управления движением на базе фотореле
Типичные неисправности фотореле
Неудачи в применении фотореле чаще всего вызваны с их неправильным выбором и/или эксплуатацией. Наиболее распространены отказы, превышение ресурса, однако можно перечислить ещё ряд причин:
- Превышение значения допустимого тока и/или напряжения.
- Сбои, связанные с длительностью рабочего цикла (особенно, когда реле переключает очень низкие уровни сигнала или, когда реле не срабатывает очень часто, из-за чего контакты окисляются).
- Загрязнение рабочей поверхности фотодатчиков (особо характерно для фотореле, которые обслуживают промышленное оборудование).
- Неудовлетворительная вентиляция релейных панелей, что вызывает, перегрев MOSFEТ-транзисторов.
При надлежащем регламентном облуживании все эти проблемы можно предотвратить. Сроки службы реле и его номинальная мощность всегда указываются производителем. Эти параметры определяются для работы фотореле в условиях переключения низкого уровня и соответствуют минимальному количеству операций, которое можно ожидать без механического отказа из-за износа контактов.
Гораздо информативнее, когда разработчик указывает в инструкции по эксплуатации срок службы реле в условиях горячего переключения нагрузки, когда значения тока и напряжения максимальны (при номинальной мощности устройства). В этих случаях реле выходит из строя по факту загрязнения материала контактов, когда для срабатывания приходится увеличивать ток и напряжение: это сопровождается резким возрастанием сопротивления при прохождении управляющего сигнала. Поэтому световоспринимающие поверхности следует очищать возможно чаще, используя для этих целей химически нейтральные очистители.
При интенсивном применении датчик фотореле никогда не работают дольше, чем указано в их технической характеристике. Даже в приложениях с низким уровнем сигнала неисправности в проверяющих устройствах могут вызывать сбои устройства. В результате пусковые токи, вызванные ёмкостными нагрузками, горячим переключением и скачками напряжения ускоряют их старение.
Видео по теме
Хорошая реклама
Фотореле является таким устройством, которое имеет выносной или встроенный сумеречный датчик, который можно подключить в цепи любых осветительных приборов. Он реагирует на степень освещения и подает сигналы в релейную схему. Когда реле замыкается освещение будет включаться, а когда размыкается – освещение будет отключаться днем. В этой статье разберем, что такое фото реле и для чего оно необходимо, принцип действия фотореле, а также какова схема подключения фотореле.
Как выбрать?
Для того, чтобы правильно подобрать и подключить устройство своими руками, например, к прожектору, необходимо знать какой вам тип датчика необходим и какой будет наиболее удобным. Они бывают встроенные и выносные. При выборе обязательно нужно будет учитывать токовые характеристики устройства. Они обладают своими ограничениями в коммутации по току, выраженные в амперах.
Как оно работает?
Устройство обладает светочувствительным элементом, который является постоянно включен в схему осветительного прибора и имеет питание. Этот элемент постоянно проводит измерение уровня освещенности (день – ночь) там, где это необходимо. Установка фотореле предполагает, что реагирующий на уровень освещения прибор будет подавать сигналы на реле: при замыкании – будет включать осветительный прибор, а во время размыкания контактов – отключать.
Структурная схема
Чтобы понять принцип работы фотореле необходимо разобраться с его составными частями. Среди конструктивных элементов могут быть следующие элементы:
- Датчик (светочувствительный) – реагирует на изменения степени освещенности;
- Датчик (фотоэлемента) – реагирует на изменения силы тока;
- Усилитель для электрического тока;
- Реле – коммутирующий элемент в устройстве.
Особенности конструкции
Обычные устройства, предназначенные для малых светильников, чаще всего производятся одним блоком в пластиковом корпусе. Они имеют возможность закрепления на стенах или подключения к светодиодному светильнику с задней стороны.
Если подключить светильники, мощность которых превышает мощность фотореле своими силами установленного, то цепь должна коммутироваться через магнитный пускатель или современные контакторы на соответствующую нагрузку.
Более сложные варианты производятся из двух составляющих – измерительно-коммутационного устройства и выносного фотоэлемента. Измерительный блок располагается непосредственно в электрическом щите.
Установка фотореле, снабженного реакцией на движение, то необходимо учитывать требуемый обзор контролируемой территории. Несколько светильников на одну выходную группу прибора можно подключить по параллельной схеме.
Основная масса моделей снабжены помехозащитой от ложных срабатываний, т.е. выдержкой времени. Однако, не смотря на это, подключение фотореле для уличного освещения следует производить подальше от других искусственных источников света во избежание эффекта мигания ламп.
Принцип работы
Простая схема фотореле проводит замеры освещенности при помощи одного из элементов:
- Фототранзистора;
- Фоторезистора;
- Фотосимистора;
- Фотодиода;
- Фототиристора.
Схема фотореле для уличного освещения в качестве чувствительного элемента, воспринимающего силу света, предполагает наличие p-n переход, создаваемый на стыках разных полупроводниковых металлов, обладающих p- и n – проходимостями. Этот переход, в свою очередь, и вырабатывает электрический импульс во время попадания на него света.
Сопротивление фоторезисторов будет зависеть от силы светового потока.
Фотодиоды будут формировать электрические импульсы, которые станут соответствовать интенсивности светового потока за счет действия фотовольтаического эффекта.
Фототранзисторы являются аналогами обычных биполярных транзисторов и выполнен как оптоэлектронный полупроводник. В подобном устройстве часть базы подвергается воздействию света для осуществления регулирования выходного электрического сигнала.
Фототиристоры предназначаются для деятельности в цепях постоянного тока. Изготовлен оптоэлектронным полупроводником, который обладает структурой обычного тиристора. Включается в работу от появления тока от светового потока, направляемого на светочувствительную матрицу элемента.
Фотосимистор предназначен для работы в цепях переменного тока. Он упрощенно может быть представлен как конструкция из 2 фототиристоров, каждый из которых будет реагировать на отрицательную или положительную составляющую полупериода гармоники. У него специальная схема будет заниматься синхронизацией тока для передачи на управляющий электрод.
Технические данные, влияющие на выбор
Ниже приведены основные параметры, которые будут оказывать влияние на выбор и подключение фотореле для уличного освещения:
- Номинальное напряжение устройства.
Обращаем внимание! Импортные устройства могут быть предназначенными для работы с другими уровнями напряжения. Так они могут быть рассчитаны на 110 или 127 Вольт, а это может не позволить нормально работать в нашей сети 220 Вольт.
- Потребляемая мощность и тепловая нагрузка светильников. Эти нагрузки выходные контакты устройства должны с уверенностью выдерживать.
- Условия работы устройства, которые будут влиять на выбор конструкции и степени защиты:
- Атмосферные осадки;
- Попадание пыли и инородных предметов;
- Перепады температур;
- Уровень светочувствительности и степень настройки момента срабатывания;
- Типы подходящих светильников. Здесь стоит сказать, что обычные модели, смонтированные своими руками, предназначаются для подключения и работы с активной нагрузкой, которая создается галогенными лампами и лампами накаливания. А вот, например, энергосберегающие и люминесцентные, а также другие подобные типы ламп, вырабатывают реактивную часть нагрузки. У подобных видов ламп во время запуска происходит бросок пускового тока, а это может пожечь контакты устройства.
Схема подключения
Чтобы разобраться, как подключить фотореле к освещению необходимо внимательно изучить само изделие или упаковку. На них собственно и должна быть приведена схема подключения фотореле для уличного освещения. Выводы из устройства снабжены проводами с р
Фотореле используют для автоматического включения и выключения освещения. Разберемся, как работает фотореле, из чего состоит и какие виды датчиков света бывают.
Современные светочувствительные устройства или проще – фотореле являются компонентами автоматических систем, разрабатываемых для уличного освещения. Благодаря их применению удается упорядочить световой режим и сэкономить на потреблении электроэнергии. Чтобы было понятней, зачем нужно использовать фотореле, отметим следующее. Управление освещением в этом случае не зависит от человеческого фактора, поскольку прибор самостоятельно включает объект с наступлением темноты и отключает уличный свет утром. Именно поэтому другое его название – датчик «день ночь». В этой статье мы рассмотрим, как устроено фотореле, как работает и для чего служит. Содержание:
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:
- Отклонение проводимости от нормального значения фиксируется электронным модулем, настроенным на работу со светочувствительным датчиком.
- Этот узел выполняет функцию компаратора, включающегося лишь при достижении освещением определенного уровня (порога срабатывания).
- 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.
В этом видеоролике наглядно показано как сделать фотореле своими руками, также мы писали об этом отдельную статью: https://samelectrik.ru/kak-sdelat-fotorele.html. Ознакомьтесь, для лучшего понимания темы:
Схемы подключения
Порядок включения фотореле в силовую цепь зависит от конкретных условий его эксплуатации. Известно два варианта подсоединения прибора к действующей электросети:
- через распределительную коробку;
- напрямую в линию нагрузки, защищенную автоматом.
Схема электрическая принципиальная первого из этих подключений ничем не отличается от аналогичного подхода при организации коммутации выключателя света. Фазный провод от фотореле заводится на свободную клемму распределителя, а затем перемычкой переключается на соответствующую ветвь подачи напряжения на осветительный прибор.
Если в однолинейной схеме объекта отсутствует распределительная коробка – устройство подключается напрямую к нулю и фазе. При этом возможны следующие варианты его расключения:
- На прибор заводится только «фаза», а «ноль» прокладывается в обход.
- К клеммам фотореле подключаются и нулевой и фазный проводники, используемые в цепи коммутации освещения.
Первый вариант удобен при прокладке новой электрической проводки, когда ее трасса выбирается на свое усмотрение. Применение второго способа оправдано в ситуациях, когда ремонт уже завершен и обустраивать новую линию нежелательно (для этого придется штробить стену). В этом случае провода укладываются в отдельном пластиковом канале, проложенном от прибора контроля света.
Виды реле и их условное обозначение
Порядок монтажа фоточувствительного прибора зависит от типа изделия, выбранного для управления освещением. Перед началом работ важно определиться с тем, какие бывают реле в осветительных цепях, и какое из них оптимально подходит для заявленных целей.
По способу установки различают следующие виды фотореле (перечислены согласно порядку на рисунке ниже):
- Бытовые устройства для крепления на прочной горизонтальной поверхности.
- Модели, устанавливаемые на DIN-рейку в распределительном шкафу (с выносным датчиком).
- Модульные приборы, монтируемые в подъезде многоквартирного дома.
Основное предназначение приборов в модульном исполнении – использование в муниципальных хозяйствах, а также при обслуживании сетей освещения автомагистралей и других объектов. Они устанавливаются в электрощит, что позволяет как подключить нагрузку напрямую, так и подключить освещение через контактор, если мощности фотореле не хватает на предполагаемую нагрузку.
Образцы модульных реле нередко устанавливаются на DIN-рейки в шкафах частных объектов.
По наличию дополнительных опций реле может быть:
- Регулируемое и нерегулируемое, что означает возможность выставления его чувствительности.
- Устройство с таймером, задающим определенное время включения (выключения) света.
- Совмещенным с датчиком движения, срабатывающим при перемещении человека в поле его чувствительности.
- С задержкой времени, программируемой по необходимости.
Регулировка чувствительности и других параметров производится посредством органов, имеющихся на корпусе прибора.
Кроме того, образцы реле контроля освещения отличаются маркой производителя, в соответствии с которой выделяются такие модели как ФР-601 и подобные им. На практике нередко встречаются изделия старых годов выпуска (ФР-2, например). Помимо того, что каждый образец фотореле имеет свое буквенное обозначение – они представляются в схемах в виде условных графических символов (УГО).
Все перечисленные приборы имеют свое условное обозначение на схеме, представленное в виде типовых значков. Обычно это – символ самого чувствительного элемента (резистора, диода или транзистора), с направленными в его сторону стрелками. Несколько иным образом представляется его условное обозначение на плане (в виде квадрата со стрелками).
Независимо от своего предназначения (для светодиодных светильников, например или других целей) перед покупкой фотореле потребуется тщательно изучить их устройство. Это поможет понять, что это такое с технической точки зрения и заметно облегчит их эксплуатацию. Несведущим в технике людям знакомство со всеми тонкостями работы реле позволит разобраться в том, что оно делает при реализации своих функций.
Надеемся, теперь вы знаете, как работает фотореле и для чего предназначено. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под записью!
Материалы по теме:
- Как подключить прожектор к датчику движения и фотореле
- Как выбрать датчик движения для освещения
- Дистанционное управление освещением
устройство, принцип действия и назначение
Современные светочувствительные устройства или проще – фотореле являются компонентами автоматических систем, разрабатываемых для уличного освещения. Благодаря их применению удается упорядочить световой режим и сэкономить на потреблении электроэнергии. Чтобы было понятней, зачем нужно использовать фотореле, отметим следующее. Управление освещением в этом случае не зависит от человеческого фактора, поскольку прибор самостоятельно включает объект с наступлением темноты и отключает уличный свет утром. Именно поэтому другое его название – датчик «день ночь». В этой статье мы рассмотрим, как устроено фотореле, как работает и для чего служит.
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:
- Отклонение проводимости от нормального значения фиксируется электронным модулем, настроенным на работу со светочувствительным датчиком.
- Этот узел выполняет функцию компаратора, включающегося лишь при достижении освещением определенного уровня (порога срабатывания).
- 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.
В этом видеоролике наглядно показано как сделать фотореле своими руками, также мы писали об этом отдельную статью: https://samelectrik.ru/kak-sdelat-fotorele.html. Ознакомьтесь, для лучшего понимания темы:
Схемы подключения
Порядок включения фотореле в силовую цепь зависит от конкретных условий его эксплуатации. Известно два варианта подсоединения прибора к действующей электросети:
- через распределительную коробку;
- напрямую в линию нагрузки, защищенную автоматом.
Схема электрическая принципиальная первого из этих подключений ничем не отличается от аналогичного подхода при организации коммутации выключателя света. Фазный провод от фотореле заводится на свободную клемму распределителя, а затем перемычкой переключается на соответствующую ветвь подачи напряжения на осветительный прибор.
Если в однолинейной схеме объекта отсутствует распределительная коробка – устройство подключается напрямую к нулю и фазе. При этом возможны следующие варианты его расключения:
- На прибор заводится только «фаза», а «ноль» прокладывается в обход.
- К клеммам фотореле подключаются и нулевой и фазный проводники, используемые в цепи коммутации освещения.
Первый вариант удобен при прокладке новой электрической проводки, когда ее трасса выбирается на свое усмотрение. Применение второго способа оправдано в ситуациях, когда ремонт уже завершен и обустраивать новую линию нежелательно (для этого придется штробить стену). В этом случае провода укладываются в отдельном пластиковом канале, проложенном от прибора контроля света.
Виды реле и их условное обозначение
Порядок монтажа фоточувствительного прибора зависит от типа изделия, выбранного для управления освещением. Перед началом работ важно определиться с тем, какие бывают реле в осветительных цепях, и какое из них оптимально подходит для заявленных целей.
По способу установки различают следующие виды фотореле (перечислены согласно порядку на рисунке ниже):
- Бытовые устройства для крепления на прочной горизонтальной поверхности.
- Модели, устанавливаемые на DIN-рейку в распределительном шкафу (с выносным датчиком).
- Модульные приборы, монтируемые в подъезде многоквартирного дома.
Основное предназначение приборов в модульном исполнении – использование в муниципальных хозяйствах, а также при обслуживании сетей освещения автомагистралей и других объектов. Они устанавливаются в электрощит, что позволяет как подключить нагрузку напрямую, так и подключить освещение через контактор, если мощности фотореле не хватает на предполагаемую нагрузку.
Образцы модульных реле нередко устанавливаются на DIN-рейки в шкафах частных объектов.
По наличию дополнительных опций реле может быть:
- Регулируемое и нерегулируемое, что означает возможность выставления его чувствительности.
- Устройство с таймером, задающим определенное время включения (выключения) света.
- Совмещенным с датчиком движения, срабатывающим при перемещении человека в поле его чувствительности.
- С задержкой времени, программируемой по необходимости.
Регулировка чувствительности и других параметров производится посредством органов, имеющихся на корпусе прибора.
Кроме того, образцы реле контроля освещения отличаются маркой производителя, в соответствии с которой выделяются такие модели как ФР-601 и подобные им. На практике нередко встречаются изделия старых годов выпуска (ФР-2, например). Помимо того, что каждый образец фотореле имеет свое буквенное обозначение – они представляются в схемах в виде условных графических символов (УГО).
Все перечисленные приборы имеют свое условное обозначение на схеме, представленное в виде типовых значков. Обычно это – символ самого чувствительного элемента (резистора, диода или транзистора), с направленными в его сторону стрелками. Несколько иным образом представляется его условное обозначение на плане (в виде квадрата со стрелками).
Независимо от своего предназначения (для светодиодных светильников, например или других целей) перед покупкой фотореле потребуется тщательно изучить их устройство. Это поможет понять, что это такое с технической точки зрения и заметно облегчит их эксплуатацию. Несведущим в технике людям знакомство со всеми тонкостями работы реле позволит разобраться в том, что оно делает при реализации своих функций.
Надеемся, теперь вы знаете, как работает фотореле и для чего предназначено. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под записью!
Материалы по теме:
Фотореле — маленькое, но умное устройство, которое избавит от необходимости самолично включать и выключать освещение, например, на улице. Как устроен прибор, каких видов бывает и как подключается — ищите в статье.
ФоторелеЧто такое фотореле
Фотореле представляет собой чувствительный прибор, реагирующий на свет. При снижении освещенности до определенного уровня, заданного заранее, устройство срабатывает, включая светильники. Когда становится достаточно светло, датчик отключает осветительные приборы.
В качестве светочувствительных элементов используются фотодиоды, фоторезисторы, фотосимисторы и другие устройства с разным принципом работы. Так, реле с фоторезистором функционирует за счет изменения сопротивления, с фотодиодами — ЭДС, с фотосимистором — взаимодействия положительной и отрицательной гармоник.
Применение
Главная миссия фотореле — облегчение человеческой жизни. Не царское это дело собственноручно свет включать, вот устройства и берут эту обязанность на себя. Их можно встретить повсюду: на улице, в жилых и служебных помещениях. Наиболее широко фоточувствительные реле распространены в схемах управления уличным освещением. Им можно доверить как фонари, так и декоративную и архитектурную подсветку, освещение дворов, парковок, стоянок, зоны обзора камер видеонаблюдения.
Фотореле помогают сэкономить на электричестве. Вырабатывать его они пока не научились, но снизить расход могут. Под управлением устройств светильники горят только когда действительно темно и не потребляют электроэнергию утром и днем, если оператор прозевал время гасить свет.
Разновидности
Производители предлагают нескольких видов. Деление производится на основе конструктивных особенностей: расположения датчика освещенности, наличия таймеров, регуляторов и других дополнений.
- Фотореле со встроенным чувствительным элементом — это цельная конструкция в частично или полностью прозрачном корпусе, что связано с необходимостью доступа света к расположенному внутри датчику. Благодаря закрытости и простоте установки устройства этого типа чаще других используются в системах наружного освещения.
- Реле с выносным фотоэлементом включает блок управления и датчик, присоединенный к нему при помощи проводника. Само реле монтируется в электрощит, а фотоэлемент размещается на улице. Расстояние между частями устройства не должно превышать 150 метров. Изделия данного типа отличаются высокой чувствительностью и скоростью срабатывания.
- Фотореле с таймером используются для включения светильников в определенное время. Разные варианты исполнения позволяют задать график включений в зависимости от времени суток или дня недели, установить время задержки включения и отключения освещения.
- Модели с регулятором чувствительности позволяют самостоятельно определить пороги срабатывания. Это удобно, если искусственный свет требуется не только ночью, но и днем, например, в пасмурную погоду.
- Для реле с датчиком присутствия одной темноты недостаточно: устройства активны только при появлении в зоне действия движущегося объекта. Изделия чаще монтируются в помещениях, однако, встречаются и в системах уличного освещения.
Монтаж
Смонтировать не так сложно: подробная схема подключения обычно прилагается к устройству. С помощью соответствующих проводников изделие присоединяется к электрической сети и управляемым осветительным приборам. В зависимости от исполнения, реле крепятся при помощи специальных элементов или DIN-рейки.
Правила размещения
Если место для установки реле выбрано неверно, корректной работы, даже при правильном подключении, ждать не стоит. Чтобы не ошибиться, нужно учесть следующее:
- инструкцию читать надо, и не только когда ничего другого не остается: в ней масса полезных сведений от технических параметров продукта до схемы подключения;
- на фотореле не должен попадать искусственный свет, а также падать тень от предметов — веток, опор, столбов, зданий;
- нельзя переворачивать устройство и монтировать его вверх ногами — такое обращение повлияет на чувствительность и работоспособность в целом;
- если подобное не предусмотрено производителем, не нужно эксплуатировать фоточувствительные реле в химически активных средах, а также вблизи горючих поверхностей;
- выбирая место монтажа, следует учитывать степень защиты устройств от пыли, влаги и других факторов.
Фотореле, их виды, применение, схема подключения
Фотореле применяемое для уличного освещения, изобрели сравнительно недавно, но оно уже прочно вошло в практику городских коммунальных служб. Популярность этот прибор завоевал благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам: надежность в работе и значительная экономия электроэнергии.
Если говорить конкретнее, то выгода от использования фотореле для уличного освещения заключается в том, что при наступлении темного времени суток та или иная зона освещается в автоматическом режиме. Фотореле с большой точностью может определить начало включения и отключения световых приборов, при этом за счет работы потенциометра автоматически контролирует уровень освещения.
Применяют фотореле также и в осветительных системах фасадов зданий, дворов, загородных домов, автостоянок, зоны видимости видеокамер при наступлении темноты, чтобы автоматизировать освещение витрин магазинов, вывесок и рекламных щитов.
Как устроено фотореле для уличного освещения
Зачастую фотореле уличного освещения называют – автомат уличного освещения. Основным его компонентом является фотодатчик, в качестве которого используется фотодиод. Фотодатчик может находиться в корпусе или снаружи. При первом варианте все устройство монтируют на улице. Во втором случае фотодатчик – на улице, а электронный блок устанавливают в электрическом щитке в помещении.
Большинство таких приборов на корпусе имеют механический выключатель и регулятор порога срабатывания для задания величины освещенности, при которой включается свет. В схеме также предусмотрены элементы, предназначенные для предотвращения ложных срабатываний провоцируемых помехами. Конструкция некоторых моделей имеет таймер, который отключает устройство в запрограммированное время. При этом, таймер можно запрограммировать так, чтобы его включение происходило в назначенный день недели.
В зависимости от условий эксплуатации бывают:
- Фотореле с выносным фотоэлементом (рис. 1)
Рис. 1
- Фотореле, имеющее регулировку порога срабатывания (рис. 2)
Рис. 2
- Фотоэлемент внутри корпуса, снабженный таймером (рис. 3)
Рис. 3
- Фотоэлемент внутри корпуса (рис. 4)
Рис. 4
К основным техническим характеристикам относятся:
- номинальное напряжение сети
- номинальная частота сети
- коммутируемый ток
- диапазон срабатывания
- мощность потребления от сети
- максимальный диаметр подключаемых проводов
- габариты
- масса
- допустимые колебания сети
- диапазон температуры окружающей среды
Принцип действия
Работа фотореле для уличного освещения основана на свойствах фотодатчика, который контролирует величину освещенности. Принцип действия заключается в том, что при недостаточном уровне света (при наступлении сумерек) контакты замыкаются, вследствие этого происходит включение системы освещения. А на рассвете природная освещенность возрастает, что приводит к размыканию контактов и отключению источников искусственного света. Конструкция прибора для уличного освещения предусматривает возможность установки того диапазона чувствительности к свету, который будет наиболее рациональным к условиям его использования. То есть, устройство действует в зависимости от интенсивности освещения.
Схема подключения
Схема подключения фотореле в едином пластмассовом корпусе для уличного освещения достаточно проста, что можно увидеть на (рис. 5). Внутри корпуса прибора есть две пары клемм. Одна из них подсоединяется к сети, а к другой подключают светильник. Из корпуса приборов, в которых клемм нет, выводятся три провода различного цвета. Для их подсоединения вблизи фотореле устанавливают распределительную коробку. «Нулевой» провод подключаются к светильнику и к самому реле на прямую через скрутку или клемник, «земля» так-же через скрутку или клемник на прямую к светильнику, «фазный» провод через реле в разрыв. Проще говоря перед нами схема подключения одноклавишного выключателя, только в роли выключателя у нас реле.
Рис. 5. Схема подключения
Схеме
Видео, больше об устройстве и подключение
Смотрите также по теме:
Таймер времени, электронный и электромеханический.
Импульсное реле. Схема подключения и принцип работы.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
Для обеспечения повышения качества жизни, её удобства и комфорта, человечество создало огромное множество различных устройств и приспособлений. Одним из них является фотореле, призванное включать и выключать свет в определенное время суток, заполняя темные пространства уютным свечением вечером и оставляя место солнечному свету рано утром.
Что такое фотореле?
Данное приспособление не имеет единого четкого названия – существуют такие названия как датчик света и сумерек, фотоэлемент, фотосенсор, фотодатчик, светоконтролирующий выключатель или датчик освещенности. Но все эти названия не изменяют главного предназначения данного устройства – включение освещения в сумерках, а также его отключение на рассвете.
Принцип работы заключается в изменении параметров некоторых составляющих под действием солнечного света. Пока на них падает достаточное количество света, цепь продолжает быть разомкнутой. При наступлении темноты параметры фоторезисторов изменяются и при определенных показаниях потенциометра цепь замыкается. На рассвете ситуация меняется диаметрально противоположно – при определенном значении цепь размыкается, и реле отключает уличное освещение.
Преимущества фотореле для уличного освещения
Данное устройство регулирования наружного света обладает рядом неоспоримых преимуществ, среди которых выделяются:
- Удобство в обиходе: теперь не нужно идти по двору, погруженному в кромешную тьму, дабы открыть входную дверь – с наступлением сумерек, фотореле самостоятельно активирует систему освещения.
- Экономия энергии: жители загородных домов нередко забывают выключить свет, когда ложатся спать или покидают дом. Теперь, свет будет выключен с первыми проблесками солнца с помощью стандартного фотодатчика, при условии отсутствия людей в доме – с помощью чувствительного датчика с фиксацией движения, а в определенное время – специально запрограммированный.
- Имитация наличия хозяев: так как основным фактором присутствия людей в доме является включенный свет – воры и вандалы не рискнут проникнуть в дом.
Как работает фотореле?
Неотъемлемым составляющим компонентом любого фотореле является фотодатчик, меняющий свои свойства под действием потока света. Далее фотодатчик соединен с управляющей платой, отвечающей за все необходимые функции и контролирующей состояние устройства.
Существует большое разнообразие модификаций датчиков с различным набором дополнительных характеристик. Так, различают:
- Фотореле с датчиком движения: включают освещение при условии какого-либо движения в видимой зоне. В сочетании с фотодатчиком, срабатывает только в темное время суток.
- Фотореле с датчиком движения и таймером: датчик подвергается такой тонкой настройке, что впоследствии срабатывает в определенный момент – например, в определенные временные промежутки или когда кто-то подходит к дому.
- Фотореле с таймером: появляется возможность экономии электроэнергии, отключая свет в неиспользуемые промежутки времени.
- Фотореле с возможностью программирования: считается наиболее дорогим и функциональным видом датчиков света. Данный вид предоставляет возможность настройки включения\выключения освещения в зависимости от уровня природной освещенности, дня недели или времени года.
Также датчики день-ночь разнятся по типу исполнения. Например:
- Фотореле наружной установки: приспособление устанавливается зачастую на стене дома. Такой фотодатчик имеет герметичный корпус, который изготавливается из термостойкой пластмассы.
- Фотореле внутренней установки: монтаж происходит в основном электрощите дома путем установки на DIN-рейку. Сюда входит также выносной фотодатчик, который прикрепляется на фасад и соединяется с блоком с помощью двух проводов. Так как для прокладки необходимой проводки нужно пробивать стену, данный вид фотореле рекомендуется инсталлировать на стадии строительства или ремонта.
Технические характеристики
При выборе необходимого оборудования, необходимо учитывать следующие характеристики, предопределяющие функциональность:
- Напряжение: наиболее распространенными считаются датчики напряжением 220 В или 12 В. Зачастую выбираются по типу напряжения, которое питает наружное освещение. 12-вольтовые датчики используются также вместе с аккумуляторами.
- Режим работы: рекомендуется подбирать датчик день-ночь в зависимости от температурных особенностей Вашего региона. Кроме того, стоит выбрать устройство с более широким диапазоном температур на случай неожиданно больших перепадов.
- Класс предохранения корпуса: для монтажа на улице советуют выбирать класс ІР 44 или выше. Для установки внутри дома рекомендуется ІР 23. Данная классификация предписывает защиту от попадания твердых частиц с диаметром свыше 1 мм, а также водяных брызг. Не рекомендуется выбирать фотореле для наружной установки с пониженным классом защиты.
- Мощность нагрузок: каждое фотореле имеет свои пределы мощности нагрузок. Оптимальной считается общая мощность подключенных фонарей, которая меньше на 20%. При работе не достигается предел функциональности, поэтому, имеет большую продолжительность эксплуатации.
Данные параметры, безусловно, важны, но необходимо учитывать также следующие характеристики, как параметры регулировок, способные оптимизировать работу фотореле, сделав её более экономичной и эффективной. К таким характеристикам относятся следующие:
- Порог срабатывания: данный параметр повышает или понижает чувствительность. Рекомендуется понижать уровень чувствительности на зимний период, а также в городах при условии расположения поблизости ярко освещенных сооружений.
- Задержка на включение и выключение (сек.): при повышении порога задержки, происходит защита от ложного срабатывания от воздействия стороннего источника света, например, автомобильных фар. Кроме того, данный параметр предохраняет выключение уличного освещения при затемнении облаками или тенями иного характера.
- Диапазон освещенности: задается уровень освещенности, при котором фотодатчик дает сигнал на включение или отключение питания. Данные границы называются нижней и верхней границами освещения. Представленный диапазон колеблется от 2-100 Лк (при 2 Лк наступает полная темнота) до 20-80 Лк (20 Лк – сумерки с условием видимости очертаний предметов).
Где лучше всего крепить фотодатчик?
Немаловажен также подбор места монтажа оборудования. При этом должны удовлетворяться следующие аспекты:
- Необходимость попадания на датчик дневного света при условии, что он выносной.
- Расположение источников света, которые могут искажать работу фотореле (фонари, светящиеся вывески, окна, рекламные щиты) – важно отсутствие реагирования фотодатчика на эти раздражители, их включение, а также отключение.
- Минимизация влияния света автомобильных фар.
- Высота расположения фотодатчика – наиболее оптимальной высотой считается 1,8-2 м.
Схема подключения фотореле
Основная задача выносного фотодатчика – подача питания на систему освещения при отсутствии природного освещения, а также его отключение при должном количестве. Фотореле используется в качестве своеобразного выключателя, основную роль в котором выполняет светочувствительный элемент. Исходя из этого, схема его подключения аналогична схеме подключения обычной электросети – на датчик день-ночь подается фаза, которая передается на систему освещения.
Кроме того, для должной работы необходим источник питания электроэнергией, на нужные контакты происходит подача нуля. Немаловажным будет также монтаж заземления.
Важным параметром, описанным выше, была мощность подводимой нагрузки. Поэтому рекомендуется подавать напряжение на фотореле через магнитный пускатель. Его задача – частое выключение или включение электрической сети, в которой находится светочувствительный элемент, имеющий малую подключаемую нагрузку. А к выводам магнитного пускателя можно подключать более мощные нагрузки.
При условии, что, помимо датчика, необходимо подключение дополнительных приборов, типа таймера или датчика движения, они находятся в сети подключения после фотореле. В данном случае, порядок инсталляции таймера или датчик движения не имеет значения.
Соединение проводов должно осуществляться в монтажной\распределительной коробке, которая монтируется в любом удобном месте на улице. Рекомендуется подбирать герметичные модели коробок.
Кроме того, данное устройство имеет особенности подключения проводки. Каждое фотореле оснащено тремя проводами: красный, синий\темно-зеленый, черный\коричневый. Цвета проводов предписывают их порядок подключения. Так, красный провод в любом случае подключается к лампам, синий\темно-зеленый провод подключает к себе ноль от питающего кабеля, а черному\коричневому зачастую подается фаза.
Подключение фотореле, имеющего выносной датчик
Данный вариант подключения имеет некоторое отличие. Так, фаза подключается к клемме А1 (L), которая находится в верхней части прибора. Ноль подключается на клемму А2 (N). В зависимости от модели, с выхода, который может находиться наверху корпуса (обозначение L`) или же в нижней части, фаза подается на осветительную систему.
Как настраивать фотореле
Настойка фотодатчика проводится после его монтажа и подключения в общую электросеть. Регулировка пределов спадания проводится путем вращения небольшого пластикового диска в нижней части корпуса. Для выбора направления вращения – на повышение или понижение – следует крутить согласно направлению стрелок, которые видны на диске: влево – уменьшение, вправо – увеличение.
Наиболее оптимальный алгоритм настройки чувствительности заключается в следующем. Сначала, путем выворачивания диска регулировки чувствительности в крайнее правое положение устанавливается наименьшая чувствительность. В сумерках рекомендуется начинать подстройку. Для этого стоит проворачивать диск регулировки плавно влево до тех пор, пока не включится свет. На этом можно завершить настройку фотодатчика.
Как работают реле? — Объясни это!
Крис Вудфорд. Последнее обновление: 25 июня 2019 года.
Вы можете не осознавать этого, но вы постоянно настороже, опасаетесь угроз и готовы действовать в любой момент. Миллионы лет эволюции заставили ваш мозг спасти вашу кожу, когда малейшая опасность угрожает вашему существованию. Если вы используете власть инструмент, например, и крошечная деревянная щепка летит к вашему глазу, один из ваши ресницы отправят сигнал в ваш мозг, который делает ваши веки зажаты в одно мгновение — достаточно быстро, чтобы защитить свое зрение.Здесь происходит то, что крошечный стимул вызывает гораздо больший и более полезный ответ. Вы можете найти Тот же трюк на работе во всех видах машин и электрических приборы, где датчики готовы включить или отключить в доли секунды, используя умные магнитные переключатели, называемые реле. Давайте внимательнее посмотрим, как они работают!
Фото: типичное реле с удаленным пластиковым корпусом. Вы можете увидеть два пружинных контакта слева и электромагнитную катушку (красно-коричневый медный цилиндр) справа.В этом реле, когда ток течет через катушку, он превращает его в электромагнит. Магнит толкает переключатель влево, сближая пружинные контакты и замыкая цепь, к которой они присоединены. Это реле от программатора погружного нагревателя с горячей водой. Электронная схема в программаторе включает или выключает магнит в предварительно запрограммированное время суток, используя относительно небольшой ток. Это позволяет намного большему току течь через пружинные контакты для питания элемента, который нагревает горячую воду.
Что такое реле?
Реле — это электромагнитный переключатель, управляемый относительно маленький электрический ток, который может включать или выключать гораздо больший электрический ток. Сердцем реле является электромагнит (катушка провода, которая становится временный магнит, когда электричество течет через него). Вы можете думать о реле как своего рода электрический рычаг: включите его небольшим током, и он включит («использует») другое устройство используя гораздо больший ток. Почему это полезно? Как имя предполагает, что многие датчики являются невероятно чувствительными частями электронное оборудование и производить только небольшие электрические токи.Но часто мы нуждаемся в них, чтобы водить большие части аппарата, которые используют большие токи. Реле перекрывают разрыв, делая возможным малое токи, чтобы активировать большие. Это означает, что реле могут работать как переключатели (включение и выключение) или в качестве усилителей (преобразование небольшой токи в более крупные).
Как работают реле
Вот две простые анимации, иллюстрирующие, как реле используют одну схему для включения второй цепи.
Когда энергия протекает через первую цепь (1), она активирует электромагнит (коричневый), генерируя магнитное поле (синее), которое притягивает контакт (красный) и активирует вторую цепь (2).Когда питание отключено, пружина возвращает контакт обратно в исходное положение, снова отключая вторую цепь.
Это пример «нормально разомкнутого» (НЕТ) реле: контакты во второй цепи не подключены по умолчанию и включаются только при прохождении тока через магнит. Другие реле являются «нормально замкнутыми» (НЗ; контакты подключены, так что по умолчанию через них протекает ток) и отключаются только при активированном магните, разрывающем или раздвигающем контакты.Нормально открытые реле являются наиболее распространенными.
Вот еще одна анимация, показывающая, как реле связывает две цепи все вместе. По сути, это то же самое, нарисованное немного по-другому. На левой стороне есть входная цепь, питаемая от переключателя или датчик какой-то. Когда эта цепь активирована, она питается ток на электромагнит, который тянет металлический выключатель замкнут и активирует вторую выходную цепь (справа). Относительно небольшой ток во входной цепи, таким образом, активирует больший ток в Выходная схема:
- Входная цепь (синяя петля) отключена, и через нее ток не течет, пока что-то (датчик или замыкатель выключателя) не включит ее.Выходная цепь (красная петля) также отключена.
- Когда во входной цепи протекает небольшой ток, он активирует электромагнит (показанный здесь как синяя катушка), который создает магнитное поле вокруг него.
- Под напряжением электромагнит притягивает металлический стержень в выходной цепи к себе, замыкая выключатель и пропуская через выходной ток гораздо больший ток.
- Выходная цепь работает от сильноточного прибора, такого как лампа или электрический двигатель.
Реле на практике
Фото: еще один взгляд на реле. Сверху: если смотреть прямо вниз, слева можно увидеть пружинные контакты, механизм переключения посередине и электромагнитную катушку справа. Внизу: то же реле, сфотографированное спереди.
Предположим, вы хотите построить электронное охлаждение система, которая включает или выключает вентилятор при комнатной температуре меняется. Вы можете использовать какую-то схему электронного термометра для ощущать температуру, но она будет производить только небольшие электрические токи слишком малы, чтобы приводить электродвигатель в большой поклонник.Вместо этого вы можете подключить цепь термометра к входная цепь реле. Когда небольшой ток течет в этом цепь, реле активирует свою выходную цепь, позволяя намного большему току течь и включая вентилятор.
Реле не всегда включают вещи; иногда они очень услужливо выключают вещи вместо этого. В Например, для оборудования электростанций и линий электропередачи вы найдете защитных реле , которые срабатывают при возникновении неисправностей, чтобы предотвратить повреждение от таких вещей, как скачки тока.Электромагнитные реле, подобные описанным выше, когда-то широко использовались для этой цели. В наши дни электронные реле, основанные на интегральных схемах, выполняют ту же работу; они измеряют напряжение или ток в цепи и принимают меры автоматически, если они превышают заданное значение предел.
Другие типы реле
Фото: четыре устаревших защитных реле максимального тока, изображенных на устаревшей электростанции в 1986 году, незадолго до ее сноса. Фото любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.
До сих пор мы рассматривали очень общие переключающие реле, но существует довольно много вариантов эта основная тема, в том числе (и это ни в коем случае не исчерпывающий список):
- Реле высокого напряжения: они специально разработаны для переключения высокого напряжения и тока намного выше, чем у обычных реле (обычно до 10000 вольт и 30 ампер).
- Электронные и полупроводниковые реле (также называемые твердотельными реле или SSR): эти токи переключения полностью в электронном виде, без движущихся частей, поэтому они быстрее, тише, меньше, надежнее, и длиться дольше, чем электромагнитные реле.К сожалению, они обычно дороже, меньше эффективны и не всегда работают так же чисто и предсказуемо (из-за таких проблем, как токи утечки).
- Реле времени и реле времени: эти выходные триггерные токи в течение ограниченного периода времени (обычно от доли секунды до примерно 100 часов или четырех дней).
- Тепловые реле: они включаются и выключаются, чтобы не перегревать такие элементы, как электродвигатели, подобно биметаллическим полосовым термостатам.
- Реле максимального тока и направленные реле. Сконфигурированные различными способами, они предотвращают протекание чрезмерных токов в неправильном направлении по цепи (обычно в оборудовании для генерации, распределения или питания).
- Реле дифференциальной защиты: они срабатывают при наличии дисбаланса тока или напряжения в двух разных частях цепи.
- Реле защиты по частоте (иногда называемые реле пониженной и повышенной частоты): Эти полупроводниковые устройства срабатывают, когда частота переменного тока слишком высока, слишком низка или и то, и другое.
Кто изобрел реле?
Фото: Реле широко использовались для коммутации и маршрутизации звонков на телефонных станциях. такой как этот, изображенный в 1952 году.Фото любезно предоставлено НАСА Исследовательский центр Гленна (NASA-GRC).
реле были изобретены в 1835 году американским пионером электромагнетизма Джозеф Генри; на демонстрации в колледже Нью-Джерси, Генри использовал маленький электромагнит для включения и выключения большего и предположил, что реле можно использовать для управления электрическими машинами на очень больших расстояниях. Генри применил эту идею к другому изобретению, над которым он работал в то время, — электрическому телеграфу (предшественнику телефона), который был успешно разработан Уильямом Куком и Чарльзом Уитстоном в Англии и (гораздо более известным) Самуилом Ф.Б. Морс в США. Реле позже использовались в телефонной коммутации и ранних электронных компьютерах и оставались чрезвычайно популярными, пока транзисторы не появились в конце 1940-х; По словам Бэнкрофта Герарди, отмечавшего 100-летие работы Генри по электромагнетизму, к тому времени в одних только Соединенных Штатах работало около 70 миллионов реле. Транзисторы представляют собой крошечные электронные компоненты, которые могут выполнять аналогичную работу с реле, работая в качестве усилителей или переключателей.Хотя они переключаются быстрее, потребляют гораздо меньше электроэнергии, занимают небольшую часть пространства и стоят намного дешевле, чем реле, они обычно работают только с крошечными токами, поэтому реле все еще используются во многих приложениях. Именно развитие транзисторов стимулировало компьютерную революцию с середины 20-го века. Но без реле не было бы транзисторов, поэтому реле — и такие первопроходцы, как Джозеф Генри — тоже заслуживают некоторого уважения!
Основное использование реле было замечено в истории для передачи и приема информации, которая называлась азбукой Морзе, где входные сигналы имели значение 1 или 0, эти изменения изменяются. если сигналы были механически отмечены с точки зрения включения и выключения лампочки или звукового сигнала, это означает, что импульсы 1 и 0 преобразуются в механическое включение и выключение с помощью электромагнитов. Позже это было импровизировано и использовалось в различных приложениях.Давайте посмотрим, как этот электромагнит действует как выключатель и почему он назван RELAY .
Что такое реле?
Реле классифицируется на многие типы, стандартное и обычно используемое реле состоит из электромагнитов, которые обычно используются в качестве переключателя. Словарь говорит, что реле означает акт передачи чего-то от одного предмета к другому , , то же значение может быть применено к этому устройству, поскольку сигнал, полученный с одной стороны устройства, управляет операцией переключения на другой стороне.Таким образом, реле — это переключатель, который электромеханически контролирует (размыкает и закрывает) цепи. Основная операция этого устройства — установить или разорвать контакт с помощью сигнала без участия человека, чтобы включить или выключить его. Он в основном используется для управления цепью высокой мощности с использованием сигнала малой мощности. Обычно сигнал постоянного тока используется для управления цепью, которая управляется высоким напряжением, например, для управления бытовыми приборами переменного тока с помощью сигналов постоянного тока от микроконтроллеров.
Конструкция реле
Электромеханическое реле в основном разработано с использованием нескольких механических частей, таких как электромагнит, подвижная арматура, контакты, вилка и пружина / рама / подставка. Эти детали показаны на внутренних снимках реле ниже.Все они расположены логически, чтобы сформировать в реле.
Здесь мы объяснили внутренних механических частей реле :
Электромагнит:
Электромагнит играет важную роль в работе реле . Это металл, который не обладает магнитными свойствами, но его можно превратить в магнит с помощью электрического сигнала. Мы знаем, что когда ток проходит через проводник, он приобретает свойства магнита.Таким образом, когда металл наматывается медным проводом и приводится в действие достаточным источником питания, этот металл может действовать как магнит и может притягивать металлы в пределах своего диапазона.
Подвижная арматура:
Подвижная арматура представляет собой простой металлический элемент, который балансируется на оси или подставке. Это помогает в создании или разрыве связи с подключенными к нему контактами.
Контакты:
Это проводники, которые существуют внутри устройства и подключены к клеммам.
хомут:
Это небольшой металлический кусок, закрепленный на сердечнике для того, чтобы притягивать и удерживать якорь, когда на катушку подается напряжение.
Пружина (опция):
Немногим реле не нужна пружина, но если она используется, она подключается к одному концу якоря, чтобы обеспечить его легкое и свободное движение. Вместо пружины может быть использована металлическая подставка.
Строительство реле и его эксплуатация:
На следующем рисунке показано, как внутренне выглядит реле и как его можно построить,
На корпусе размещен сердечник с намотанными на него медными обмотками (образующими катушку).Подвижная арматура состоит из подпружиненной опоры или конструкции, подобной подставке, соединенной с одним концом, и металлического контакта, соединенного с другой стороной, все эти устройства размещены над сердечником так, что, когда катушка находится под напряжением, она притягивает арматуру. Подвижная арматура обычно рассматривается как общая клемма, которая должна быть подключена к внешней схеме. Реле также имеет два контакта, а именно , нормально замкнутый и нормально разомкнутый (NC и NO), , нормально замкнутый контакт, подключен к якорю или общей клемме, тогда как нормально открытый контакт остается свободным (когда катушка не находится под напряжением). ).Когда катушка находится под напряжением, якорь перемещается и подключается к нормально разомкнутому контакту до тех пор, пока через катушку не протекает ток. Когда он обесточен, он переходит в исходное положение.
Общее представление схемы реле показано на рисунке ниже
Как работает реле:
Реле в НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТОМ состоянии:
Когда на сердечник не подается напряжение, оно не может генерировать магнитное поле и не действует как магнит.Следовательно, он не может привлечь подвижную арматуру. Таким образом, сама начальная позиция — это якорь, соединенный в нормально замкнутом положении (NC).
Реле в НОРМАЛЬНО ОТКРЫТОМ состоянии:
Когда на сердечник подается достаточное напряжение, оно начинает создавать вокруг него магнитное поле и действует как магнит. Поскольку подвижная арматура находится в пределах ее диапазона, она притягивается к магнитному полю, создаваемому сердечником, таким образом, положение арматуры изменяется.Теперь он подключен к нормально разомкнутому контакту реле, и внешняя цепь, подключенная к нему, работает по-другому.
Примечание: Функциональность внешней цепи зависит от подключения к контактам реле.
Итак, наконец, мы можем сказать, что, когда катушка находится под напряжением, якорь притягивается, и можно увидеть действие переключения, если катушка обесточена, она теряет свои магнитные свойства, и якорь возвращается в исходное положение.
Вы можете проверить работу реле в следующей анимации:
различных типов реле:
Помимо электромагнитного реле существует множество других типов реле , которые работают по другим принципам. Его классификация следующая
Типы реле на основе принципа действия
Когда два разных материала соединены вместе, он образует биметаллическую полосу.Когда эта полоска находится под напряжением, она имеет тенденцию к изгибу, это свойство используется таким образом, что изгибная природа создает связь с контактами.
С помощью нескольких механических частей и в зависимости от свойства электромагнита осуществляется соединение с контактами.
Вместо использования механических частей, как в электротермических и электромеханических реле, используются полупроводниковые приборы. Таким образом, скорость переключения устройства может быть сделана проще и быстрее. Основными преимуществами этого реле являются его более длительный срок службы и более быстрое переключение по сравнению с другими реле.
Это комбинация электромеханических и твердотельных реле.
Типы реле в зависимости от полярности:
Они похожи на электромеханические реле, но в них есть постоянный магнит и электромагнит, движение якоря зависит от полярности входного сигнала, подаваемого на катушку. Используется в телеграфных приложениях.
Катушка в этих реле не имеет никакой полярности, и ее работа остается неизменной, даже если полярность входного сигнала изменяется.
комбинаций Полюс и Бросок:
Переключателитакже можно классифицировать на основании количества комбинаций полюсов и бросков. полюс может рассматриваться как входной терминал и подвижная часть, соединенная с ним, тогда как бросок может рассматриваться как выходной терминал. Его классификация следующая
Однополюсный, однопроходный (SPST):
Он состоит только из одного полюса и одного броска.Обычно путь либо закрыт, либо открыт (остается нетронутым ни к одному терминалу). Кнопка — лучший пример этого типа. Когда мы нажимаем кнопку, контакт находится в закрытом положении, а когда отпущен, контакт находится в открытом положении, что можно понять из рисунка ниже.
однополюсный, двойной ход (SPDT):
Переключатели этого типа состоят только из одного полюса, но имеют два хода. Таким образом, контакт всегда осуществляется с любым из терминалов.В качестве примера можно рассмотреть ползунковый переключатель. Ползунок всегда подключен к любому из контактов, то есть замкнутый путь всегда существует всегда, если оба терминала подключены к цепи.
Двухполюсный, одиночный ход (DPST):
Имеет два полюса и бросок. Контакты этого открыты или закрыты, что делается одновременно. Тумблер работает на этом свойстве. Когда переключатель переключается из одного положения в другое, оба контакта перемещаются одновременно.
Двухполюсный, двойной ход (DPDT):
У этого типа выключателей есть два полюса, но у отдельного полюса есть два броска. Таким образом, он называется двойным броском, и действие переключения выполняется одинаково и одновременно для обоих полюсов. Переключатель на стандартном триммере имеет DPDT, потому что пока мы заряжаем триммер и когда переключатель на триммере находится во включенном состоянии, он автоматически прекращает зарядку, что означает, что переключатели внутренне размыкаются в цепи зарядки.
Применения реле:
Применение реле реле безгранично, его основная функция — управление цепью высокого напряжения (цепь 230 В переменного тока) с помощью низковольтного источника питания (напряжение постоянного тока).
- Реле используются не только в больших электрических цепях, но и в компьютерных цепях для выполнения в них арифметических и математических операций.
- Используется для управления переключателями электродвигателя.Чтобы включить электродвигатель, нам нужно питание 230 В переменного тока, но в некоторых случаях / приложениях может возникнуть ситуация, когда нужно включить двигатель с напряжением питания постоянного тока. В этих случаях можно использовать реле.
- Автоматические стабилизаторы являются одним из применений, где используется реле. Когда напряжение питания отличается от номинального напряжения, набор реле определяет изменения напряжения и управляет цепью нагрузки с помощью автоматических выключателей.
- Используется для выбора цепи, если в системе существует более одной цепи.
- Используется в телевизорах. Внутренняя схема старого кинотеатра работает с постоянным напряжением, но для кинескопа требуется очень высокое переменное напряжение, чтобы включить кинескоп с источником постоянного тока, мы можем использовать реле.
- Используется в контроллерах светофоров, регуляторов температуры.