Мощное фотореле для коттеджа

Освещение прилегающей к коттеджу или даче территории включается по программному устройству, с установкой времени включения и выключения или вручную с пульта охраны. Автоматическое включение освещения территории более экономично, светильники небольшой мощности будут включаться с наступлением сумерек и отключаться с рассветом.

Подсветка территории яркостью не выше лунного света позволяет продвигаться по дорожкам участка вне кромешной темноты.

Высокая чувствительность устройства сумеречного фотореле позволяет реагировать на слабый уровень освещённости датчика, что обеспечивает отключение ранним утром.

Порог чувствительности устройства устраняет хаотическое включение освещения при затемнении тучами или влияния иных внешних дестабилизирующих факторах.

Добиться лунного свечения светильников можно установкой в них неоновых ламп с холодным спектром свечения. Иногда при установке таких светильников в помещениях люди жалуются, что свет есть, а не почитаешь, для передвижения по территории этого уровня освещенности достаточно.

Дежурное освещение, необходимое для дополнительного освещения устанавливается в местах входа в помещения, на въезде на территорию, для освещения стоянок и погрузочно –разгрузочных площадок.

Мощность ламп дежурного освещения в десятки раз превышает мощность сумеречного освещения, выполненного на энергосберегающих лампах.

Недостаток освещения территории точечными светильниками требует установку дополнительного рассеянного освещения маломощными лампами. Во многих светильниках устанавливаются ртутные лампы, освещение которых не поддаётся регулированию, или они будут зажигаться неустойчиво при пониженном напряжении питания.

Хорошие результаты получаются при установке маломощных энергосберегающих ламп с «холодным» спектром свечения.

Ручное или автоматическое включение мощных светильников дежурного освещения приводит к автоматическому выключению на территории светильников сумеречного освещения и автоматическому включению.

Мощность светильников сумеречного освещения не должна превышать 1/30 -1/50 от мощности ламп дежурного освещения. Автоматическое включение выполняется от электронного устройства с датчиком срабатывающим от сумеречного уровня освещенности. При включенном дежурном освещении, или при дневном свете сумеречное фотореле автоматически отключает нагрузку - энергосберегающие лампы, с наступлением сумерек включает.   

Параметры фотореле:
Напряжение питания сети 220 Вольт
Мощность энергосберегающих ламп 10-20 ватт.
Установленная максимальная мощность светильников :
50 штук *20 =1000 ватт
Потребляемая схемой мощность 5 ватт.
Порог сумеречной освещённости более 30 лк.

Схему сумеречного фотореле устанавливают в корпусе питающего электрощита или в отдельном ящике, с подключением к электросети проводом в виниловой изоляции сечением 2*2,5 мм2.

Фотодиод датчика освещённости VD1 устанавливается в месте с отсутствием засветки от автотранспорта или окон здания.

Интегральный операционный усилитель DA1 работает в схемах сумеречного фотореле в качестве компаратора со временем срабатывания нескольких микросекунд. Обеспечение малого входного тока смещения при высокой точности, минимальное напряжение смещения позволяет иметь устройству очень высокую чувствительность и срабатывание даже при минимальном уровне освещённости территории. Результаты показали, что устройство срабатывает при прохождении тени со стороны солнечного света на расстоянии двух метров от датчика. Операционные усилители не имеют внутренних цепей высокочастотной коррекции, что ускоряет включение схемы. Резистор R8 в цепи положительной обратной связи с выхода 6DA1 на неинвертирующий вход 3 DA1 позволяет создать гистерезис, что очищает выходной сигнал микросхемы от дрожания при незначительных посторонних засветках фотодиода, то- есть при включении чувствительность усилителя по входному напряжению максимальна, при отключении требуется более высокий уровень освещения.

Максимальное входное дифференциальное напряжение операционного усилителя не превышает паспортного значения, отсутствуют искажения выходного напряжения. Длина провода к фотодиоду VD1 должна быть минимальной и не прокладываться совместно с проводами электросетей из-за возможного превышения входного дифференциального напряжения в виде импульсных помех, что может привести к сбою или повреждению микросхемы.

В устройстве в качестве оптического датчика освещённости применён кремневый фотодиод с максимумом спектральной чувствительности в области инфракрасного излучения, он хорошо работает и в области видимого спектра. С внешним смещением фотодиод имеет высокую токовую монохроматическую чувствительность, без смещения - высокую обнаружительную чувствительность. Под действием излучения сопротивление перехода существенно изменяется.

Установка на проводе от фотодиода стабилитронов, конденсаторов или варисторов не всегда оправдывает своё назначение при крутом и коротком по времени импульсе помехи.

При засвечивании фотодиода VD1 его сопротивление падает, напряжение на установочном резисторе R2 линейно возрастает. Резистор R1 ограничивает напряжение и входной ток управляемого регулятора напряжения на микросхеме DA1, который представляет собой усилитель с изменяемым пороговым напряжением стабилизации, как прецизионный аналог стабилитрона. В состав микросхемы входит источник образцового напряжения.

При нагрузке в цепи катода в несколько килоом микросхема может работать в режиме линейного усиления входного сигнала с уровнем тока управления от -0,05 до +10 ма при условии тока катода не менее 1 ма, и коэффициентом усиления более 100.

Сигнал рассогласования –Uвх при засвечивании фотодиода VD1 поступает на вход управляемого регулятора напряжения 1DA1 и далее на инвертируемый вход 2DA1 и усиливается микросхемой DA2 с коэффициентом K=Roc/R входа. Неинвертирующий вход 3 DA1 электрически заземлён на минусовую шину источника питания, и является условной землёй. Из этого также следует, что входное сопротивление инвертирующего усилителя равно резистору R7, так как её правый вывод подключен к точке с условной землёй и нулевым потенциалом. Полоса пропускания усилителя в данной схеме не влияет на работу устройства и не корректируется.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя уменьшается при увеличении глубины обратной связи.

Выход операционного усилителя хорошо согласовывается с транзисторами.
Биполярное питание микросхемы переведено в однополярное без ухудшения функций.
Для устранения ложных срабатываний при наличии бросков напряжения сетевого питания из-за неустойчивого включения газоразрядных ламп установлены оксидные конденсаторы – С4,С6, C1,С2,С3 - танталовые. Напряжение питания микросхемы DA1 стабилизировано маломощным стабилизатором DA3. Появление высокого уровня на выходе 6DA1 индицируется светодиодом HL1 - при затемнении фотодиода VD1.

Транзистор VT1 при появлении на базе напряжения высокого уровня открывается и включает реле К1, конденсатор С6 задерживает переключение реле при кратковременной засветке светодиода.

Обмотка реле К1 зашунтирована от выбросов импульсных токов, цепью состоящей из элементов VD2 R11 С5. Контакты К1.1 промежуточного реле К1 подают на управляющий электрод симистора сетевое напряжение через резистор R14, симистор VS1 открывается и подаёт напряжение на энергосберегающие лампы светильников.   

Сетевое питание схемы конструкции выполнено на трансформаторе Т1 мощностью 5-10 ватт с напряжением 9-12 Вольт при токе 100мА.

Для питания можно использовать адаптер от сотовых телефонов с выходным напряжением 9 -12 вольт.

Резисторы в схеме постоянные малогабаритные типа С2-29, С2-33Р-Н, подстроечный типа СП-3, фоторезистор типа ФСК,ФД256,ФД263,ФД230 или СФ-2-8. Микросхема операционного усилителя заменима на К140УД608. Силовой трансформатор из серии ТН или ТПП на выходное напряжение 9-12 Вольт. Тиристор VS1 - типов КУ208Г, Т106, Т112, MSR-106. Реле по габаритам платы подойдёт типа РЭС -47, WJ107-1C-12DC, TRKM –S с током контактов 0,1 -0,5 Ампер при напряжении 220 Вольт. Симисторный, бесконтактный вариант фотореле позволяет включать лампы сумеречного освещения в количестве зависящем от паспортного тока симистора при напряжении не ниже 300 вольт.

Конденсатор С4 составлен из двух конденсаторов ёмкостью 470-500 мкф 16В.

Регулирование схемы следует начать с проверки напряжений питания.

Резистором R5 устанавливается низкий уровень на выходе 6DA1, при освещении фотодиода VD1 лампой 20 ватт на расстоянии 2 метра. При перекрытии света лампы рукой схема должна срабатывать. На выводе 6DA1 напряжение скачком повышается при повышении уровня напряжения на выводе 2 по сравнению с выводом 3DA1, транзистор VT1 откроется и включит контактами К1.1 реле К1 симисторVS1. Чувствительность схемы сумеречного фотореле устанавливается резистором R2 по желаемому уровню внешнего освещения.

Напряжение сети подаётся на клеммы XT3-XT4. Нагрузка подключается к выводам ХТ1-ХТ2.
Резистор R15 подпаивается непосредственно к управляющему электроду и катоду симистора VS1. Трансформатор Т1 крепится в корпусе отдельно от платы печатного монтажа, предохранитель FU1 и выключатель сети SA1 крепятся в удобном для пользования месте на корпусе.

В темноте сопротивление фотодиода велико и напряжение на входе 2DA1 ниже, чем напряжение на входе 3DA1 на выходе 6 DA1 высокий уровень, который и открывает транзистор. При повышении общего уровня освещённости сопротивление фотодиода падает, напряжение на входе 2 возрастёт, а на выходе 6 DA1 упадёт скачком. Схема вернётся в исходное состояние. Гистерезис между уровнями включения и выключения зависит от значения резистора R8. Светодиод HL1 указывает на режим работы устройства.

Светодиод HL1 установлен на плате, фотодиод VD1 закреплен на внешней стороне корпуса линзой вниз, для снижения внешней засветки.

Литература:

1) Д.Силван. «Быстродействующие компараторы и устройства на их основе.» Радиодело.№1/2007г. стр16-17.
2) Р.М.Марстон.«Основы работы операционных усилителей». Радиолюбитель № 09-10.2004г.
3) В.Д.Лихачёв «Практические схемы на операционных усилителях» г.Москва
ДОСААФ 1981г.
4) Ю.А.Мячин «180 аналоговых микросхем». (Справочник ) г. Москва 1993г.

Теги:

• Sprint-Layout