Автоматическое управление осветительными установками в зависимости от уровня освещенности

При ручном управлении осветительными установками включают и включают освещение не всегда своевременно, поэтому часто теряется большое количество электроэнергии. Этих потерь можно избежать путем автоматизации управления освещением при помощи простых и надежных фотоэлектрических автоматов – фотореле, которые включают и отключают осветительные установки в зависимости от освещенности.

В качестве чувствительного элемента, реагирующего на изменение освещенности, используется фоторезистор. Это полупроводниковое фотосопротивление обладает свойством изменять свое электрическое сопротивление под воздействием света. Так, например фоторезистор ФСК – Г1 при затемнении имеет сопротивление 3,3 МОм, а при освещенности 200 лк – всего 3,3 КОм.

Если фоторезистор включать последовательно с источником питания, то величина тока в цепи будет меняться при изменении освещенности. Это свойство фоторезисторов используется в схемах различных фотоавтоматов. Рассмотрим действие фотореле типа ФР-2, устанавливаемого на подстанциях 10/04 кВ для управления уличным освещением.

При наступлении сумерек, когда освещенность равна примерно 5лк, сопротивление фоторезистора ФСК-Г1 большое, а так базы в цепи эмиттер – коллектор транзистора VT2 Незначителен. Транзистор VT1 закрыт. Так как база транзистора VT1 соединена с эмиттером транзистора VT2, то транзистор VT2 тоже закрыт. В этом случае обмотка промежуточного реле KL1 получает питание по цепи: нуль-резистор R2 – обмотка реле KL1 – резистор R1 – диод VD1, - резистор R8 – фаза 0. Реле срабатывает и своими контактами KL1.1 через переключатель SA1 включает магнитный пускатель КМ осветительной нагрузки.

При освещении 10 лк сопротивление фоторезистора уменьшается, потенциал на базе транзистора VT2 увеличивается, транзисторы VT1 и VT2 открываются. При этом VT1 заключается параллельно обмотке промежуточного реле KL1. Так как сопротивление транзистора VT1 в проводящем направлении гораздо меньше, чем сопротивление обмотки реле, то якорь реле отпадает. Реле своим контактом отключат пускатель осветительной нагрузки. Конденсатор С замедляет срабатывание реле при кратковременных освещениях фоторезистора. Настраивает схему потенциометром R6. Аналогичный по назначению автомат включения света типа ФР – 75 А предлагается рассмотреть самостоятельно. (рис. 10).

Рисунок 10 – Фотореле ФР

Из новых автоматических устройств следует отметить автомат включения света, разработанный специалистами Южно- Уральской железной дороги.

Новый автомат выгодно отличается тем, что он устойчив против перенапряжения сети, работает при температуре окружающей среды – 45 …+ 40°С.

Предусмотрена возможность настройки автомата на диапазон установок при освещенности от 1 до 20 лк. В качестве датчика в автомате применен фоторезистор ВL (рисунок 11).

При достаточном освещении, когда сопротивление фоторезистора мало, контакты KL1.1 и KL1.2 находятся в замкнутом состоянии, конденсатора С2 разряжен. С наступлением темноты сопротивление ВL возрастает; через сопротивление R4, R5, контакты реле KL1.2, обмотку реле KL1, контакт реле KL1.1 заряжается конденсатор С2. При достижении достаточного напряжения на С2 зажигается тиратрон и конденсатор С2. При достижении достаточного напряжения на С2 зажигается тиратрон и конденсатор С2 разряжается на обмотку реле KL1, реле срабатывает и контактами KL1.3 включает цепь нагрузки. Контакты KL1.1 и KL1.2 размыкаются.

С увеличением естественной освещенности сопротивление ВL уменьшается. Идет заряд конденсатора по цепи: сопротивление R3,обмотка реле KL1, ВL (так как его сопротивление становится намного меньше суммы R4 … R7). Напряжение на С2 растет и при достижении порога зажигания тиратрона он зажигается, вызывая срабатывание реле KL1, его контакты возвращаются в нормальное состояние; нагрузка отключается.

Назначение остальных элементов схемы;

R1 – токоограничивающее сопротивление;

FV – разрядник, обеспечивающий защиту от перенапряжения;

С1 – сглаживающий конденсатор;

R2 – сопротивление, ограничивающее ток стабилитрона.

Для управления наружным освещением сельскохозяйственных объектов наибольшее распространение получили фотовыключатели ФВ – 2.

В основе работы выключателя лежит принцип изменения сопротивления фотодатчика в зависимости от освещенности. В качестве датчика используется фоторезистор ФСК – Г2.

Рисунок 12 - Фотовыключатель ФВ

Электрическая схема выключения (рисунок 12.) состоит из автоматического выключателя QF, триггера Шмитта на транзисторах VT1, VT2, VT3,мостового тиристорного ключа на выпрямительном блоке V1, тиристоре VS1 и магнитного пускателя КМ1. Управление тиристорным ключом осуществляется контактами реле типа РЭС -15.

При увеличении освещенности до 7± 2 лк сопротивление фотодатчика уменьшается, к базе транзистора VT1 прикладывается отрицательное смещение, транзистор VT1 открываетсявызывая увеличение отрицательного напряжения, прикладываемого к базе транзистора VT2, который начинает открываться. Отрицательное напряжение, прикладываемое к базе транзистора VT3, уменьшается. Транзистор VT3 начинает закрываться. Отрицательное напряжение обратной связи на резисторе R5 уменьшается, что содействует развитию лавинообразного процесса, в результате которого транзистор VT2 переходит в режим насыщения, а транзистор VT3, закрывается.

Реле KL1 обесточивается, тиристор VS1 закрывается, магнитный пускатель КМ1 отключает осветительную нагрузку.

При уменьшении освещенности до 1,3 ± 1 лк сопротивление фотодатчика увеличивается, отрицательное смещение, прикладываемое к базе транзистора VT1, уменьшается, который закрывается, вызывая уменьшение отрицательного напряжения, прикладываемого к базе транзистора VT2. Транзистор VT2 начинает закрываться. Отрицательное напряжение, прикладываемое к базе транзистора, VT3 начинает открываться. Отрицательное напряжение обратной связи на резисторе R5 увеличивается, что содействует развитию лавинообразного процесса, в результате которого транзистор VT2 закрывается, а транзистор VT3 переходит в режим насыщения. При открытом транзисторе VT3 реле KL1 срабатывает, тиристор VS1 открывается, магнитный пускатель КМ1 включает осветительную нагрузку.

Регулировка диапазона срабатывания схемы осуществляется резистором R2.

В нижней части корпуса установлен переключатель режимов работы SА1,который имеет три положения: «ВКЛ», «О», «АВТ». С помощью переключателя SА1 осуществляется ручное управление осветительной нагрузкой при выходе из строя любого элемента схемы.

Литература 3, 5