Схемы управления освещением уже неоднократно рассматривалось в литературе и на страницах различных интернет-сайтов электротехнической направленности. Поэтому, здесь мы постараемся в общих чертах охватить различные существующие решения. Простейшие схемы управления одно- или двухклавишным выключателем всем известны и, следовательно, мало кому интересны, поэтому перейдём сразу к рассмотрению схем управлением освещения из нескольких мест.
Начнём с конкретной простой ситуации – допустим, у вас в загородном доме два этажа. Вечером вы поднимаетесь по лестнице на второй этаж. Естественно, нужно включить свет на лестнице. Включаем на первом этаже. Поднимаемся на второй этаж. Теперь свет на лестнице нужно отключить. А как это сделать, если выключатель установлен на первом этаже? Естественно, напрашивается очевидный ответ – управление светильниками должно осуществляться из двух мест – с первого и второго этажа. На первый взгляд ничего сложного – достаточно установить на каждом этаже по выключателю, которые включены параллельно и управлять ими независимо друг от друга. Но такая схема работать по нужному нам алгоритму не будет – с её помощью можно включить свет с любого из двух выключателей, но отключить – только с того, с которого было сделано включение – т.к. один выключатель во включенном состоянии заблокирует работу другого. Следовательно, для рассмотренной ситуации с лестницей, данная схема абсолютно неприемлема.
Для реализации управлением освещением из двух мест необходимы специальные выключатели, которые называются проходными. Вообще, в данной ситуации термин «выключатель» неправильный. Это «переключатель», т.к. он имеет три контакта – один подвижный и два неподвижных. В зависимости от положения клавиши переключателя подвижный контакт замыкается либо с одним, либо с другим неподвижным контактом. Но что бы не запутаться в терминах, будем называть этот переключатель проходным выключателем.
Включив два таких выключателя по схеме, приведённой на рисунке 1, мы получим возможность управлять одним светильником (или несколькими одновременно, если они соединены параллельно) из двух точек независимо друг от друга. Подвижными (переключающими) контактом на этой схеме является контакты, выделенные синим цветом.
Рис.1. Управление одним светильником из двух точек.
Особенностью проходных выключателей является то, что они не имеют строгого положения клавиши. Если в обычном выключателе, как правило, включенным положением является нажатие вверх, а выключение вниз, то в проходном выключателе положение «включено-выключено» будет зависеть от положения второго выключателя. Если допустим, вы включили свет с первого выключателя, «щёлкнув» его вверх, а со второго отключили, то в следующий раз при включении света первым выключателем, его необходимо «щёлкнуть» вниз.
Помимо одиночных, существуют сдвоенные проходные выключатели. Они позволяют управлять из двух мест двумя независимыми светильниками. Это фактически два одиночных проходных выключателя в одном корпусе. Схема соединения таких выключателей, показана на рисунке 2.
Рис.2. Управление двумя светильниками из двух точек.
Но иногда ситуация требует управления не из двух, а из трёх и более мест. Тут уже одними проходными выключателями не обойтись. Схему необходимо дополнить четырёхконтактыми переключателями – так называемыми крестовыми выключателями. Крестовой выключатель имеет четыре контакта и более сложную конструкцию, по сравнению с проходным выключателем. Он устанавливается «в середине» схемы – т.е. первый и последний выключатели в цепи освещения будут проходными, а все во всех «промежуточных» точках должны быть установлены крестовые выключатели. В качестве примера на рисунке 3 показана схема управления светильником из трёх точек.
Рис.3. Управление светильником из трёх точек.
Схема управления с помощью проходных и крестовых выключателей является не самым оптимальным решением, когда нужно управлять освещением из трёх и более мест. Такую схему управления значительно проще организовать с помощью двустабильных , или как их по другому называют, бистабильных реле. Данное реле представляет собой электронную схему триггера – устройства с двумя устойчивыми состояниями и управляется кратковременным импульсом, подаваемым на его вход. Это позволяет использовать для управления освещением не фиксируемые выключатели (кнопки). Все кнопки включаются параллельно друг другу, что позволяет значительно упростить схему и соответственно монтаж освещения. Обычно такое реле представляет собой стандартный 17,5мм модуль, устанавливаемый на DIN – рейку и монтируемый в распределительном шкафу (рисунок 4)
Рис.4. Внешний вид двустабильного реле.
Показанное в качестве примера двустабильное реле, в зависимости от модификации, может иметь один нормально-разомкнутый контакт, два нормально-разомкнутых контакта или нормально-разомкнутый и нормально-замкнутый контакт. Такие реле могут работать как в сети 230В, так и при напряжении 24В. Схемы включения двустабильного реле показаны на рисунке 5.
Рис.5. Схемы включения двустабильного реле.
Для реализации схемы управления освещением на двустабильном реле наиболее удобно задействовать его нормально-разомкнутый контакт. В приведённых обеих схемах таким контактом является контакт, имеющий выходы 1-2. Количество кнопок управления может быть любым, и все они включены параллельно. Первое нажатие на любую кнопку подаст управляющий уровень напряжения на вход А1, что вызовет включение реле, замыкание контакта и соответственно включение освещения, второе нажатие - отключение и так далее по кругу. Преимущество данной схемы от рассмотренной выше схемы на проходных выключателях – отсутствие необходимости применения крестовых переключателей и значительно более простой монтаж системы освещения. Недостаток – применение специального двустабильного реле. Но при наличии такого реле, данная схема является наиболее оптимальной как в плане монтажа, так и последующего отыскания неисправностей.
Отдельно необходимо остановиться на таких устройствах, как светорегуляторы (диммеры). Они позволяют управлять яркостью свечения лампы. Существую регуляторы для различных типов светильников – с лампами накаливания, с люминесцентными лампами, галогенными и т.д. Для примера приведём внешний вид и схему включения дистанционно управляемого из разных точек диммера для ламп накаливания (рисунок 6). Как видно из схемы, включение кнопок управления в этом диммере выполняется аналогично схеме управления посредством двустабильного реле – все они включены параллельно и их может быть любое количество. Для обеспечения защиты диммер включается через автоматический выключатель. Суммарная мощность ламп может составлять 600 Вт. Схема включения для люминесцентных ламп аналогична, отличие только в том, что используется другой тип регулятора.
Такой тип диммера монтируется в распределительном шкафу на DIN рейку. Однако в большинстве случаев в быту используют диммеры, которые устанавливаются взамен существующих выключателей. Они имеют посадочные размеры, как и стандартный выключатель. Внешний вид диммера показан на рисунке 7. Регулировка осуществляется вращением ручки потенциометра – при вращении по часовой стрелке яркость лампы возрастает, против часовой стрелки – уменьшается. Иногда управление производится с помощью кнопок. Силовым регулирующим элементом в схеме диммера является симистор (триак).
Рис.7. Диммер.
При замене обычных выключателей диммерами не следует забывать один очень важный нюанс – существуют диммеры, которые включаются в разрыв питания светильника, а некоторые требуют постоянно наличия питания 230В. В первом случае никаких вопросов по замене не возникает – диммер просто включается взамен выключателя. Во втором случае необходимо в посадочную коробку привести дополнительный нулевой провод – для обеспечения полного питания 230В. Поэтому, если не производится реконструкция электропроводки, то первый способ явно предпочтительнее. Схемы включения различных типов диммеров показаны на рисунке 8.
Рис.8. Включение различных типов диммеров.
Рассмотренные выше способы управления освещением при всём их удобстве, имеют один момент, а может для кого-то и недостаток – для включения или отключения освещения необходимо подойти к выключателю. Не привязываться к выключателю и одновременно регулировать яркость позволяют электронные дистанционные выключатели. Они бывают как с управлением на инфракрасных лучах (ИК), где в качестве пульта управления применяется пульт от любой бытовой техники, так и с управлением по радиоканалу. В качестве примера выключателя, управляемого по ИК-каналу, можно назвать широко известный выключатель «Сапфир» (рисунок 9). Он позволяет как включать/выключать свет, так и плавно регулировать яркость свечения лампы. При всех его достоинствах, в качестве недостатка необходимо отметить то, что управлять этим выключателем можно только в пределах прямой видимости, на сколько хватит «дальнобойности» пульта управления – обычно, не более восьми метров.
Рис.9. Внешний вид выключателя «Сапфир».
Выключатели, работающие по радиоканалу, лишены такого недостатка, как управление только в пределах прямой видимости. Радиосигнал может проходить и через различные препятствия - стены, перекрытия и т.д. До определённой степени, конечно. В таких выключателях, как правило, используют частоту 433 или 492 МГц, на которые не требуется получения разрешения в органах радионадзора. Выходная мощность у передатчиков для таких устройств не более 10мВт.
Дистанционно управляемые выключатели (как по ИК, так и по радиоканалу), могут быть как одноканальными (позволяющие управлять только одной нагрузкой), так и многоканальными. Многоканальные выключатели удобны тем, что их можно разместить, например, в распределительном шкафу и свести объекты управления в одну точку. Одноканальные выключатели размещают обычно в распределительных коробках линии освещения. Пример реализации одноканального радиовыключателя, монтируемого в распределительную коробку, показан на рисунке 10. В обязательном порядке, как в одноканальных, так и в многоканальных выключателях предусматривается местное (ручное) управление на случай выхода из строя пульта управления.
Рис.10. Одноканальный радиовыключатель.
Радиоуправляемые выключатели, хотя и имеют значительно больший радиус действия, чем выключатели, построенные на инфракрасных лучах, однако и он ограничен – как правило, не более 100 метров (хотя бывают разные варианты). Но что делать, если нужно включить освещение или любую другую нагрузку, находясь за десятки и сотни километров от управляемого объекта? А это не такая уж и бесполезная функция – например, удалённое включение освещение в загородном доме позволит создать эффект присутствия хозяев, в зимнее время включить подогрев тёплых полов, что бы к вашему приезду в доме было тепло, летом включить кондиционер и т.д. Вот здесь на помощь и приходят системы, управляемые дистанционно по линиям сотовой связи или через Интернет. Такие устройства сейчас довольно широко представлены на рынке. Автор данной статьи в своё время так же самостоятельно разрабатывал четырёхканальный «выключатель» по GSM. Его внешний вид показан на рисунке 11.
Рис.11. Четырёхканальное устройство управления и контроля.
Это устройство, получившее название многофункционального устройства управления и контроля, имеет встроенный модуль GSM. Для его использования достаточно подключить к выходным каналам требуемые нагрузки и вставить активированную SIM карту. Доступ к управлению происходит следующим образом – производится дозвон на номер установленной SIM карты, после запрограммированного числа посылок вызовов устройство подключается к линии и необходимо ввести с клавиатуры телефона установленный пароль. Если пароль неправильный, устройство отключается от линии, если правильный – можно управлять (включить или отключить) любой из четырёх нагрузок. Данный проект является некоммерческим, вся документация о нём, в том числе и прошивка микроконтроллера, выложены в свободном доступе и любой желающий, имеющий определённые познания в области электроники может изготовить его самостоятельно. Более подробно ознакомится с этим устройством, а так же скачать по нему всю документацию, можно по этой ссылке Устройство управления и контроля.
Все приведённые выше схемы управления имеют один общий признак – они управляются по команде человека, другими словами - оператора. Но есть целый класс устройств, которые могут работать без непосредственного участия человека. К ним относятся реле управления по команде с датчика освещённости, датчика движения и по установленному ранее временному алгоритму. Реле с датчиками освещённости (фотореле) часто используют для управления уличным освещением – при наступлении темноты они включают светильники наружного освещения. Порог срабатывания таких реле можно регулировать в зависимости от уровня освещённости. Внешний вид фотореле вместе с датчиком показан на рисунке 12. Оно содержит один управляющий контакт, который позволяет управлять светильником непосредственно с реле, или, при больших нагрузках, через дополнительное силовое реле (контактор).
Рис.12. Фотореле с датчиком.
Реле, которые управляют нагрузкой по заданному временному алгоритму, называются программируемыми таймерами. В них прописывается нужное время включения и отключения нагрузки. Иногда таймеры интегрируют вместе с фотореле. Для чего это нужно? Допустим, нам нужно включить наружное освещение по наступлении темноты, затем с часа ночи его отключить, в четыре утра снова включить и отключить утром, когда становится светло. Для этого фотореле и таймер собирают в последовательную цепь. При наступлении темноты фотореле включит светильник, но в час ночи таймер разорвёт цепь и светильник погаснет. Затем в четыре утра таймер снова соберёт цепь – светильник включится. И наконец, когда станет светло, светильник выключит уже фотореле.
В зависимости от модификации таймера, в нём можно запрограммировать события от суток до одного года. Разновидностью таких таймеров являются астрономические реле. Как правило, эти реле тоже используют для управления наружным освещением – в качестве входной величины в него вводятся географические координаты местности, а устройство уже на основании этих сведений само рассчитывает, когда нужно включить или отключить освещение. Внешний вид некоторых типов таймеров приведён на рисунке 13.
Рис.13. Внешний вид некоторых типов программируемых таймеров.
И в заключение, остановимся на управлении освещением с помощью инфракрасных датчиков движения. Похожие датчики применяются в охранных системах для фиксации наличия человека в охраняемой зоне. Только там датчики предназначены для того, что бы при их срабатывании охранная система отправила тревожный сигнал на пульт вневедомственной охраны. В нашем случае срабатывание датчика должно включить освещение на определённое время. Если по прошествии этого времени активности (движения) в контролируемой зоне не наблюдается, освещение выключается. В противном случае, освещение остаётся включенным на ещё такой же временной интервал. Использование светильников, управляемых датчиками движения очень удобно в местах общего пользования – на лестничных клетках и коридорах многоквартирных домов. Отлично подходят такие светильники и для наружного освещения, например, во дворе дома. Они позволяют не только удобно управлять освещением, но и экономить электроэнергию, что в наше время довольно актуально. Внешний вид светильника с интегрированным ИК-датчиком показан на рисунке 14.
Рис.14. Внешний вид светильника с ИК-датчиком.
Конечно, в рамках одной небольшой статьи невозможно охватить все существующие современные способы управления освещением. В ней я попробовал рассмотреть наиболее традиционные и часто используемые. Если у Вас есть вопросы, замечания, дополнения – пишите их в комментариях, продолжим обсуждение этого довольно интересного и актуального вопроса.
