Villanyszerelők Lapja

Vezérléstechnika

Automatikus fényáram-szabályozás

Érdekes kapcsolások X.

2018. május 16. | Porempovics József automatizálási mérnök-mérnöktanár |  102 | |

Automatikus fényáram-szabályozás

A természetes fény alapvető lételemünk és egészségünkre is jótékony hatása van, de mindemellett tekinthetjük a legjobb „világításnak” is. A sok és nagy felületű ablakok a modern épületek alapelemévé váltak, legyen az üzem, irodaház vagy családi otthon, így ha elegendő természetes fény van, akkor nincs is szükség mesterséges világítás használatára – legalábbis nappal.

Persze vannak borult, felhős napok, téli nappalok, amikor egy-egy tevékenységhez már kevés az ablakokon beszűrődő gyenge napfény. Ilyenkor kénytelenek vagyunk használni a mesterséges világítást. Felkapcsoljuk a villanyt, majd miután kiderül az ég és újra besüt a Nap az ablakokon… no, ekkor elfelejtjük lekapcsolni a lámpákat, hiszen van elegendő fény, jól látunk. De itt jöhet képbe a jól felkészült villamostervező, kivitelező, aki ismeri az automatikus fényáram-szabályozó megoldásokat. A következőkben két példán keresztül mutatjuk be az automatikus fényáram-szabályozók működését és alkalmazási lehetőségeit.

1. ábra: Az automatikus fényáram-szabályozó külső fényérzékelőjével folyamatosan méri a környezeti megvilágítás értékét, melyet összehasonlít az eszközön előre beállított értékkel, és a különbség megszüntetésére törekedve szabályozza a csatlakoztatott fényforrás intenzitását, állandó szintet tartva ezzel a felügyelt területen.

Mielőtt a konkrét példákra rátérnénk, elengedhetetlen megismerni az automatikus fényáram-szabályozó működését és fontosabb beállítási lehetőségeit. Az 1. ábrán bemutatott és a példákban használt szabályzó az IN1–IN2 bemenetekre kötött fényérzékelőjével folyamatosan méri a telepítési környezet megvilágítását, melyet összehasonlít a P2 potenciométerrel előzetesen beállított értékkel, és a különbségnek megfelelően szabályozza a kimenetet úgy, hogy a különbség megszűnjön. Ezzel állandó megvilágítási szintet próbál biztosítani a megvilágított területen. Az érzékelt fényáram természetesen csak addig lesz közel állandó, amíg az ablakokon bejutó fényáram nagyobb mértékű nem lesz, mint a szabályozón beállított maximum. Ekkor már csak a sötétítő függönyök, redőnyök, rolók beállításával lehet mérsékelni a vakító fényt, ami persze szintén automatizálható, de ez már egy másik cikk témája lehet a későbbiekben.

A példákban használt automatikus fényáram-szabályozó 0–10 V vagy 1–10 V analóg jellel szabályoz az OUT+, OUT– kimeneteken. Érdemes megjegyezni, hogy léteznek 230 V-os R, L, C, valamint dimmelhető ESL- és LED-fényforrások közvetlen szabályozására is alkalmas automatikus fényáram-szabályozók, akár egy eszközben lehetővé téve mind az öt alap terheléstípus automatikus szabályozását (beállítható a használni kívánt fényforrás típusa). Az analóg kimenetű eszköz előlapján kiválasztható a fényforrást szabályozó analóg bemenetű előtétnek vagy tápegységnek megfelelő 0–10 V vagy 1–10 V kimenet. Beállítható továbbá az automatikus fényáram-szabályozás sebessége, ahol a beállított érték a növelésre és csökkenésre egyaránt vonatkozik. A kimeneti analóg jel tehát nem hirtelen szintlépcsőkkel változik a mért érték függvényében, hanem folytonosan, így a felügyelt területen tartózkodók, irodában dolgozók szinte nem is érzékelik azt. A bemutatott eszköz relékimenete („V”) a bekötött fázis tápfeszültség előtétre történő be- vagy kikapcsolását végzi. Bekapcsol, ha a kimeneti feszültség 0–10 V-os beállításnál 0 V felett (0,1 V-nál), 1–10 V-os beállításnál 1 V felett van, illetve kikapcsol, ha 0,1 vagy 1 V alatt van (az adatok a példában szereplő eszközre vonatkoznak, más, hasonló elven működő eszközök paraméterei ettől eltérhetnek). A kikapcsolásnak köszönhetően az előtét nem kap tápfeszültséget, így nem is fogyaszt feleslegesen energiát.

Két külső kontaktusjelet is fogad az eszköz: egy vezérlő nyomógombot és egy blokkoló kapcsolót. A vezérlő nyomógomb a szabályzó különböző üzemmódjainak gyors és egyszerű kiválasztására, átváltására használható – nem alkalmas közvetlen nyomógombos szabályozásra (dimmelésre).

Három funkció választható:

  • Rövid gombnyomásra (<0,5 mp) kikapcsol a világítás.
  • Közepesen hosszú gombnyomásra (0,5–3 mp) automatikus szabályzásra vált, tehát a fényérzékelő által mért érték szerint szabályoz – ez az alapfunkciója.
  • Hosszú gombnyomásra (>3 mp) úgynevezett „takarítási” üzemmódba kapcsol, 100%-ra növeli a fényforrás fényerejét (fényáramát).

A blokkoló kapcsoló bekapcsolásával kikapcsolható a világítás, de csak automata üzemmódban hatásos, nem befolyásolja a „takarítás” üzemmódot.

2. ábra: A nagy teljesítményű, analóg jellel is vezérelhető dimmerrel akár 2000 VA (bővítéssel akár 10 000 VA) kimeneti teljesítmény is szabályozható az automatikus fényáram-szabályozóval.

A szabályozó ismertetése után térjünk rá egy konkrét kapcsolásra. A 2. ábra kapcsolási rajzán nagyobb mértékű megvilágítást igénylő belső terek, konferenciatermek, éttermek és más nagyobb helyiségek automatikus fényáram-szabályozására használható megoldás látható. A felhasznált dimmer viszonylag nagy, 2000 VA-es szabályozható teljesítménye akár kültéri automatikus világításszabályzáshoz is alkalmas, mint pl. éttermi teraszok, közösségi terek stb. A dimmer érdekessége, hogy működtethető nyomógombbal vagy potenciométerrel, vagy épületautomatizálási rendszer kommunikációs buszáról, vagy, ahogyan itt is használjuk, 0 (1) –10 V-os analóg jellel (vagylagos, tehát csak a kiválasztott egy bemenetről). További érdekessége a bővíthetőség, ami 1000 VA-es bővítő modulokkal történő kiegészítést jelent, így akár 10 000 VA-ig növelhető a kimeneti teljesítmény (max. 8 db bővítő modul). A dimmer RL vagy RC sorkapocs átkötése az induktív terhelésekhez használható felfutó élre (elöl) vágó gyújtásszög (RL) vagy a kapacitív jellegű terhelésekhez alkalmas lefutó élre (hátul) vágó oltásszög (RC) vezérlésének kiválasztására szolgál. Elsősorban ohmikus (R), induktív (L) és kapacitív (C) terhelések szabályozásához alkalmas, de RC állásban egyes LED-fényforrásokhoz (230 V) is bevethető – természetesen ez csak telepítés előtti próbákkal dönthető el.

A 2. ábrán a dimmer a tápvonalról közvetlenül kapja a fázisfeszültséget egy biztosítékon keresztül – a biztosíték gyors kioldású típus. Az automatikus fényáram-szabályozó „V” relé kimenetének használata a dimmer tápfeszültségének kapcsolására csak akkor lehetséges (szaggatott vonal), ha a dimmer kimenetére csatlakoztatott fényforrások összteljesítménye nem haladja meg a relé kontaktusa által kapcsolható értéket (beleértve a bekapcsolási tranziens nagyságát is). Ellenkező esetben a funkció használatához megfelelő teljesítményű kontaktort kell beiktatni a dimmer teljesen leszabályozott analóg kimenetnél történő feszültségmentesítésére.

Az analóg kimenetű automatikus fényáram-szabályozóval viszonylag könnyen megoldható az irodai világítás vagy állandó megvilágítást igénylő munkaterületek egészségesebb és takarékosabb megvilágítása. A takarékosság egyike a bevezetőben már említett egyszerű emberi feledékenységből is ered, ha van az éppen végzett tevékenységhez az ablakokon át elegendő beszűrődő nappali fény, akkor nem vesszük észre, hogy a mesterséges világítás is be van kapcsolva, így nem kapcsoljuk ki (a kényelmességről nem is beszélve). Ezt az automatika megteszi helyettünk. Másik takarékossági jellemzője a megoldásnak, hogy az esetek többségében, de főleg nappal, nem teljes teljesítménnyel működnek a szabályozott fényforrások, ami hosszú távú üzemeltetés során egész komoly energiamegtakarítást is eredményezhet. A LED-es fényforrásoknál könnyen odamondjuk, hogy nem sokat fogyaszt, de ne feledkezzünk meg a LED-fényforrások várható üzemidejéről, ami minden bekapcsolt időtartamban „ketyeg”. A fényforrásra megadott üzemidő nem feltétlen egyezik meg a várható élettartammal. Még a szabályozás és annak módja sem befolyásolja jelentősen, mégis a gyakran feleslegesen bekapcsolt fényforrás hamarabb tönkremehet, hamarabb kell cserélni, ami jó minőségű, magasabb költségű LED-fényforrásoknál költségesebb, mint a hagyományosoknál. Az automatikus kikapcsolással ez a költség is csökkenthető.

Irodákban, iskolákban, sok közösségi helyiségben jellemzően még hagyományos fénycsöves világítások találhatók, melyekhez szintén használható az analóg kimenetű automatikus fényáram-szabályozó, amennyiben a fénycsöveket egy 1–10 V bemenetű elektronikus előtéttel (balansz) szerelik fel. Nyilván előnyösebb lenne LED-es csövekre cserélni, vagy például számítógépes, képernyős munkahelyeken oda alkalmas világítási megoldásokat használni. A 3. ábrán LED-panelek automatikus fényáram-szabályozóval történő működtetésére látható egy kapcsolási rajz.

3. ábra: A LED-panelek automatikus fényáram-szabályozása az analóg jel bemenetű LED-panel tápegységek közbeiktatásával oldható meg. Egy automatikus fényáram-szabályozó analóg kimenete több analóg bemenetre is csatlakozhat, ahol a maximális darabszámot a szabályozó kimeneti és az előtét bemeneti áramának hányadosa határozza meg.

A rajzon a tápegység tápfeszültségének automatikus be- és kikapcsolására bekötésre került a „V” fázist kapcsoló relékimenet is, feltételezve, hogy a három LED-panel (+ a tápegység) teljesítményének kapcsolására elegendő a relékontaktus terhelhetősége (figyelembe veendő még az indulási áramimpulzus!). Ellenkező esetben, ahogy az előző példában is volt, kontaktort kell beiktatni. LED-panel szabályozásához természetesen szabályozható LED-panelt kell választani, valamint olyan szabályozható tápegységet, mely a V+ és V– kimenetein a LED-panelnek megfelelő feszültséget adja ki. Általában gyári figyelmeztetés, hogy a V és a DIM bekötési pontok nem közösíthetők mint közös GND-potenciál, bármennyire is „adja magát”, de nyilván ezt ellenőrizni kell adott LED-tápegységnél. A bemutatott kapcsolási rajzon egy automatikus fényáram-szabályozó analóg kimenetéhez három LED-panel tápegység analóg bemenete csatlakozik. Akár több is csatlakoztatható, amennyiben az automatikus fényáram-szabályozó analóg kimeneti áramának maximumát (pl. 10 mA) nem haladja meg a csatlakoztatott tápegységek analóg bemeneti áramának összege. Ennek megfelelően tehát a szabályozó kimeneti árama elosztva egy tápegység analóg bemeneti áramával (pl. 1 mA) kiszámítható a beköthető tápegységek száma (a példában 10 mA/1 mA = 10 db). Hosszú jelvezetékek méretezésénél figyelembe kell venni a vezetéken fellépő feszültségesést, ami eltérő fényáramokat okozhat az egyes LED-paneleknél.

Néhány szó az érzékelő elhelyezéséről, mely első ránézésre problémás lehet, hiszen abban a térben kell elhelyezni, ahol maga a szabályozás is történik. A bemutatott eszköz érzékelője két vezetékkel csatlakozik az IN1–IN2 sorkapcsokba, így a vezetékes bekötésnek köszönhetően elég rugalmasan megválasztható az érzékelés legoptimálisabb helye. Fontos betartani, hogy az érzékelő érzékelési felületét – ami egy fotoellenállás – ne érje közvetlenül se a mesterséges világítás fénye, se a külső, ablakon keresztül beérkező napfény. Ennek megfelelően érzékelési felülettel lefelé ajánlott felszerelni úgy, hogy az érzékelt fény a megvilágítással arányos legyen, figyelembe véve a visszaverődéseket (tárgyak, falak, bútorok), valamint azt, hogy az emberi mozgás ne befolyásolja az érzékelést.

Ha átgondoljuk a működést, rögtön világossá válik, hogy nincs ellentmondás abban, hogy ugyanott érzékelünk, ahol szabályozzuk, amit érzékelünk. Ugyanis a szabályozás éppen az érzékelt fényviszonyok változására következik be, ami nem más, mint az ablakon keresztül bejutó napfény változása, hiszen a fényforrás intenzitása addig kismértékben vagy egyáltalán nem változott. Működés szempontjából másra nem is nagyon kell figyelni a telepítéskor, legfeljebb még esztétikai és biztonsági szempontok jöhetnek számításba, vagyis az érzékelő ne bontsa meg a mennyezet vagy oldalfal harmóniáját, valamint emberi mértékben nehezen elérhető legyen, hogy ne lehessen véletlenül se leverni a rögzítés helyéről (sok esetben ezek az érzékelők nincsenek galvanikusan leválasztva a csatlakoztatott eszköz tápfeszültségétől!). A felhasznált automatikus fényáram-szabályozóhoz csatlakoztatható fényérzékelő egyébként IP56 védettségű, így használható abban az esetben is, ha pl. a 2. ábrán látható nagy teljesítményű megoldás külső térben kerül telepítésre.

Érdekes kapcsolásokkal jelentkezünk a következő lapszámban is, addig is kellemes olvasgatást, kapcsolásirajz-elemzést kívánunk.