Содержание
Не все светодиодные ленты могут управляться диммерами. Казалось бы, вольт-амперная характеристика и график эффективности прямо намекают на подобную возможность, но дело обстоит гораздо тоньше. Сегодня поговорим, как подключить диммер вместо выключателя.
Как работают диммеры
Предварительно ознакомим читателей с принципом действия диммера. За счёт чего изменяется напряжение, зачем это нужно пользователю.
Первые устройства регулирования напряжения питания для электрической нагрузки
Начиная монтаж диммера, нужно представлять, что получится в итоге. Требуется быть в курсе принципа действия прибора. Так удастся предсказать последствия. Первые попытки влиять на электрическую нагрузку изменением напряжения питания предприняты в 1896 году, когда Гранвилл Вудс менял выходные параметры генераторов тока. К патенту прикладывалось изображение, как это использовать на практике для управления светимостью лампочек накала и скоростью вращения вала двигателя.
Диммер для света
Не скажем, что текст, выданный изобретателем, отличался большой понятностью, но полагаем, что в то время это выглядело иначе. К примеру, сегодня известно, что генераторы синхронные, возбуждаются переменным током наравне с постоянным для получения нужных параметров. В давние годы, судя по объяснениям Гранвилла, для стабилизации использовали простой источник энергии (турбину или двигатель, сжигающий топливо). В результате изобретатель полагает, что на выходе генератора образуется напряжение постоянного потенциала. Назовём переменным напряжением фиксированного вольтажа и частоты.
В результате хитроумных манипуляций с реостатами, велось воздействие на двигатель. Непонятен тип мотора. Не удаётся с точностью сказать, что за электрические двигатели применялись в США на стыке 19 и 20 столетия. Полагаем, управление в конечном итоге основано на изменении амплитуды напряжения, а не частоты. Одновременно это позволяет контролировать светимость ламп по закону Джоуля-Ленца: мощность, выделяемая на активном сопротивлении, зависит от квадрата разницы потенциалов на его выводах.
Сегодня множество способов контроля напряжения, авторам неизвестно, какой применил Гранвилл. Судя по чертежу, на схеме присутствуют сопротивления, что вызывает предположение о создании реостата, также говорится о регуляции магнитного поля, что наталкивает уже на мысль об изменении параметров обмоток, уводя в область автотрансформаторов (точнее, обмоток с переменным количеством задействованных витков) и катушек переменной индуктивности. В итоге не знаем, к какому роду диммеров отнести изобретение Гранвилла Вудса, но это, несомненно, первый образчик подобного рода устройств.
Диммеры на основе трансформаторов с вращающимися катушками
В 20-е годы 20-го века применялись регуляторы напряжения на основе трансформаторов с вращающимися обмотками. При изменении угла наклона плоскостей двух катушек управляется поток индукции. За счёт этого варьируется ЭДС, наведённая во вторичной обмотке. Применением трансформатора обеспечивается гальваническая развязка по току, потери здесь несравненно ниже, нежели в реостатах.
Автотрансформаторы в качестве диммеров
Коммерческие версии для домашнего применения начали появляться гораздо позже. Первым следует считать автотрансформатор Джоэля Спира, применённый в 1961 году в качестве составной части стандартного распределительного щитка. Достоинством решения считается относительная экономичность. Ранее использовались диммеры на основе реостатов. Чтобы понять принцип действия, требуется иметь представление о резистивных делителях. Нагрузка последовательно включается с этим реостатом, в результате напряжение прикладывается пропорционально. Увеличивая сопротивление путём бегунка, забираем часть мощность у нагрузки.
В результате на реостате выделяется масса тепла. Допустимо его сокращать, увеличивая сопротивление нагрузки, мощность здесь пропорциональна квадрату тока (закон Джоуля-Ленца: P = I x I x R). Применялись даже жидкостные реостаты на основе солёной воды. В этом случае сопротивлением служил электролит, а величину меняли, варьируя расстояние между контактами. Реостаты требуют интенсивного отвода тепла для корректной работы. Это обусловливает применение сложных систем, к примеру, принудительное воздушное охлаждение.
Автотрансформаторы были громоздкими, но здесь уже мощность теряется намного меньше, потому активное сопротивление медной обмотки мало. Автотрансформатор работает любопытным образом. Его обмотка за счёт высокой индуктивности для переменного тока представляет большое сопротивление, но мнимое. Часть периода автотрансформатор без нагрузки забирает энергию сети, потом отдаёт. Это называется реактивной мощностью. Она не тратится непосредственно, эффект считается вредным.
Устройство автотрансформатора
Но стоит к выходу присоединить что-нибудь, ситуация в корне меняется. Автотрансформатор устроен, как показано на рисунке. Присутствует единственная обмотка, где напряжение генерируется за счёт мнимого сопротивления и наведенной ЭДС. Чем больше витков задействовано во вторичной цепи, тем выше напряжение, передаваемое дальше. А оставшаяся реактивная мощность уходит назад, в цепь питания. Обратите внимание, что вторичной обмотки нет, гальваническая развязка (по току) отсутствует. Порой расценивается как недостаток.
Подобный индуктивный делитель станет работать только на переменном токе. Для постоянного представляет столь низкое сопротивление, что немедленно сгорит или выведет из строя блок питания. Недостатком автотрансформаторов считается относительно большой размер. Но они, как и реостатные, не изменяют формы напряжения: на выходе получается схожая синусоида с малым уровнем искажений. Фактически автотрансформатор является аналогом резистивного делителя.
Электронные диммеры
Электронные диммеры работают принципиально по-другому. В этом случае регулируется не амплитуда, как ранее, а среднее значение напряжения. Часть периода синусоиды отсекается тиристорным ключом. Одна из схем, представленная в англоязычном домене Википедии, запечатлена на рисунке:
- Тиристорная схема заведена в выходную линию выпрямителя. Здесь напряжение имеет вид бугров, тесно расположенных рядом (см. рисунок).
- В начальный момент времени тиристор закрыт. Напряжение на лампочку не проходит.
- Конденсатор С1 заряжается через резистор R1, постоянная времени зависит от произведения их номиналов (тау = RC).
- В какой-то момент времени срабатывает стабилитрон, тиристор открывается.
Схема работы электронного диммера
Чем быстрее зарядится конденсатор С1, тем скорее откроется тиристорный ключ, напряжение пройдет на лампочку. Этим изменяется угол отсечки, определяющий средний уровень напряжения, влияющий на яркость. Напряжение теряет синусоидальную форму (см. рисунок). Изменяя рукояткой сопротивление резистора, влияем непосредственно на постоянную времени заряда RC цепочки. В результате угол отсечки возрастает или уменьшается, регулируя яркость свечения лампочки в нужную сторону.
В целом принцип действия данного оборудования различается, смысл обычно сводится к изменению угла отсечки. В этом случае в спектре сигнала возрастает уровень искажений, вызывая негативные эффекты.
Какой диммер выбирать
Из сказанного понятно, что производится простая установка димммера вместо выключателя. Если в люстре вкручена лампочка накала, особенного не происходит. Спектр свечения чуть сдвигается в сторону тёплых оттенков, интенсивность уменьшается. Что объясняется снижением температуры спирали. Пик спектра уходит согласно закону Вина в сторону низких частот. При некотором напряжении питания излучение целиком становится инфракрасного диапазона (от лампочки идёт исключительно тепло). Эффект используется для продления жизни нитей накала:
- Если резко зажечь лампочку, резкие температурные изменения вызывают деформацию нити накала, что приводит к быстрому выходу из строя.
- Продвинутые диммеры производят предварительный подогрев спирали. Изменения получаются не столь резкими.
- На предварительный подогрев уходит до 10% номинального тока.
Иные диммеры плавно в течение 30 мин и более поднимают интенсивность до максимальной границы. Понятно, что уловки требуют наличия сложных микросхем. Диммеры, щадящие жизнь лампочки, стоят дороже.
Многофункциональный диммер
Разрядные работают от стартера. Он реализован на основе дросселя, который за счёт явления самоиндукции продуцирует ЭДС большой величины, на срезе импульса, когда балласт размыкает биметаллическое реле от нагрева. Лампы дневного света от диммеров напрямую не работают. В этом случае стартер недобирает ЭДС для разжигания дуги. Но устройства, продающиеся в магазине и оснащенные электронным балластом, не всегда готовы работать от напряжения с переменной величиной.
Подключение диммера часто сопровождается необходимостью пересмотреть свою иллюминацию. Лампочка, работающая в режиме регуляции яркости, стоит дороже обычной. Разница в цене достигает 20%. Понятно, что не каждый готов выложить сумму. Прочие лампы на патрон Е27 (к примеру) внутри цоколя содержат драйвер, преобразующий входное напряжения в нужный номинал. Яркость меняться не станет, просто люстра потухнет в какой-то момент.
Диммер не повредит драйверу лампочки, но электронный способен это сделать. В спектре входного напряжения появляются в обилии гармоники, на работу с которыми устройство не рассчитано.
Нужно ли ставить диммер
Мало выбрать диммер, нужно оценить его практические стороны. Это устройство, как написано выше, теперь чаще строится по электронной схеме с углом отсечки напряжения. А простейшая из реализаций диммера привносит угол отсечки в синусоиду. Причём меняется напрямую форма тока питающей сети. В результате местное напряжение обретает непредусмотренные гармоники. Диммер становится грозой для чуткой электронной техники. В результате неплохо включать подобные устройства через сетевой фильтр напряжения.
Сложность в том, что стоит такой (под DIN-рейку) более двух тысяч рублей. Это не та цена, которую легко заплатить, не подумав, учитывая факт, что расходуется место в распределительном щитке. Вдобавок светодиодная лампа, предназначенная для работы в паре с диммером, стоит дороже обычной.
Правильный выбор диммера не избавляет от главного – помех в эфире. Не будучи помещённым в экран, устройство начинает активно излучать в широком спектре. Это вредно для здоровья. На слух это можно проверить при помощи лампочки накала: если поставить диммер на минимум, спираль начнёт едва слышно свистеть. Это означает появление в сети гармоник напряжения спектра ультразвука. Диммер колеблет своеобразным методом нить, раздаётся посвистывание.
