Зміст:
- Як працюють диммери
- Перші пристрої регулювання напруги живлення для електричного навантаження
- Диммери на основі трансформаторів з обертовими котушками
- Автотрансформатори як діммеров
- Електронні диммери
- Який диммер потрібно вибирати
- Потрібно ставити диммер
Не всі світлодіодні стрічки можуть управлятися диммерами. Здавалося б, вольт-амперна характеристика та графік ефективності прямо натякають на таку можливість, але справа йде набагато тонше. Сьогодні ми поговоримо про те, як підключити диммер замість вимикача.
Як працюють диммери
Ми попередньо ознайомимо читачів з принципом дії диммера. За рахунок чого змінюється напруга, і навіщо це потрібно користувачеві.
Перші пристрої регулювання напруги живлення для електричного навантаження
На нашу скромну думку перш, ніж починати монтаж диммера, потрібно уявляти, що з цього вийде в підсумку. А для цього потрібно бути в курсі принципу дії приладу. Тільки так можна передбачити наслідки. Перші спроби впливати на електричну навантаження шляхом зміни напруги живлення були зроблені в 1896 році, коли Гранвілл Вудс міняв вихідні параметри генераторів струму. До патенту було докладено зображення, як це можна використовувати на практиці для управління светимостью лампочок розжарювання і швидкістю обертання вала двигуна. (Див. також: Підключення прохідного двохклавішного вимикача з 2-х місць)
Диммер для світла
Ми б не сказали, що текст, виданий винахідником, відрізнявся великою зрозумілістю, але вважаємо, що в той час це виглядало дещо інакше. Наприклад, якщо сьогодні відомо, що всі генератори синхронні і повинні порушуватися змінним струмом нарівні з постійним для отримання потрібних параметрів, то в ті роки, судячи з пояснень Гранвілл, для стабілізації використовували простий джерело енергії (наприклад, турбіну або двигун, який спалює паливо). В результаті винахідник вважає, що на виході генератора утворюється напруга постійного потенціалу. Ми б назвали це змінним напругою фіксованого вольтажу і частоти.
В результаті хитромудрих маніпуляцій з реостатами, якимось чином велося вплив на двигун. І ось тут саме незрозуміле: якого типу мотор. Вибачте наше невігластво, але не можемо з точністю сказати, що за електричні двигуни застосовувалися в США на стику 19 і 20 століття. Є всі підстави вважати, що управління в кінцевому підсумку засновано на зміні амплітуди напруги, а не його частоти. Одночасно це дозволяє контролювати освітлення лампами за законом Джоуля-Ленца, який стверджує, що потужність, що виділяється на активному опорі, залежить від квадрата різниці потенціалів на його висновках.
Простіше кажучи, сьогодні так багато способів контролю напруги, що ми навіть не можемо сказати, який з них застосував Гранвілл. Судячи по кресленню, на схемі є і опору, що викликає припущення про створення реостата, з іншого боку начебто йдеться про регулювання магнітного поля, що наштовхує вже думка про зміну параметрів обмоток, що веде нас в область автотрансформаторів (точніше кажучи, обмоток з перемінним кількістю задіяних витків) і змінної індуктивності котушок. В результаті ми не знаємо, до якого саме роду діммеров віднести винахід Гранвілл Вудса, але це був, безсумнівно, самий перший зразок подібного роду пристроїв.
Диммери на основі трансформаторів з обертовими котушками
У 20-ті роки 20-го століття широко застосовувалися регулятори напруги на основі трансформаторів з обертовими обмотками. Суть в тому, що при зміні кута нахилу площин двох котушок управляється потік індукції. За рахунок цього варіюється ЕРС, наведена у вторинній обмотці. Застосуванням трансформатора забезпечується гальванічна розв’язка по струму, а втрати тут незрівнянно нижче, ніж у реостатах.
Автотрансформатори як діммеров
Комерційні версії для домашнього застосування почали з’являтися набагато пізніше. До першої з них слід вважати автотрансформатор Джоеля Спіра, застосований в 1961 році в якості складової частини стандартного розподільного щитка. Перевагою такого рішення є відносна економічність. Раніше використовувалися диммери на основі реостатів. Для того, щоб зрозуміти, як вони діяли, треба трохи мати уявлення про резистивних дільники. Суть в тому, що навантаження послідовно включається з цим реостатом, в результаті чого напруга прикладається пропорційно. Збільшуючи опір шляхом бігунка (кожен бачив на уроках фізики в середній школі), ми забираємо частина потужність в навантаження.
Але в результаті на реостате виділяється велика кількість тепла. Можна скорочувати його, збільшуючи опір навантаження, тому що потужність тут пропорційна квадрату струму (закон Джоуля-Ленца: P = I x I x R). У свій час застосовувалися навіть рідинні реостати на основі солоної води. У цьому випадку опором служив електроліт, а величину його міняли, змінюючи відстань між контактами. Реостати вимагають інтенсивного відводу тепла для коректної роботи. Це обумовлює застосування таких складних систем, як примусове повітряне охолодження. (Див. також: Як підключити електричну розетку на 380 вольт)
У загальному і цілому, автотрансформатори були громіздкими, але тут вже потужність втрачається набагато менше, тому активний опір мідної обмотки дуже мало. Автотрансформатор працює вельми цікавим чином. Його обмотка за рахунок високої індуктивності для змінного струму представляє великий опір, але чисто уявне. Тобто частина періоду автотрансформатор без навантаження забирає енергію мережі, а далі віддає. Це називається реактивною потужністю. Вона не витрачається безпосередньо, і в цілому вважається цей ефект шкідливим.
Пристрій автотрансформатора
Але тільки варто приєднати до виходу, що-небудь, як ситуація докорінно змінюється. Автотрансформатор влаштований так, як показано на нашому малюнку. У нього лише одна обмотка, де напруга генерується за рахунок чисто уявного опору і наведеної ЕРС. Чим більше витків задіяно у вторинній ланцюга, тим вище напруга, що передається далі. А решта реактивна потужність йде назад, в ланцюг живлення. Зверніть увагу, що в цьому випадку вторинної обмотки немає зовсім, тому гальванічна розв’язка (по струму) відсутня. Деякі вважають це недоліком.
Такий індуктивний дільник буде працювати тільки на змінному струмі. Тому що для постійного представляє настільки низький опір, що негайно згорить або виведе з ладу блок живлення. Недоліком автотрансформаторів вважається відносно великий розмір. Але вони, як і реостатные, не змінюють форми напруги: на виході виходить така ж синусоїда з малим рівнем спотворень. Фактично автотрансформатор є аналогом резистивного дільника.
Електронні диммери
Електронні диммери працюють принципово по-іншому. У цьому випадку регулюється не амплітуда, як це було раніше, а середнє значення напруги. Для чого частина періоду синусоїди відсікається тиристорним ключем. Одна зі схем, представлена в англомовному домені Вікіпедії, відбилася і на нашому малюнку:
Схема роботи електронного диммера
Чим швидше зарядиться конденсатор С1, тим швидше відкриється тиристорний ключ, і напруга пройде на лампочку. Цим змінюється так званий кут відсічення, від якого залежить середній рівень напруги, що впливає в свою чергу на яскравість. Напруга втрачає свою синусоїдальну форму (див. малюнок). Змінюючи рукояткою опір резистора, ми безпосередньо впливаємо на постійну часу заряду RC-ланцюжка. В результаті кут відсічення зростаємо або зменшує, регулюючи яскравість світіння лампочки в потрібну сторону.
В цілому принцип дії даного обладнання може бути самим різним, але суть зазвичай зводиться до зміни кута відсічки. В цьому випадку в спектрі сигналу зростає рівень спотворень. Що може викликати різні негативні ефекти.
Який диммер потрібно вибирати
Зі сказаного вище можна зрозуміти, що проводиться проста установка димммера замість вимикача. Якщо в люстрі вкручена лампочка розжарення, то нічого особливого не відбувається. Спектр світіння трохи зсувається в бік теплих відтінків, а інтенсивність зменшується. Що пояснюється зниженням температури спіралі. Пік спектру йде згідно із законом Вина у бік низьких частот. При деякій напрузі живлення випромінювання цілком стає інфрачервоного діапазону (від лампочки йде тільки тепло). Цей ефект використовується для продовження життя ниток розжарення:
- Якщо різко запалити лампочку, то різкі температурні зміни викликають деформацію нитки напруження, що призводить до її швидкого виходу з ладу.
- Просунуті диммери виробляють попередній підігрів спіралі. За рахунок чого зміни виходять не настільки різкими.
- На попередній підігрів витрачається до 10% номінального струму.
Інші диммери дуже плавно протягом 30 хвилин і більше піднімають інтенсивність до максимальної межі. Зрозуміло, що такі прийоми вимагають наявності складних мікросхем. Ось чому диммери, щадні життя лампочки, коштують дорожче. Дотепер ми говорили тільки про нитки розжарення. А що ж інші типи лампочок?
Багатофункціональний диммер
Розрядні працюють від стартера. Він реалізований на основі дроселя, який за рахунок явища самоіндукції продукує ЕРС великої величини, на зрізі імпульсу, коли баласт розмикає біметалічне реле від нагрівання. Зрозуміло, що лампи денного світла від діммеров безпосередньо працювати не будуть. У цьому випадку стартер недобирає ЕРС для розпалювання дуги. Але і ті пристрої, що продаються в магазині і оснащені електронним баластом, не завжди готові працювати від напруги зі змінною величиною.
Ось чому підключення диммера часто супроводжується необхідністю переглянути свою ілюмінацію. Лампочка, що працює в режимі регулювання яскравості, коштує дорожче звичайної. Різниця в ціні досягає 20%. Зрозуміло, що не кожен готовий викласти таку суму. Інші ж лампи на патрон Е27 (наприклад) всередині цоколя містять драйвер, який перетворює вхідну напругу в потрібний номінал. Тобто яскравість змінюватися не буде, просто люстра погасне в якийсь момент.
Ми б не сказали, що диммер прямо-таки зашкодить драйверу лампочки, але електронний здатний це зробити у всякому випадку. Тому що в спектрі вхідного напруги з’являються у великій кількості гармоніки, на роботу з якими пристрій не розраховане.
Потрібно ставити диммер
Мало вибрати диммер, потрібно ще оцінити його практичні сторони. Це пристрій, як було написано вище, тепер найчастіше будується по електронній схемі з кутом відсічення напруги. А найпростіша з реалізацій диммера привносить кут відсічки в синусоїду. Причому змінюється прямо форма струму живильної мережі. У результаті місцеве напруження набуває гармоніки, яких у ньому не повинно бути. Диммер є справжньою грозою для чуйною електронної техніки. В результаті непогано б включати такі пристрої через мережевий фільтр напруги.
Проблема в тому, що коштує такий (під DIN-рейку) більше двох тисяч рублів. Це не та ціна, яку можна заплатити, не подумавши, враховуючи той факт, що витрачається місце в розподільному щитку. До того ж, ми говорили вище, що світлодіодна лампа, призначена для роботи в парі з діммером, коштує дорожче звичайної.
Але якби цим все обмежилося – але немає ж! Правильний вибір диммера не позбавляє нас від самого головного – перешкод в ефірі. Не будучи поміщеним в екран, пристрій починає активно випромінювати в широкому спектрі. Це шкідливо для здоров’я. На слух це можна перевірити за допомогою лампочки розжарення: якщо поставити диммер на мінімум, то спіраль почне ледь чутно свистіти. Це означає появу в мережі гармонік напруги спектру ультразвуку. Диммер коливає таким своєрідним методом нитку, і лунає посвист.
