Варианты схем
В магазинах предлагается широкий выбор устройств плавного пуска для ламп от российских и зарубежных производителей. Монтаж не требует особой квалификации. Нужно сделать разрыв провода фазы, ведущего к лампе накаливания, и подключить прибор при помощи клеммников.
При отсутствии клеммников провода спаиваются.
Чаще всего на производствах используется одна из трех схем:
- туристорная;
- симисторная;
- специализированная (обычно микросхема КР1182ПМ1или DIP8).
В сети 220 В
Самая простая схема плавного включения ламп туристорная.
Для самостоятельного изготовления требуются:
- лампа накаливания;
- 4 диода (для создания выпрямительного моста);
- туристор;
- конденсатор (10 мкФ);
- 2 резистора (один из них переменной емкости).
Время включение определяет переменное сопротивление.
В момент включения ток проходит через лампочку, выпрямляется мостом, проходит через резистор и начинает скапливаться в конденсаторе. После достижения определенного порога зарядки ток подается на туристор, он немного открывается. По мере наполнения конденсатора туристор открывается все больше, лампочка постепенно загорается. Максимальная мощность света достигается при полной зарядке конденсатора.
Лампочки накаливания рассчитаны на 220 В (на практике может быть до 240 В). Диоды и туристор выбираются, базируясь на этот показатель. При самостоятельном изготовлении необходимо учесть, что можно использовать любые диоды с напряжением от 300 В и туристор, способный выдерживать мощность от 2 кВт. Емкость накопителя тоже большого значения не имеет
Важно знать, что при ее уменьшении лампочка будет зажигаться быстрее
Использование симистора (попупроводникового ключа) позволяет уменьшить количество элементов в туристорной схеме.
Используется:
- дроссель;
- 2 резистора;
- конденсатор;
- диод;
- симистор.
По принципу действия эта схема мало отличается от предыдущей. Время включения определяет цепочка из резистора и конденсатора, которые подключены через диод. По мере наполнения емкости конденсатора постепенно открывается симистор, через который подпитана лампочка накаливания. Она загорается не мгновенно, а плавно. Такой прибор более удобен в использовании благодаря небольшим размерам.
Плавный пуск ламп при помощи приборов, созданных на основе микросхемы КР1182ПМ1(DIP8), можно использовать с источниками освещения, обладающими мощностью до 150 Ватт.
Основа этого прибора – 2 туристора и 2 системы управления. Время регулируется резистором и конденсатором. Силовую часть от управляющей отделяет симистор, подключенный через задающий ток резистор. Работу внутренних туристоров регулируют 2 наружных конденсатора, от помех, создаваемых сетью, защищает дополнительный конденсатор и резистор.
При использовании этой схемы свет не только плавно включается, но и плавно выключается. Длительность загорания и затухания регулируется подбором емкости конденсаторов.
Плавное включение обладает существенным недостатком – снижением яркости светового потока. Для достижения оптимального уровня освещения требуются лампы с максимальной мощностью.
Для одноклавишных выключателей существует схема на основе транзистора. Когда лампочка накаливания выключена, он закрыт. После включения напряжение через резистор и диод поступает на конденсатор, он начинает заряжаться. Максимальный уровень (9,1 В) ограничивает стабилитрон.
После достижении оптимального напряжения транзистор начинает открываться, нить накаливания лампочки, подключенной последовательно, постепенно нагревается. Обязателен второй резистор у конденсатора, обеспечивающий его разрядку после выключения. Основное преимущество использования транзистора – отсутствие мерцания лампочки накаливания.
При напряжении 12 В
Если светильник точечный, то используется трансформатор, преобразующий 220 вольт в 12 вольт. Для подключения к 12 В устройства плавного пуска он устанавливается перед преобразователем напряжения.
Если такой прибор необходим для автомобиля, требуются специальные схемы – импульсные или линейные (ШИМ-регуляторы).
Линейные подключаются к источникам света параллельно. После включения ток проходит через резистор, лампы тусклые. После подключения реле они загораются на всю мощность.
Резистор должен быть керамический, мощность примерно 5 Вт, сопротивление 0,1-0,5 Ом.
Импульсные схемы создаются на основе полевого транзистора, подающего ток короткими импульсами. За счет этого нити накаливания не нагреваются до уровня, при котором возможен разрыв. В перерывах между импульсами ток успевает равномерно распределиться по нити, выравнивая сопротивление.
Совместимость диммеров и ламп различных модификаций
Разновидности ламп
Конструкция диммеров рассчитана на работу с конкретным типом ламп – от стандартных лампочек накаливания до популярных светодиодов. Поэтому выключатели с регулировкой яркости света имеют свои особенности.
Для совместного использования с галогенными лампами и лампочками накаливания можно применять практически все модели диммеров, если они рассчитаны на работу в сети напряжением 220В. Следует учесть, что при уменьшении подаваемого на лампу напряжения искусственный свет приобретает неприятный красный оттенок, особенно заметный при подаче минимального тока. Такой свет раздражающе действует на органы зрения, приводя к их быстрой утомляемости.
К светорегуляторам для галогенных ламп низковольтного типа предъявляется важное требование – наличие понижающего трансформатора, рассчитанного на низкую энергоемкость нагрузки. Стоит учесть, что из-за частой смены напряжения срок службы ламп может резко сократиться
Выключатель, регулирующий яркость света, для люминесцентных ламп не выпускается, поскольку они не поддаются регулированию с помощью обычного стартера. Специально для таких осветительных устройств выпускается электронная пускорегулирующая аппаратура, подающая на лампы питание частотой в диапазоне 20-50кГц. Варьируя уровень частоты, можно одновременно менять силу тока, тем самым уменьшая или увеличивая мощность светового потока.
Принципиальные схемы для плавного включения света
Принципиальные схемы для плавного включения ламп можно построить на различной элементной базе. Кроме того, для ламп на 220 вольт и для низковольтных элементов применяют различные схемотехнические решения.
Для ламп накаливания 220в
Плавное включение света можно организовать на микросхеме КР1182ПМ1. Это полностью отечественная разработка, зарубежных аналогов нет. Микросхема представляет собой фазовый регулятор тока, включается последовательно с лампочкой и содержит все необходимое для создания устройства регулирования яркости ламп (включая встроенные тиристоры), за исключением нескольких внешних времязадающих элементов.
Структурная схема КР1182ПМ1
Микросхема может непосредственно управлять лампой мощностью до 150 ватт. Для подключения более мощной нагрузки потребуется установить дополнительный ключ (симистор).
Ток в цепи регулируется посредством изменения напряжения между выводами С+ и С-. Если к этим пинам подключить конденсатор, он будет плавно заряжаться. Также плавно будет увеличиваться ток в цепи. Практическая схема регулятора включения на микросхеме КР1182ПМ1 приведена на рисунке.
Принципиальная схема плавного включения на КР1182ПМ1
В данной схеме время пуска регулируется емкостью конденсатора С1 (он должен быть рассчитан на напряжение 10 вольт). При емкости 47 мкФ время полного накала нити составит несколько секунд. В начальном положении выключатель S1 замкнут. Конденсатор C1 зашунтирован его контактами, напряжение на нем равно нулю, симистор заперт, ток через нагрузку не идет. При размыкании контактов начинается процесс заряда конденсатора. При обратном замыкании конденсатор разряжается, и лампа гаснет.
Номиналы остальных элементов:
- С2,С3 – 1 мкФ х 6,3 В;
- VS1 – ВТА-12 или подобный;
- R2 – 470 Ом.
На схеме указан резистор R1. Его назначение – обеспечить разряд конденсатора и плавное погасание лампы. На самом деле смысла в таком решении нет. При замыкании S1 конденсатор практически мгновенно разрядится через контакты выключателя, сопротивление которых значительно ниже. Лучше поставить этот резистор последовательно с контактами – в этом случае на самом деле будет обеспечено плавное выключение за счет медленного разряда конденсатора.
Совсем простую схему плавного пуска можно собрать, включая последовательно с лампой на 220 вольт маленькую низковольтную лампочку (2..6,5 вольт). Надо лишь подобрать ее по току:
- надо найти ток, идущий через основную лампу по формуле I=P/U (например, для 100-ваттной лампы он равен 100/220=0,5 А);
- выбрать маленькую лампочку на низкое напряжение, но приблизительно с тем же током.
При подаче напряжения в первый момент маленький элемент, имеющий большое сопротивление, ограничит ток через большой. По мере прогрева низковольтной лампочки ток через нее будет расти, разогревая нить большой лампы. Когда маленькая нить разогреется, она не будет оказывать практического влияния на более мощную. Напряжение на ней тоже не превысит номинала из-за маленького сопротивления нити.
Схема подключения дополнительной лампочки
Для лампочек 12-24 В
Если низковольтная лампочка питается от понижающего трансформатора 220/12 В (220/24 В и т.п.), то можно использовать схему регулировки на 220 вольт и включать ее до понижающего трансформатора. А можно собрать несложную схему плавного включения ламп и включать ее с низкой стороны. Такое решение не зависит от наличия трансформатора, и его можно применять, например, для борстети автомобиля.
Плавный пуск низковольтной лампочки
В этой схеме применены:
- VT1 — IRFZ44N;
- R1 – 5,6 МОм;
- R2 – 4,7 Мом;
- С1 – 0,68 мкФ.
Скорость включения зависит от сопротивления R1 и емкости C1. Скорость выключения – от соотношения С1 и R2.
Базовое устройство современного диммера
Теперь – о том, каким же образом обеспечиваются такие преобразования переменного тока. Тот, кто не интересуется физикой подобных процессов, может сразу перейти к следующему разделу статьи. Но многим будет интересно, тем более что понимание происходящего может подвигнуть и на самостоятельное изготовление диммера – об этом мы тоже поговорим несколько позднее.
Понятно, что никакое электромеханическое коммутационное устройство неспособно работать в режиме ключа с такой скоростью переключений, адекватной частоте переменного тока. Но на выручку пришли полупроводниковые элементы.
Ниже на иллюстрации показана (с некоторым упрощением) схема электронного диммера. Понять принцип ее работы можно, даже не имею специальной подготовки в этих вопросах.
Принципиальная схема электронного диммера (дана с некоторыми упрощениями)
Итак, разбираемся.
Функцию электронного ключа в представленной схеме выполняет «связка» двух полупроводниковых элементов:
Цены на диммер
диммер
VS1 – симистор (симметричный полупроводниковый тиристор или триак) который способен пропускать ток между силовыми выводами А1 и А2 в обоих направлениях, но при условии наличия на выводе G («gate» — затвор) определенного управляющего напряжения.
VS2 – динистор (двунаправленный полупроводниковый диод или диак), также способный пропускать ток в обоих направлениях. Но в отличие от триака, диак не требует управляющего сигнала. Он срабатывает автоматически (открывается) при достижении на его выводах определенного напряжения. И вновь закрывается, когда проходящий через него ток снизится до минимального уровня, называемого током удержания.
Диммер, как правило, устанавливается в разрыв фазного провода. Но это – исключительно из соображений безопасности эксплуатации, так как на работоспособность схемы влияния не оказывает. Тем не менее, такое правило рекомендуется к соблюдению при установке любых выключателей на системах освещения.
Для того чтобы в рассматриваемом случае ток пошел на нагрузку (от «L in» к «L out»), необходимо открытие ключа-триака между его силовыми выводами А1 и А2. Иного пути нет, так как на другом участке цепи она, по сути, разорвана конденсатором С.
Что же происходит при включении питания? Начинается зарядка конденсатора С, скорость которой зависит как от его емкости, так и от сопротивления R. Чем выше сопротивление, тем дольше будет длиться зарядка. Так как используется переменный резистор (потенциометр), то имеется возможность плавного изменения сопротивления этого участка цепи.
Как только напряжение на обкладках конденсатора достигнет определённой величины, срабатывает на открытие динистор, и на вывод G тринистора подается управляющее напряжение, что приводит к его открытию. Ток пошел на нагрузку.
При достижении полуволной нулевой отметки конденсатор полностью разряжается, диак закрывается, что ведет и к закрытию триака. Цепь питания нагрузки снова прервана.
Но вновь начинается процесс зарядки конденсатора, уже с обратной полярностью на обкладках, и весь цикл повторяется. Так как использованы симметричные полупроводниковые приборы – симистор и динистор, эта схема работает на любом участке синусоиды, то есть с любым направлением тока.
Об этом приходится долго рассказывать, но на деле все эти преобразования происходят с частотой переменного тока, то есть в течение секунды вырабатывается 50 положительных и 50 отрицательных «вырезанных» импульсов. Такая частота обеспечивает вполне нормальную работу электроприборов с резистивной нагрузкой, к которым относятся и лампы накаливания.
Правильным подбором параметров полупроводниковых элементов и изменением сопротивления потенциометра можно регулировать моменты открытия и закрытия ключа, то есть «вырезать» из синусоиды импульсы определённой продолжительности и амплитуды. Тем самым – управлять мощностью включенной в цепь нагрузки лампы.
По подобной схеме собирается абсолютное большинство современных диммеров. Безусловно, в схему вносятся определенные дополнения, оптимизирующие ее работу и сглаживающие негативные моменты. Но принцип остается тем же.
Варианты схем
В магазинах предлагается широкий выбор устройств плавного пуска для ламп от российских и зарубежных производителей. Монтаж не требует особой квалификации. Нужно сделать разрыв провода фазы, ведущего к лампе накаливания, и подключить прибор при помощи клеммников.
При отсутствии клеммников провода спаиваются.
Чаще всего на производствах используется одна из трех схем:
- туристорная;
- симисторная;
- специализированная (обычно микросхема КР1182ПМ1или DIP8).
В сети 220 В
Самая простая схема плавного включения ламп туристорная.
Для самостоятельного изготовления требуются:
- лампа накаливания;
- 4 диода (для создания выпрямительного моста);
- туристор;
- конденсатор (10 мкФ);
- 2 резистора (один из них переменной емкости).
Время включение определяет переменное сопротивление.
В момент включения ток проходит через лампочку, выпрямляется мостом, проходит через резистор и начинает скапливаться в конденсаторе. После достижения определенного порога зарядки ток подается на туристор, он немного открывается. По мере наполнения конденсатора туристор открывается все больше, лампочка постепенно загорается. Максимальная мощность света достигается при полной зарядке конденсатора.
Лампочки накаливания рассчитаны на 220 В (на практике может быть до 240 В). Диоды и туристор выбираются, базируясь на этот показатель. При самостоятельном изготовлении необходимо учесть, что можно использовать любые диоды с напряжением от 300 В и туристор, способный выдерживать мощность от 2 кВт. Емкость накопителя тоже большого значения не имеет
Важно знать, что при ее уменьшении лампочка будет зажигаться быстрее
Использование симистора (попупроводникового ключа) позволяет уменьшить количество элементов в туристорной схеме.
Используется:
- дроссель;
- 2 резистора;
- конденсатор;
- диод;
- симистор.
По принципу действия эта схема мало отличается от предыдущей. Время включения определяет цепочка из резистора и конденсатора, которые подключены через диод. По мере наполнения емкости конденсатора постепенно открывается симистор, через который подпитана лампочка накаливания. Она загорается не мгновенно, а плавно. Такой прибор более удобен в использовании благодаря небольшим размерам.
Плавный пуск ламп при помощи приборов, созданных на основе микросхемы КР1182ПМ1(DIP8), можно использовать с источниками освещения, обладающими мощностью до 150 Ватт.
Основа этого прибора – 2 туристора и 2 системы управления. Время регулируется резистором и конденсатором. Силовую часть от управляющей отделяет симистор, подключенный через задающий ток резистор. Работу внутренних туристоров регулируют 2 наружных конденсатора, от помех, создаваемых сетью, защищает дополнительный конденсатор и резистор.
При использовании этой схемы свет не только плавно включается, но и плавно выключается. Длительность загорания и затухания регулируется подбором емкости конденсаторов.
Плавное включение обладает существенным недостатком – снижением яркости светового потока. Для достижения оптимального уровня освещения требуются лампы с максимальной мощностью.
Для одноклавишных выключателей существует схема на основе транзистора. Когда лампочка накаливания выключена, он закрыт. После включения напряжение через резистор и диод поступает на конденсатор, он начинает заряжаться. Максимальный уровень (9,1 В) ограничивает стабилитрон.
После достижении оптимального напряжения транзистор начинает открываться, нить накаливания лампочки, подключенной последовательно, постепенно нагревается. Обязателен второй резистор у конденсатора, обеспечивающий его разрядку после выключения. Основное преимущество использования транзистора – отсутствие мерцания лампочки накаливания.
При напряжении 12 В
Если светильник точечный, то используется трансформатор, преобразующий 220 вольт в 12 вольт. Для подключения к 12 В устройства плавного пуска он устанавливается перед преобразователем напряжения.
Если такой прибор необходим для автомобиля, требуются специальные схемы – импульсные или линейные (ШИМ-регуляторы).
Линейные подключаются к источникам света параллельно. После включения ток проходит через резистор, лампы тусклые. После подключения реле они загораются на всю мощность.
Резистор должен быть керамический, мощность примерно 5 Вт, сопротивление 0,1-0,5 Ом.
Импульсные схемы создаются на основе полевого транзистора, подающего ток короткими импульсами. За счет этого нити накаливания не нагреваются до уровня, при котором возможен разрыв. В перерывах между импульсами ток успевает равномерно распределиться по нити, выравнивая сопротивление.
Перспективы использования ламп
Традиционные лампочки, которые запрещены сегодня к использованию во многих странах, могут вернуться на рынок благодаря технологическому прорыву. Лампы накаливания, разработанные Томасом Эдисоном, дают освещение путем нагревания тонкой вольфрамовой нити до температуры 2700 градусов по Цельсию. Эта раскаленная проволока излучает энергию, известную как излучение черного тела, которая представляет очень широкий спектр света, обеспечивает не просто теплый свет, но и максимально точное воспроизведение всех известных цветов мироздания. Однако они всегда страдали от одной серьезной проблемы: более 95 % энергии, которая поступает в них, тратится впустую в виде тепловой энергии.
Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Пердью, нашли способ вернуть их былую популярность и обещают создать новые лампы MIT с эффективностью светодиода. Она будет работать путем размещения нано-зеркал вокруг обычного элемента, которые будут возвращать потраченное впустую тепло обратно для получения света в диапазоне эффективности светодиодных и флуоресцентных светильников.
Элемент лампы окружен системой нано-фотонных зеркал с холодной стороны, которые пропускают видимый свет. Но отражают тепло от инфракрасного излучения. Это тепло затем поглощается ее элементом, заставляя излучать больше света. Этот оригинальный трюк очень простой и жизнеспособный. Вольфрамовый элемент тоже был изменен — MIT использует ленту вместо нити, что лучше для поглощения отраженного тепла. Эксперимент, который выполнили физики Огнин Илик, Марин Сольячич и Джон Джоаннопулос, уже сумел утроить ее эффективность до 6,6 %.
Ученые уверены, что могут достичь 40 % эффективности, которая находится на верхнем пределе возможности для любого источника света. Современные светодиоды пока достигают уровня 15 %.
И если ученые выполнят свои амбициозные обещания — традиционные лампы заслуженно воспрянут из забытья. Тогда плавное включение и выключение света будет обеспечено их конструкцией.
Принцип работы
Блок питания
Для меньшего износа нити накаливания необходимо сгладить скачок, т. е. обеспечить плавное включение и выключение ламп накаливания. Значит, нужно оптимальное соотношение температуры спирали и напряжения, что приведет к нормализации режима и, как следствие, сохранению работоспособности светового прибора на более долгий срок. Помочь может схема плавного включения ламп накаливания, если конкретно – нужно использовать специальный блок питания. В течение короткого времени нить накала разогреется до необходимого предела как температуры, так и напряжения, установленного человеком.
Блок питания для плавного запуска
Если выставить уровень питания на 180 В, то, естественно, сила светового потока уменьшится на две трети, но при установке более мощных потребителей возможно добиться нужного уровня освещенности, обеспечивая плавный пуск ламп накаливания, при этом будет и экономия энергии, и продление срока эксплуатации самого светового прибора.
При приобретении такого блока плавного включения лампочек с нитью накаливания нужно уточнить, устойчиво ли устройство к высоким скачкам напряжения в сети. В идеале предельный запас по этому параметру должен превышать 25–30 %. И чем выше уровень этого показателя, тем больших размеров будет устройство. Необходимо учитывать этот факт, ведь блок плавного включения нужно где-то расположить.
Устройство плавного включения
Алгоритм работы устройства плавного включения лампы накаливания 220 В тот же, что и у блока питания, но УПВЛ имеет значительно меньшие размеры, благодаря чему его можно поместить и под колпак потолочного светильника, и непосредственно за выключатель (в тот же подрозетник), а также в соединительную коробку.
Подключать это устройство к сети 220 В нужно последовательно, соединив на фазный провод. А при условии, что напряжение на лампу подается в 12 В или 24 В, УПВЛ требуется его последовательное включение в схему до понижающего трансформатора.
Схема и внешний вид устройства плавного запуска лампы
Диммирование
Широко распространено использование в быту светорегуляторов или диммеров. Эти устройства также монтируются в схемы включения ламп накаливания и управляют уровнем подачи напряжения на светильник либо механическим (посредством вращения ручки), либо автоматическим способом. В цепь они чаще всего введены на место штатного выключателя (хотя есть более сложные модели, устанавливающиеся и на ввод напряжения в квартиру).
Самые простейшие диммеры – с поворотным механизмом регулировки. В таком устройстве возможна регулировка подачи от нуля до максимального напряжения в сети. Существуют такие приборы с дистанционным, сенсорным, звуковым и автоматическим (при помощи таймера) управлением.
Сборка дистанционного регулятора
При программировании микроконтроллера, необходимо запомнить калибровочную константу, которая находится по адресу 3FF и имеет вид 34хх (например, 347F). Если калибровочная константа отсутствует в ячейке 3FF, то это приведет к неработоспособности устройства.
Расположение элементов (Рис.2)
При распайке деталей плату обратите внимание, чтобы элементы находились на своих местах; диод, стабилитрон, транзистор, тиристор и электролитические конденсаторы припаяйте, строго соблюдая полярность. Не впаивайте сам микроконтроллер в плату, а установите так называемую панельку под нее
Тем самым вы избежите порчи микроконтроллера.
