Люди используют помещения для различных целей, и эти функции требуют разной освещенности. Регулировать ее удобно диммером - электронным устройством, позволяющим изменять уровень освещенности от "почти темно" до полной видимости простым поворотом ручки или скольжением рычага.
Зачем нужны диммеры?
Освещенность помещений в доме очень важна. Уровень ее в каждой комнате диктует то, что вы можете и не можете сделать, и это имеет огромное влияние на ваши ощущения. Так, например, вы не сможете читать под одной зажженной свечой, а вот романтический ужин на двоих покажется не таким приятным под 1,5-киловаттной галогеновой лампой.
Современные диммеры, например диммер Legrand, позволяют плавно регулировать освещенность светильников с лампами различных типов.
Резисторные светорегуляторы
Поначалу для регулировки уровня света применялось довольно простое решение - переменный резистор, включенный как диммер. Что это давало? Обычный проволочный резистор представляет собой тонкий проводник, создающий определенное (в соответствии с номиналом) сопротивление движению электрических зарядов. В конструкцию переменного резистора, кроме резистивного материала и двух неподвижных контактов, добавился еще и подвижный контакт со своим выводом. К электроцепи такой элемент подключается подвижным и одним из неподвижных контактов.
В этой конструкции варьируется общее сопротивление резистора путем регулирования расстояния, которое заряд должен пройти через резистивный материал, а попросту говоря - длины проволоки от неподвижного до подвижного контакта. Если подвижный контакт находится вблизи неподвижного (подключенного к цепи), то сопротивление резистора минимально. Если он смещен до второго неподвижного контакта, заряд должен пройти через весь резистивный материал.
Когда заряд перемещается под действием электрических сил через резистор, его энергия теряется в виде тепла. Если вы ставите резистор в последовательной цепи, то потери энергии в нем вызывают соответствующее падение напряжения на резисторе, уменьшая энергию, доступную для других нагрузок (лампочки, например). Снижение напряжения на лампочке понижает ее светоотдачу.
Проблемой в этом решении является то, что вы в конечном итоге тратите много энергии на нагревание резистора, который не осветит вам комнату, но обойдется в копеечку. Кроме энергетической неэффективности, резисторные светорегуляторы, как правило, громоздки и потенциально пожароопасны, так как переменный резистор выделяет значительное количество тепла. Современные устройства используют более эффективный подход.
Принцип работы
Итак, собственно диммер. Что это означает в смысле отличий от резистора? Вместо того чтобы отбирать энергию от лампочки в переменном сопротивлении, современные диммеры в каждом периоде изменения тока кратковременно перекрывают путь для его прохождения, чтобы уменьшить общее количество энергии, рассеиваемой во всей цепи. Получается, что ток в электрической лампочке выключается много раз в секунду.
Цикл переключения строится вокруг периода колебаний бытового переменного тока. Они имеют различную полярность напряжения - в холмистой синусоидальной токовой волне она колеблется от положительного максимума до отрицательного. Иначе говоря, движущийся заряд, который и составляет переменный ток, постоянно меняет направление своего движения. В России он проходит через один цикл изменения (движения зарядов в одну сторону, затем в другую) 50 раз в секунду.
"Разрыв" синусоиды тока в каждом ее полупериоде - вот что делает диммер. Что это значит? Он автоматически отключает цепь лампочки каждый раз, когда меняется направление тока, то есть когда в цепи нулевое напряжение. Это происходит дважды за цикл, или 100 раз в секунду. Подача тока в схему светильника включается снова, когда напряжение поднимается до определенного уровня.
Этот принцип - " включать по уровню" - задает положением своей ручки выключатель с диммером. Если она установлена на светлую обстановку, он включается очень быстро после отключения. Схема включена на большей части цикла, так что она поставляет в секунду больше энергии в лампочку. Если диммер устанавливается на более низкое освещение, он будет ждать после отключения дольше, пока в конце цикла вновь не включится.
Это основная концепция, но как на самом деле работает диммер? Схема его подключения, представленная в следующем разделе, ответит на этот вопрос.
Устройство электронного светорегулятора
Мы уже знаем, что он быстро прекращает свет в цепи, чтобы сократить энергию, подаваемую в светильник. И все же, конкретно сам диммер - что это такое? Центральным элементом его схемы является полупроводниковый коммутатор переменного тока, или симистор.
Симистор - это небольшой полупроводниковый прибор, похожий на диод или транзистор. Как и они, симистор состоит из разных слоев полупроводникового материала. Среди них материалы n-типа, который имеет много свободных электронов, и материалы р-типа, имеющий много "дырок", через которые свободные электроны могут пройти.
Симистор способен пропускать ток при разной полярности приложенного к нему напряжения, т. е. в обоих полупериодах переменного напряжения сети, но только если к третьему электроду - затвору - приложено некоторое управляющее напряжение. Вот так, собственно, и работает диммер. Схема ниже показывает, как он включается.
Напряжение на затвор симистора, которое необходимо для его открытия, подается с накопительного конденсатора, а время его заряда от начала полупериода питающего напряжения регулирует переменный резистор. Так что же происходит в этой схеме? В двух словах:
- Симистор действует как переключатель напряжения питания.
- Напряжение на затворе управляет моментами его включения.
- Переменный резистор задает напряжение на затворе.
- Дроссель служит для сглаживания формы тока в цепи питания лампы (см. след. раздел).
- Помехоподавляющий конденсатор препятствует генерации схемой диммера радиопомех.
Подключение к сети
Следует отметить, что конструктивно все электрорадиоэлементы, показанные на схеме выше, смонтированы в корпусе светорегулятора, который имеет всего две клеммы для включения устройства в однофазную электрическую сеть. Поэтому с точки зрения технологии выполнения такого подключения диммер полностью аналогичен обычному двухполюсному выключателю. Кстати, некоторые их конструкции имеют такой встроенный выключатель, включенный на входе всей схемы, а клавиша его размещается рядом с ручкой регулировки. Поэтому, подключая диммер, как и в случае подключения обычного выключателя, выполните следующие шаги:
- Определите светильник или группу светильников для управления от светорегулятора.
- Просчитайте ток, потребляемый осветительными приборами при питании их без диммера.
- Подберите светорегулятор с максимальным длительным рабочим током не меньшим, чем полученный в п. 2.
- Установите диммер на подходящее место и подключите к сети, как и обычный двухполюсный выключатель. Помните при этом, что любой выключатель следует устанавливать в разрыв фазного провода, а не "нулевого", т. е. он должен стоять в цепи прохождения тока до светильника (группы), а не после него.
Реальные схемы светорегуляторов гораздо сложнее. Так, может иметь место дистанционный диммер с пультом ДУ, отключаемый (автоматически) по таймеру, подключаемый к комплексу "Умный дом", а также с акустическим либо голосовым видом управления. Однако вся эта "умная начинка" спрятана внутри прибора, и процесс подключения его к сети вовсе не усложняет.
Гудение ламп при наличии диммеров
По отзывам ряда пользователей, при подключении вместо выключателя дешевого диммера в цепь питания лампы накаливания слышится странное жужжание. Это происходит из-за колебаний в нити накала лампы, вызванных изменением формы тока, поступающего из симистора.
Как вам известно, ток, текущий по проводам, генерирует значительную силу магнитного поля, а колебания тока вызывают пульсирующее магнитное поле. Нить накала в лампочке является просто проволочной спиралью, которая, словно соленоид, намагничивается проходящим через нее током, и ее магнитное поле колеблется с частотой переменного тока.
Нормальный синусоидальный переменный ток колеблется постепенно, как и его магнитное поле. Ток же от диммера изменяется скачкообразно, когда симистор становится проводящим. Это внезапное изменение тока меняет магнитное поле резко, что может вызвать вибрацию нити накала. В дополнение к производству мягкого жужжащего звука резко меняющееся магнитное поле будет генерировать слабые радиосигналы, которые могут создавать помехи в соседних телевизорах или радиоприемниках!
Лучшие диммеры содержат дополнительные компоненты для уничтожения жужжащего эффекта. Как правило, схема подключения диммера включает в себя индуктивный дроссель (см. схему выше), представляющий собой длинный провод, завернутый вокруг железного сердечника, и дополнительный помехоподавляющий конденсатор. Оба устройства могут временно запасать электроэнергию (в виде энергии магнитного поля, тока и энергии электрических зарядов) и расходовать ее позже. Эта энергия сглаживает острые скачки напряжения, вызванные переключениями симистора, чтобы уменьшить гудение и радиопомехи.
Диммеры и лампы
Светорегуляторы создают атмосферу комфорта в жилище и снижают затраты на электроэнергию. Тем не менее не все лампочки совместимы с ними, и это может создать трудности для домовладельцев. Многие потребители публикуют отрицательные отзывы о диммерном регулировании света, но анализ таких откликов приводит к выводу, что их авторы попросту не знакомы с принципами совместимости лампочек и диммеров между собой.
Лампочки характеризуются мощностью и напряжением. При неправильном выборе светорегулятора некоторые их типы получают неподходящее для них напряжение и создают проблемы. Поэтому, выбирая лампы для диммера, люди должны быть осведомлены о различных их типах и научиться выбирать только совместимые с имеющимися у них светорегуляторами.
Потребители могут выбирать лампы накаливания, галогенные, флуоресцентные и светодиодные лампы. Первые два типа ламп легко управлять диммерами, в то время как люминесцентные и светодиодные лампы, имеющие большую светоотдачу, более дорогие и хуже работают с рассматриваемыми устройствами.
Лампы накаливания
Лампа накаливания работает потому, что электрический ток проходит через ее нить накала, которая нагревается и начинает светиться. Эти лампочки, как и их ближайшие родственники - галогенные лампы (по сути, те же лампы накаливания, но с добавлением внутрь колбы галогенсодержащих соединений для предотвращения испарения материала нитей накала), являются наиболее утилитарным видом лампочки, потому что работают с любым диммером. Они плохо переносят слишком высокое напряжение, но достаточно хороши при соответствующем его уровне. По отзывам тех потребителей, которые хотели сохранить электроэнергию и увеличить срок службы лампочек за счет применения диммеров, это удается очень хорошо. Многие пользователи отмечают, что лампочки накаливания могут с недорогими диммерами работать так же хорошо, как и с продвинутыми моделями. Они тускнеют почти полностью, когда ручка диммера находится в положении чуть выше выключенного.
Люминесцентные лампы
У этих ламп внутри колбы находятся пары ртути. Генерируемое ими при нагреве ультрафиолетовое излучение возбуждает люминофор, которым изнутри покрыты стенки колбы, чтобы излучать видимый свет. Некоторые пользователи в своих отзывах отмечают, что в нижней части диапазона регулирования диммера их лампы просто выключаются. Все дело в том, что они применяют так называемые компактные люминесцентные лампы, не предназначенные для использования с диммерами: если домовладелец установит низкое напряжение через данное устройство, лампа просто выключится, а не потускнеет. Чтобы можно было использовать диммер с такой лампой, она должна иметь диммирующий балласт, о чем должно быть указано на упаковке. Некоторые стандартные диммеры будут совместимы с такой лампой, но не все из них. Потребители должны всегда выбирать диммер 220В с указанием производителя о совместимости его с люминесцентными лампами.
Светодиодные лампы
Их работа основана на способности светоизлучающего диода индуцировать электроны, которые взаимодействуют с положительно заряженными "дырками" и излучают фотоны, производящие люминесценцию. Они менее яркие, чем люминесцентные лампы, но диапазон регулировки яркости ограничивается только схемой ее включения. Согласно отзывам потребителей, светодиоды также подвержены выключениям в нижнем диапазоне силы света, и это тоже может проявляться с различными типами диммеров. В то время как лампа накаливания будет мерцать с колебаниями напряжения, светодиод может вообще выключиться или мерцать чрезмерно.
Выбор подходящей лампы
При покупке потребитель должен помнить, что лампы накаливания могут тускнеть от нуля до 100 процентов, а люминесцентные и светодиодные нельзя эксплуатировать ниже 10-20% номинального значения их яркости, так что домовладельцы не смогут с ними достичь уровня полного комфорта. Кроме того, люминесцентным и светодиодным лампам требуется более дорогой и сложный светодиодный диммер. Однако в долгосрочной перспективе они обеспечивают значительную экономию электроэнергии.
Выбор подходящего диммера
Современные диммеры, например диммер Legrand (имеется в виду вся линия бренда), выполняют разные функции, включая различные типы фотоэлементов, датчиков движения и таймеров. При инвестировании в данные приборы люди должны иметь в виду, что передовые схемы диммеров предназначены для высокоэффективных лампочек. В то время как недорогие устройства являются адекватными для ламп накаливания и галогенных ламп.
Подытоживая высказанные многочисленными пользователями диммеров отзывы, можно сделать вывод, что наибольший массовый эффект от их применения может получаться в жилищах, освещаемых традиционными лампами накаливания. Ведь светорегулятор дает возможность уменьшить потребление электроэнергии без замены дешевых ламп накаливания на дорогие люминесцентные или светодиодные. Если же жилище уже освещается новыми типами ламп, то основной эффект, заключающийся в повышении удобства управления освещением, могут дать "продвинутые" модели светорегуляторов, например дистанционный диммер, позволяющий управлять освещенностью помещений с пульта ДУ, не вставая с места.
