Что такое диммируемая светодиодная лампа: все о плюсах и минусах, принципах работы устройства в схеме освещения, разновидностях

Что такое диммируемая светодиодная лампа: все о плюсах и минусах, принципах работы устройства в схеме освещения, разновидностях

Диммерное устройство было изобретено в 1961 году Джоэлем Спира (главой Lutron Electronics).

Фото диммеруемых светодиодных ламп часто можно встретить в современных каталогах осветительного оборудования, описаниях премиум-интерьеров частных и общественных помещений, системах «умный дом», но большинству не понятно, что имеется в виду.

Слово «dimmable» происходит из английского языка, а точнее, от глагола «тускнеть» или «опускать».

Содержимое обзора

Принцип работы диммируемых светильников

Не специалист под диммируемым светодиодным источником освещениям поднимает буквально все. Имеются в виду наиболее распространенные источники освещения, такие как лампы, точечные светильники, ленты, люстры, комплексные комбинированные решения, все энергосберегающие и многие другие устройства в этом диапазоне.

Не только светодиодные лампы регулируются по яркости, есть и точечные светильники, прожекторы, лампы, торшеры с функцией регулировки мощности.

Если светильники диммируются, то появляется возможность регулировать мощность света с помощью специального диммера или электронного регулятора.

• Таким образом пользователь, самостоятельно принимает решение, использовать ли 100% мощности лампы или более низкую мощность (от 0% до 100%), за исключением некоторых компактных люминесцентных ламп CFL, для которых требуются специальные источники питания и трансформаторы.
• Говоря более техническим языком, управление нагрузкой осуществляется реостатом, способным регулировать входную мощность и напряжение, или рабочим циклом, который передает только часть электрического тока, доступного в нашей системе, к источнику света.

Интегральная схема диммера может быть как механической, так и электронной, в зависимости от выбора или необходимости.

Маркировка диммируемых светодиодных ламп

Если вы найдете полосу на этикетке приобретаемой упаковки, это будет означать, что лампа не будет регулировать яркость (обычно на коробке также есть указание).

Стоит искать светодиодные лампы E27 с регулируемой яркостью.

• Этот тип освещения идеально подходит для создания разной атмосферы, всегда используя одну и ту же систему освещения, создавая тем самым моменты большей приватности или расслабления за счет уменьшения или увеличения мощности света, чтобы в полной мере насладиться моментами с друзьями или чтением.
• Отличный выбор для замены старых галогенных ламп или ламп накаливания, большая экономия и гибкость использования, в том числе с точки зрения потребления, поскольку при установке пониженной мощности экономия энергии значительно возрастет.
• Диммеры доступны в различных форматах, например, в форме кнопки, называемой «нажимной диммер», где, удерживая переключатель, мы можем понижать или повышать уровень яркости, другая версия — поворотная с потенциометром, где вращением по часовой стрелке или против — по часовой стрелке проделываем ту же операцию.

Недавно были изобретены сенсорные элементы управления, которые можно использовать простым нажатием пальца или прикосновением к кнопке, что широко используется в домашней автоматизации типа устройств «умный дом».

Преимущества диммируемых выключателей света

Основные достоинства использования этого электронного устройства следующие:

• Уменьшение яркости светодиодных ламп за счет регулировки;
• Увеличение экономии электроэнергии, выбрав необходимую мощность;
• Создание комфорта и атмосферы, подходящей для каждого момента жизни, не выполняя трудоемкую замену светильников;
• Меньше загрязнений и больше бережного отношения к окружающей среде;
• Экономия на счетах: класс энергоэффективности A + или выше;
• Увеличенный срок службы светодиодных источников света благодаря более низким рабочим температурам.

Чтобы воспользоваться всеми этими преимуществами, все, что вам нужно сделать, это купить светодиодную лампу e27 с регулируемой яркостью.

Однако следует помнить, что, если вы хотите подключить регулируемую светодиодную лампу к тому же диммеру вместе с компактной или высокоиндукционной люминесцентной лампой, это вызовет раздражающий эффект, называемый «мерцанием», или раздражающий шум, поэтому было бы лучше заменить люминесцентные лампы на такие же ступенчатые (E27, E14, R7S, G9, Gu10, Gu 5,3).

Рекомендуется использовать тот же тип и, если возможно, марку освещения, подключенную к цепи диммера, чтобы избежать сбоя.

Установка диммеров

Обычные переключатели для ламп несовместимы с регулируемыми светодиодами, поскольку они прерывают входное напряжение, но не влияют на мощность света лампы (не происходит уменьшения или увеличения яркости).

Оптимальной настройкой было бы подключение к диммеру только одного прибора, чтобы избежать мерцания света, который может повредить или сжечь диммер.

• Не забудьте выключить питание системы перед выполнением каких-либо работ, и если у вас нет навыков для самостоятельной установки, лучший вариант – обратиться к электрику.
• Процедура установки не очень сложная, просто нужно иметь отвертку подходящего размера и формы, разобрать электрические пластины и отсоединить 3 провода или фазу, нейтраль и землю, сняв их со старого диммера.
• Далее нужно будет повторно подключить провода в том же порядке, вкрутив его в соответствующее пространство и закрыв все.

Теперь попробуйте провести несколько тестов и убедиться, что вы не слышите странных шумов, похожих на вибрацию и, проблем с мерцанием или бликами излучаемого света. Если вы не слышите шум или не идите визуальные помехи, то диммер установлен правильно.

Любопытные факты о диммерах

Эти устройства соответствуют стандарту CEI 23-86 / CEI EN 50428 HBES, который определяет их как неавтоматические устройства управления и сопутствующие аксессуары для использования в электронных системах для дома и здания.

Есть 2 типа, а именно TRIAC или IGBT, где первый тип, называемый TRIAC, снижает мощность нагрузки, в то время как в случае наличия аббревиатуры IGBT можно иметь более точное управление нагрузкой, которое также может быть отключено при необходимости. Эти системы также можно комбинировать для совместного использования.

Где нужно диммирование света

Расскажу о том, какой свет имеет смысл диммировать, и что при выборе диммируемых светильников надо учитывать.

Диммирование позволяет сделать комфортный уровень освещённости в помещении, создаёт дополнительные варианты световых сцен для разных ситуаций. Поэтому важно, чтобы заказчик или дизайнер заранее продумали эти сцены.

Например, вышел ночью в кухню водички попить — какой свет будет включен? Или при просмотре кино. Или свет в санузле, чтобы ночью по глазам не било.

Сделать неяркий свет можно двумя способами: либо отдельными неяркими светильниками (возможно, лентами), либо диммированием основного света.

Отдельные неяркие светильники могут быть просто слабыми лампочками, потолочными или настенными, или закарнизными подсветками, иногда делается подсветка плинтуса или точечные светильники у пола.

Если мы диммируем основной свет, но надо понимать, что у светодиодных светильников, в отличие от галогеновых, диапазон диммирования достаточно небольшой. Например, от 50% до 80% яркости. То есть, при управлении меньше 50% лампа начинает мерцать, а при управлении от 80% до 100% яркость уже не меняется. У более качественных светильников диапазон может быть от 30%. Так что, если хотите минимально яркий свет, надо использовать либо отдельные слабые недиммируемые светильники, либо светодиодные ленты.

Светодиодные ленты диммируются всегда отлично. При этом используются совсем не тот принцип, что для светильников, а широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Так что использовать светодиодную ленту для создания неяркого света — отличный вариант.

Диммировать светодиодные светильники, если у них в описании специально не написано, что они диммируемые, не получится. Может быть, вы увидите какую-то регулировку яркости, но потом сгорит либо диммер, либо лампа. Очень много раз с этим сталкивался.

Если у вас люстра, какой-то торшер или бра с обычными лампочками типа E14 или Е27, то надо искать на упаковке и на самой лампе значок диммирования (дуга, расширяющаяся направо)

Если у вас именно светодиодный светильник, то возможность его диммирования определяется драйвером. На сайте transistor.ru продукции Arlight ко всем светильникам перечислены сопутствующие товары — разные варианты драйверов.

Выбираем драйвер TRIAC и получаем возможность диммировать светильник диммером системы Умный Дом или настенным регулятором. Это самый распространённый тип диммирования.

Настенный регулятор-диммер. В тексте я называю его «крутилка», чтобы не путать с диммером в щите.

Есть вариант диммирования DALI. Здесь все драйверы соединяются одной шиной (две жилы), в щите стоит модуль контроллера DALI. Драйвер получается дороже, зато на диммерах экономим, нужен всего один модуль. У Larnitech такой модуль стоит 560 евро.

Есть вариант диммирования 1-10 вольт, здесь нужен слаботочный кабель (2 жилы) к каждому светильнику отдельно и источник сигнала 1-10 вольт в щите.

Диммеры TRIAС есть во всех системах Умного Дома. Источники сигнала 1-10 вольт тоже. DALI — не во всех (в Wirenboard нет, в частности, но можно сделать через шлюз).

По поводу стоимости диммирования со стороны оборудования Умного Дома: диммировать свет всегда в несколько раз дороже, чем включать-выключать. Например, у Larnitech стоимость одного канала диммирования составляет от 93 евро (200 ватт), а управление вкл-выкл — 33 евро. Оборудование KNX дороже.

К Beckhoff или EasyHomePLC надо подключать вшений диммер с RS485, например, Разумдом или Homelogicsoft EasyHomeDIM-6. Стоит 25 000 рублей за 6 каналов до 650 ватт.

У Wirenboard самые дешёвые диммеры WB-MDM3 — 5600 рублей стоит 3-канальный до 300 ватт на канал.

В общем, делать диммируемым вообще весь свет в доме может быть дорого, да и не нужно.

Расскажу про свой опыт: примерно на трети объектов с диммируемыми светодиодными светильниками у меня бывают проблемы. Либо диапазон диммирования совсем небольшой, либо лампы мерцают, либо диммеры сгорают через какое-то время работы. Иногда лампы при диммировании гудят. Спасает замена диммера на более мощный или замена светильников. Однажды столкнулся с тем, что в среднем один раз в час лампы сами по себе повышали свою яркость до 100%, потом уменьшали обратно. Один заказчик вообще демонтировал все диммеры в конце концов, так как надоели с ними проблемы.

У меня дома есть две диммируемые белые светодиодные ленты, отличная вещь. А основной свет двух комнат со встраиваемыми светильниками Arlight я планировал диммировать сигналом 1-10 вольт, но работает это довольно плохо: диапазон регулировки процентов 30, не больше.

Ради справедливости скажу, что все вышеперечисленные недостатки диммирования светильников — это не особенность управления с Умного Дома, с настенных крутилок могут быть все те же проблемы. Но диммер системы Умный Дом позволяет настраивать диммирование очень тонко: выбирать тип (передний или задний фронт), задавать минимум и максимум регулирования, задавать увеличенный сигнал управления при включении света (иногда при минимуме диммирования светильник не включается, нужно сначала дать управление больше, а потом уменьшить). Поэтому я рекомендую при отсутствии управления светом с системы Умный Дом использовать не настенные диммеры-крутилки, а диммеры Fibaro Dimmer или Wirenboard WB-MDM3 или EasyHomeDIM. Решится вопрос с проходными диммерами, будет много настроек, при большом количестве групп диммирования (этак больше 6) получится дешевле.

Диммирование светодиодов в общем и в деталях

Диммирование (от англ. dimming — затемнение) — это процесс управления интенсивностью освещения, уходящий своими корнями в XIX век. Впервые диммирование было применено в театрах, когда по замыслу режиссёра сцена должна была затемняться и освещаться в зависимости от происходящего на ней действия. Для этого используемые в то время прожекторы с дуговыми лампами прикрывались затемняющими шторками. Чем больше эти шторки перекрывали световой поток, тем больше они диммировали освещение. Сегодняшние диммеры далеко ушли от своего незамысловатого предшественника, однако в целом их назначение осталось прежним.

Регулировка яркости широко используется в современных системах. Так посредством диммирования можно создать мягкое камерное освещение в гостиной или спальне, быстро сменить атмосферу в кафе или ресторане, усилить визуальные «магниты» в ритейле.

Преимущества диммирования

• Возможность создания и быстрой смены сценариев освещения, недостижимых при помощи стандартных двухпозиционных выключателей.
• Регулировка яркости позволяет эксплуатировать осветительные приборы в щадящем режиме, что продлевает их срок службы.
• Диммирование приводит к уменьшению энергопотребления и тепловыделения.

Наиболее широкие возможности по управлению световой средой открываются при сочетании диммирования с разделением световых приборов на группы. Такой подход позволяет управлять общим светом и акцентами независимо друг от друга, реализуя самые интересные и сложные сценарии.

Преимущества диммирования светодиодов

Регулировка яркости светодиодов позволяет в полной мере раскрыть весь их потенциал. Особенности работы LED делают этот осветительный элемент идеальным кандидатом на диммирование.

• Яркость светодиода можно менять в очень широком диапазоне, в отличие от люминесцентных ламп.
• Изменение яркости никак не сказывается на цветовой температуре и цветопередаче, в отличие от ламп накаливания.
• Снижение яркости ведёт к увеличению срока службы, а не наоборот, как в случае с галогенными лампами.
• Регулировка яркости светодиодных светильников происходит без задержек, что позволяет использовать их даже в самых динамичных осветительных сценариях.

Особенности диммирования светодиодов

Простейший диммер, регулирующий затемнение ламп накаливания, делает это за счёт «срезания» синусоиды переменного тока. Но в отличие от ламп накаливания, LED светильник имеет более сложное устройство и работает под управлением электронной схемы — драйвера. Таким образом, корректность работы осветительного оборудования напрямую зависит от управляющего им драйвера. В то же время, правильно подобрав драйвер, можно задиммировать абсолютно любые светильники, независимо от их мощности и типа.

Стандарты и протоколы диммирования

TRIAC

Симисторный диммер, работающий по отсечке фазы. Его главные преимущества — это низкая цена и возможность встраивания в схему без лишних коммутаций (как выключатель). Для корректного диммирования светодиодов важно проверить совместимость оборудования (связки диммер-драйвер). Это позволит избежать нежелательного гудения и мерцания при работе.

1-10V

Стандарт, завоевавший широкую популярность в эпоху повсеместного использования люминесцентных ламп. Его суть заключается в отправке по отдельной паре проводов сигнала от 1 до 10V. То есть диммер в данном случае реализован в виде обыкновенного потенциометра. Главным преимуществом такого подхода является полная нечувствительность к нагрузке. Среди недостатков — невозможность управления источником света из нескольких мест и слабая поддержка со стороны производителей светодиодов.

DALI

Цифровой протокол, поддерживаемый большинством производителей профессионального осветительного оборудования. Его главное преимущество — это цифровая шина, объединяющая все диммируемые светодиодные светильники в единую систему. Включение, выключение и регулировка яркости осуществляются за счёт сигнальных команд, а не за счёт размыкания питающей цепи. Такой подход позволяет в любое время переназначать, какой выключатель за какой светильник отвечает.

Но самым главным преимуществом цифрового протокола DALI является возможность программирования сцен с их последующим сохранением в памяти. Это полностью переворачивает представление об управлении освещением. Обычная клавиша выключателя может теперь не просто управлять светильником, а задавать режим работы для целой группы.

Из недостатков протокола DALI можно выделить разве что высокую стоимость и необходимость предварительной настройки системы управления.

Push DIM

Интересный в реализации тип диммирования, позволяющий использовать для подключения всего два провода. В роли управляющих элементов служат кнопки с нормально разомкнутыми контактами. Пока вы держите кнопку, сигнал есть, отпустили — сигнала нет. Осветительные приборы будут воспринимать такие нажатия следующим образом:

• короткое: включение/выключение;
• длинное: регулировка яркости.

Метод прост в реализации, не требует дополнительных настроек и может быть реализован почти с любой электрофурнитурой. Но есть и недостатки: малая распространённость драйверов с таким стандартом и ограниченное количество светильников, подключаемых к одной кнопке.

Casambi

Беспроводная система управления освещением на основе технологии Bluetooth Low Energy.

Позволяет управлять светом с помощью гаджетов на базе iOS и Android или с настенных выключателей и панелей. Подключение светильников к системе происходит за счет добавления в цепь одного из устройств Casambi.

Возможности системы:

• Подключение большинства светодиодных приборов и LED лент, представленных на рынке света
• Управление приборами по одному и группами
• Создание статичных и динамичных сценариев
• Управление RGB и Tunable White
• Совместимость со стандартами диммирования TRIAC, 0-10V (1-10V), DALI
• Взаимодействие с датчиками движения, освещенности, присутствия и др.
• Интуитивный интерфейс управления

Отсутствие дополнительных проводов позволяет интегрировать управление по Casambi в проект на любой стадии.

Система имеет ряд продуктов с различными вариациями по интеграции и подключению.
Схема подключения TRIAC диммера Casambi с управлением через смартфон:

Схема подключения TRIAC драйвера Casambi с управлением через беспроводной переключатель:

Выбор драйвера

Выбор драйвера и типа диммирования определяется множеством факторов. Самыми гибкими в этом плане являются встраиваемые светильники, так как их драйвер вынесен за пределы корпуса. В случае же с накладными и подвесными светильниками приходится учитывать большое количество нюансов. Однако нерешаемых задач не существует. Заручившись поддержкой квалифицированных специалистов, можно задиммировать даже те светильники, которые изначально не были на это рассчитаны.

Регулятор силы света (диммер) на Arduino и симисторе

В современных домохозяйствах большинство устройств (лампочки, телевизоры, кондиционеры и т.д.) запитываются от напряжения переменного тока. Мы можем управлять включением и выключением этих устройств с помощью платы Arduino и реле, эти способы управления домашними электронными устройствами рассматривались на нашем сайте в проектах автоматизации дома. Но если нам нужно не просто управлять процессами включения/выключения устройств, а нужно еще, к примеру, регулировать яркость свечения лампы или частоту вращения вентилятора, то здесь нам необходимо использовать методы управления фазами и статические переключатели наподобие симисторов (TRIAC) для управления фазами напряжение переменного тока.

В данной статье мы рассмотрим создание регулятора силы света (диммера, dimmer) лампы переменного тока на основе платы Arduino и симистора. Для переключения режимов лампы переменного тока мы будем использовать симистор (TRIAC) – быстродействующий электронный переключатель, наиболее хорошо подходящий для проектов подобного вида.

На нашем сайте вы можете также посмотреть проекты, в которых использовалась регулировка силы света:

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
2. Оптопара MCT2E (купить на AliExpress).
3. Оптопара MOC3021 (купить на AliExpress).
4. Симистор (TRIAC) BT136 (купить на AliExpress).
5. Понижающий трансформатор (12-0V, 500mA) (купить на AliExpress).
6. Резисторы 1 кОм, 10 кОм, 330 Ом (купить на AliExpress).
7. Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
8. Лампа переменного тока с держателем (патроном).
9. Соединительные провода.

Методика обнаружения перехода через ноль

Для управления напряжением переменного тока первое, что мы должны уметь делать – это обнаруживать переходы через ноль сигнала переменного тока. Следовательно, в каждый момент времени, когда этот сигнал переходит через ноль, мы должны переключать симистор. Момент перехода через ноль сигнала переменного тока показан на следующем рисунке.

Принцип работы симистора

Симистор (симметричный триодный тиристор, в англ. TRIAC) представляет собой переключатель переменного тока с тремя выводами, который можно переключить при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод (затвор). Но в отличие от других подобных переключателей, которые проводят ток в одном направлении, симистор может управлять током в обоих направлениях. В нашем проекте мы будем использовать симистор BT136.

Принцип управления симистора переменным током показан на следующем рисунке.

Как показано на рисунке, мы можем переключать, к примеру, симистор на угле 90 градусов при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод. В этом случае мы будем подавать ток на лампу только в половине времени положительной полуволны сигнала (на графике время t1), соответственно, лампа будет гореть вполовину мощности. Уменьшая или увеличивая это время мы можем заставить лампу гореть ярче или тусклее.

Частота сигнала переменного тока в нашей сети составляет 50 Гц, соответственно, период сигнала равен 1/f =20 миллисекунд. Значит, половина периода будет равна 10 мс. Поэтому мы можем изменять время t1 на приведенном графике для управления яркостью свечения лампы переменного тока в диапазоне от 0 до 10 мс (10000 мкс).

Оптопара

Оптопару (оптрон) также называют оптоизолятором. Она используется для изоляции друг от друга двух электрических цепей постоянного или переменного тока. Принцип ее действия достаточно прост: светодиод внутри нее излучает инфракрасный свет, а фотодатчик обнаруживает его. В нашем проекте мы будем использовать оптопару MOC3021 для управления лампой переменного тока, с помощью платы Arduino, использующей сигналы постоянного тока.

Схема проекта

Схема регулятора силы света (диммера) на Arduino и симисторе представлена на следующем рисунке.

Схема соединения симистора и оптопары показана на следующем рисунке.

Эту схему мы собрали на перфорированной плате, у нас получилась конструкция следующего вида:

Оптопару MCT2E и соединения с ней мы также разместили на перфорированной плате и подсоединили ее к понижающему трансформатору.

Конструкция всего проекта в сборе выглядит следующим образом:

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы и видео, демонстрирующее работу проекта, приведены в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим основные фрагменты кода.

В самом начале программы нам необходимо объявить используемые глобальные переменные. Симистор у нас подключен к контакту 4 платы Arduino. В переменной dim_val мы будем хранить значение шага диммирования (регулирования силы света), который мы далее будем использовать в программе.