Выключатель с регулятором яркости для светодиодной лампы

С момента появления электрического освещения инженеры пытались решить проблему регулирования яркости свечения ламп. На заре электротехники доступно было всего два способа – реостаты и регулируемые трансформаторы. Эти приборы громоздки и неудобны для применения в быту, они имеют и другие недостатки. Поэтому лишь с развитием твердотельной силовой электроники и разработкой мощных, но компактных электронных ключей были созданы современные приборы, называемые диммерами.

Что такое диммирование и принцип его работы

Диммированием называется регулирование яркости свечения ламп различной конструкции от максимального в сторону уменьшения. Термин происходит от английского глагола to dim – затемнять. Применяются регуляторы света для создания комфортной освещенности, а также для создания различных световых эффектов (для этого используются современные приборы, управляемые контроллерами).

Задача уменьшения яркости свечения на разных этапах развития электротехники решалась разными способами. Изначально для этой цели применялись шторки, которыми можно было частично перекрывать световой поток. Далее разработчиками был пройден многолетний путь от потенциометров и регулируемых трансформаторов до современных компактных приборов. Их основой служит силовой ключ, вырезающий часть синусоиды, подаваемой на осветительный прибор.

В определенный момент после прохождения синуса через ноль ключ открывается. Чем позже происходит открывание, тем меньшую часть времени нагрузка находится под напряжением, тем меньше средний ток. Следовательно, меньше и усредненная яркость свечения.

В этой схеме ключом служит симистор, а потенциометром регулируется момент открывания. Такой прибор пригоден для регулирования свечения ламп накаливания и галогенных ламп. У светодиодных приборов имеется своя специфика.

Какие лампочки можно использовать с диммером

Хотя в основе свечения ламп накаливания и светодиодов лежат разные принципы, общее у них имеется – интенсивность свечения зависит от среднего тока, протекающего через элемент. Проблема диммирования большинства светодиодных светильников том, что они включаются в сеть не непосредственно, а через стабилизатор тока (драйвер). Его задача – поддерживать яркость свечения независимо от изменения параметров питающего напряжения. Иными словами, такой прибор призван противостоять процессам, сопутствующим диммированию. Поэтому регулировать интенсивность свечения обычными приборами невозможно.

Существуют специальные лампы, входные цепи драйверов которых дополнены специальной схемой. Она отслеживает среднее значение напряжения на входе и в соответствии с ним изменяет ток светодиодов, регулируя световой поток. Такие лампочки маркируются надписью Dimmable или соответствующей пиктограммой.

Стоят подобные осветительные приборы дороже, но возможности их использования шире.

Существуют недорогие LED-светильники, у которых драйвер в виде электронной схемы отсутствует, его роль выполняет гасящий резистор. Такие лампы нежелательно непосредственно включать в сеть переменного напряжения, даже если они проходят по параметрам. Они не рассчитаны на высокое обратное напряжение, прикладываемое во время отрицательного полупериода. Это может привести к их быстрому выходу из строя. Поэтому их надо включать в сеть любого переменного напряжения через выпрямитель (желательно, двухполупериодный) или использовать на постоянном напряжении. В первом случае они диммируются обычным способом, но включать их надо по схеме «диммер – выпрямитель – лампа». Во втором надо применять специальные диммеры, управляющие свечением методом широтно-импульсной модуляции. Такие аппараты обычно выполняются на базе контроллеров и возможности управления ограничены только фантазией разработчиков.

Для удобства оценки совместимости ламп и диммеров для светодиодов, данные сведены в таблицу.

Тип диммера	Тип лампы
	Недиммируемая с драйвером	Диммируемая со специальным драйвером	Светодиодная лента или лампа с гасящим резистором
Обычный	Несовместимы	Совместимы	Совместимы при использовании выпрямителя
Светодиодный с выходом постоянного тока	Несовместимы	Несовместимы	Совместимы

Регулирование яркости LED при постоянном напряжении

Если светодиодный светильник работает на постоянном напряжении, его яркость также можно регулировать. Самый простой способ – включение последовательно со светодиодом переменного резистора. Изменением его сопротивления меняется ток в цепи.

Этот метод давно признан неудачным из-за энергетической неэффективности. На резисторе бесполезно рассеивается большая мощность. Гораздо более рационально распределять энергию во времени. При этом для снижения интенсивности свечения ключ периодически закрывается, а уровень освещенности усредняется посредством инерционности человеческого зрения.

На практике это делается методом ШИМ. Светодиод питается прямоугольными импульсами постоянной амплитуды и частоты, но разной длительности.

В зависимости от длины импульса меняется средний ток через светодиод, человеческим глазом это воспринимается как изменение яркости.

Модуляцию по ширине импульса удобно реализовывать с помощью процессорной техники. Поэтому на контроллерах делают различные приборы для создания световых эффектов.

Достоинства и недостатки

К плюсам возможности настройки уровня свечения относятся:

• получение комфортной освещенности помещения;
• экономия электроэнергии;
• возможность акцентирования на деталях (в случае декоративной подсветки);
• уменьшение выделения светильниками тепла;
• возможность дистанционного и автоматического управления;
• продление срока службы LED.

К минусам относится заметное мерцание LED-излучателей при низких уровнях яркости. Это приводит к повышенной утомляемости глаз, а также к возникновению вредного эффекта стробоскопа. Избавиться от мерцания при питании постоянным током проблематично, а при питании переменным – невозможно. Другая проблема – после установки светорегулятора определенного типа теряется возможность устанавливать лампы произвольного вида. Они должны быть совместимы с регулятором.

Экономят ли диммеры электроэнергию

Этот простой вопрос вызывает бурные дискуссии в Интернете. На самом деле, многое зависит от конструкции диммера. Светорегуляторы старых образцов, выполняемые в виде потенциометров или регулируемых трансформаторов, никакой экономии не давали. Вся сэкономленная мощность бесполезно рассеивалась на балласте. Сейчас таких приборов практически не выпускают.

Диммеры, построенные на электронных ключах, распределяют электроэнергию во времени. Для уменьшения яркости они закрывают регулирующий элемент полностью на заданный промежуток времени, ток через нагрузку и ключ практически не идет. Все происходит в течение одного полупериода синусоидального напряжения, поэтому человеческий глаз такого вмешательства не замечает. Снижение потребления при таком способе очевидно, но не все так просто:

1. Вклад освещения в общий расход электроэнергии в доме или офисе не так велик, гораздо больше потребляют мощные электроприборы. Поэтому небольшое снижение потребления энергии за счет диммирования будет заметно, но не существенно. В связи с глобальным переходом на светодиодное освещение, доля затрат на освещение снижается еще больше, и эффект от диммирования становится еще меньше.
2. Сам диммер для светодиодных ламп имеет КПД отличный от 100%. У хороших приборов этот показатель превышает 90%, но это все равно расход электроэнергии.
3. Стоимость приборов для регулировки яркости выше, чем у обычных выключателей. Даже при наличии экономии период окупаемости у них составляет не менее пары лет.
4. Многие производители в маркетинговых целях завышают экономический эффект, это приводит к несоответствию ожиданий от применения регуляторов освещения.

Следует учитывать, что уменьшение среднего тока увеличивает ресурс светодиодов. Это вносит положительный вклад в общую экономику эксплуатации освещения. В любом случае не стоит ожидать экономии больше, чем 10%.

Влияние диммирования на срок службы светильников

Известно, что подача уменьшенного тока в момент включения увеличивает срок службы ламп накаливания. Светодиоды не склонны к выходу из строя в момент включения, но регулирование свечения также благотворно влияет на продление ресурса работы LED. Дело в том, что срок службы излучателей зависит от средней рабочей температуры, которая, в свою очередь, определяется током. Чем выше нагрев, тем быстрее происходит деградация светоизлучающих диодов, тем больше вероятность полного выхода из строя.

При применении диммеров для светодиодов средний ток становится заметно меньше максимального, поэтому ресурс LED значительно увеличивается.

Виды современных диммеров

В продаже доступно огромное количество регуляторов интенсивности свечения LED-излучателей. Помимо рассмотренных различий, их классифицируют и по другим параметрам, определяющим область применения аппаратов.

По типу монтажа

По типу монтажа приборы могут быть:

• настенными – монтируются подобно обычному выключателю освещения;
• модульными – устанавливаются в электрический щит на DIN-рейку;
• подвесными – встраиваются в конструктивные элементы подвесных светильников;
• переносными – такой прибор можно включать в любую розетку, затем к нему подключается торшер или настольная лампа;
• встраиваемыми – их прячут за элементами интерьера.

Последняя категория приборов схожа с настенными, но имеет менее эстетично оформленный корпус.

По исполнению

Приборы могут иметь разные контактные группы:

• обычными на размыкание-замыкание;
• перекидными.

Во втором случае диммер называется проходным и служит для организации двойной схемы управления светом – из двух точек независимо.

По способу регулировки

По этому критерию приборы могут быть:

• поворотными – яркость регулируется поворотом колеса, полностью свет выключается доворотом до упора;
• поворотно-нажимными – свечение настраивается поворотным колесом, выключение производится нажатием на колесо в любом положении;
• кнопочными – регулировка производится нажатием на кнопки + или -.
• сенсорными – принцип аналогичен кнопочными, но вместо нажатия достаточно дотронуться в чувствительной зоне;
• управляемыми дистанционно – свет регулируется пультом дистанционного управления;
• управляемыми по WiFi – можно регулировать освещение с мобильного устрйоства;
• акустические – управляются звуковым сигналом.

Последний тип приборов мало распространен из-за низкой устойчивости к акустическим помехам.

Как подключить LED-осветитель через диммер

Led диммер подключается в осветительную сеть подобно обычному выключателю (часто он несет и эту функцию) – в разрыв фазного провода. Поэтому зачастую можно снять штатный выключатель и выполнить подключение диммера по той же схеме. Не следует забывать о максимальной мощности нагрузки, которую можно подключать к регулятору. Он должен выдерживать ее с запасом в 15-20%. При соблюдении этого правила диммер будет выполнять свою работу долго.