Меню

Схемы регуляторов освещения ламп накаливания

Схема и устройство регулятора яркости лампы накаливания 220 в

Создание комфорта невозможно без правильно подобранного освещения. Особенно это актуально для вечернего времени суток, когда яркий свет от светильника может даже раздражать. Поэтому и было специально разработано устройство, помогающее легко изменять степень освещённости. Этот прибор представляет собой регулятор яркости ламп накаливания 220 В, позволяющий плавно управлять их накалом. При этом такой светорегулятор помогает экономить электроэнергию.

Устройство и виды

Сегодня в продаже можно встретить большое количество светорегуляторов для различных осветительных приборов. Одним из самых недорогих и простых по принципу действия является приспособление, управляющее яркостью свечения ламп накаливания. Всё дело в том, что лампа представляет собой простейшее осветительное устройство.

В лампе накаливания используются свойства определённого типа материала излучать свет при нагреве. Для того чтобы это излучение было видно, температура тела должна превышать 570 °C (красный спектр). Нагрев вещества достигается путём пропускания через него тока. Поэтому в качестве источника излучения должен использоваться тугоплавкий проводник, сопротивление которого току позволит преобразовать электрическую энергию в световую. Всеми этими качествами обладает вольфрам, который и используется в качестве нити накала.

Рабочая температура вольфрама достигает 2000—2800 °C, из-за чего спектр свечения лампы сдвинут в жёлтый цвет. При таких температурах вольфрам окисляется, поэтому для избегания процесса окисления нить помещается в вакуумированную колбу, которая заполняется инертным газом. В качестве газа используется азот, аргон или криптон.

Принцип действия светорегулятора для ламп накаливания построен на изменении степени нагрева вольфрамовой нити в колбе. Достигается это путём регулирования силы тока, проходящей через прибор света. Такие регуляторы называются диммерами. Различные их виды можно встретить в специализированных торговых точках по продаже светового оборудования, но при желании можно изготовить диммер и своими руками. Его несложная конструкция позволяет собрать и подключить устройство самостоятельно даже людям, которые не имеют специальных технических знаний.

Принцип действия

Своим названием диммер обязан английскому слову dim, которое переводится как «затемнять». По своей сути он является регулятором электрической мощности. Простейшим его видом является реостат, но для изменения световой силы приборов его не используют из-за низкого коэффициента полезного действия (КПД). Другим его видом является автотрансформатор. Однако крупные его размеры и внушительный вес делают применение автотрансформатора неудобным.

Развитие полупроводниковых приборов позволило использовать для светорегулировки новые технологии, работающие на принципе преобразовании частоты. Таким образом, регуляторы освещения для лампы накаливания разделяют на два вида:

  • аналоговые;
  • цифровые.

В основе принципа аналогового устройства лежит отбор энергии от осветительного прибора путём изменения сопротивления линии. Например, в случае использования реостата, который представляет собой переменный резистор, происходит изменение сопротивления в цепи с подключённой лампочкой. Для этого последовательно в цепь нити накала включается переменный резистор. Увеличение его сопротивления ведёт к уменьшению силы тока, поступающего на лампу, а значит, нить меньше нагревается, и свечение становится тусклее. Но при таком подходе потребление мощности не уменьшается, её часть выделяется на реостате, приводя к его нагреву.

Неудобства использования аналоговых регуляторов почти полностью решены в цифровых устройствах. В их основе применяется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющий управлять подачей мощности к нагрузке. Это достигается путём изменения длительности импульсов при определённой частоте сигнала. Для этого используются коммутационные элементы, которые собираются на транзисторах, работающих в ключевом режиме, и генератор — ШИМ-контроллер. Задача последнего заключается в управлении электронными ключами.

В закрытом состоянии ток через ключ очень мал, а значит, мощность рассеивания ничтожна. В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление также мало, а тепловые потери незначительны. Наибольшее количество тепла выделяется в момент переключения ключа. Изменение светосилы осветителя зависит от периода времени и скважности импульса сигнала, при этом значение тока остаётся постоянным.

Характеристики и возможности

Использование светорегуляторов имеет ряд преимуществ по сравнению с простым включением и выключение света. В первую очередь — это дополнительный комфорт, а во вторую — экономия электроэнергии. Современные приборы позволяют изменять освещение, даже не притрагиваясь к выключателям света из-за возможности использования пульта дистанционного управления. Можно выделить следующие основные преимущества:

  • повышение энергоэффективности освещения;
  • плавное включение и выключение света;
  • продление срока эксплуатации осветительных приборов;
  • работа ламп по запрограммированному алгоритму.

Сегодня производители предлагают устройства, различающиеся по виду, стоимости и набору дополнительных функций. Но при этом отмечаются и недостатки. Прежде всего, это чувствительность к перегреву, поэтому в помещениях с высокой температурой их устанавливать не рекомендуется. Кроме этого, из-за особенностей работы прибора возникают радиоимпульсы, которые могут стать источником помех.

Следует знать, что у ламп накаливания отсутствует индуктивность и ёмкость. Они представляют собой инерционные устройства. А это значит, что при уменьшении потребляемой мощности изменяется цветовая температура света. Из жёлтого спектра она сдвигается в сторону красного излучения. Освещение на малой мощности может оказаться неприятным, потому некоторые производители встраивают в свои устройства порог отсечения. При достижении определённой величины лампа сразу отключается. К основным характеристикам прибора относят:

  1. Мощность. Этот параметр показывает, какой наибольшей мощности осветитель можно подключить к светорегулятору. При покупке необходимо выбирать устройство с показателем на 15—20% больше, чем планируемая к подключению мощность нагрузки. Это позволит избежать перегрева устройства и выхода его из строя.
  2. Степень защиты. Электроприбор должен обладать классом защиты. Минимальный класс должен соответствовать стандарту IP20.
  3. Материал контактной группы. Лучше всего, если используются медные контакты, но часто применяется и сплав.
  4. Тип управления. Он может быть поворотным, кнопочным, сенсорным или дистанционным.
  5. Вид установки. Такие приборы могут быть встраиваемыми или выносными. Первого вида устройства предназначены для расположения вместо выключателя освещения. Приборы второго типа подключаются к розетке с напряжением 220 вольт и имеют собственную розетку, в которую уже включается непосредственно лампа.
Читайте также:  Регулятор питания айфон 6

Производители приборов

Покупая устройство, не в последнюю очередь нужно обращать внимание на его производителя. Приобретение некачественного товара может привести к возникновению пожара, поэтому лучше отдавать предпочтение известным производителям. Обычно они имеют обширную сеть сервисных центров, благодаря чему гарантийный ремонт осуществляется в кратчайшие сроки, но чаще всего изделие просто меняется на новое. К лидирующим компаниям, выпускающим диммеры для ламп накаливания, относят:

  1. Legrand. Французская компания, специализирующаяся на электротехнической продукции. Она занимает одну из лидирующих позиций на рынке и считается надёжной и безопасной. Большим спросом пользуются ее серии Valena и Celiane.
  2. Schneider Electric. Их продукция отличается простотой установки и безопасностью в процессе эксплуатации. Популярные серии: Merten, Прима, Sedna.
  3. Ноотехника Агат. Российский производитель электрофурнитуры. Продукция отвечает высоким стандартам европейского качества. Чаще всего при покупке обращают внимание на дистанционный диммер Агат-Д-1000.
  4. ABB. Светорегуляторы шведско-швейцарского производителя выполнены в оригинальном дизайне и представлены на рынке в широком ассортименте. Их продукция Busch Duro считается классикой светоуправляющих приборов.
  5. Makel. Производитель из Турции зарекомендовал себя качественным и надёжным изготовителем, выпускающим продукцию в основном бюджетного класса. Серии Defne и Lilium Natural Kare смогут удовлетворить любого покупателя.
  6. LN-MINI. Базирующаяся в Гонконге фирма известна своими миниатюрными диммерами, предназначенными для установки в настольные лампы.
  7. Lezard. Дочерняя компания турецкой фирмы DERNEK GRUP. С каждым годом её продукция становится всё более популярной. Наиболее известная серия — Mira.

Схемотехника устройств

Существует довольно много технических решений изготовления светорегулирующих приборов. Но ключевые блоки их однотипные — это элементы управления и управляющий модуль. Самый простой вариант схемы диммера для лампы накаливания содержит не более пяти радиоэлементов и лёгок к повторению даже начинающему радиолюбителю, в то время как сложные многофункциональные приборы содержат микросхемы и программный код.

Простые схемы можно выполнять навесным монтажом, а вот для сложных устройств понадобится изготовить печатную плату. При самостоятельной сборке прибора любой сложности следует быть внимательным и соблюдать аккуратность, так как работы связаны с опасным для жизни напряжением 220 вольт.

Поворотный диммер

Такая схема не содержит дефицитных радиодеталей, а её ключевым элементом является симистор. Суть схемы сводится к тому, что ток появится на лампе лишь в том случае, если на управляющем электроде симистора возникнет отпирающий сигнал. Когда он откроется, нагрузка подключится.

Генератор в схеме реализован на двух симисторах VS1 и VS2. При включении в сеть 220 вольт конденсаторы C1 и C2 через резисторы R1 и R2 начинают заряжаться. Как только уровень напряжения достигает значения, позволяющего открыться VS1, появляется ток, а конденсатор C1 разряжается. Чем больше сопротивление цепочки R1-R2, тем медленнее происходит заряд, а значит, и увеличивается скважность импульсов. При изменении сопротивления R2 регулируется длительность импульсов.

Обозначение Наименование
VS1 BT137 600E
VS2 DB3
R1 1 МОм
R2 27 кОм
C1 22-100 нФ, 300 В
C2 22-100 нФ, 300 В

Светорегулятор на микроконтроллере

Такого типа схемы используются в диммерах с возможностью дистанционного управления. Главным элементом устройства является микроконтроллер DD1. Через делитель напряжения R8-R10 сетевое напряжение поступает на вход контроллера. Переход синусоидального сигнала через ноль характеризуется падающим фронтом напряжения, что вызывает прерывание программы микросхемы.

Элементы VD3-VD4 образуют стабилизированный однополупериодный выпрямитель. Конденсатор С6 и резистор R6 нужны для защиты параметрического стабилизатора. Для сборки такого прибора своими руками понадобится изготовить печатную плату, а уровень знаний по радиоэлектронике должен быть средним.

Конденсаторы C1 и C2 играют роль фильтра и предназначены для сглаживания выпрямленного напряжения. Через диод VD1 в случае пропадания напряжения в сети 220 В происходит разряд C5. На транзисторе VT1 собран ключ, разряжающий C4 при взаимодействии пользователя с сенсорной пластиной. В качестве неё можно использовать даже самодельную металлическую пластину, приклеенную с обратной стороны клавиши любого выключателя.

Симистор должен быть рассчитан на максимальное рабочее напряжение не менее 600 вольт, а его ток обязан превышать требуемый нагрузкой в два раза. Если на четвёртом выводе микроконтроллера присутствует единица, тогда симистор закрыт. Для его открытия формируется импульс сигнала длительностью не менее 15 мкс.

Радиоэлемент устанавливается на радиатор. В качестве фотоприёмника используется любой фотоэлемент с несущей частотой инфракрасного сигнала 36 кГц.

Источник



Как сделать диммер на 12 и 220 В своими руками?

Для регулировки интенсивности освещения можно использовать специальные выключатели – диммеры. Они позволяют менять силу светового потока от максимуму до полного выключения. Тем не менее, заводские диммеры обладают рядом недостатков, среди которых и довольно высокая стоимость. Чтобы решить проблему, вы можете изготовить диммер своими руками на 12 и 220 Вольт, в зависимости от типа цепей, для которых вы собираетесь его использовать.

Что понадобится для работы?

Диммер представляет собой регулятор яркости, который позволяет поворотом ручки или нажатием клавиши изменить интенсивность света в комнате.

По типу регулировки мощности свечения они бывают:

  • резистивные;
  • трансформаторные;
  • полупроводниковые.

Первый вариант наиболее простой, но экономным его назвать нельзя, поскольку снижение яркости свечения не изменяет мощность нагрузки. Другие два куда более эффективны, но имеют и более сложную конструкцию. В зависимости от принципа действия и будет зависеть то, какие детали включает в себя диммер. Чтобы не отвлекаться от работы всем необходимым лучше запастись заранее.

Для рассматриваемых далее примеров вам пригодятся такие электронные элементы:

  • Симистор – представляет собой ключ в схеме, используется для открытия или запирания участка цепи от протекания электротока. Применяется в цепях с питающим напряжением в 220В, имеет три вывода – два силовых и один управляющий.
  • Тиристор – также устанавливается в качестве ключа и переводится в устойчивое состояние, необходимое для работы схемы.
  • Микросхема – более сложный элемент электронной схемы со своей логикой и особенностью управления.
  • Динистор – также является полупроводниковым элементом, пропускающим электрический ток в двух направлениях.
  • Диод – однонаправленный полупроводник, который открывается от прямого протекания электротока и запирается от обратного.
  • Конденсатор – емкостной элемент, основная задача которого накопление нужной величины заряда на пластинах. Для изготовления самодельных диммеров лучше использовать неполярную модель.
  • Резисторы – представляют собой активное сопротивление, для диммеров используются в делителях напряжения и токозадающих цепях. В схемах пригодятся как постоянные, так и переменные резисторы.
  • Светодиоды – пригодятся для обеспечения световой индикации в диммере.
Читайте также:  Схемы принципиальные регулятор тока

В зависимости от конкретной схемы и устройства диммера, будет зависеть и набор необходимых деталей, все из вышеперечисленного приобретать не нужно. Заметьте, что некоторые из них можно выпаять их старых телевизоров радиоприемников и прочих бытовых приборов, которые вами больше не используются. Далее рассмотрим примеры конкретных схем.

На симисторе

Такой диммер будет работать от напряжения сети 220В напрямую, схема отличается относительной простотой, поэтому собрать ее под силу даже начинающему радиолюбителю. Принцип регулирования напряжения в этом диммере заключается в отсекании определенного полупериода синусоиды, благодаря чему снижение электрического параметра приводит к реальной экономии электроэнергии.

Посмотрите на схему подключения, симистор – это электронный ключ, который управляется сигналами с динистора, включенного во времязадающую R — C цепочку.

Работа схемы заключается в следующем: после подключения фазы 220В к диммеру, на времязадающую цепочку C1 – R1 – R2 будет подано напряжение, так как динистор VS1 закрыт, ток протекает только через конденсатор и резисторы.

В зависимости от установленного поворотным резистором омического сопротивления будет зависеть и величина тока. От величины тока зависит и скорость заряда конденсатора C1, при достижении нужной величины потенциала на котором произойдет открытие динистора.

Через цепь открывшегося динистора на симистор VS2 подается сигнал открытия, срабатывает ключ, пропускающий определенную часть полупериода к нагрузке. Ток удержания в симисторе не возникает, поэтому с разрядом конденсатора вся цепь переходит в исходное состояние вплоть до следующего полупериода, который откроет ключ и подаст на нагрузку потенциал.

Как
видите, такая схема диммера осуществляет регулировку яркости
«обрезая» форму синусоиды до определенного импульса, уменьшая и
величину напряжения, и его действующее значение. В виду нестабильного колебания
кривой такую модель светорегулятора однозначно можно подключать к лампам накаливания,
поскольку они не восприимчивы к форме напряжения. Что касается светодиодных и
люминесцентных моделей, их нужно тестировать на уже готовом диммере.

Чтобы изготовить такой диммер для практического использования, лучше взять печатную плату. Так как при стационарной установке при регулировании напряжения вам понадобится жесткое крепление к конструкции. Ее можно как заказать, так и изготовить самостоятельно.

Процесс сборки состоит из следующих этапов:

  • Перенесите эскиз на фольгированную плату,
    в местах монтажа соответствующих деталей сделайте разметку. Дорожки наведите
    нитрокраской и протравите плату диммера в хлорном железе.

Если
вы разметили монтажные площадки, придерживайтесь данной разметки.

  • Разогрейте паяльник и нанесите слой олова с обратной стороны
    платы диммера.

На тиристорах

Такая модель диммера на тиристорах по принципу действия идентична предыдущему варианту, но вместо симистора в роли ключа выступают тиристоры. Из-за особенностей работы тиристора целесообразнее устанавливать такое электронное устройство для каждой полуволны синусоиды напряжения.

Пример схемы такого диммера приведен на рисунке ниже:

Начнем разбор работы схемы с положительного полупериода кривой напряжения – конденсатор C1 заряжается по цепи из токоограничивающих резисторов R3 — R4 — R5. Когда величина заряда достигнет порогового значения для динистора V3, он открывается и подает управляющий импульс на тиристор V1. В режиме ключа V1 начинает пропускать напряжение к нагрузке, выдавая определенный участок кривой напряжения.

При отрицательном полупериоде синусоиды V1 запирается, ток через него протекать не будет, а на конденсатор C2 через токозадающую цепь R1 – R2 — R5 будет поступать заряд, который со временем откроет динистор V4. Через него будет протекать ток на управляющий электрод тиристора V2, после открытия транзистора на нагрузку пойдет такая же часть полупериода синусоиды, но с противоположным знаком.

Такой регулятор мощности светового потока может использоваться не только для изменения яркости освещения ламп, но и для управления температурой нагрева паяльника и других устройств.

С использованием конденсаторов

Такой
диммер работает только в качестве переключателя, который изменяет путь
протекания тока, питающего нагрузку. Но и схема кнопочного диммера довольно проста
и не потребует никаких специфических элементов.

Принцип его работы заключается в переведении переключателя SA1 в одно из трех возможных положений:

  • выключено – цепь полностью разорвана,
    лампа не горит или проходной выключатель выдает логический ноль в цепи;
  • закорочено на лампу – в цепи подключения
    диммера отсутствуют какие-либо элементы кроме электрической лампы (прибор
    освещения горит на полную мощность);
  • подключено через R – C цепь – выдает только определенный процент яркости
    освещения.

В зависимости от параметров резистора и емкостного элемента будут зависеть напряжение и яркость свечения. Этот диммер используется для регулировки освещения путем рассеивания части мощности в R – C цепи, поэтому никакой экономии от снижения вы не получите.

На микросхеме

В
диммере, собранном на микросхеме, изменение величины напряжения происходит для
потребителей на 12В – светодиодных лент, люминесцентных лам и прочего
оборудования. Один из вариантов схемы приведен на рисунке ниже.

Как видите, управление может осуществляться и за счет датчика, подключенного к выводу 2, и посредством регулируемого резистора VR1.

Микросхема с вывода 3 выдает управляющий сигнал через сопротивление R2 на базу транзистора VT1. Изменяя величину напряжения переменным резистором VR1, на выходе 3 микросхемы изменяется уровень потенциала, который увеличивает или уменьшает пропускную способность транзистора. При этом меняется и яркость светодиодов, если управление происходит светодиодными светильниками.

Читайте также:  Рмт 40380 частотный регулятор скорости

Источник

Устройство и схема диммера

Устройство и схема диммераВ этой статье рассмотрим устройство, которое продается в магазинах электротоваров, как регулятор яркости ламп накаливания. Речь идет о диммере. Название «диммер» произошло от английского глагола «to dim» — темнеть, становиться тусклым. Иначе говоря, диммером можно регулировать яркость лампы. При этом замечательно то, что и потребляемая мощность уменьшается пропорционально.

Простейшие диммеры имеют одну поворотную ручку для регулировки, и два вывода для подключения, и используются для регулировки яркости ламп накаливания и галогенных ламп. В последнее время появились диммеры и для регулировки яркости люминесцентных ламп.

Ранее для регулировки яркости ламп накаливания использовались реостаты, мощность которых была не меньше мощности нагрузки. При чем при понижении яркости оставшаяся мощность никак не экономилась, а рассеивалась бесполезно в виде тепла на реостате. При этом никто не говорил о экономии, её просто не было. А использовались такие устройства там, где действительно было нужно только регулировать яркость — например, в театрах.

Так было до появления замечательных полупроводниковых приборов — динистора и симистора (симметричного тиристора). Смотрите: Как устроен и работает симмистор. В англоязычной практике приняты другие названия — диак и триак. На основе этих деталей и работают современные диммеры.

Устройство диммера

Подключение диммера

Схема включения диммера до невозможности простая — проще не придумаешь. Он включается так же, как и обычный выключатель — в разрыв цепи питания нагрузки, то есть лампы. По установочным габаритам и креплению диммер идентичен выключателю. Поэтому установить его можно так же, как выключатель — в монтажную коробку, и установка диммера не отличается от установки обычного выключателя (Как заменить выключатель освещения). Единственное условие, которое предъявляет производитель — соблюдать подключение выводов к фазе и к нагрузке.

Все диммеры, которые сейчас есть в продаже, можно разделить на 2 группы — поворотные, или роторные (с регулятором — потенциометром) и электронные, или кнопочные, с управлением с помощью кнопок.

Поворотный диммер

Поворотный диммер

При регулировании (диммировании) ручкой потенциометра яркость зависит от угла поворота. Кнопочный диммер в смысле гибкости управления более гибок. Можно подключить несколько кнопок в параллель, и управлять диммером из любого количества мест. Конечно, это теоретически, на практике количество мест управления ограничивается 3-4, а максимальная длина проводов — около 10 метров, причем схема может быть критична к помехам и наводкам. Поэтому надо строго следовать рекомендациям производителя по монтажу.

Существует также дистанционные диммеры, управляемые по радио- или инфракрасному каналу. Смотрите: Дистанционное управление освещением.

Цена у диммеров с регулятором и с кнопками отличается на порядок, ведь кнопочный диммер (например, диммер Legrand) как правило собран с применением микроконтроллера. Поэтому гораздо более распространены поворотные диммеры, которые мы и рассмотрим ниже.

Устройство и схема поворотного диммера

Устройство поворотного диммера весьма простое, но может отличаться у разных производителей. При этом основная разница — в качестве сборки и комплектующих.

Схема симисторных регуляторов в основном везде одинакова, отличается только наличием дополнительных деталей для более устойчивой работы на низких «выходных» напряжениях и для плавности регулирования.

Упрощенная схема диммера

Принцип действия схемы диммера таков. Чтобы лампа загорелась, надо чтобы симистор пропустил через себя ток. Это случится, когда между электродами симистора А1 и G появится определенное напряжение. Вот как оно появляется.

При начале положительной полуволны конденсатор начинает заряжаться через потенциометр R. Понятно, что скорость заряда зависит от величины R. Иными словами, потенциометр меняет фазовый угол. Когда напряжение на конденсаторе достигнет величины, достаточной для открытия симистора и динистора, симистор открывается.

Иначе говоря, его сопротивление становится очень мало, и лампочка горит до конца полуволны. То же самое происходит и с отрицательной полуволной, поскольку диак и триак — устройства симметричные, и им все равно, в какую сторону течет через них ток.

В итоге получается, что напряжение на активной нагрузке представляет собой «обрубки» отрицательных и положительных полуволн, которые следуют друг за другом с частотой 100 Гц. На низкой яркости, когда лампа питается совсем короткими «кусочками» напряжения, заметно мерцание. Чего совсем не скажешь про реостатные регуляторы и регуляторы с преобразованием частоты.

Схема поворотного диммера

Вот так выглядит реальная схема регулятора яркости (диммера). Параметры элементов указаны с учетом разброса у разных производителей, но суть от этого не меняется. Симисторы в практической схеме можно ставить любые, в зависимости от мощности нагрузки. Напряжение — не ниже 400 В, поскольку мгновенное напряжение в сети может достигать 350 В.

От величины конденсаторов и резисторов зависит начальная-конечная точки зажигания, стабильность горения лампы. При минимальном сопротивлении поворотного резистора R1 будет минимальное горение лампы.

При большом желании диммер можно попробовать сделать самостоятельно. Существует большое количество различных схем самодельных диммеров разного уровня сложности. Более подробно со схемами самодельных диммеров можно познакомится в цикле статей Бориса Аладышкина про самодельные светорегуляторы — Как сделать диммер своими руками.

Как отремонтировать диммер

В заключении — несколько слов про ремонт диммеров. Чаще всего причиной поломки может быть превышение максимально допустимой нагрузки либо короткое замыкание в нагрузке. В результате, как правило, выходит из строя симистор. Симистор можно заменить, открутив радиатор и выпаяв симистор из платы. Лучше сразу ставить мощный, на более высокий ток и напряжение, чем сгоревший. Также бывает выходит из строя регулятор, либо нарушается монтаж.

Диммер можно использовать как регулятор напряжения, подключая через него любую активную нагрузку — лампу накаливания, паяльник, чайник, утюг. Но главное — мощность диммера (другими словами — максимальный ток симистора) должна соответствовать нагрузке.

Источник