Устройства, предназначенные для регулировки яркости света, называются диммерами от английского слова to dim – затемнять.

Как работает диммер

В сети протекает электрический ток синусоидальной формы. Яркость можно регулировать, если подавать на лампу обрезанную синусоиду. Для этого последовательно с нагрузкой нужно поставить выключатель, который будет пропускать ток только в том случае, когда абсолютное значение напряжения превысит определенную величину. Таким образом можно менять мощность, подаваемую на лампу. На выходе получается уже не плавная синусоида, а ломаная. С целью уменьшения уровня помех последовательно с диммером ставится дроссель.

Управление диммером

В простейших диммерах поворот ручки вправо-влево позволяет менять уровень освещенности, а нажатие на ручку выключает свет. Более продвинутые диммеры управляются путем нажатия на клавиши. Наилучшим вариантом являются диммеры с сенсорным управлением, в которых достаточно просто провести пальцем мимо определенных зон на панели управления, чтобы включить-выключить свет или изменить его яркость.

В простейшем случае управление диммером осуществляется поворотом ручки.Для наиболее продвинутых моделей диммеров возможно и дистанционное управление с пульта.

Порог диммирования

Существует некоторый порог, при подаче мощности ниже которого лампа прекращает светиться. Это значение называют порогом диммирования и выражают в процентах от номинальной мощности источника света. Для лампы накаливания порог диммирования равен 0%.

У всех газоразрядных ламп (люминесцентных, натриевых, металлогалогенных) порог диммирования отличен от нуля по самому принципу работы лампы. Чтобы поддерживался разряд, должна подводиться мощность не ниже определенного значения.

Подключение диммера производится в разрыв цепи питания лампы. Как правило, возможно подключение диммера вместо обычного выключателя, поэтому большинство диммеров рассчитаны на установку в стандартную арматуру.

Диммеры для ламп накаливания различаются типом полупроводникового устройства, прерывающего ток: на тиристорах, симисторах, биполярных транзисторах, полевых транзисторах.

В промышленно выпускаемых диммерах вместо тиристоров используются симисторы. По принципу работы симистор аналогичен тиристору, но пропускает ток в обоих направлениях. Это позволяет обойтись без диодного моста, на котором теряется часть мощности. На бытовом уровне, а также в торговых каталогах и популярной литературе по радиоэлектронике диммеры на симисторах нередко называют тиристорными, хотя это и не совсем верно.

Более сложным вариантом являются диммеры на биполярных транзисторах, отличающиеся большей универсальностью. Наконец, лучшими параметрами (но и более высокой ценой) обладают диммеры на полевых транзисторах.

Диммеры на тиристорах и симисторах срезают передний фронт синусоиды. Транзисторные диммеры могут срезать как передний фронт синусоиды (маркировка RL), так и задний (маркировка C).

При использовании диммеров перечисленных типов совместно с лампами накаливания проблем не возникает. Лампа обладает инерционностью и суммирует мощность, которая на нее подается. К тому же, лампа накаливания практически не имеет емкости и индуктивности, поэтому форма синусоиды и наличие постоянной составляющей на нее не влияют.

Иная ситуация, когда диммер используется с энергосберегающими лампами. Тогда поиск ответа на вопрос «как выбрать диммер» становится более сложным делом.

Галогенные лампы накаливания

Для галогенных ламп накаливания (ГЛН) с напряжением питания 220 В, как правило, подходят стандартные диммеры для обычных ламп. Диммер для галогенных ламп как отдельный тип устройств практически не встречается, хотя в обычный диммер могут быть добавлены функции, увеличивающие срок службы ГЛН. При использовании ГЛН на напряжение 12 В подключение ламп к сети осуществляется через понижающий трансформатор.

Понижающий трансформатор может быть обмоточным или электронным. В результате несимметричности обрезания синусоиды на выходе диммера может присутствовать постоянная составляющая, которая может вывести из строя обмоточный трансформатор. Поэтому диммер должен быть приспособлен для работы с индуктивной нагрузкой. Следует использовать диммеры, имеющие маркировку RL.

Электронный трансформатор является емкостной нагрузкой, поэтому для него нужно использовать диммеры с маркировкой C.

В любом случае следует использовать диммер и трансформатор, совместимые друг с другом. Наилучшим вариантом является совмещение диммера и электронного трансформатора в одном устройстве. Однако на практике на это идут разве что в системах «умного дома», где на трансформатор с регулируемым выходным напряжением подается управляющий сигнал. Причина в том, что для минимизации потерь электроэнергии трансформатор надо располагать как можно ближе к ГЛН, а ручка управления диммером размещается на некотором удалении, на стене.

Порог диммирования для ГЛН равен 0%. Тем не менее, принцип работы ГЛН подразумевает наличие вольфрамо-галогенного цикла, когда вольфрам, оседающий на стенках колбы, возвращается обратно на нить накаливания. При уменьшении подаваемой на лампу мощности ниже определенного уровня вольфрамо-галогенный цикл прекращается. Среди специалистов до сих пор нет единого мнения, способно ли это явление уменьшить срок службы ГЛН. Если ГЛН постоянно работает в режиме пониженной яркости, то постепенно стенки ее колбы темнеют из-за оседаемого на них вольфрама. При возникновении такого явления рекомендуется включить лампу на полную мощность в течение 10 минут.

Некоторые диммеры имеют функцию soft start, которая позволяет постепенно увеличивать мощность при включении. Есть также диммеры, в которых предусмотрено плавное снижение мощности при выключении. Эти функции значительно повышают срок службы ГЛН, на которых плохо сказываются резкие перепады напряжения.

Металлогалогенные лампы и ДНаТ

Весьма широко распространено мнение, что металлогалогенные лампы (МГЛ) вообще не поддаются диммированию. На самом деле, для некоторых современных моделей МГЛ диммирование возможно при использовании специального электронного балласта. Порог диммирования у МГЛ составляет всего 50%

Установлено, что для МГЛ предпочтительнее питание импульсами тока прямоугольной формы, чем током синусоидальной формы. Регулируя ширину импульса при неизменной частоте, можно регулировать мощность, поступающую на нагрузку и тем самым менять яркость лампы.

Цветовая температура МГЛ значительно меняется при изменении подводимой к ней мощности. Кроме этого, при пониженной мощности МГЛ работает в неоптимальном режиме, который характеризуется падением светоотдачи и уменьшением срока службы. По всем этим причинам диммирование металлогалогенных ламп на практике применяется крайне редко. Один из немногих примеров – софиты для репортажной телесъемки, питающиеся от аккумулятора. Они находятся в режиме пониженной яркости, а в момент съемки переводятся в режиме максимальной яркости. Диммирование имеет смысл, поскольку на запуск МГЛ может уйти несколько десятков секунд.

Принцип работы натриевых ламп высокого давления (ДНаТ) практически такой же, как и у МГЛ. Соответственно, диммирования осуществляется таким же способом. Для диммирования пригодны лишь некоторые модели ламп. При диммировании ДНаТ снижается срок службы. Диммирование ДНаТ не получило широкого распространения. Минимальный порог диммирования у МГЛ и ДНаТ составляет 50%.

Линейные люминесцентные лампы

С обычными люминесцентными лампами использование диммера для ламп накаливания невозможно. Здесь нужен ЭПРА с диммером.

При использовании ЭПРА питание на люминесцентную лампу подается с частотой 20 – 50 кГц. Последовательно с люминесцентной лампой включен дроссель, а параллельно – конденсатор, которые образуют резонансный контур. При запуске лампы рабочая частота делается близкой к резонансной, благодаря чему обеспечивается повышенное напряжение на электродах и получается разряд. Когда запуск произошел, рабочая частота изменяется на более низкую. Варьируя частоту, можно регулировать ток, протекающий через лампу, и, значит, яркость ее свечения.

Важным моментом здесь является то, что параметры запуска не зависят от уровня диммирования. В этом состоит принципиальное отличие от компактных люминесцентных ламп со встроенным ПРА.

Практически все современные линейные люминесцентные лампы от ведущих производителей поддаются диммированию, причем диммирование практически не влияет на срок службы. А если вместо выключения люминесцентной лампы ее на время диммируют, то такой подход даже повышает ресурс работы лампы, поскольку срок службы сокращают именно частые включения и выключения. Порог диммирования люминесцентных ламп у ведущих производителей достигает 5%.

Компактные люминесцентные лампы

Есть два типа компактных люминесцентных ламп (КЛЛ): без ПРА и со встроенным ПРА. Первые диммируются точно так же, как обычные люминесцентные лампы. Вторые или не диммируются вообще, или работают с диммерами для обычных ламп накаливания.

Принцип работы диммируемой компактной люминесцентной лампы со встроенным ПРА такой же, как и у обычной КЛЛ. Для того, чтобы КЛЛ была диммируемой, она должна обладать способностью запускаться при пониженной мощности. Это обусловлено тем, что питание на лампу и пусковое устройство подается через одни и те же контакты. Мощность диммируемой КЛЛ, как правило, не менее 18 Вт. Дело в том, что для поддержания разряда в КЛЛ необходима мощность не менее 1,8 Вт (у недорогих ламп этот порог может быть порядка 6 - 7 Вт), соответственно, для ламп меньшей мощности глубина диммирования будет слишком малой. Важный нюанс: сначала нужно вывести регулятор диммера хотя бы на треть от максимальной мощности, чтобы произошел запуск лампы, а потом снизить освещенность до необходимого уровня.

Порог диммирования у КЛЛ может достигать 10%. Например, такого значения удалось достичь компаниям Osram и Feelux Lighting. У других производителей порог диммирования обычно составляет 15 – 30%.

Основная проблема диммирования компактных люминесцентных ламп со встроенным ПРА связана с более быстрым износом из-за старта с недостаточно прогретыми электродами. Связано это с тем, что диммер уменьшает мощность, подаваемую на все устройство, в том числе и на электроды лампы. В связи с этим диммируемые КЛЛ изготавливаются с большим «запасом прочности». Естественно, они стоят значительно дороже обычных компактных люминесцентных ламп.

Светодиоды

Яркость свечения светодиода можно регулировать, изменяя силу протекающего через него тока. Однако такой путь чреват некоторыми проблемами. Во-первых, существует оптимальный режим, при котором светодиод имеет максимальную светоотдачу. Отклонение от него приводит к снижению эффективности работы светодиода. Во-вторых, при изменении тока у белого светодиода меняется оттенок свечения.

Вследствие указанных причин для диммирования светодиодов используется другой способ. Светодиод питают импульсами постоянного тока, амплитуда которых равна оптимальному значению тока. Ширина импульсов варьируется, при этом меняется яркость свечения. Частота импульсов выбирается очень высокой (до 300 кГц), так что мерцание не ощущается. Порог диммирования для светодиодов составляет 0%, хотя в реально выпускаемых моделях светильников он не достигается, просто потому, чтобы не удорожать электронную начинку. Диммирование практически не влияет на срок службы светодиодов.

Помимо светодиодных светильников, выпускаются еще светодиодные лампы под патроны E14, E27, GU10 и GU5.3, предназначенные для замены ламп накаливания или ГЛН.

Большинство моделей таких ламп не являются диммируемыми. Тем не менее, в 2008 году компания Philips представила лампы Master LED второго поколения, которые могут работать с обычными диммерами для ламп накаливания. Принцип работы этих ламп в режиме диммирования компания пока не разглашает.

Создание КЛЛ и светодиодных ламп, способных работать с диммерами для ламп накаливания ведет к нерациональному расходованию средств. Создаются сложные и дорогостоящие устройства, позволяющие регулировать яркость свечения изменением мощности, подаваемой на источник света. Гораздо более экономичным способом является дистанционное управление электроникой, встроенной в лампу, при этом параметры питания, подаваемого на лампу, не меняются.

Для реализации такой задумки компания Osram в сотрудничестве с известными производителями диммеров Berker, Gira, Jung и Insta предложила интерфейс Leditron, предусматривающий подачу управляющих сигналов на КЛЛ и светодиодные лампы со стандартными цоколями. Сейчас технология находится в стадии стандартизации, но уже к концу 2010 года должны появиться первые серийные образцы продукции с ее использованием. Интерфейс Leditron был представлен на выставке Light + Building 2010. Данные о принципе работы, лежащем в основе Leditron, пока не опубликованы. Известно лишь, что интерфейс может использоваться для управления не только яркостью, но и, применительно к светодиодным лампам, цветом свечения. Можно предположить, что управляющие сигналы передаются на высокой частоте по сетевой проводке одновременно с питанием.

Резюме

Пожалуй, самая важная причина, по которой сейчас стоит применять светодиоды для освещения – это сочетание высокой светоотдачи и пригодность к диммированию в широких пределах. ДНаТ пока выигрывают у светодиодов по светоотдаче, но их очень сложно диммировать, к тому же порог диммирования составляет 50%. Из всех энергосберегающих источников света нулевым порогом диммирования обладают только ГЛН и светодиоды. Диммирование не оказывает никакого влияния на срок службы светодиодов, для некоторых других типов ламп срок службы может уменьшаться.

Выигрыш от использования светодиодов будет особенно заметен в системах «умного дома», где осуществляется регулировка яркости в широких пределах в зависимости от присутствии людей в помещении, времени суток и других факторов. При использовании такой системы достигается значительная экономия электроэнергии даже по сравнению с источниками света, имеющими большую светоотдачу.