Лампочки светодиодные переменные или постоянные. Важные технические характеристики и параметры светодиодных ламп. Степень защиты от влаги и пыли

С.И. Паламаренко, г Киев

Часть 3. Методы бесстартерного зажигания ламп и классификация схем, схемы включения люминесцентных ламп с применением полупроводниковых приборов, работа люминесцентных ламп на постоянном токе, работа люминесцентных ламп на повышенной частоте, регулирование яркости люминесцентных ламп

Методы бесстартерного зажигания ламп и классификация схем

Наличие стартеров усложняет обслуживание, затягивает процесс зажигания, иногда приводит к неприятным миганиям отдельных ламп, в некоторых случаях неисправности стартера ("залипа-ние") могут приводить к выходу из строя исправных ламп. Поэтому предложено большое количество различных ПРА бесаартерного зажигания.

В зависимости от использованного режима существующие схемы бесстартерного зажигания ЛЛ дугового разряда делятся на две группы: схемы быстрого зажигания - с предварительным нагревом катодов, которые должны обеспечить "горячее зажигание" (их можно применить для ламп, у которых катоды имеют по два вывода), и схемы мгновенного зажигания - без предварительного накала катодов, рассчитанные на "холодное зажигание" (в этих схемах следует использовать лампы со специальными катодами). Для создания экономичных бесстартерных аппаратов необходимо снизить напряжение зажигания ламп до величины, меньшей напряжения в сети, с учетом его падения. Наиболее эффективными путями снижения напряжения зажигания являются предварительный накал катодов и применение проводящих полосок на колбе (или вблизи лампы).

При наличии полоски, соединенной с электродом, и накале катодов напряжение зажигания для ламп 30 и 40 Вт удается снизить до 130-150 В. Кроме того, на напряжение зажигания оказывают большое влияние такие факторы, как влажность и температура окружающего воздуха, состав и давление наполняющего газа, конструкция и состояние электродов и др.

О напряжении зажигания даже для одной лампы можно говорить только как о статистической величине, имеющей некоторое распределение. Поэтому зависимости напряжения зажигания от различных факторов должны изображаться в виде зоны, ширину которой следует строить по законам статистики. На

рис.10 показаны области, соответствующие различным условиям зажигания.

В области I лампа не зажигается, область II соответствует зажиганию при холодных катодах - область "холодных" зажиганий. Она наименее благоприятна для срока службы ламп с подогревными катодами. Область III соответствует зажиганию при достаточно прогретых катодах - область "горячих" зажиганий. В области IV возможны холодные зажигания, несмотря на ток подогрева катодов, достаточный для "горячего" зажигания.

Схемы быстрого зажигания должны обеспечивать предварительный накал катодов, достаточный для того, чтобы лампы работали в области "горячего" зажигания; подачу на лампу напряжения, гарантирующего "горячее" зажигание дугового разряда с учетом возможного разброса параметров ламп, пониженного напряжения в сети и других неблагоприятных факторов и по возможности исключающего "холодные" зажигания. Для гарантированного зажигания ламп без "полоски" (верхняя граница области III) требуется эффективное напряжение холостого хода не ниже 250-300 В (т.е. выше напряжения сети).

Наличие полосок и предварительный накал катодов позволяют при напряжении сети не ниже 210-220 В обойтись без дополнительного повышения напряжения, что значительно упрощает схемы ПРА. Поэтому во всех схемах без повышения напряжения необходимо применять "полоски". С этой целью выпускают специальные лампы с нанесенной на поверхность проводящей прозрачной полосой или общим покрытием. Следует подчеркнуть, что в сетях со значительным снижением напряжения подобные схемы не обеспечивают надежного зажигания ламп.

рис.11 показаны схемы, рассчитанные на работу с полоской. Предварительный накал катодов осуществляется от специальных накальных обмоток через автотрансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно лампе. Сопротивление обмотки Z 3 выбирается значительно больше Z , чтобы при негорящей лампе все напряжение сети падало на Z 3 и в накальных обмотках возникала ЭДС, достаточная для нагрева катодов

(рис.11,а). После зажигания лампы напряжение на Z 3 падает, вследствие чего автоматически уменьшается ЭДС накальных обмоток и подкал катодов. Схема

рис.11,6 аналогична схеме рис. 12,а, но для небольшого повышения напряжения холостого хода последовательно с первичной обмоткой автотрансформатора включен конденсатор. В таких схемах обычно используется явление феррорезонанса. В схемах быстрого пуска следует применять ЛЛ с низкоомными катодами.

Поскольку бесстартерные ПРА для ЛЛ имеют значительно большие массу, габариты и потери мощности, чем стартерные, их следует применять только в специальных случаях, когда стартерные схемы неприменимы.

Световой поток (яркость) ЛЛ можно регулировать путем изменения силы тока разряда. При этом во избежание быстрого разрушения катодов и погасания разряда при значительном снижении тока необходимо поддерживать постоянно накал катодов и обеспечивать условия перезажигания разряда. Изменение тока лампы возможно осуществлять путем изменения напряжения питания, сопротивления балласта и фазы зажигания разряда.

В простейшем случае

рис.12,а) последовательно с лампой кроме дросселя включают резистор с переменным сопротивлением. Подогрев катодов осуществляется накальным трансформатором, а для облегчения зажигания и перезажигания применена проводящая полоса. Схема приемлема для небольшого числа ламп.

Изменение сопротивления дросселя обычно осуществляется путем под-магничивания его сердечника постоянным током. Для этого на дросселе без воздушного зазора делают две обмотки: одну подключают последовательно лампе, а вторая служит для подмагничивания. Дроссель рассчитывают так, чтобы при разомкнутой дополнительной обмотке ток лампы составлял несколько процентов от номинального. При включении нагрузки в дополнительную обмотку дросселя и изменении ее вплоть до короткого замыкания можно увеличивать ток в цепи лампы до номинального. В схеме под-

держивается независимый подкал катодов. Существуют и другие схемы магнитного регулирования, например, путем перемещения сердечника. Недоаатками этого метода является громоздкость аппаратов и большие потери.

рис. 12,6 регулирование светового потока осуществляется путем изменения напряжения питания через регулятор напряжения, а для расширения пределов регулирования параллельно источнику питающего напряжения через развязывающий и запирающий фильтры подключен вспомогательный маломощный источник высокой частоты (5-15 кГц), обеспечивающий зажигание и перезажигание ламп при малом питающем напряжении. Мощность вспомогательного источника ВЧ составляет около 1% мощности ламп. Схема позволяет осуществлять плавное регулирование яркости ЛЛ в пределах 1-200, и ее можно использовать в любой действующей осветительной установке без существенной переделки.

рис.12,в показана принципиальная схема фазового регулирования яркости ЛЛ. Обычно регулирование осущеавляется тиристорами Т1 и Т2. С увеличением пауз тока растет напряжение зажигания. Поэтому, как и в других подобных схемах, необходимы непрерывный подогрев катодов и применение ламп с проводящей заземленной полосой. При работе на частоте 50 Гц с ростом пауз тока увеличиваются пульсации яркости.

Схемы включения люминесцентных ламп

с применением полупроводниковых приборов

Шунтирование электродов лампы диодами или терморезисторами с отрицательным температурным коэффициентом в сочетании с обычной стартерной схемой включения позволяет повысить срок службы ламп, уменьшить мощность, потребляемую ПРА и увеличить световые параметры ламп.

рис. 13,а показана схема с шунтированием электродов ламп, в которой в качестве шунтирующего элемента применены терморезисторы (ТР) с отрицательным температурным коэффициентом. Схема работает следующим образом. В пусковой период при замыкании контактов стартера в цепи начинает протекать пусковой ток. Так как в холодном состоянии сопротивление ТР в 10 раз больше, чем его сопротивление в горячем состоянии, то примерно 90% пускового тока будет протекать через электроды лампы. Это обеспечивает предварительный прогрев электродов, и после нескольких последовательных контактирований электродов стартера лампа зажигается. В рабочем режиме ток лампы, протекая по ТР, разогревает его, и по прошествии 15-30 с наступает термодинамическое равновесие, когда сопротивление ТР достигает своего минимального значения. При этом рабочий ток лампы перераспределяется и проходит частично через ТР и частично через электрод. Выбирая минимальное сопротивление ТР примерно равным сопротивлению электрода лампы в горячем состоянии, можно добиться того, что рабочий ток лампы будет разветвляться на два тока. Тогда оба конца электрода будут эквипотенциальны, и лампа начнет работать в режиме, близком к режиму с двумя катодными пятнами.

При таком режиме работы лампы срок ее службы увеличивается. Наличие шунтирующего ТР также обеспечивает защиту лампы от перегрузки при замыкании электродов стартера. В таком аварийном режиме пусковой ток разогревает ТР, и с уменьшением его сопротивления примерно половина пускового тока будет протекать через ТР, минуя электроды лампы, и тем самым будет осуществлена защита лампы от перегрузки.

Схема обладает также и рядом недостатков. В пусковом режиме схема работает как обычная стартерная с присущими ей недостатками. Другой недостаток состоит в том, что после выключения лампы нужно дать время на остывание терморезистора. Если этого не делать, то шунтирующее действие ТР приведет к недогреву электродов лампы и ее холодному зажиганию. Это снижает надежность зажигания ламп.

Терморезистор, применяемый для шунтирования электродов лампы, должен удовлетворять определенным требованиям. Он должен быть рассчитан на номинальный ток не менее 0,65 А, его холодное сопротивление (при 20°С) должно быть не менее 350-400 Ом, сопротивление по истечении 0,5-1 мин после включения схемы должно составлять не менее 100 Ом, горячее сопротивление должно быть не более 20 Ом.

рис. 13,6 приведена схема, в которой в качестве шунтирующего элемента применены полупроводниковые диоды, включенные встречно друг другу. Схема работает следующим образом. В пусковом режиме каждый полупериод ток проходит только через один шунтирующий диод и уже через 0,01 с достигает почти установившегося значения (для ламп 40 Вт ток равен 0,35 А при напряжении сети 200 В). В этом случае шунтирование электрода лампы диодом приводит к уменьшению тока предварительного подогрева, что может вызвать либо затягивание процесса зажигания лампы, либо ее холодное зажигание. В рабочем режиме каждый полупериод один диод открыт, другой закрыт. Открытым будет тот диод, который шунтирует электрод, работающий в катодном режиме. При открытом диоде рабочий ток лампы проходит по обоим выводам электрода. По мере перемещения катодного пятна по виткам электрода ток в одном проводе уменьшается, в другом увеличивается, оставаясь в среднем за период меньше номинального тока в каждой части электрода. Экспериментально доказано, что в этой схеме температура катодного пятна уменьшается, а его площадь увеличивается. При этом срок службы ламп несколько увеличивается, уменьшаются потери мощности в лампе и на 4-5% повышается их световая отдача.

Для улучшения пусковых характеристик схемы можно применить дополнительную катушку w д

(рис. 13,в), намотанную на общий с основным дросселем магнитопровод (встречно по отношению к основной). При этом в пусковом режиме уменьшается полное сопротивление цепи и увеличивается ток предварительного подогрева (приближается к току подогрева для обычной стартерной схемы). В качестве шунтирующих диодов можно применить диоды с допустимым обратным напряжением не менее 10 В и с прямым током не менее 0,3 А.

Вместо стартеров тлеющего разряда можно с успехом использовать динисторы. Вольт-амперная характеристика динистора имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В пусковом режиме

(рис. 14,а) при подаче на лампу напряжения питания в каждый положительный полупериод динистор остается закрытым до тех пор, пока мгновенное напряжение, приложенное к динистору, ниже включающего напряжения. Сопротивление динистора в закрытом состоянии составляет несколько десятком мегаом, поэтому ток в цепи будет весьма малым. После переключения динистора в проводящее состояние в цепи устанавливается ток предварительного подогрева и начинается процесс подогрева электродов. Напряжение на лампе при этом снижается примерно до 2 В (остаточное напряжение на динисторе ДТ1 и падение напряжения на диоде Д2). Диод в схему включают в случае, когда обратное напряжение динистора меньше амплитуды напряжения в сети.

В отрицательные полупериоды динистор закрыт, ток через электроды лампы не проходит, и напряжение на лампе равно напряжению сети. Описанный процесс автоматически повторяется до тех пор, пока электроды лампы не прогреются, и в лампе не возникнет дуговой разряд. После зажигания лампы напряжение на ней снизится до рабочего напряжения, и динистор останется закрытым, если рабочее напряжение на лампе ниже напряжения включения динистора.

Процесс зажигания лампы в схеме с динистором по сравнению с обычной стартерной схемой имеет то отличие, что разрыв контактов стартера может произойти в любой момент (при различных значениях тока предварительного подогрева, в том числе и при максимальном), а в схеме с динистором - в момент его выключения. Время зажигания лампы для ПРА с динистором обычно составляет 0,5-2 с.

Недостаток схемы заключается в следующем. В процессе горения лампы наблюдаются пики перезажигания, которые могут достигать до 30% амплитуды рабочего напряжения на лампе и иметь длительность до 400 мкс. Из-за этого приходится повышать напряжение включения динистора, так как возможны ложные срабатывания динистора из-за пиков перезажигания. Повышение напряжения включения приводит к уменьшению угла отсечки, что ухудшает эксплуатационные характеристики схемы.

Для устранения этого недостатка предложена схема

рис. 14,б, где для подавления пика перезажигания последовательно с динистором и диодом включена дополнительная индуктивность в виде небольшого дросселя L fl , а параллельно - резистор г д. Опытным путем установлено, что сопротивление г д не должно быть ниже 10 кОм. Постоянную времени добавочной цепи т д = L д /r д выбирают из условия ее равенства половине длительности пика перезажигания, т.е. примерно 200 мкс. Исходя из этого, индуктивность дросселя должна быть не менее 2 Гн. Но введение такого элемента уменьшает пусковой ток лампы. Поэтому дополнительная индуктивность должна иметь нелинейную вольт-амперную характеристику, обеспечивающую получение большой индуктивности при малых токах (рабочий режим) и малую индуктивность при больших токах (пусковой режим). Такую индуктивность можно получить при использовании дросселя с ферритовым кольцевым магнитопроводом. Экспериментальная проверка показала, что получается снижение напряжения на динисторе на 50-75%.

рис.14,в показана схема, в которой применены два динистора и rC-цепочка. В момент включения схемы конденсатор С через диод и резистор r1 заряжается, и напряжение на нем близко к амплитудному

напряжению сети. Как только напряжение на С станет равным напряжению включения динистора ДТ2, он включается, и все напряжение сети будет приложено к динистору ДТ1, который тоже включается. После этого начинается режим прогрева электродов лампы. Дальше схема работает так же, как и схема рис. 14,а. Резистор r огр ограничивает ток через ДТ2 при разряде конденсатора С, а резистор r 2 является разрядным сопротивлением конденсатора. Сопротивления резисторов r1 = 50 кОм; г 2 = 500 кОм, а емкость С = 2000 пФ.

Вместо динисторов можно применить тиристор

(рис. 14,г). В цепь управляющего электрода тиристора включен стабилитрон, напряжение стабилизации которого выбрано близким к напряжению переключения тиристора. В этом случае схема будет работать аналогично схеме с одним динистором.

Применение в схемах включения люминесцентных ламп термосопротивлений с положительным температурным коэффициентом-позисторов представляет возможность обеспечить бесстартер-ное зажигание ламп без применения накальных трансформаторов.

рис.15 показаны два варианта схем с использованием по-зисторов. На рис. 15,а позистор включен параллельно лампе вместо стартера. Зажигание лампы осуществляется следующим образом. В холодном состоянии позистор имеет такое сопротивление, что начальный ток предварительного подогрева электродов примерно равен номинальному току лампы. По мере нагрева позистора его сопротивление уменьшается до тех пор, пока не достигнет точки Кюри. В этот период растет ток предварительного подогрева. Начиная с точки Кюри, сопротивление позистора резко возрастает, а вместе с этим растет напряжение на лампе, и при достижении напряжения зажигания лампа зажигается. После зажигания ток через позистор становится малым, и потери в нем составляют 4-5% мощности лампы. Время зажигания лампы мощностью 40 Вт при опытной проверке этой схемы составило 8,7 с. Лампа должна быть снабжена заземленной проводящей полосой либо должен применяться заземленный металлический светильник. Сопротивление позистора зависит от его температуры, поэтому для повторного зажигания лампы позистор должен остыть до температуры, близкой к температуре окружающей среды, на что требуется 4-5 мин. Это недостаток всех схем, связанных с использованием термосопротивлений.

Преимущества, создаваемые применением позисторов, - высокая надежность, долговечность (обеспечивает более 106 включений), увеличение срока службы ламп за счет снижения вероятности холодных зажиганий и малые потери мощности в пуско-регулирующей аппаратуре (ПРА) по сравнению с бесстартерны-ми аппаратами.

На рис. 15,6 показана схема включения лампы с позистором, когда для зажигания лампы требуется повышенное напряжение холостого хода. Параллельно лампе включена ветвь, содержащая конденсатор С и позистор rl, и вторая ветвь с позистором г2. При подаче на лампу напряжения питания в контуре, образованном дросселем Др и конденсатором С, возникают резонансные явления, и напряжение на лампе повышается. Позистор г2 имеет малое "холодное" сопротивление, поэтому ток предварительного подогрева большой. После предварительного подогрева электродов лампа зажигается, одновременно возрастают сопротивления rl и г2 и конденсатор С практически отключается от цепи с помощью позистора г2.

рис. 16 показаны варианты устройств с двумя параллельными цепочками: одна из которых коммутирующая, вторая формирующая импульсы. На рис. 16,а коммутирующая цепь состоит из динистора VD1, а цепь формирования импульсов состоит из последовательно соединенных диода VD2 и конденсатора С, параллельно которому подключен резистор R. В пусковом режиме устройство работает оба полупериода. В течение одного полупериода динистор пробивается и осуществляется подогрев электродов лампы, в течение второго полупериода на лампу подается зажигающий импульс. Амплитуда импульса должна быть недостаточной для зажигания холодной лампы. После зажигания лампы коммутирующая цепь отключается. На рис. 16,6 коммутирующая цепь состоит из двух динисторов VD1 и VD2, первый из которых зашунтирован резистором R. С помощью этого резистора можно выбрать соответствующее напряжение включения динисторов и обеспечить оптимальный пусковой ток в зависимости от мощности лампы.

Интересным направлением в области применения полупроводниковых приборов в схемах зажигания ламп является создание полупроводникового балласта, который применяется вместо обычного индуктивного балласта. В качестве примера можно привести устройство на

рис.17. Люминесцентная лампа включена в сеть с помощью накального повышающего трансформатора НТ. Первичная обмотка НТ подключена к сети через симистор VS1 и конденсатор СЗ. Параллельно симистору VS1 включена цепь R1C1 через симметричный динистор VD1. Вторая аналогичная ячейка, состоящая из симистора VS2, динистора VD2 и цепочки R2C2, включена параллельно накальному трансформатору НТ и конденсатору СЗ. Дроссель Др небольшой индуктивности препятствует отпиранию VS2 раньше, чем открылся VS1. При подаче напряжения питания на схему VS1 заперт, ток через резистор R1 заряжает С1. После заряда конденсатора С1 динистор VD1 пробивается, и на управляющий электрод VS1 подается управляющий импульс. VS1 открывается, и через первичную обмотку НТ и конденсатор СЗ начинает протекать ток, значение которого ограничивает СЗ. Во вторичной обмотке НТ появляются напряжение и ток, достаточные для зажигания и горения лампы, Одновременно начинается заряд конденсатора С2, пробой динистора VD2 и открывание симистора VS2. Сдвиг по фазе открытия VS2 по отношению к VS1 регулируется индуктивностью дросселя Др. При открытии VS2 закрывается VS1, и ток разряда конденсатора СЗ индуктирует в лампе ток в направлении, противоположном первоначальному. После разряда СЗ процесс повторяется. Таким образом, через лампу протекает ток повышенной частоты.

Эта схема эффективна при пониженном напряжении сети и применении для питания лампы повышенной частоты 800... 1000 Гц. По сравнению с обычной балластной эта схема имеет преимущества: меньшие потери мощности в ПРА, повышенная световая отдача лампы и больший срок ее службы.

Работа люминесцентных ламп на постоянном токе

При включении люминесцентных ламп в сеть постоянного тока имеет место ряд явлений, которые вносят определенные особенности в их работу; схемы включения ламп в сеть отличаются от вышерассмотренных схем переменного тока.

При питании ламп постоянным током полярность электродов остается неизменной, поэтому электроды лампы работают в неодинаковом режиме: электрод, являющийся анодом, перегревается, и для сохранения необходимого срока службы лампы требуются различные конструкции анода и катода. Но на практике такие лампы почти не выпускаются и нужно использовать стандартные. А для стандартных ламп приходится время от времени проводить переполюсовку ламп, чтобы износ электродов происходил равномерно.

Кроме того, при работе ламп на постоянном токе наблюдается явление катафореза, связанное с тем, что положительные ионы ртути под действием электрического поля в процессе работы лампы перемещаются к катоду, в результате анодный конец лампы обедняется ртутью. У катода положительные ионы ртути нейтрализуются, превращаясь в атомы ртути, и излишняя ртуть конденсируется на стенках трубки. В рабочем режиме плотность паров ртути по длине трубки получается неодинаковой, яркость свечения лампы уменьшается, и через несколько десятков часов работы лампы ее яркость может уменьшиться вдвое. Появление катафореза тоже вынуждает проводить переполюсовку через определенные промежутки времени.

В качестве балласта при питании ламп постоянным током применяют активное сопротивление либо в виде резистора, либо в виде лампы накаливания. Напряжение на активном балласте равно разности между напряжением сети и рабочим напряжением на лампе. Поэтому потери мощности в балласте могут в 1,5-2 раза превышать мощность лампы, по этой причине этот способ стабилизации лампы оказывается экономически невыгодным. Применение балластной лампы накаливания улучшает общую экономичность комплекта за счет дополнительного светового потока, созданного лампой накаливания.

При использовании в цепи постоянного тока стандартной люминесцентной лампы для сохранения ее светового потока на уровне, который она имела при питании на переменном токе, рабочий ток лампы должен быть уменьшен на 10-20% по сравнению с током при работе на переменном напряжении.

Требования к предварительному подогреву электродов лампы и обеспечению определенного уровня напряжения холостого хода ПРА для зажигания лампы остаются примерно аналогичными, как и для переменного тока. Для исключения холодных зажиганий ламп подача поджигающего импульса должна производиться при достаточно прогретых электродах. В отличие от работы лампы на переменном токе при использовании для образования зажигающего импульса дросселя на размер импульса не влияет момент переключения схемы с режима предварительного подогрева на рабочий режим, так как в дросселе протекает постоянный по времени ток. Сопротивление дросселя определяется только его активным сопротивлением.

Рассмотрим простейшие схемы включения люминесцентных ламп на постоянном токе. На

рис.18,а показана схема включения люминесцентной лампы с предварительным нагревом электродов, работающей от сети с напряжением, достаточным для ее зажигания. Напряжение зажигания на постоянном токе выше напряжения зажигания на переменном токе. Это объясняется тем, что электрическое поле на участках "электрод-стенка" и между электродами однородное. Стандартные лампы при включении в рассматриваемую схему должны быть снабжены проводящей полосой, а напряжение сети должно превышать в 3-4 раза рабочее напряжение лампы. Предварительный нагрев электродов обеспечивается при замыкании выключателя В2. Переход из пускового режима в рабочий произойдет, когда напряжение зажигания лампы снизится и станет меньшим напряжения сети. В рабочем режиме выключатель В2 разомкнут.

Более рациональная схема приведена на

рис. 18,6. Для уменьшения требуемого напряжения питания и возможности использования стандартных ламп без проводящей полосы в цепь лампы включают дроссель и применяют стартер постоянного тока, работающий на принципе теплового стартера. В нормальном состоянии его контакты замкнуты. При подаче на лампу напряжения питания начинается предварительный подогрев ее электродов. Одновременно с этим тепловой эле-

мент стартера обеспечивает с не- _ которой задержкой времени размыкание контактов стартера. При разрыве контактов стартера за счет индуктивности дросселя воз-никает импульс напряжения, необ-ходимый для зажигания лампы. В этой схеме напряжение сети должно быть примерно в 2 раза выше рабочего напряжения лампы.

Во всех случаях предусматривается возможность переполюсовки ламп через определенный промежуток времени. При питании ламп через выпрямитель от сети переменного тока представляется целесообразным балласт устанавливать на стороне переменного тока и применять для этого дроссель или трансформатор с рассеянием.

Работа люминесцентных ламп на повышенной частоте. С ростом частоты питающего напряжения значения токов, напряжений и коэффициентов мощности ламп с различными типами балластов (R, L, С) сближаются между собой, а начиная с частот 800-1000 Гц, практически перестают зависеть от типа балласта. Уменьшение влияния типа балласта на электрические характеристики ламп при повышении частоты объясняется тем, что с ростом частоты динамические характеристики разряда приближаются к равновесию. Форма кривых тока и напряжения для всех типов балластов показана на

рис.19, где первая колонка относится к индуктивному балласту, вторая -к резистивному, а третья - к емкостному. С ростом частоты коэффици-

ент пульсаций светового потока монотонно падает (50 Гц - 60%, 1000 Гц - 25%, 5000 Гц - 10%). Падение происходит за счет инерционности свечения люминофора и появления постоянной составляющей в излучении разряда, начиная с 400 Гц.

С ростом частоты наблюдается неравномерный рост световой отдачи, продолжающийся примерно до 20000 Гц. При дальнейшем повышении частоты отдача растет незначительно. Параметры энергоэкономичной лампы мощностью 58 Вт при работе на частотах 50 Гц и 35 кГц приведены в

таблице.

Из таблицы видно, что при переходе на повышенную частоту светоотдача комплекта лампа-ПРА повышается на 20%.

Срок службы ламп на частоте 1 кГц примерно на 15% выше, чем на промышленной частоте в том же режиме. Но при дальнейшем повышении частоты продолжительность горения быстро падает: на частоте 10 кГц она уже на 15% меньше, чем на промышленной частоте.

Условия стабилизации разряда на повышенной частоте остаются в общем теми же, что и на промышленной. Поэтому в качестве стабилизирующего сопротивления можно применять индуктивный, емкостной или смешанный балласты. С ростом частоты будут заметно уменьшаться масса и габариты ПРА. Например, при переходе с частоты 50 Гц на частоту 3000 Гц масса дросселя уменьшается более чем в 30 раз (в ка-

честве сердечника нужно применять не электротехническую сталь, а феррит или альсифер). Более того, на высоких частотах целесообразнее применять не индуктивность, а емкость.

рис.20 показана структурная схема осветительной установки с питанием ламп на повышенной частоте. Переменный ток промышленной частоты следует сначала преобразовать в постоянный ток с помощью выпрямителя. Далее постоянный ток инвертируется в переменный ток повышенной частоты и по распределительной сети подводится к ПРА и лампам.

рис.21 приведены простые схемы включения ламп на повышенной частоте. На этих частотах стартеры не обеспечивают надежного зажигания люминесцентных ламп из-за уменьшения времени контактирования и невозможности получения достаточного зажигающего импульса напряжения на лампе из-за уменьшения индуктивности цепи, поэтому можно применять только бесстартер-ные схемы зажигания ламп.

рис.21 а,б приведены резонансные схемы быстрого зажигания. Предварительный подогрев электродов осуществляется током резонансного контура, образованного индуктивностью и емкостью. За счет падения напряжения на цепи, параллельной лампе, в пусковом режиме создается необходимое зажигающее напряжение, превышающее в 1,5-2 раза номинальное напряжение сети.

Необходимое напряжение холостого хода ПРА создается за счет резонансных явлений в цепи индуктивности и емкости.

Схема на

рис.21,в отличается от предыдущих резонансных схем тем, что для предварительного подогрева электродов введен специальный накальный трансформатор, а в качестве балласта используется емкость. Возможно применение балластного дросселя, но при этом напряжение сети должно быть достаточным для зажигания лампы с подогревными катодами.

Регулирование яркости люминесцентных ламп

В отличие от ламп накаливания, для которых плавное регулирование яркости решается достаточно просто, для люминесцентных ламп требуется выполнение определенных условий. Отличие методов регулирования объясняется различным характером зависимости светового потока от тока через лампу для ламп накаливания и люминесцентных. Кроме того, падающая вольт-амперная характеристика люминесцентных ламп и повышение напряжения повторного зажигания при уменьшении тока через лампу делают невозможным регулирование их яркости путем проаого снижения напряжения на лампе. Яркость люминесцентной лампы можно уменьшить путем регулирования тока через лампу, но при сохранении неизменным или даже несколько повышенном напряжении на ней. При этом следует применять лампы с предварительным подогревом электродов, снабженные проводящей полосой.

Возможны три метода регулирования яркости люминесцентных ламп: изменением напряжения, подаваемого на регулирую-

щий элемент; изменением полного сопротивления балласта; регулированием фазы зажигания лампы. Во всех трех методах регулирование яркости лампы осуществляется за счет изменения тока, проходящего через лампу. Первые два метода имеют ограниченное применение из-за недостатков. Наиболее экономичным является метод фазовой регулировки времени зажигания лампы.

рис.22 показана простейшая схема регулирования яркости одной лампы по третьему методу. Последовательно с лампой, кроме балластного дросселя, включен резистор Rn с регулируемым сопротивлением, значение которого определяется мощностью лампы (для лампы 40 Вт оно составляет 1...1,5 МОм). Предварительный подогрев электродов осуществляется на-кальным трансформатором. Изменяя сопротивление резистора, регулируют яркость лампы. Такая схема применима и для нескольких последовательно включенных ламп. При параллельном включении ламп каждая должна иметь свой балласт и на-кальный трансформатор. Регулируемое сопротивление включают в каждую парал-

лельную ветвь и объединяют общим проводом. Данный метод позволяет регулировать яркость в примерно 300 раз и может быть использован в небольших установках с 8-10 лампами. При большом числе ламп этот метод становится неэкономичным.

рис.23 показана принципиальная схема регулирования яркости люминесцентной лампы с дросселем, подмагничивае-мым постоянным током - магнитным усилителем (МУ). Одна обмотка дросселя включена последовательно с лампой и выполняет роль балластного сопротивления, вторая (управляющая) питается постоянным током от двухполупериодного выпрямителя. Для изменения тока в управляющей обмотке последовательно с ней включен регулируемый резистор. С увеличением тока в управляющей обмотке сопротивление дросселя переменному току уменьшается, и ток лампы растет. Для предварительного подогрева электродов ламп служит накальный трансформатор.

Недостатки этого метода - громоздкость регулирующих устройств и повышенные потери мощности, поэтому применение магнитных усилителей для регулирования можно рекомендовать при небольшом количестве ламп.

Перспективная схема регулирования яркости люминесцентных ламп, в которой используются два источника питания: один основной, имеющий промышленную частоту, и второй вспомогательный, включенный параллельно с первым и подающий к лампам напряжение повышенной частоты показана на

рис.24. Группа параллельно включенных ламп, имеющих индивидуальные балластные дроссели и накальные трансформаторы для предварительного подогрева электродов, питается через автотрансформатор AT от сети с частотой 50 Гц. Между автотрансформатором и лампами включен вспомогательный источник высокой частоты ИВЧ, например 5-15 кГц. Для исключения замыкания этих источников питания друг на друга последовательно с каждым из них включен развязывающий и запирающий фильтр, рассчитанный соответственно на частоты 50 Гц и 5-15 кГц.

При номинальном напряжении питания воздействие дополнительного высокочастотного напряжения мало, и оно практически не влияет на яркость ламп. При снижении напряжения на лампах с помощью автотрансформатора изменяется мощность, подводимая к лампам, и их яркость уменьшается. Вместо автотрансформатора для регулирования напряжения можно быть использовать тиристорный блок. Такой блок регулятора состоит из двух тиристоров, включенных встречно-параллельно (или си-мистора), и датчика зажигающих импульсов. Путем регулирования фазы зажигающих импульсов, подаваемых на управляющие электроды тиристоров, можно изменять ток, проходящий через нагрузку. Когда напряжение питания будет снижено до нуля, лампы окажутся включенными на источник высокой частоты, ток через лампы становится весьма малым, но в то же время достаточным для поддержания стабильного горения ламп. Таким образом, источник высокой частоты обеспечивает зажигание и перезажигание ламп при малом напряжении питания, т.е. при минимальной яркости. Мощность высокочастотного источника питания должна составлять примерно 1% мощности ламп.

Приведенная схема позволяет плавно регулировать яркость люминесцентных ламп в 200 раз и ее можно использовать в любой действующей осветительной установке, так как не требуется существенная переделка.

рис.25 показана схема преобразователя частоты на транзисторах с задающим генератором, позволяющим получить частоту и амплитуду выходного напряжения, почти не зависящими от изменения нагрузки. Задающий генератор собран на транзисторах VT1 и VT2 с насыщающимся дросселем Др в цепи обратной связи. Двухтактный усилитель мощности собран на двух транзисторах VT3 и VT4. Преобразователь рассчитан на выходную частоту 5 кГц. Такой преобразователь может обеспечить регулирование яркости 50-60 люминесцентных ламп мощностью 40 Вт. Применение вместо транзисторов тиристоров позволяет создать более мощные преобразователи.

Недостаток этого преобразователя - сильное влияние на его работу емкостного характера нагрузки, в результате чего ограничивается выходная мощность. Этот недостаток схемы можно устранить, если емкостную нагрузку включать как составной элемент резонансного задающего контура.

рис.26 приведена схема преобразователя, построенная на этом принципе. Благодаря тому что емкостная нагрузка введена в задающий резонансный контур, этот контур становится не только задающим, но и нагрузочным. Токи через базу и коллектор каждого транзистора совпадают по фазе и имеют форму полусинусоиды, поэтому коммутационные потери в транзисторах снижаются почти до нуля, что позволяет использовать преобразователь на максимальную мощность. В данной схеме использовались транзисторы типа КТ805Б. Запуск преобразователя осуществляется от релаксационного генератора, собранного из RC-цепочки и переключающих диодов VD1, VD2. Опытный образец преобразователя, собранного по этой схеме, имел мощность 200 Вт и обеспечивал регулирование яркости 150 ламп типа ЛБ-40.

На первый взгляд кажется, что светодиодная лампа – это обычный источник света. Чтобы она работала, ее достаточно вкрутить в патрон и готово. На самом деле это не так. Такие лампы имеют сложное устройство и бывают разных видов. Чтобы они бесперебойно работали, надо знать их технические характеристики и по ним подбирать подходящую модель.

Светодиодные лампы классифицируются по нескольким признакам, указывающим на их технические характеристики. В частности – это ее назначение, конструкция и тип цоколя. Чтобы иметь лучшее представление о разновидностях, давайте рассмотрим каждый признак отдельно.

Назначение

По назначению светодиодные лампы можно разделить на следующие виды:

• для освещения жилой постройки. Часто дома используется с цоколем E27, E14;
• модели, используемые в дизайнерской подсветке;
• для обустройства наружной освещенности. Это может быть подсветка архитектурных строений или элементов ландшафтного дизайна;
• для освещенности участка во взрывоопасной среде;
• модели уличного освещения;
• много светодиодных ламп используется в прожекторах. Они применяются для освещенности промышленных территорий и зданий.

Конструкция

По типу конструкции светодиодные лампы разделяют на следующие виды:

• модели общего назначения используются для освещенности офисных и жилых помещений;
• светодиодная лампа с направленным потоком света устанавливается в прожекторах. Их используют для подсветки элементов архитектурных строений и освещения ландшафта;
• заменить люминесцентные источники света призваны линейные модели. Эти светодиодные лампы изготовлены в форме трубки и подходят по типу цоколя, что дает возможность быстро заменить один источник света на другой.

Цоколь

У светодиодных ламп, в зависимости от их назначения, существуют разные типы цоколей. В основном встречаются такие разновидности:

1. Стандартные цоколи с буквенным обозначением «Е» указывают на резьбовой тип. Цифры обозначают диаметр цоколя, например, Е27. Резьбовой цоколь светодиодных ламп идентичен цоколю традиционных источников света с нитью накала. Это легко позволяет их заменять дома в люстрах, настольных моделях, а также в приборах уличного освещения, установленных на столбах. В использовании дома распространены лампы со стандартным цоколем, имеющим обозначение Е27 или Е14. Другое название у Е14 – миньон. Уличное освещение с опор требует использование более мощных светодиодных ламп. Большой размер колбы естественно имеет больший цоколь – Е40.
2. Разъем GU10 состоит из 2 штырьков с утолщением на концах. Конструкция цоколя идентична разъемам стартеров, используемых в старых источниках дневного света (газоразрядных). Светодиодная лампа с таким цоколем имеет поворотный тип крепления в патроне. Буквенное обозначение разъема указывает, что G – штырьковый тип, U – наличие утолщения концов. Цифра обозначает расстояние между штырьками. В данном случае – это 10 мм. Штырьковый цоколь отличается электробезопасностью и простотой установки. Лампа со штырьковым разъемом в основном предназначена для потолочных светильников с рефлектором.
3. Аналогичный разъем GU5.3 имеет тот же штырьковый тип с расстоянием между элементами 5,3 мм. Этот тип разъема для светодиодных ламп запустили в производство с увеличением спроса на галогенные источники света с таким же разъемом, устанавливаемые в потолочных приборах освещения. Модели с таким цоколем подходят для точечного освещения, устанавливаемого в подвесные потолки. Цоколь легко вставляется в патрон и является таким же электробезопасным.
4. У линейных светодиодных изделий в форме трубы установлен цоколь G13. Это тот же штырьковый тип с расстоянием между элементами 13 мм. Такие модели трубчатой формы применяют для замены люминесцентных источников света. Их используют для улучшения освещенности больших площадей, а также устанавливают в помещениях с высокими потолками большой протяженности.
5. Цоколь GX53 имеет расстояние между штыревыми элементами 53 мм. Лампы с таким разъемом применяют в накладных и встраиваемых светильниках для мебели и потолка.

Таблица типов цоколей

Излучаемый свет

Свет, который излучает светодиодная лампа, также относится к признакам классификации изделия и указывает его технические характеристики.

Световой поток

Одним из важных параметров, который определяет технические характеристики источника света, является световой поток, то есть мощность его излучения и эффективность. Единицей измерения потока света служит люмен. Второй параметр – эффективность, определяет отношение мощности первого параметра к потребляемой мощности источника света Лм/Вт. В принципе, этот показатель отражает экономичность.

Чтобы сравнить светимость светодиодов с обычной нитью накала надо учесть, что источник света мощностью, например, 40 Вт создает световой поток около 400 Лм. Существуют таблицы для сравнения светового потока разных источников света. Из них можно выяснить, что у светодиодных ламп световой поток в десять раз мощнее, чем у обычного источника света.

Покупая для дома лампу, надо изучать маркировку. Добросовестные производители указывают светоотдачу или мощность светового потока. Но, чаще всего, в маркировке встречаются сравнительные характеристики светодиодного источника света по отношению к аналогу с нитью накала. Особенно такие обозначения больше всего присутствуют на упаковке китайских изделий. Вообще, такую маркировку тоже можно считать верной, хотя она больше несет рекламный характер.

Надо подытожить, что со временем светодиоды вырабатывают свой ресурс, уменьшая мощность светового потока. Это указывает на их недостатки, хотя вечного ничего нет.

Светодиодные лампы отличаются от традиционных источников света с нитью накала цветопередачей. Нить накала создает один цвет теплого оттенка – желтый. Светодиоды способны излучать свет широкого диапазона цветовой гаммы, который определяется шкалой температуры цвета.

За основу при построении шкалы взят цвет раскаленного металла. Единицей измерения служат градусы Кельвина. Например, желтый цвет раскаленного металла имеет температуру 2700 о К. Температура дневного освещения колеблется в пределах от 4500 до 6000 о К. Хотя белый свет у нижней границы имеет желтоватый оттенок. Все цвета с температурой выше 6500 о К относятся к холодному свету с голубым оттенком. Выбирая для помещения светодиодный источник света, на такие характеристики надо обращать особое внимание. Кроме того, что при освещенности помещения в разном цвете показывается внутренний вид его убранства, некоторые оттенки могут негативно влиять на зрение человека. Усталость глаз подчеркивает недостатки LED освещения, но это легко исправить правильным подбором цветопередачи.

Светораспределение

Если обычные источники света создают максимум освещенности пространства вокруг себя, то светодиоды имеют направление светового потока в одну сторону. Они излучают свет впереди себя. Такое светораспределение подойдет для ночника или другого прибора освещения, от которого требуется направленный пучок света.

Чтобы светодиоды производили равномерную освещенность пространства, их комплектуют рассеивателем. Также равномерного распределения света добиваются путем установки светодиодов на плоскости под разными углами. Все эти методы позволяют создать равномерное распределение света на определенную площадь. Например, светодиодные лампы могут иметь распространение светового потока под углом 60 или 120 о.

Цветопередача

Существует индекс цветопередачи, обозначаемый Ra. Показатель отвечает за естественность цвета предмета, попадающего в поле освещенности определенного источника света. Эталоном индекса является солнечный свет, приравниваемый к показателю 100. Светодиодные лампы имеют индекс 80-90 Ra. Для сравнения, обычная лампа накаливания обладает показателем не менее 90 Ra. Принято считать, что индекс, превышающий 80 Ra, является высоким.

Регулируемые лампы

Светодиодные лампы, так же как и источники света с нитью накала, поддаются регулировке яркости свечения. Управляет свечением светодиодов регулирующий прибор – диммер. Это указывает на достоинства светодиодных ламп, в отличие от их экономных собратьев – люминесцентных источников света. С помощью регулятора можно добиться освещенности помещения, наиболее благоприятного для зрения.

Работа регулятора заключается в формировании импульсов. От их частоты зависит яркость свечения светодиода. Но не все светодиодные лампы являются диммируемыми. Ограничить регулировку может встроенный в лампу драйвер для светодиода, работающий на определенной частоте. Выбирая источник света для дома, надо тщательно прочитать технические характеристики изделия, где на упаковке будет указано, является ли светодиодная лампа диммируемой.

Мощность и рабочее напряжение ламп

Читая технические характеристики на упаковке изделия, многие в первую очередь обращают внимание на такие показатели, как потребляемая мощность и рабочее напряжение. Другими словами, человек желает узнать, какой ток необходим лампе для нормальной ее работы и сколько при этом она израсходует электроэнергии.

Показатель потребляемой мощности играет важную роль в расчете общего потребления освещения дома или улицы. Светодиодные лампы производят разной мощности, в зависимости от их назначения. Например, для дома достаточно будет приобрести изделия мощностью от 3 до 20 Вт. Для обустройства уличного освещения понадобятся более мощные лампы, например, около 25 Вт. Но главное то, что по потребляемой мощности определить яркость свечения не удастся.

Данные для замены ламп накаливания на светодиодные

Другим важным показателем является рабочее напряжение. Источник тока бывает постоянный или переменный. Светодиодам требуется постоянное напряжение 12 V. За их работу отвечает драйвер, который преобразует напряжение сети до необходимых норм. С их помощью светодиодные лампы могут работать от переменного тока напряжением 220 V. Существуют модели, работающие от постоянного и переменного тока напряжением 12–24V. Эти показатели надо учитывать при выборе ламп. Иначе изделие с несоответствующими показателями при подключении к сети откажется работать или просто перегорит.

Маркировка LED ламп

Если взять упаковку любого изделия, то на ней есть маркировка, отражающая все его технические данные. Она схожа с маркировкой экономок и включает следующие параметры:

Правильно подобранный по всем параметрам светодиодный источник света при соблюдении всех требований завода-изготовителя гарантированно прослужит долгие годы. Сейчас основные недостатки изделий заключаются только в высокой стоимости, но со временем они станут доступны всем потребителям.

Лампа накаливания – источник света с излучателем в виде проволоки (нити или спирали) из тугоплавкого металла (обычно вольфрама), накаливаемой электрическим током до температуры 2 500– 3 300 К, близкой к температуре плавления вольфрама (рис. 5). Световая отдача лампы накаливания 10– 35 лм/Вт; срок службы до 2 тыс. ч. Этот вид ламп все еще преобладает и производится в широком ассортименте, несмотря на имеющиеся в производстве более экономичные источники света. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные (НВ), газонаполненные (НГ), биспиральные (НБ), биспиральные с криптоно-ксеноновым наполнением (НБК). Имеются также зеркальные лампы , являющиеся лампами-светильниками.

Все большее распространение получают галогенные лампы накаливания. Наличие в колбе лампы паров галогенов (йода или брома), уменьшающих количество испарения вольфрама, позволило повысить температуру накала вольфрамовой нити, в результате чего световая отдача увеличивается до 40 лм/Вт и спектр излучаемого света приближается к естественному. Кроме того пары вольфрама, испаряющегося с нити накала, соединяются с йодом и вновь оседают на нить, препятствуя ее истощению. Срок службы этих ламп увеличился до 3– 5 тыс. ч. Двухцокольные линейные галогенные лампы (рис. 5, г ) используются для освещения широких поверхностей. Благодаря применению упрочненных держателей, нити накала обладают высокой устойчивостью к механическим воздействиям. Лампы совмещают в себе высокую светоотдачу, отличный коэффициент цветопередачи, постоянный световой поток в течение всего срока службы, мгновенное перезажигание, возможности регулировки яркости.

Преимущества ламп накаливания:

– малая стоимость;

– отсутствие необходимости пускорегулирующей аппаратуры, при включении зажигаются практически мгновенно;

– возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном;

– возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

– отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости инфраструктуры по сбору и утилизации;

– отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;

– непрерывный спектр излучения;

– устойчивость к электромагнитному импульсу;

– возможность использования регуляторов яркости;

– независимость работы от условий окружающей среды и температуры;

– световой поток к концу срока службы снижается незначительно (на 15 %).

Недостатки:

– низкая световая отдача (в три–шесть раз меньше, чем у газоразрядных ламп);

– относительно малый срок службы;

– зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

– цветовая температура лежит в пределах 2 300–2 900 K (преобладают желтые и красные лучи, что искажает цветопередачу, поэтому их не применяют при работах, требующих различения цветов );

– световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4 %;

– температура колбы галогенных ламп может достигать 500 °С, поэтому при установке ламп следует соблюдать нормы противопожарной безопасности (например, обеспечить достаточное расстояние между поверхностью перекрытия и подвесным потолком);

– обладают большой яркостью, но не дают равномерного распределения светового потока, для исключения прямого попадания света в глаза и вредного воздействия большой яркости на зрение нить накаливания лампы необходимо закрывать;

– при применении открытых ламп почти половина светового потока не используется для освещения рабочих поверхностей, поэтому ЛН необходимо устанавливать в осветительной арматуре.

Ограничения импорта, закупок и производства. В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу, во многих странах введен или планируется ввод запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания, с целью стимулирования замены их на энергосберегающие лампы (компактные люминесцентные лампы и др.).

С 1 сентября 2009 г. в Евросоюзе вступил в силу поэтапный запрет на производство, закупку магазинами и импорт ламп накаливания (за исключением специальных ламп). С 2009 г. запрет коснется ламп мощностью ≥ 100 Вт, ламп с матовой колбой ≥ 75 Вт и др.; ожидается, что к 2012 г. будет запрещен импорт и производство ламп накаливания меньшей мощности.

23 ноября 2009 г. президент России подписал принятый ранее Госдумой закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно документу, с 1 января 2011 г. к обороту на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более; с 1 января 2013 г. – электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 г. – ламп мощностью 25 Вт и более.

Основные характеристики ламп накаливания (ЛН) :

– номинальное значение напряжения;

– номинальное значение мощности;

– номинальное значение светового потока (иногда силы света);

– срок службы;

L , диаметр D ).

Технические данные ламп накаливания приведены в табл. 1 прил. 2 .

В настоящее время все большее применение находят газоразрядные лампы , в которых излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции. Основным преимуществом газоразрядных ламп является их экономичность. Световая отдача этих ламп колеблется в пределах 40...110 лм/Вт. Срок их службы доходит до 12 тыс. ч. С их помощью легче создать равномерное освещение, спектр их излучения ближе к естественному свету.

По составу среды различают следующие газоразрядные лампы:

– с газом;

– с парами металлов и различных соединений.

По давлению :

– газоразрядные лампы низкого давления (от 0,1 до 25 кПа);

– газоразрядные лампы высокого давления (от 25 до 1000 кПа);

– газоразрядные лампы сверхвысокого давления (от 1000 кПа).

По типу разряда :

– дуговые;

– тлеющие;

– импульсные.

По источнику излучения :

– газоразрядные лампы, у которых источником света являются атомы, ионы или молекулы;

– фотолюминесцентные лампы, у которых источником света являются люминофоры, возбуждаемые разрядом;

– электродосветные лампы, у которых источником света являются электроды, раскаленные до высокой температуры.

По охлаждению :

– газоразрядные лампы с естественным охлаждением;

– газоразрядные лампы с принудительным охлаждением.

Наиболее распространены газоразрядные лампынизкого давления – люминесцентные (рис. 6). Световая отдача – до 100 лм/Вт. Они имеют форму цилиндрической стеклянной трубки с двумя электродами. Трубка наполнена дозированным количеством ртути (30– 80 мг) и смесью инертных газов (часто аргон) при давлении около 400 Па (3 мм рт. ст.). По обоим концам трубки закреплены электроды. При включении электрический ток, протекающий между электродами, вызывает в парах ртути электрический разряд, сопровождающийся излучением (электролюминесценция). Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение, возникающее при газовом электрическом разряде, в видимый свет. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью. В настоящее время промышленность выпускает несколько типов люминесцентных ламп, отличающихся по цветности: лампы дневного света (ЛД), лампы дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), лампы наиболее близкие к естественному свету (ЛЕ), лампы белого цвета (ЛБ), лампы теплого белого цвета (ЛТБ), лампы холодного белого цвета (ЛХБ), лампы дневного света с исправленной цветопередачей (ЛДЦ), лампы рефлекторные – с внутренним отражающим слоем (ЛР) и др.

Преимущества люминесцентных ламп:

– широкий диапазон цветности;

– благоприятные спектры излучения, обеспечивающие высокое качество цветопередачи;

– по сравнению с лампами накаливания обеспечивают такой же световой поток, но потребляют в 4– 5 раз меньше энергии;

– имеют низкую температуру колбы;

– повышенный срок службы (до 6– 15 тыс. ч.).

Недостатки люминесцентных ламп:

– относительная сложность схемы включения, шум дросселей;

– ограниченная единичная мощность и большие размеры при данной мощности;

– невозможность переключения ламп, работающих на переменном токе, на питание от сети постоянного тока;

– зависимость характеристик от температуры внешней среды (световой поток снижается при повышенных температурах);

– значительное снижение потока к концу срока службы;

– относительная дороговизна;

– вредные для зрения пульсации светового потока с частотой 100 Гц при переменном токе 50 Гц;

– срок действия компактных ЛЛ не всегда соответствует заявленному и может быть сравним со сроком ламп накаливания при существенно большей стоимости.

Пульсация светового потока возникает вследствие малой инерционности свечения люминофора. Это может привести к появлению стробоскопического эффекта , который проявляется в искажении зрительного восприятия движущихся или вращающихся объектов. При кратности или совпадении частоты пульсации светового потока и частоты вращения объекта вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажаются скорость и направление движения. Стробоскопический эффект очень опасен, так как вращающиеся части механизмов, детали, инструмент могут показаться неподвижными и стать причиной травматизма.

Основные характеристики люминесцентных ламп :

– номинальная мощность;

– номинальное напряжение;

– номинальный ток лампы;

– световой поток;

– габаритные размеры (полная длина L , диаметр D );

– пульсации светового потока.

Технические данные основных типов ЛЛ приведены в табл. 2 Приложения 2 .

К газоразрядным лампам высокого и сверхвысокого давления относят лампы: ДРЛ – дуговые ртутные люминесцентные; ДРЛР – рефлекторные дуговые ртутные лампы с отражающим слоем; ДРИ – ртутные лампы высокого давления с добавкой иодидов металла; ДКсТ – дуговые ксеноновые трубчатые и др.

Принцип действия ламп ДРЛ (рис. 7): в горелке из прочного тугоплавкого химически стойкого прозрачного материала в присутствии газов и паров металлов возникает свечение разряда– электролюминесценция. При подаче напряжения на лампу между близко расположенными главным катодом и дополнительным электродом обратной полярности на обоих концах горелки начинается ионизация газа. Когда степень ионизации газа достигает определенного значения, разряд переходит на промежуток между главными катодами, так как они включены в цепь тока без добавочных сопротивлений, и поэтому напряжение между ними выше. Стабилизация параметров наступает через 10– 15 минут после включения (в зависимости от температуры окружающей среды, чем холоднее, тем дольше будет разгораться лампа).

Электрический разряд в газе создает видимое белое, без красной и голубой составляющих спектра, и невидимое ультрафиолетовое излучение, вызывающее красноватое свечение люминофора. Эти свечения суммируются, в результате получается яркий свет, близкий к белому.

При изменении напряжения сети на 10– 15 % в большую или меньшую сторону работающая лампа отзывается соответствующим повышением или потерей светового потока на 25– 30 %. При напряжении менее 80 % сетевого лампа может не зажечься, а в горящем состоянии погаснуть.

При горении лампа сильно нагревается, после выключения должна остыть перед следующим включением.

Лампы ДРЛ позволяют создавать большие уровни освещенности и рекомендуются к применению при высоте помещения более 12...14 м, при наличии в воздухе дыма, пыли и копоти. Однако по спектральному составу излучения они сильно отличаются от люминесцентных. Их нельзя применять там, где недопустимо искажение цветовосприятия.

Наиболее экономичными являются ДРИ – ртутные лампы высокого давления с добавкой иодидов металла , их часто называют металлогалогенными. Светоотдача этих ламп достигает 80 лм/Вт.

Трубчатые ксеноновые газоразрядные лампы высокого давления ДКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые), имеющие высокую мощность (от 2 до 100 кВт), применяются в основном для наружного освещения в связи с опасностью ультрафиолетового облучения работающих в помещении. Разработаны специальные ксеноновые лампы ДКсТЛ в колбе из легированного кварца, предназначенные для применения в производственных помещениях, расположенных на Севере нашей страны, где они служат одновременно и для ультрафиолетового облучения работающих.

Натриевые газоразрядные лампы высокого давления ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые) обладают наивысшей эффективностью и удовлетворительной цветопередачей. Применяются для освещения помещений с большой высотой, где требования к цветопередаче невысоки или в декоративных целях.

Преимущества ламп ДРИ:

– большой срок службы (до 12–20 тыс. ч.);

– большая световая отдача;

– компактность при большой единичной мощности;

– обеспечивают более равномерное освещение и рекомендованы для применения в светильниках общего освещения.

Недостатки :

– преобладание в спектре сине-зеленой части, ведущее к неудовлетворительной цветопередаче;

– возможность работы только на переменном токе;

– длительность разгорания при включении (примерно 7 мин) и начало повторного зажигания после даже очень кратковременного перерыва питания лампы лишь после остывания (примерно 10 мин);

– пульсации светового потока больше, чем у люминесцентных ламп;

– значительное снижение светового потока к концу срока службы (до 70 %);

– наличие ртути (от 20 до 150 мг ртути).

Повреждения герметичности лампы ДРЛ вполне хватит, чтобы серьезно загрязнить, например, цех авиационного завода размерами сто на триста метров и с высотой потолков до 10 метров.

Технические данные ламп ДРЛ приведены в табл. 3 прил. 2 .

Светодиодное освещение – одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света. Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED – англ. Light-emitting diode ) – полупроводниковый прибор, излучающий свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.

Светодиодное освещение, благодаря эффективному расходу электроэнергии и простоте конструкции, нашло широкое применение в ручных осветительных приборах, в светотехнике для создания дизайнерского освещения специальных современных дизайн-проектов. Надежность светодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных для частой замены местах (встроенное потолочное освещение и т. д.).

Преимущества светодиодного освещения:

– экономичность – световая отдача светодиодных систем уличного освещения достигает 140 лм/Вт;

– срок службы в 30 раз больше по сравнению с лампами накаливания;

– возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров;

– малые размеры;

– отсутствие ртутных паров (в сравнении с люминесцентными лампами);

– малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение;

– незначительное относительное тепловыделение (для маломощных устройств);

– высокая прочность.

Недостатки :

– высокая цена (отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50–100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания);

– низкая предельная температура: мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения;

– необходимость низковольтного источника питания постоянного тока для обеспечения питания светодиодов от сети;

– высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты.

Создание в производственных помещениях качественного и эффективного освещения невозможно без рациональных светильников .

Электрический светильник – это совокупность источника света и осветительной арматуры, предназначенной для перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранения глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света, защиты источника от механических повреждений, воздействия окружающей среды и эстетического оформления помещения.

Тип светильников определяется характером производственного помещения и технологического процесса, необходимой безопасностью, качеством освещения и удобством обслуживания . Слепящее действие света устраняется при правильном выборе высоты подвеса определенного типа светильника.

Важной характеристикой светильника является его коэффициент полезного действия – отношение фактического светового потока светильника Ф ф к световому потоку помещенной в него лампы Ф л, т. е.
.

По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого, преимущественно прямого, рассеянного, отраженного и преимущественно отраженного света.

А теперь давайте рассмотрим каждый из видов.

Лампа накаливания.

Лампа накаливания - это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама).

Достоинства:

• невысокая стоимость;
• мгновенное зажигание при включении;
• небольшие габаритные размеры;
• широкий диапазон мощностей.

Недостатки:

• большая яркость (негативно воздействует на зрение);
• небольшой срок службы - до 1000 часов;
• низкий КПД. (только десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток) остальная энергия преобразуется в тепловую.

Технические характеристики	Лампы накаливания
Срок службы источника света	1 000 часов
Световая эффективность
Выделение тепла при горении
Виброустойчивость
Устойчивость к перепадам напряжения
Чувствительность к частым включениям
Допустимая температура окружающей среды
Перезажигание лампы	мгновенное
Пульсации излучения	мало заметные
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	не требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Люминесцентная лампа.

Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, изнутри покрытую тонким слоем люминофора.

Достоинства:

• хорошая светоотдача и более высокий КПД (в сравнении с лампами накаливания);
• разнообразие оттенков света;
• рассеянный свет;
• длительный срок службы (2?000 -20?000 часов в отличие от 1?000 у ламп накаливания), при соблюдении определенных условий.

Недостатки:

• химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);
• неравномерный, неприятный для глаз, иногда вызывающий искажения цвета, освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу);
• Со временем люминофор срабатывается, что приводит к изменению спектра, уменьшению светоотдачи и как следствие понижению КПД ЛЛ;
• мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети;
• наличие дополнительного приспособления для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (громоздкий дроссель с ненадёжным стартером);
• очень низкий коэффициент мощности ламп — такие лампы являются неудачной для электросети нагрузкой (проблема решается с применением вспомогательных устройств).

Технические характеристики	Люминесцентные лампы
Срок службы источника	8-12 000 часов
Световая эффективность
Выделение тепла при
Виброустойчивость
Положение горения	горизонтальное
Электромагнитный шум
Допустимая температура окружающей среды
Перезажигание лампы	мгновенное
Пульсации излучения
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Галогенные лампы.

Галогенная лампа - это лампа накаливания, в колбу которой закачан буферный газ: пары галогенов (брома или иода). Данная особенность повышает срок службы лампы до 2000—4000 часов, а так же позволяет повысить температуру спирали.

Достоинства:

• выпускаются в богатом ассортименте;
• позволяют лучше управлять световым пучком и направлять eгo c большей точностью;
• компактны.

Недостатки:

• сильный нагрев;
• сравнительно недолговечны, примерно 2000-4000 часов;
• нельзя дотрагиваться к поверхности стекла лампы пальцами (перегорает).

Технические характеристики	Галогенные лампы накаливания
Срок службы источника света	2 000 часов
Световая эффективность
Выделение тепла при горении
Виброустойчивость
Устойчивость к перепадам напряжения
Чувствительность к частым включениям
Допустимая температура окружающей среды
Перезажигание лампы	мгновенное
Пульсации излучения	мало заметные
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	не требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Светодиодные лампы.

В светод-иодных лампах или светильниках (в обиходе — «ледовых», от аббревиатуры LED, Light Emitting Diode) в качестве источника света используются светодиоды, данный вид светильников применяются для промышленного, бытового и уличного освещения.

Достоинства:

• самый большой срок службы среди всех ламп (от 10 000 до 100 000 часов);
• низкое энергопотребление;
• устойчивость к вибрации и механическим ударам;
• безотказная работа при различных температурах от - 60 до +60?С;
• светодиодные лампы изготавливаются на любое напряжение, нет необходимости установки дополнительных балластных резисторов;
• обладает "чистым цветом", что важно в световом дизайне.

Недостатки:

• самый главный недостаток - высокая цена;
• ограничена сфера применения, в некоторых случаях лампы накаливания нельзя заменить светодиодными.

Технические характеристики	Светодиодные лампы
Срок службы источника	50 000 часов
Световая эффективность	80 - 100 Лм/Вт
Выделение тепла при
Виброустойчивость
Устойчивость к перепадам напряжения
Чувствительность к частым включениям
Допустимая температура окружающей среды
Перезажигание лампы	мгновенное
Пульсации излучения
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	не требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Металлогалогенные лампы.

Металлогалогенные лампы (МГЛ / HMI) являются одним из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. От других ГРЛ отличаются тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути, в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

Достоинства:

• светоотдача в 10 раз больше, чем у ламп накаливания.
• компактный источник света
• надежная работа при низких температурах и различных условиях эксплуатации;
• возможность применять лампы разной цветности.

Недостатки:

• время разгорания 30-50 секунд, после отключения не включаются пока не остынут;
• высокая стоимость.

Технические характеристики	Металлогалогенные лампы
Срок службы источника	10 000 часов
Световая эффективность
Звуковой шум
Положение горения	определенное
Устойчивость к перепадам напряжения
Чувствительность к частым включениям
Допустимая температура окружающей среды
Перезажигание лампы
Пульсации излучения	мало заметные
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Дуговые ртутные люминесцентные лампы.

Лампы ДРЛ (Дуговые Ртутно Люминесцентные) имеют очень высокую световую отдачу (до 60 лм/Вт) и относятся к ртутным разрядным лампам высокого давления с исправленной цветностью. ДРЛ лампа состоит из кварцевой трубки (горелки), находящейся в стеклянной колбе, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора, он в свою очередь преобразовывает ультрафиолетовое излучение, возникающее в следствии дугового разряда в трубке, в видимый свет, который может улавливать человеческий глаз.

Достоинства:

• хорошая световая отдача (до 55 лм/Вт);
• большой срок службы (10000 ч);
• компактность;
• неприхотливость к условиям окружающей среды (кроме сверхнизких температур).

Недостатки:

• преобладание в спектре лучей сине-зеленой части, ведущее к плохой цветопередаче, что исключает применение ламп, когда объектами которые необходимо осветить, являются лица людей или окрашенные поверхности;
• возможность работы только на переменном токе;
• необходимость включения через балластный дроссель;
• длительность разгорания при включении (около7 минут) и долгое начало повторного зажигания (около 10 мин).
• пульсации светового потока, большие чем у люминесцентных ламп;
• уменьшение светового потока к концу службы.

Технические характеристики	Дуговые ртутные люминесцентные лампы
Срок службы источника	до 10 000 часов
Световая эффективность
Положение горения
Звуковой шум
Электромагнитный шум
Чувствительность к частым включениям
Допустимая температура окружающей среды
Пульсации излучения	заметные
Цветовая температура, К
Индекс цветопередачи
Специальная утилизация	требуется
КПД светильника
Средняя стоимость

Энергосберегающие лампы.

Энергосберегающие лампы работают по тому же принципу, что и обычные люминесцентные лампы, с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Зачастую термин «энергосберегающая лампа» обычно применяют к компактной люминесцентной лампе, которую можно поставить на место обычной лампы накаливания без всяких переделок.

Достоинства:

• экономичны;
• долгий срок службы;
• низкая теплоотдача;
• большая светоотдача;
• выбор желаемого цвета.

Недостатки:

• высокая цена;
• экологически вредная.

Газоразрядные лампы.

Газоразрядная лампа - это источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Свечение в лампе создается непосредственно или опосредованно от электрического разряда в газе, парах металла или в смеси пара и газа.

Достоинства:

• высокий КПД;
• длительный срок службы по сравнению с лампами накаливания;
• экономичность;
• высокая степень цветопередачи;
• хорошая стабильность цвета;
• хорошие характеристики светового потока в течение всего срока службы.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• необходимость пускорегулирующей аппаратуры;
• долгий выход на рабочий режим;
• высокая чувствительность;
• наличие токсичных компонентов и как следствие необходимость в инфраструктуре по сбору и утилизации;
• невозможность работы на любом роде тока;
• невозможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);
• наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты;
• прерывистый спектр излучения;
• непривычный в быту спектр.

Неоновые лампы.

Неоновая лампа - это газоразрядная лампа, состоит из баллона, заполненного разреженным инертным газом (неоном), и укрепленных внутри баллона двух дисковых или цилиндрических электродов. В отличие от люминесцентных ламп неоновые значительно долговечнее, так как не имеют внутри нитей накаливания, создающих электронную эмиссию.

Достоинства:

• броский световой эффект;
• высокий срок службы (от 80000 часов);
• возможность изготовления ламп различных форм;
• не нагреваются, следовательно - пожаробезопасны;
• возможность широкого выбора любого нужного оттенка белого свечения;
• возможность управления яркостью газосветной лампы;
• бесшумность работы.

Недостатки:

• содержат вредные вещества;
• требуют высокого напряжения в сети, необходимость высоковольтного трансформатора;
• хрупкость;
• высокая стоимость.

Ксеноновые лампы.

Ксеноновая лампа - это источник света, представляющий собой устройство состоящее из колбы с газом (ксеноном) в котором светится электрическая дуга, которая возникает вследствие подачи напряжения на электроды лампы. Ксеноновая лампа дает яркий белый свет, близкий по спектру к дневному. Ксеноновые лампы обеспечивают интенсивный свет, яркость которого в 3 раза выше света чем у галогеновых ламп.

Достоинства:

• интенсивный яркий свет;
• надежность и высокий срок службы (3000 часов);
• высокая экономичность;
• малый нагрев.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• необходимость применения «блока розжига»;

Натриевые лампы.

Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) имеют самую высокую светоотдачу среди всех известных газоразрядных ламп (100 - 130 лм/Вт), но плохую цветопередачу (Ra = 20-30), и характеризуются минимальным снижением светового потока при длительном сроке службы.

• со временем лампы теряют яркость, тускнеют и неравномерно освещают дорогу
• ослепление встречных водителей и пешеходов.

Инфракрасные лампы.

Лампа инфракрасная - это прибор, по принципу действия напоминает лампу накаливания. Колба инфракрасной лампы (обычно красного, реже - синего стекла) участвует в формировании спектра излучения, и увеличивает общий КПД лампы. Проходя через цветное стекло, оставшаяся в излучении доля видимого света «окрашивается» в инфракрасные цвета.

Инфракрасные лампы подразделяются на:

• медицинские инфракрасные лампы;
• инфракрасные лампы для обогрева;
• инфракрасные лампы для сушки;

Керосиновые лампы.

Керосиновая лампа - это светильник, который работает на основе сгорания керосина - продукта переработки нефти. Принцип действия лампы прост, в ёмкость заливается керосин, в эту же емкость опускается фитиль. Другой конец фитиля зажимается поднимающим устройством в горелке, которая устроена таким образом, чтобы воздух проникал снизу.

Кварцевая лампа.

Кварцевая лампа - это ртутная газоразрядная лампа, имеет колбу из кварцевого стекла, предназначена для получения ультрафиолетового излучения. Применяют подобные лампы для обеззараживания различных помещений, предметов, продуктов питания.

Ультрафиолетовые лампы.

Ультрафиолетовая лампа работает по тому же принципу, что и обычная люминесцентная лампа: ультрафиолетовое излучение образуется в колбе вследствие взаимодействия паров ртути и электромагнитных разрядов. Газоразрядная трубка изготавливается из специального кварцевого или увиолевого стекол, имеющих способность пропускать УФ-лучи.

Laura Peters

LEDs Magazine

Сборки на основе светодиодов переменного тока часто имеют светоотдачу и эффективность, не уступающие приборам, в которых используются светодиоды постоянного тока, и, при этом, не нуждаются в AC/DC преобразователе. Но могут ли они найти свое место за рамками тех приложений, в которых применяются сейчас?

Сама по себе концепция светодиодов переменного тока (AC-LED) изящна. Им не нужны AC/DC преобразователи и некоторые другие электронные компоненты, требуемые для питания светодиодов постоянного тока (DC-LED), а вся электронная начинка между источником переменного тока и светодиодом максимально упрощена. Действительно, при создании приложений с AC-LED, где светодиод способен работать непосредственно от линии переменного тока или от понижающего трансформатора, может потребоваться лишь корпус со светодиодами и балластный резистор для некоторых приложений. С другой стороны, при использовании AC-LED может потребоваться оптимизация управления питанием (коррекция коэффициента мощности и суммарного коэффициента гармонических искажений). До настоящего времени область применения AC-LED была ограничена нишей карнизной подсветки, садового и декоративного освещения. Но производители AC-LED сборок утверждают, что однажды весь рынок ретрофитных светодиодных ламп перейдет на AC-LED.

В данной статье рассматривается коммерческая доступность AC-LED, сборок на их основе и питающих устройств, и обсуждаются проблемы, решение которых приведет к более легкой интеграции AC-LED в электрические сети, чем это происходит с DC-LED. Также здесь затрагивается возможность выхода AC-LED на рынок ретрофитных ламп, включая лампы MR16, A-лампы и потолочные светильники.

Что означает AC-LED?

Важно отметить, что аббревиатура AC-LED на самом деле неправильна: под LED подразумевают диоды, то есть приборы, пропускающие ток в одном направлении (постоянный ток). Однако при использовании так называемой «AC-LED схемы» светодиоды (LED) могут быть подключены напрямую к сети питания (обычно 110 В/60 Гц или 230 В/50 Гц) и светить без обычно применяемого драйвера. В каждом полупериоде синусоидального переменного напряжения половина светодиодов излучает свет, а другая - нет. В следующем полупериоде светодиоды меняются ролями. В такой конфигурации, иногда называемой встречно-параллельной, или «истинным AC», большое количество последовательно соединенных светодиодов может работать непосредственно от электрической сети.

Однако при таком подходе последовательное включение множества светодиодов в одну цепочку становится фактором, ограничивающим их эффективность. Поэтому несколько лет назад производители AC-LED, включая Lynk Labs of Elgin, IL, Seoul Semiconductor (Сеул, Южная Корея) и Epistar (Синьчжу, Тайвань), начали выпускать светодиоды, точнее, их сборки, работающие от низкого или высокого переменного напряжения с использованием простых схем управления. К ним относятся как низковольтные светодиодные сборки, так и сборки с выпрямителями, подключаемые непосредственно к сети переменного тока. Типичное напряжение питания таких приборов может быть от 12 В до 240 В. Отдельные светодиоды соединяются в цепочку, пиковое напряжение на которой достигает, например, 55 В в каждой полуволне сетевого напряжения 110 В. «Это действительно использование переменного тока на основе высоковольтной архитектуры» - сказал Брайен Уилкокс (Brian Wilcox), вице-президент североамериканского отделения компании Seoul Semiconductor, производителя светодиодов постоянного и переменного тока и сборок на их основе.

Для сравнения, DC-LED нуждаются в драйвере для преобразования переменного сетевого напряжения в низкое постоянное напряжение, питающее светодиод. В состав драйвера входит AC/DC преобразователь, как правило, электролитический конденсатор большой емкости, а также другие компоненты, количество которых может достигать 20, как, например, в 7-ваттной лампе MR16. Для приложений большой мощности требуется еще больше компонентов. Однако Уилкокс заявил, что, несмотря на простоту электронной схемы, разработка устройств с AC-LED связано с необходимостью решения таких проблем, как снижение полного коэффициента гармоник, повышение коэффициента мощности и обеспечение зональной регулировки яркости. «Любая из трех задач нетривиальна, в особенности, когда пытаешься решить все три сразу», - заключил Уилкокс.

В самом деле, можно утверждать, что все эти проблемы, а также низкая, в сравнении DC-LED, эффективность до настоящего времени ограничивали распространение AC-LED. Однако в последних AC-LED и высоковольтных изделиях на их основе перечисленные выше недостатки в значительной степени были устранены. Также в новых приборах должна быть решена и проблема мерцания. «Многие люди жалуются на мерцание AC-LED. Но этот эффект является следствием пространственной удаленности светодиодов. Он возникает, когда светодиоды находятся на большом расстоянии друг от друга, и глаз замечает составляющую выпрямленной частоты 50-60 Гц», - говорит Майк Мискин (Mike Miskin), генеральный директор компании Lynk Labs, производителя AC-LED, сборок на их основе и драйверов. В некоторых последних изделиях этой компании используются высокочастотные схемы, понижающие напряжение с помощью электронного трансформатора или какого-либо другого устройства и формирующие сигнал высокой частоты (1000 Гц и более), устраняющий эффект мерцания.

Плодами усилий разработчиков стали последние модели AC-LED сборок, характеризующиеся лучшей совместимостью с существующей инфраструктурой, повышенной надежностью за счет меньшего количества применяемых компонентов и, возможно, меньшим временем выхода на рынок.

Виды AC-LED

Согласно Мискину, на сегодняшнем рынке представлены три основных типа AC-LED: питаемые низким переменным напряжением, непосредственно высоким переменным напряжением и выпрямленным высоким переменным напряжением. Низковольтные светодиоды работают от напряжения 12 В или 24 В и подключаются через магнитный или электронный трансформатор. Такие светодиоды, как правило, самостоятельно выпрямляют переменный ток. Они нашли применение в садово-парковых светильниках, для скрытого освещения и подсветки торговых прилавков. В высоковольтных сборках (от 15 до 55 В) используется топология с мостовым выпрямителем, где светодиоды питаются импульсным током в каждом полупериоде синусоиды. В устройствах с выпрямителем содержатся встроенные схемы управления, не позволяющие пиковым токам достигать опасных для светодиодов значений.

Технология AC-LED является масштабируемой, поскольку количество включаемых в цепочку светодиодов можно выбирать в соответствии с напряжением сети, и применима в осветительных приборах с питанием от 12 до 277 В. В самом деле, для достижения наибольшей эффективности AC-LED могут работать даже в резонансном режиме, что невозможно для DC-LED. Мискин пояснил, что Lynk разработала новый метод, позволяющий управлять AC-LED вблизи границы резонанса, так что даже, если одна лампа будет удалена из цепи или выйдет из строя, оставшиеся будут работать с той же эффективностью. Он сказал: «Мы полагаем, что в будущем частоты повысятся до соответствия RLC-компонентам, что даст возможность поднять КПД до 98%».

Замена ламп

Сегодня основным целевым рынком для низковольтных и высоковольтных конструкций на основе AC-LED является рынок ретрофитных ламп, включающий миниатюрные лампы, такие как G4, G8, GU10 и MR16, а также лампы B10 для люстр. Компании также разрабатывают продукты для A-ламп, ламп класса BR и линейные модули для замены люминесцентных ламп.

Рынок потолочных светильников также исключительно привлекателен для устройств с AC-LED, поскольку в таких светильниках, как правило, имеется свободное место для размещения дополнительной электроники. Кроме того, свободное пространство можно занять радиаторами охлаждения. Пример предназначенного для подобных светильников прибора показан на (Рисунке 1). 16-ваттный светодиодный модуль Acrich2 компании Seoul Semiconductor имеет световой поток 1250 лм при цветовой температуре 3000K и угле обзора 120°.

Рисунок 2а.	В нутреннее устройство лампы MR16 на основе DC-LED.	Рисунок 2б.	12-вольтовые AC-LED компании Lynk Labs в корпусах COB.	Рисунок 2в.	Сборка AC-LED компании Seoul Semiconductor с напряжением питания 120 В и мощностью 4 Вт, эквивалентная 35-ваттной лампе MR16.

На Рисунке 2 сравнивается DC-LED с двумя функционально аналогичными сборками AC-LED. Лампа MR16 или GU10 (последняя подключается к сети напрямую) - прямые кандидаты на установку модуля с AC-LED.

В конечном счете, стоимость и надежность будут склонять чашу весов в пользу схем с AC-LED, а не в пользу наиболее распространенных сейчас DC-LED. «Мы уже значительно снизили стоимость корпуса, составляющую около 40% стоимости светодиода, за счет перехода к технологии монтажа кристалл-на-плате и использования SMD компонентов», - сказал Уилкокс. Однако он утверждает, что цель достижения цены $10 за эквивалент 60-ваттной лампы, зачастую рассматриваемая как точка принятия продукции потребителем, может быть достигнута только за счет удаления из светодиодных ламп и светильников дорогих электронных компонентов. - «Лучшим способом снижения цены является внедрение AC-LED без драйверов». Он добавил, что первыми продуктами, которые появятся на полках розничных магазинов, будут ретрофитные лампы, не требующие диммирования, некоторые из которых будут иметь довольно крупные размеры, как A19 и BR30.

«Я уверен, что в самое ближайшее время мы увидим лампы, заменяющие 60-ваттные лампы накаливания, по цене $15, а чуть позже цена упадет до $10. Это будет продукция компаний с хорошей репутацией, часть которой не будет содержать драйверов. Самыми подходящими областями применения нового товара станут ретрофитные лампы и потолочные светильники», - сказал Уилкокс.

Другая важная сфера применения AC-LED - источники подсветки или местного освещения. На Рисунке 3 показан предназначенный для этих целей светодиодный модуль с резистором.
Как отмечалось ранее, чтобы такая продукция стала преобладать на рынке, ее световой поток, эффективность, коэффициент мощности и коэффициент гармоник должны быть, как минимум, не хуже, чем у DC-LED. Впрочем, световой выход и эффективность надо сравнивать на примере конкретного приложения, мы же рассмотрим проблему управления питанием AC-LED.

Управление питанием

Как уже говорилось, плохое управление питанием в части коррекции коэффициента мощности и коэффициента гармоник ограничило выход AC-LED на широкий рынок. Коэффициент мощности равен отношению активной мощности, потребляемой лампой или светильником, к полной мощности. В устройствах с AC-LED нагрузка является нелинейной, поэтому на коэффициент мощности необходимо обращать особое внимание.

Коэффициент гармоник является числовым представлением степени искажения формы кривой тока по сравнению с синусоидальной формой напряжения сети. Гармоники представляют собой нежелательные составляющие тока, кратные основной частоте сети (50 или 60 Гц), приводящие к потерям мощности. Хотя вопрос выходит за рамки этой статьи, стоит отметить, что для уменьшения коэффициента гармоник в устройствах с AC-LED используются различные типы схем согласования, включая резисторы и импульсные источники питания.

Уилкокс отметил, что в линейке продукции Acrich2 блок управления питанием имеет КПД 90% и коэффициент гармоник менее 25%.

Диммирование

Одним из основных преимуществ AC-LED является совместимость с фазоотсекающими (симисторными) диммерами. «Мы можем уменьшить яркость до 2%, что является реальным преимуществом», - утверждает Мискин. Кроме того, Lynk Labs представила технологию, которая «нагревает» цвет свечения при диммировании от 4000K до 2000K с помощью AC-LED и токоограничивающих компонентов.

Выводы

Сборки на основе AC-LED представляют собой конкурентоспособную платформу, особенно на рынке ретрофитных ламп. Падет ли на них выбор производителей ламп и светильников, будет зависеть от характеристик и стоимости таких решений по сравнению со сборками на базе уже проверенных в деле DC-LED. Гонка за создание десятидолларовой замены 60-ваттных ламп накаливания может быть выиграна как одной технологией, так и обеими.

• Я считаю что основной проблемой светодиодного освещения является то что с введением принципиально новой технологии не был создан новый стандарт разъемов для новых ламп. Вместе с запретом на использование ламп накаливания необходимо было запретить использование резьбовых патронов эдисоновского стандарта "Е" (Е27, Е17, Е14). Абсурдность ситуации в том что старые патроны вообще не подходят для светодиодных светильников но продолжают воспроизводиться массово. Производители ламп ориентируются на имеющиеся светильники, производители светильников на имеющиеся лампы, в это вкладываются деньги, создаются новые производства тиражирующие стандарт которому уже давно пора умереть. Очевидно что без административного вмешательства ситуация не исправляется, но в том то и дело что ни кто не решается узаконить какой либо из подходящих разъемов в качестве нового стандарта. Логично было бы принять стандартом для новых ламп постоянное напряжение 12v и таким образом объединить ассортимент ламп для автомобилей и для быта. Некоторые из разъемов автомобильных ламп вполне подходят и для основы нового стандарта. Это позволило бы быстрее перевести автомобили на светодиоды что в общем то давно надо было уже сделать. Лично мне не понятно почему в автомобилях до сих пор применяются лампы накаливания которые не только не экономичны и стремительно сажают аккумуляторы но просто не выдерживают удары и вибрации, эти лампы постоянно приходится менять. Вынос преобразователя выпрямителя из самой лампы с светильник не только снизит себестоимость лампочки но и радикально повысит ее надежность и долговечность, избавит от мигания и стробоскопического эффекта. Я бы вообще создавал бы панели в которых не белые а разноцветные светодиоды совместно создают нормальное освещение, это и дешевле и спектр можно подобрать точнее. В общем ситуация давно созрела... но что я читаю в этой статье? производители по прежнему пытаются приспособиться к стандарту которому уже больше 100 лет! Я очень уважаю изобретателей но по моему они тратят силы по дурному.
• Мне думаеться,что главная проблемма сейчас,состоит в удешевлении светодиодных матриц.А остальное,это мелочи.
• Не волнуйтесь, по мере увеличения объемов производства цена будет падать и мы ни чем не можем ни ускорить ни замедлить процесс. Но конечные светильники упорно воспроизводят стандарт патронов 100 летней давности и это создает производителям кучу проблем. В цоколе Е27 невозможно разместить нормальный выпрямитель со сглаживающими конденсаторами и это создает кучу проблем. 1. напряжение питания получается не постоянным а импульсным и лампа мигает с частотой 100 Гц. Это вроде бы незаметно, но тем не менее глаза устают. Есть вероятность возникновения стробоскопического эффекта. 2. высокочастотные импульсы от драйвера питания не фильтруются этим недоделанным фильтром и это создает помехи и лишнее электромагнитное излучение. 3. Но самая главная проблема в цене, надежности и долговечности. В столь малом объеме невозможно разместить полноценное устройство на надежных элементах, в целях экономии места приходится жертвовать либо надежностью, либо функциональностью и по любому применять более дорогие детали. Кроме того было бы очень уместно унифицировать осветительные элементы для автомобилей и быта приведя все к 12v постоянного тока. Столь радикальное сокращение ассортимента само по себе снизит цену, а к тому же лампы будут выпускаться без выпрямителей что тоже повлияет на цену. В перспективе можно создавать в домах отдельную осветительную сеть на 12v с резервацией аккумуляторами. К этой сети могут подключаться различные маломощные потребители типа зарядок мобильников, любое другое маломощное электрооборудование вплоть телевизоров. 12 v это абсолютно безопасно и позволяет обходится без гальванической развязки что все вместе существенно упростит и удешевит всю бытовую технику. В новый стандарт легко интегрируется ветроустановка или солнечные батареи. В перспективе вся эта техника сможет применяться везде, от палатки в лесу, дачи, кабины авто и до офиса везде единый стандарт, не надо создавать отдельно приборы мобильного и не мобильного исполнения. При этом конечно же в доме должны быть разъемы высокого напряжения для питания мощных устройств типа стиральных машин, эл. плиток и чайников...
• как я понял,изначально идея была на увеличение надёжности отказом от преобразователей,но здесь такие же преобразователи и в чём смысл?
• Что въелись в этот стандарт? Цоколей и без эдисоновского E предостаточно, например GU5.3 И лампочки выпускаются на 12 вольт и выпрямители. Покупай кому чего нравится. Какие быстрые - запретить, запретить!
• Я и не волнуюсь,на счёт этого.Я волнуюсь на счет того, что сделают нам светодиодные светильники с заведомо перенапряженным режимом.И не влезть туда,ни дело исправить уже не выйдет,нате мол,.еште что дают.
• GU5.3 симметричный, предназначен для сети переменного тока предназначены на небольшой ток но зато хорошо выдерживают перегрев. Я бы сделал разъем просто в виде пластины фольгированного пластика. С одной стороны один контакт, с другой другой контакт. Сама пластина стразу же является монтажной площадкой для микросхем и светодиодов. Большая площадь контактной поверхности, компактность и механическая прочность. Но главное простота и технологичность изготовления в пределах отработанных технологий. Можно сделать ключ чтобы невозможно было вставить не правильно. А на счет "запретить Е27"... вы в магазинах бываете, что в ассортименте видите? Таки реально без административного вмешательства ситуацию не переломить. А лампочки на 12V я у себя уже понаставил. Но ведь не все умельцы.
• Полностью согласен. Устройство, состоящее более чем из одной детали, должно быть подвержено хотя бы попытке его отремонтировать. А в данном случае поприклеивали всё к плате и вуаля, вэлком ту помойка, как контрацептив:D стОит посмотреть фильм о том самом эффекте лампочки http://www.youtube.com/watch?v=ssSlodrPY3M
• Есть такое дело
• А насчёт стандарта в 12в,надо учитывать токи.Чтобы передать мощность при низком напряжении надо увеличить ток,а следовательно сечение проводов.Электромонтаж будет стоить дороже.Но есть большой плюс-электробезопасность.И есть минус-пожарная безопасность.
• Скоро лампочек не будет,будем выбирать светильники,а внуквм рассказывать что ранше мол,были лапочки,которые переодически сго рали.а сейчас мол покупай светильник,вешай а понятие лампочки уйдёт в прошлое.
• К сожалению пока мы тут обсуждаем вопросы повышения долговечности банкиры уже давно все решили и наняли инженеров которые примут меры к тому чтобы и светодиодные лампы не служили долго. Проблема в самой финансовой системе. А лекарство есть, его изобрели очень давно но хорошо описал Сильвио Гезель. Лекарство это называется "Фрайгельд" и применялось неоднократно, но каждый раз уничтожалось банкирами. Может ну ее к черту, эту лампочку. Давайте внедрять альтернативные платежные средства. К примеру на основе водки. А что, "жидкая валюта" уже давно стала нормой, так давайте превратим ее в бумагу или даже электронные деньги, ну чтобы нельзя было выпить в подворотне. Кто не верит в водку так за основу может быть взято что угодно.
• Так то оно так, но учтите что сеть 12V изначально позиционируется как питание для маломощных устройств, ну максимум телевизор, компьютер. Плиты, стиральные машины, утюги, кипятильники... все это должно запитываться от других источников. Да, казалось бы проводки больше. Но в вашем доме максимум 4 - 6 мощных потребителей, а маломощных в десять раз больше. Каждому такому устройству начиная с зарядки для мобильника требуется преобразователь с гальванической развязкой. А питание от 12 вольт потребует весьма примитивного последовательного стабилизатора. Постоянное напряжение позволит отказаться от громоздких конденсаторов в каждом устройстве. Появится возможность легко и дешево резервировать питание аккумуляторами, подключать альтернативные источники энергии. И полная унификация автомобильного, бытового и офисного оборудования. Я уверен что сеть 12V куда более удобна для передачи сигналов. В общем выигрышей масса, но инерция старого тянет. И тут есть свои плюсы: Новый стандарт может развиваться параллельно как мобильный но с перспективой вытеснения старого стандарта.
• Извините Гарик, а это видео смотрели? http://www.youtube.com/watch?v=ssSlodrPY3M Вы похоже так и не поняли что проблема долговечности лежит не в области технических решений а в области политики и финансов. Эти ребята заинтересованны в том чтобы мы вечно играли в ту игру где все бегут вокруг стульев, а стульев то обязательно меньше чем задниц которые надо усадить. И не потому что стульев мало, а просто правила в этой игре такие. Но есть только одна жопа которая всегда на стуле -- тот под чью дудку все бегут толкая друг друга. Выход есть, не участвовать в этих гонках, создать свою систему где люди не загрызают друг друга в угоду пастуху. При чем такие сообщества существуют, но продажные СМИ предпочитают на эту тему не распространяться. Ищите в интернете "Фрайгельд", "деньги Сильвио Гезеля", "WARA", "WIR франки ", "альтернативные деньги"...
• Я достаточно долго живу и мне-ли не понять:DЕсть такой рассказ,когда к директору крупной фирмы,приходит изобрететель.Он предлагает вечную бритву,и директор охотно покупает изобретение,не для того что-бы делать вечные бритвы,а для того что-бы никто и никогда не увидел этого изобретения.
• Не всё так просто. Цоколь не тормозит внедрение светодиодных ламп. Тормозит их цена. При переходе на КЛЛ думали, что они себя оправдают. Не вышло. У меня, например, освещение занимает небольшую часть всего потребления. Главными являются электроплита, водонагреватель. Идея с переходом на 12 в питание вызывает недоумение. Почему 12, а не 36? И зачем надо унифицировать с автомобильными лампочками, которые тоже переходят на 24 в? Кстати, про недолговечность автомобильных ламп. Они очень надёжны. У меня машине 10 лет, менял только 2 лампочки передних габаритов. А вот дневные светодиодные ходовые огни, установленные некоторыми владельцами, часто можно увидеть, что горит всего половина диодов. И что надёжнее? Представим, что перешли на 12 в. Окажется, что кроме зарядника для телефона, стационарного телефона и роутера больше и нет маломощных потребителей. Телевизор, у меня, например, с LED матрицей 40" потребляет 140 вт, про плазменные вообще молчу. Это 12 ампер. При длине проводки 10 м сечением меди 1,5 мм^2 потери составят почти 3,5 в. Всё равно в каждой комнате придётся оставлять розетки 220 в, иначе куда будете включать пылесос, элетрообогреватель? Надо будет забыть про двойники-тройники-удлинители. Не дай Бог, эту идею удасться воплотить.
• Полностью согласен. Так он еще современный компьютер предлагает к сети 12В подключить. Так он жрёт дай бог, особенно геймерский:eek: Пишет что не будет громоздких фильтрующих конденсаторов. А кто фильтровать будет? Электростанция или подстанция? Ну если толь ко не солнечная энергия, а где она у нас в России? Где 2/3 север.
• Прочитал все, но остановился на Вашем высказывании. Давайте начнем с истории, кода "лампочку Ильича" с нитью накала довели до 250 000 часов работы, к 1940_м годам после сбора производителей ламочек их ресурс был уменьшен до 100 000 ч., сейчас Вы перероете весь нет и найдете 1 - лампочка имеет ресрурс 50 часов. Что касается светодиодных ламп, если на сегодняшний день обычный светодиод - (это прибор с р-п переходом высокотехнологичный) и светодиод переменного тока, ну р-п переход - 2 различных металла и не более, это все рано обычный разрядник, ну линзу приделали. Что касается срока службы - что люминисцентки по несколько штук сдаеш за срок гарантии, что светодиодные, электронная часть вообще не меняется. Что касается стандартов, допустим делать лампочки на 12В, можно и на все 1 стабилизатор - а за что деньги брать? Многие производители, как и данный ГАРИК - поднять цены на лампы - да поднимайте, наверно мало кто задумывался - "как работает система - кто кого поимеет". На сегодня на зарплату купить 10 - 15 лампочек или допустим 1 светодиодный светильник вместо 4_х 20 Вт. люминисцентных ламп. В связи с ненадежностью на сегодняшний день светодиодных осветительных приборов - многие производители беруться за голову - зачем мы дали 3 или 5 лет гарантии, возникает вопрос - если Вы продаете по таким ценам и не хочете давать гарантии - нахрена Вы нужны и Ваши лампы? Сейчас на производстве 600 светильников сместо люминисцентных 4*20Вт, еще год гарантии, но уже думают на что менять, так, как горят, как свечки, ремонт по гарантии припоршивый и хрен когда их купят.
• С некокорыми мыслями соглашусь. С перепроизводством например. Про разрядник промолчу и даже - ставить не буду. Сам делаю уже два года светодиодные лампы. На 1 Вт, 3 Вт. и пока 5730 светодиодах. схемы разные. первые очень простые с гасящим конденсатором. Не нравятся. Работают в деревне, в конце улицы,распредсети на переделаны, старые, напруга гуляет и яркость плавает. Для кладовки пока терплю.Но не умирают светодиоды. Радиаторы стоят. Ток не превышает номинального. Что не так делаю. Теперь делаю на контролерах. Покупаю готовые китайские. Опять же радиаторы, вентиляция, ток. Ремонтировали на работе готовый светильник промышленный(для потолков "армстронг", название не помню), правда не очень дорогой. Радиаторы недостаточные, ток нестабилен (микросхему заменили с донора), все запаковано, вентиляции нет. Пришлось доводить до ума оба светильника установленные в мастерской. Теперь все нормально. Правда работает пока только полгода. Но проживет долго. Видел хорошие немецкие(привезенные с Германии) лампы. Радиатор, вентиляция. Ток не мерил, но верю что не шалит. Главное преимущество светодиодов перед лампами накаливания - экономичность. Что за этим стоит думаю понимаете, и главное это не ваши деньги.
• Вы меряли ток вероятнее всего обычным тестером. Попробуйте при возможности взять 3 различных лампочки "лампочка Ильича", люминисцентную и светодиодную и посмотрите разницу - сколько каждая из них потребляет активной и реактивной энергии - через счетчики. Я этим хочу сказать, что да, само меньше потребляет светодиодная, затем люминисцентная и только затем лампочка ильича - но такова ли разница, которая написана на коробке каждой из лампочек и фактическая (специально не пишу цифры, во избежание споров). А затем еще 1 интересная тема для раздумья - в какой из "бывших стран СНГ" Вы лично проживаете и сколько Вы по факту платите на сегодняшний день. Я не беру во внимание поднятие цен энергосбытом в последние годы, только лампочки.