Диммер

Современный многофункциональный выключатель.

Пульт дистанционного управления многофункционального трёхканального светодиодного диммера.

Ди́ммер (от англ. dim — затемнять, в русском языке — светорегулятор, во французском — вариатор) — регулятор электрической мощности нагрузки, как правило включаемый последовательно с ней. Обычно используется для регулировки яркости свечения ламп накаливания, галогенных ламп или светодиодов.

В простейшем случае может представлять собой переменный резистор (реостат), однако на таком регуляторе выделяется чересчур большая мощность, сравнимая на малых уровнях яркости с мощностью нагрузки, что обуславливает низкий КПД и сильный нагрев устройства. Роль диммера может выполнять автотрансформатор. Автотрансформаторы по сравнению с симисторными и тиристорными диммерами имеют бо́льшие габариты и вес, требуют приложения бо́льших механических усилий для управления и дороги, но выдают неискаженный 50/60 Гц синусоидальный (или весьма близкий к нему) выходной сигнал во всем диапазоне регулируемого напряжения без привнесения помех переключения.

Наиболее компактными и экономичными считаются электронные диммеры. Во всех современных электронных диммерах в качестве силового элемента используется полупроводниковый симисторный или транзисторный ключ.

Самые первые диммеры имели механический способ управления и могли выполнять только одну функцию — изменяли яркость светильника. Современные микроконтроллерные многофункциональные светорегуляторы имеют расширенный набор функций:

• управление яркостью
• автоматическое отключение
• имитация присутствия
• плавное включение и отключение
• различные режимы затемнения и мигания ("flash", "strobe", "fade", "smooth")
• дистанционное управление (по инфракрасному каналу, радиоканалу, акустическое (хлопок, шум с уровнем выше установленного) или голосовыми командами).

Диммеры бывают сигнальными, например с выходным интерфейсом 0-10V. Такие диммеры подают команды на внешние контроллеры, ЭПРА и другие дополнительные устройства, которые в свою очередь производят регулирование светового потока, оборотов двигателя, уровня звука и др.

Виды диммеров

Диммер для управления яркостью светодиодов и 12V ламп накаливания с регулированием скважности импульсов потенциометром		Миниатюрный диммер для светодиодов и 12V ламп накаливания с кнопочным управлением.

Применение

• Для регулирования яркости ламп накаливания, температуры различных нагревателей резисторного типа (например, паяльников и утюгов).
• Автоматическое "устройство плавного пуска" для ламп накаливания.
• С осторожностью (рискуя повредить) можно применять для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей.

Не следует применять для: радиоприёмников, телевизоров и других устройств с трансформаторным питанием или импульсным блоком питания (в том числе люминесцентные лампы с электронным балластом).

Особенности

• При применении с лампами накаливания (для их включения «с нуля») позволяют избежать броска тока через лампу, часто приводящую к её преждевременному перегоранию. Но на практике лампы всё равно перегорают в момент включения (и даже выключения), хотя возможно и реже. Кроме того, величина начального напряжения сильно зависит от самого диммера - некоторые выдают минимальное напряжение, при котором нить накала едва тлеет, а другие выдают довольно большой минимум, едва ли не в треть накала, именно при включении.
• При регулировке лампы накаливания изменяется не только яркость, но и цветовая температура света — чем меньше яркость, тем она краснее. Однако это позволяет, например, незаметно выключить ночник у постели спящего ребёнка.
• Необходимо учитывать, что КПД лампы накаливания сильно падает с уменьшением напряжения, поэтому вместо постоянного уменьшения яркости мощной лампы гораздо экономичнее использовать лампу подходящей (меньшей) мощности, подключенную напрямую.
• Лампа накаливания, особенно мощная, при уменьшении яркости диммером начинает издавать высокочастотный шум (свист), негромкий, но отчётливо слышимый в тишине. Это происходит из-за высокочастотных гармоник, возникающих в цепи при переключении симистора.
• Не рекомендуется, во избежание влияния помех, включать устройства с диммерами рядом с радиоприёмниками и чувствительными измерительными приборами. Так, если включён паяльник с диммером, то на экране осциллографа рядом могут появиться посторонние сигналы, а прослушивание ДВ/СВ радиоприёмника в комнате с регулируемым освещением может вообще оказаться невозможным.

Способ управления диммером

По способу управления различаются:

• механический. В основе механического диммера потенциометр, подключённый не непосредственно к нагрузке, а передающий сигнал через схему управления на силовой элемент (реостат, дроссель, тиристор).
• электронный. В электронных диммерах возможны следующие датчики воздействия:
  • контактный (сенсорный)
  • бесконтактный (инфракрасный, ультразвуковой или ёмкостный).
• дистанционный. В дистанционных диммерах управление производится с инфракрасного (IR) или радио (RF) пульта.
• акустический. Акустический реагирует на громкий звук или на команды, подаваемые голосом.

В одном приборе могут одновременно использоваться разные способы управления.

Конструкция

Тиристорный диммер

Простой современный диммер для переменного тока выполняют, например, по следующей тиристорной схеме:

Диоды D2…D5 образуют диодный мост. ZD — динистор, D1 — диод, R — переменный резистор небольшой мощности, C — конденсатор, SCR — тиристор, мощность которого определяет мощность нагрузки.

В первый момент времени тиристор SCR закрыт, а конденсатор C заряжается через резистор R. Напряжение входной полуволны продолжает нарастать, и в некоторый момент открывается динистор ZD, а за ним и тиристор SCR. Между клеммами начинает проходить значительный ток, пока напряжение полуволны не снизится до закрытия ZD. Конденсатор С при этом разрядится через диод D1 и тиристор SCR. Тиристор закроется. На следующем цикле процесс повторяется заново.

Нагрузка подключается последовательно (на рисунке клеммы слева).

Принцип действия такого диммера состоит в том, что открывая тиристор в разные моменты времени относительно перехода напряжения через 0, можно «обрезать» синусоидальные волны регулируемого напряжения и тем самым изменять действующее значение напряжения и ток в нагрузке.

Для подавления радиопомех мощные диммеры часто снабжаются дросселями.

Дроссель

Большинство диммеров используют ключевые схемы, производящие большое количество помех в широком диапазоне спектра. Эти помехи излучаются устройствами в эфир в виде электромагнитного излучения и поступают в провода, соединяющие диммер с источником питания и с регулируемой нагрузкой. Конструкции преобразователей питания часто содержат дроссели (индуктивности) в качестве реактивного элемента, а также LC фильтры как со стороны питания, так и со стороны нагрузки. С увеличением частоты преобразования, размеры дросселей становятся небольшими, а сочетание с хорошими фильтровыми конденсаторами с низким активным сопротивлением позволяет достичь приемлемого уровня помех. Современные диммеры уже не мешают работе радиоприемников.

Недостатки

• Диммер управляет только теми источниками света, на которые он расчитан.
• Регулируемое напряжение теряет синусоидальную форму, что приводит к сомнительности его однозначного дальнейшего преобразования понижающими трансформаторами, которые являются дополнительными устройствами в цепи и выполняющими функцию адаптера преобразующего внешние питание в необходимое для источника света.
• Могут возникать помехи, вплоть до радиочастотных.
• Регулировка нелинейно зависит от значения R.
• С диммерами несовместимы люминесцентные лампы и любые альтернативные источники света, оснащенные дополнительными устройствами т.к. ЭПРА, трансформатор, драйвер тока и т.п..
• При неоспоримом удобстве применения диммера для регулирования яркости, он имеет низкую эффективность при работе с лампами накаливания на небольшой яркости. Зависимость светового потока от входного напряжения определяется показательной функцией. Так, при напряжении равном 50% от номинального и потребляемой мощности соответственно 25% от номинальной, световой поток составляет 8.25%. Вместо длительного использовании диммера (например, для ночного или дежурного освещения) следует переключаться на лампы меньшей мощности. Этот недостаток компенсируется использованием светодиодных источников освещения и диммерных схем для управления ими.
• С осторожностью следует применять для управления яркостью малоинерционных источников света (светодиоды, газоразрядные лампы и т.п.) при работе с движущимися механизмами, инструментами. Из-за стробоскопического эффекта может возникнуть опасная иллюзия неподвижности движущихся частей, что способно привести к увечьям.

Некоторые компании, в том числе мировые лидеры по производству электроустановочных изделий Schneider Electric и Тесо, уже производят диммеры для люминесцентных ламп, однако работоспособность его напрямую зависит от схемотехники электронно-пускорегулирующего аппарата (ЭПРА).

Литература

• Евсеев Ю. А., Крылов С. С. Симисторы и их применение в бытовой электроаппаратуре. — М.: Энергоатомиздат, 1999. — ISBN 5-283-00553-4.

Ссылки

• Обзор вариантов схем диммеров (англ.)
• Диммирование энергосберегающих ламп: нюансы и особенности
• Как самостоятельно сделать светорегулятор (диммер)
• Самодельный 15-канальный диммер на микроконтроллере AVR, управляемый от пульта ДУ, компьютера и выключателей
• Как сделать одноканальный диммер на микроконтроллере AVR с описанием конструкции и программного обеспечения
• Видео, иллюстрирующее работу диммера с широтно-импульсной модуляцией