Принцип работы диммера переменного тока

0
144

Устройство и схема диммера

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

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

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

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

Подключение диммера

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

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

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

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

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

Устройство и схема поворотного диммера

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

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

Упрощенная схема диммера

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

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

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

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

Схема поворотного диммера

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

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

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

Как отремонтировать диммер

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

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

Схемы регуляторов мощности (диммеров) на симисторах.

Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.

Что такое симистор, принцип его работы, а также справочные характеристики некоторых популярных приборов мы с Вами внимательно рассмотрели на странице &nbspСсылка на страницу.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.

Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).

Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.

Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.

Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.

Рис.1

При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.

А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и обмотках трансформаторов), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.

Рис.2

Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном повышении регулируемой мощности от нуля до 3. 5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и, тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.

Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства, выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.

Рис.3

Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.

А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Освещение таким диммером не запитаешь ввиду заметного мерцания, а вот для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов — самое то.

Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.

«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке, вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть. Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к регулятору, составляет 1 кВт. Потребляемый регулятором ток от сети не превышает 4 мА (действующее значение), типовое потребление – 3,5 мА.

На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.

Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».

И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как — оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и симистора в одном корпусе. Преимущество — простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от фаз сетевого напряжения.

Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),


Рис.5

так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).


Рис.6

За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение — это управление мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания.

Рис.7

В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .

«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод. Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В. Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона DA2».

Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.

Что такое диммер? Принцип действия и устройство

Диммер — что это такое? Прежде всего это светорегулятор или вариатор, изменяющий выходное напряжение по принципу реостата, служит для плавного изменения (диммирования) яркости свечения ламп различного типа: накаливания, светодиодных, за счет изменения входного напряжения. Светорегулятор механический относится к удобному типу выключателей освещения с расширенными функциями. Нужно только помнить, что к некоторым типам освещения он неприемлем это: металлогалогенное, люминесцентное и энергосберегающие лампы. В комплектацию с диммером поставляются дроссели это делается для предупреждения появления высокочастотных помех и шумов в работе прибора.

Какие бывают диммеры?

Существует несколько разновидностей типов диммеров по способу выполнения регулирования:

  1. Механические.
  2. Сенсорные.
  3. Акустические.
  4. Дистанционные.

По конструктивным особенностям:

  1. Модульное устройство. Монтаж такого диммера осуществляется непосредственно в распределительный шкаф, работать устройство, может, с системами освещения использующим лампы накаливания, а также галогеновыми осветительными приборами, оборудованными трансформатором понижающего типа. Управление происходит за счет одноклавишного или кнопочного выключателя.
  2. Диммер, устанавливаемый в монтажную коробку. Устанавливается одновременно с монтажом электропроводки, может использоваться с галогеновыми лампами с понижающим или электронными трансформаторами.
  3. Моноблочное диммирующее устройство. Выполняет функцию выключателя, особенность монтажа в необходимости двухпроводного подключения, производиться в разрыв фазного провода цепи, идущей к нагрузке.
  4. Поворотно-нажимной моноблочный диммер, включается при нажатии на клавишу, яркость регулируется вращением клавиши.
  5. Поворотный диммер. Включение и управление яркостью происходит за счет вращения кнопки, включение всегда происходит с наименьшего уровня яркости.
  6. Клавишные диммеры, отличаются регулировкой, она осуществляется посредством удержания клавиши.
  7. Сенсорные устройства, регулировка происходит за счет прикосновения к сенсорам.

Одна из разновидностей диммирующих устройств о которой можно упомянуть отдельно — это накладной диммер. Может применяться в качестве эстетически-декоративной управляющей электро-фурнитуры на поверхности стены, например, для стен,облицованных, керамической плиткой, за счет многообразия материала изготовления: керамика, силикон, пластик и т. д.

Рис №1. Диммер накладной XZ-10, может использоваться для светодиодных светильников и светодиодных лент

Существует несколько хитростей, которые характерны для обустройства систем освещения. Одна из них это использование проходного диммера. Эта установка заключается в монтаже механического диммера для регулировки яркости освещения из противоположных углов комнаты, наиболее удобным принято решение использовать проходной диммер в количестве 2 штук подключенные в параллель при этом каждое из устройств будет регулировать относящийся к нему полупериод. При полном задействовании одного устройства второе в регулировании не участвует.

Рис №2. Схема параллельного подключения двух механических диммеров, используемых в качестве проходного устройства

Рис №3. Схемы установки диммирующего устройства: а. с регулировкой из одного места, б. с двух мест сначала и конца комнаты, диммер используется в качестве проходного регулятора

Лучшее решение для этого вопроса может быть в использовании сенсорного диммера при использовании двух таких электронных устройств может легко произойти синхронизация. Неплохое решение для устройства проходного диммера можно найти использовав микромодуль Fibaro модели FGD211или FGB-001.

Рис №4. Микромодуль Fibaro FGD-211

Светодиодный диммер

Для регулировки интегрированных светодиодных ламп с успехом подойдет диммер Bypass FGB-001 или диммер Busch-Dimmer® LED. Диммеры этого типа подойдут к использованию и с галлогенными и с энергосберегающими лампами для которых обычные механические устройства не подойдут.

Сенсорный диммер позволяет регулировать мощность осветительных приборов в соответствии с собственными запросами и с запоминанием последнего подключения, управление осуществляется при помощи сенсорного устройства и посредством дистанционного управления через инфракрасный порт. В устройстве используется транзисторная технология.

Рис №5. Сенсорный диммер Busch-Dimmer® LED

Принцип работы диммера

Работа устройства основана на использовании регулировки фазы, за счет отсечения переднего или заднего фронта волны переменного тока при помощи двунаправленного тиристора, при использовании широтно-импульсной модуляции, то есть изменение подачи напряжения к лампе в самых широких пределах. Срабатывание тиристора активизирует сигнал нагрузки с задержкой при полном включении – 0, а при максимальном уменьшении яркости – 9 мсек.

Как работает диммер

Диммирование осуществляется при использовании «фазовой отсечки», при которой происходит отсечение одной части синусоиды напряжения в сети, и происходит уменьшение действия, питающего напряжение на освещение. Если действие отсечки применимо к началу синусоиды, способ называется «регулирование по переднему фронту», если эта технология используется на конце синусоиды, такой способ называется «диммирование по заднему фронту».

Эти способы используются для диммирования ламп различных типов: «Диммирование по заднему фронту» рекомендуется для ламп с низким напряжением светодиодного или галогенового типа с применением электронных трансформаторов. «Диммирование по переднему фронту» используется для ламп низкого напряжения с использованием трансформаторов электромагнитного типа, а также для компактных люминесцентных и светодиодных ламп 230В. Эти два способа также хорошо подойдут для ламп галогенового типа и ламп накаливания 230В.

Стабильная работа прибора заставляет использовать провод с тремя жилами один для заземления, для рабочего нуля и для фазы, это действие применяется для соблюдения точки перехода через ноль. При использовании малых диммеров достаточно двухжильного провода.

Устройство диммера универсального типа

Рис №6. Устройство диммера, предназначение клемных колодок

В устройстве диммера предусмотрено наличие нескольких защит – это защита от перегрева, она срабатывает на отключение прибора и повторно включить его удастся только после его охлаждения и только вручную, работает при подключенной нагрузке.

Защита от короткого замыкания, при этом происходит отключение выхода где произошло замыкание. При этом происходит работа в режиме отсечки фазы, отсутствие неисправности в течение 7 сек заставляет прибор включаться в автоматическом режиме, если больше, то включить его можно только вручную.

В устройстве предусмотрены также клеммы для подключения проводов и регулятор уровня освещенности.

Источники: http://electrik.info/main/electrodom/550-ustroystvo-i-shema-dimmera.html, http://vpayaem.ru/circuits_dimmer.html, http://enargys.ru/chto-takoe-dimmer-printsip-deystviya-i-ustroystvo/

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here