Всегда поражает, насколько красиво вечером могут переливаться и гореть сотни различных электрических ламп, будь это реклама чего-то, красиво освещенное здание, или просто украшенная электрической гирляндой новогодняя елка. Но как же все это работает?
Существует огромное количество способов отрегулировать яркость электрической лампы. Зависит это в первую очередь от вида этой самой лампы.
Простейший способ отрегулировать яркость самой обычной лампы накаливания — использовать реостат. Схема работы предельно проста: при перемещении ползунка реостата меняется сопротивление, и соответственно, ток, проходящий через лампу. При этом вся мощность, которая оказалась лишней, рассеивается в виде большого количества тепла из-за низкого КПД. Поэтому такой способ неэкономичный, а при большем количестве ламп еще и пожароопасный.
Еще один способ регулировки яркости — автотрансформатор. Он преимущественно использовался до появления полупроводников. Суть его заключается в том, что имеется обмотка, и механический ползунок, который двигается по виткам этой обмотки, давая различное напряжение. КПД такого трансформатора — около 90%, поэтому из-за не высоких потерь заметного нагрева не будет.
Затем с появлением полупроводников появились и так называемые тиристорные регуляторы. Чтобы понять принцип работы этого регулятора, посмотрите на график ниже. На нем отмечено U действующее — напряжение в сети. Обычная синусоида, с частотой 50 Гц, и напряжением 220 В. Для европейских и наших сетей, конечно. Без всяких регуляторов, именно под таким напряжением и работает обычная лампа накаливания и остальные электроприборы. U управления (в середине), это напряжение, которое отдает тиристор на нагрузку в определенной момент времени, тем самым отсекая от действующей синусоиды необходимую часть волны. Ключевое отличие от реостата или автотрансформатора заключается в том, что тиристор добивается эффекта регулировки мощности, не меняя при этом амплитуды тока. КПД тиристора близок к 100%.
Однако данный способ хорош только для ламп накаливания, потому что они имеют высокую инертность. Это значит, что в момент, когда напряжение проходит через ноль (а в случае тиристора ноль вообще задерживается на некоторый период времени) спираль лампы просто не успевает достаточно остыть, чтобы заметно погаснуть. Поэтому, несмотря на то что лампа накаливания питается переменным током, мы все равно не видим мерцания.
Для тех, кто забыл, как выглядят люминесцентные лампы, изображение одной из них ниже. Такие лампы, как и все современные не имеют той тепловой инертности, так что все предыдущие способы регулировки яркости такой лампе не подойдут. Даже при обычном действующем напряжении часто заметны мерцания лампы. Дело в том, что даже при частоте волны 50 Гц такая лампа успевает погаснуть и загореться при прохождении тока через ноль.
Эту проблему решает электронный пускорегулирующий аппарат, сокращенно ЭПРА. Он преобразует сетевое напряжение в высокочастотное, от 25 до 125 кГц. Это решает проблему мерцания.
Один из способов отрегулировать яркость люминесцентной лампы — использовать широтно-импульсную модуляцию, сокращенно ШИМ-регулирование. Принцип работы ясен на графике ниже. Напряжение питания лампы состоит из прямоугольных (на графике) импульсов, а ширина этих прямоугольников пропорционально среднему напряжению, которое получается на выходе. Промежутки между импульсами очень малы благодаря высокочастотному току, поэтому такое мерцание не заметно для глаз.
Светоизлучающие диоды, или просто светодиоды — полупроводниковые приборы, которые гораздо проще по устройству, безопаснее и удобнее чем люминесцентные лампы. Тем не менее, они гораздо дороже, поэтому пока не получили распространения в быту.
Кроме того, что светодиоды работают от постоянного тока и обладают еще меньшей инертностью чем люминесцентные лампы, их яркость имеет нелинейную зависимость от протекающего тока. Поэтому регулировка светодиодов с помощью, например, тиристора никак не получится. Для светодиодов также применяют ШИМ-регулирование, аналогичное тому, что используют в люминесцентных лампах, только немного более совершенное.
Существует огромное количество способов отрегулировать яркость электрической лампы. Зависит это в первую очередь от вида этой самой лампы.
Лампа накаливания
Простейший способ отрегулировать яркость самой обычной лампы накаливания — использовать реостат. Схема работы предельно проста: при перемещении ползунка реостата меняется сопротивление, и соответственно, ток, проходящий через лампу. При этом вся мощность, которая оказалась лишней, рассеивается в виде большого количества тепла из-за низкого КПД. Поэтому такой способ неэкономичный, а при большем количестве ламп еще и пожароопасный.
Еще один способ регулировки яркости — автотрансформатор. Он преимущественно использовался до появления полупроводников. Суть его заключается в том, что имеется обмотка, и механический ползунок, который двигается по виткам этой обмотки, давая различное напряжение. КПД такого трансформатора — около 90%, поэтому из-за не высоких потерь заметного нагрева не будет.
Затем с появлением полупроводников появились и так называемые тиристорные регуляторы. Чтобы понять принцип работы этого регулятора, посмотрите на график ниже. На нем отмечено U действующее — напряжение в сети. Обычная синусоида, с частотой 50 Гц, и напряжением 220 В. Для европейских и наших сетей, конечно. Без всяких регуляторов, именно под таким напряжением и работает обычная лампа накаливания и остальные электроприборы. U управления (в середине), это напряжение, которое отдает тиристор на нагрузку в определенной момент времени, тем самым отсекая от действующей синусоиды необходимую часть волны. Ключевое отличие от реостата или автотрансформатора заключается в том, что тиристор добивается эффекта регулировки мощности, не меняя при этом амплитуды тока. КПД тиристора близок к 100%.
Однако данный способ хорош только для ламп накаливания, потому что они имеют высокую инертность. Это значит, что в момент, когда напряжение проходит через ноль (а в случае тиристора ноль вообще задерживается на некоторый период времени) спираль лампы просто не успевает достаточно остыть, чтобы заметно погаснуть. Поэтому, несмотря на то что лампа накаливания питается переменным током, мы все равно не видим мерцания.
Люминесцентные лампы
Для тех, кто забыл, как выглядят люминесцентные лампы, изображение одной из них ниже. Такие лампы, как и все современные не имеют той тепловой инертности, так что все предыдущие способы регулировки яркости такой лампе не подойдут. Даже при обычном действующем напряжении часто заметны мерцания лампы. Дело в том, что даже при частоте волны 50 Гц такая лампа успевает погаснуть и загореться при прохождении тока через ноль.
Эту проблему решает электронный пускорегулирующий аппарат, сокращенно ЭПРА. Он преобразует сетевое напряжение в высокочастотное, от 25 до 125 кГц. Это решает проблему мерцания.
Один из способов отрегулировать яркость люминесцентной лампы — использовать широтно-импульсную модуляцию, сокращенно ШИМ-регулирование. Принцип работы ясен на графике ниже. Напряжение питания лампы состоит из прямоугольных (на графике) импульсов, а ширина этих прямоугольников пропорционально среднему напряжению, которое получается на выходе. Промежутки между импульсами очень малы благодаря высокочастотному току, поэтому такое мерцание не заметно для глаз.
Светоизлучающий диод
Светоизлучающие диоды, или просто светодиоды — полупроводниковые приборы, которые гораздо проще по устройству, безопаснее и удобнее чем люминесцентные лампы. Тем не менее, они гораздо дороже, поэтому пока не получили распространения в быту.
Кроме того, что светодиоды работают от постоянного тока и обладают еще меньшей инертностью чем люминесцентные лампы, их яркость имеет нелинейную зависимость от протекающего тока. Поэтому регулировка светодиодов с помощью, например, тиристора никак не получится. Для светодиодов также применяют ШИМ-регулирование, аналогичное тому, что используют в люминесцентных лампах, только немного более совершенное.