Статьи

Возможность регулирования светового потока от искусственных источников света позволяет: экономить электроэнергию, экономить ресурс источников света, получить необходимый художественный эффект.

Снижение уровня освещения в помещениях, когда они не используются, или когда в помещение попадает естественный свет, позволяет значительно экономить материальные и энергоресурсы. Возможность зонального динамического изменения освещения позволяет получить художественные/маркетинговые акценты, привлечь внимание к деталям или скрыть их. Использование регулирования светового потока по сигналам датчиков освещенности и присутствия, кроме экономии ресурсов, позволяют получить эффект интерактивности и интеллектуальности пространства.

При освещении пространств искусственными источниками света эффективными и доступными методами регулирования уровня освещенности являются два: регулирования количества источников света, задействованных в освещении (включенных), и регулирование светового потока излучаемого источниками света.

Первый метод в виде простейшей реализации знаком нам по люстрам в квартирах, в которых многоклавишным (в основном двух-) выключателем можно было получить несколько уровней освещения в комнате. Для больших промышленных и коммерческих помещений этот метод превращается в разделение всего количества используемых светильников на группы так, чтобы при работе любого количества групп освещение оставалось максимально равномерным, а количество уровней яркости отвечало требованиям. Этот метод не всегда качественно реализуем, или его реализация экономически неэффективна. Так, наиболее равномерное освещение получается большим количеством маломощных источников света, а регулирование освещения получается без значительных перепадов уровня освещения по площади. Но в то же время, когда замена нескольких маломощных источников света одним мощным даёт как выигрыш в стоимости светильников, так и в эффективности освещения, отключение нескольких таких светильников способно кардинально нарушить равномерность освещения.

В связи с явными недостатками первого метода регулирования набирает популярность второй метод – регулирование светового потока, испускаемого светильником. Этот метод может иметь несколько различных по сути реализаций: изменение количества задействованных светоизлучающих элементов в светильнике, изменение яркости свечения элементов, прерывистое свечение элементов (ШИМ регулирование). В первом варианте, по сути, реализована идея с разделением источников света на группы и имеет два основных недостатка: ограниченное количество уровней яркости и, при сложной диаграмме направленности источника света, невозможность её воспроизведения во всём диапазоне регулирования яркости. Второй и третий варианты представляют собой регулирование подводимой мощности к излучающим элементам двумя различными методами, которые подробнее рассмотрим позднее.

Диммер в прямом русском переводе следует понимать как «регулятор света». В простейшем виде многие уже встречались с диммерами еще в светильниках с лампами накаливания. Такие приборы позволяли плавно менять яркость свечения настольной лампы, люстры и т. п. Классический (тиристорный) диммер регулирует количество энергии, передаваемое от сети электроснабжения к источнику света посредством «отрезания» части энергии каждый полупериод переменного напряжения в сети. В современной классификации наиболее часто это метод называется Triac. С появлением источников света с блоками питания (такими как светодиодные, люминесцентные и т. д.) использование диммеров Triac стало сопровождаться техническими сложностями, и большая часть современных источников света с классическим диммером работают некорректно. Следует признать, что в бытовом классе приборов некоторые производители выпускают источники питания светодиодов и светодиодные лампочки, управляемые диммером Triac, однако, как правило, остальные их технические характеристики стали жертвой компромисса.

Дальнейшее развитие диммеров привело их к двум современным типам: включаемые между источником питания и нагрузкой (светодиодами) и управляющие источником питания. Первый тип прямо регулирует количество энергии, передаваемой от источника питания к нагрузке, и, в связи со специфическими особенностями, применяется в основном в источниках света с фиксированным напряжением на светодиодном модуле (светодиодные ленты и т. п.), в то время как для источников света со стабилизированным током через светодиоды в основном используется второй тип.

Первый тип диммеров в основном использует ШИМ регулирование, при котором энергия от источника к нагрузке подаётся импульсами, шириной которых и определяется количество энергии от минимальной, когда импульсов нет (или они очень малы по длительности) до максимальной, когда импульсы сливаются или паузы между ними минимально короткие. Во втором типе используется как ШИМ-регулирование, так и регулирование тока. Рассмотрим оба.

Белый светодиод имеет такой недостаток, как зависимость цветового оттенка от тока, протекающего через него (от яркости). Так при снижении тока ниже номинального светодиод «желтеет», а при повышении – «синеет». Это связано с тем, что полупроводниковый кристалл в белом светодиоде излучает синий (чаще всего) свет, а нанесённый на него люминофор преобразовывает его часть в другие цвета от красного до зелёного. В итоге на выходе из диода часть синего света от кристалла смешивается со светом от люминофора в правильных пропорциях в белый свет заданной цветовой температуры. При регулировании количества света от кристалла эти пропорции нарушаются.

Таким образом, при регулировании освещения изменением тока через светодиоды, кроме изменения количества света получается и сопутствующее изменение цвета. При регулировании света ШИМ, то есть подачей на светодиоды часто повторяющихся импульсов постоянной амплитуды (но регулируемой ширины) светодиод работает на номинальном токе, но меньшее время, и цветового сдвига нет. Следует заметить, что этот метод диммирования при таком явном преимуществе и в некоторых случаях при большей простоте реализации имеет и явные недостатки, например, стробоскопические эффекты (очень опасные в промышленности), повышенная утомляемость зрения, артефакты при видеосъёмке и высокий уровень излучаемых помех. Вышеперечисленное с учетом снижения эффектов цветовых сдвигов у современных диодов привело к тому, что в сегменте освещении ШИМ-регулирование используется всё реже, а регулирование тока всё чаще.

На данный момент все диммируемые светодиодные драйверы производства Аргос-Электрон регулируют ток, протекающий через светодиоды. Такие светодиодные драйверы изготавливаются как в герметичном, так и в негерметичном исполнении. У негерметичных драйверов увеличено количество контактов в выходной колодке, а у герметичных отдельным шнуром добавлен дополнительный вывод управления.

Драйвер ИПС60-700ТУ IP20

Фрагмент корпуса драйвера ИПС60-700ТУ (крупно выходная колодка).

Фрагмент корпуса герметичного драйвера (увеличена выходная часть).

Исторически в мире распространение получили два аналоговых интерфейса диммирования – это 0-10 и 1-10 В. При интуитивно кажущейся похожести эти интерфейсы имеют и кардинальные отличия. Рассмотрим подробнее.

Интерфейс 0-10 вольт очень распространён в промышленности и применяется для передачи аналоговых сигналов управления, сигналов от датчиков и т.п. В этом стандарте панель управления (или датчик в промышленности) является источником управляющего напряжения в диапазоне от 0 вольт до 10 вольт. При этом 0 вольт соответствует 0% яркости, 10 вольт – 100%, а между ними яркость изменяется линейно и пропорционально управляющему напряжению.

Интерфейс 1-10 подразумевает, что источником питания сигнальной линии диммирования является драйвер (ЭПРА и т.п.), а панель управления пассивна и шунтирует линию переменным резистором. Уровни яркости так же линейно зависят от напряжения управления: 10 В – 100%, 1 В – 10%. Важной особенностью является то, что стандартом не нормируется яркость светильника при управляющих напряжениях менее 1 вольта. Исторически подразумевается, что полное отключение освещения производится дополнительным размыкателем питания светильников. Заметим, что при отсутствии управляющего устройства на линии 1-10, драйвер сам обеспечит себе 10 вольт на входе управления, и светильник будет светить максимально ярко, а в случае интерфейса 0-10 при отсутствии источника сигнала светильник будет выключен.

Из вышесказанного видно, что в диапазоне напряжений на линии управления от 1-го вольта до 10-ти, поведение драйвера должно быть одинаково в обоих стандартах, а в диапазоне от 0 вольт до 1-го соответствие стандарту 0-10 не противоречит стандарту 1-10. Разница заключается лишь в распределении ролей между панелью и драйвером. Это всё позволило разработать универсальный с точки зрения интерфейса диммирования драйвер.

Схемы включения панелей управления для интерфейсов 0-10 и 1-10 на примере драйверов Аргос в исполнении IP20.

Для подключения к драйверу управляющего устройства используется три цепи: +10V, +DIM и -DIM. Регулирование выходного тока осуществляется изменением напряжения на выводе +DIM относительно -DIM в пределах 0 – 10 вольт.

Достигается универсальность за счёт включения в состав интерфейса диммирования отключаемого источника напряжения 10 вольт. Этот источник необходимо подключить к цепи +DIM, тем самым запитав интерфейс диммирования стандарта 1-10. Для интерфейса 0-10 внутренний источник необходимо отключить.

Для переключения герметичного драйвера из режима 0-10 в 1-10 необходимо соединить между собой выводы +10V и +DIM, а в негерметичных драйверах для этой цели можно использовать переключатель SB1 возле выходной колодки. Для включения драйвера на максимальную мощность без схемы управления необходимо его перевести в режим 1-10. Драйверы Аргос в исполнении IP20 с завода выпускаются с замкнутым переключателем режимов.

Внутренняя схема входа диммирования драйверов в исполнении IP20 (примерная). В герметичных драйверах нет переключателя SB1.

Аналоговое диммирование до низких значений выходного тока имеет ряд сложностей, например:

- при уменьшении управляющего напряжения ниже 1-го вольта становится очень весомым вклад помех в общий сигнал управления (так помеха 0,1 вольта при 10 вольтах сигнала создаёт изменение яркости на 1%, а при 1-ом вольте – 10%), а диммирование зачастую применяется на протяженных объектах и вблизи промышленного оборудования;

- при основной потребности заказчиков отключать освещение сигналом диммирования, а не отключением питания линии освещения, многие панели управления не способны обеспечить напряжение «нуля» в линии управления ниже 0,4 вольта (а зачастую и 0,6);

- падение напряжения на светодиодном модуле при токах ниже 5% стремительно снижается относительно номинального, и может снизиться ниже минимально допустимого для драйвера.

Эти и прочие тезисы определили необходимость ступенчатого отключения выхода драйвера при напряжениях управления несколько ниже одного вольта, на яркостях близких к 5%. Драйверы Аргос при напряжении управления ниже примерно 0,4 – 0,6 вольт снижают выходную мощность до нуля, что отражено на графике.

При напряжениях порядка 9,6 – 10 вольт выходная мощность максимальна.

Вывод +DIM допускает подачу напряжения до 12 – 14 вольт, что позволяет использовать неспециализированное оборудование. 

Зависимость выходной мощности драйвера от напряжения на входе диммирования (отнормировано к максимальной мощности).

Допустимый диапазон напряжений на выводе +DIM         0 – 12 В.

Входное сопротивление между +DIM и -DIM              не менее 240 кОм.

Максимальный вытекающий ток вывода +10V        не более 100 мкА.

Кроме стандартных интерфейсов управления (0-10 и 1-10) драйверы Аргос могут управляться ещё несколькими методами. По сути подходит любой метод, позволяющий изменять потенциал на входе диммирования в требуемых пределах. При необходимости может быть использован любой регулируемый источник напряжения, выходы промышленных датчиков или промышленных контроллеров.

Схема подключения панели LN120E к драйверу

Панель сенсорная LN-120E-IN

Изменять потенциал на выводах диммирования можно переменным резистором.

Регулирование при помощи переменного резистора (рекомендуемый номинал 100 кОм) 

Используя переменный резистор номиналом 100 кОм, можно изготовить простейший регулятор освещения. Для этого варианта может быть использован, например, корпус классического диммера или самодельный регулятор. 

Пример классического (тиристорного) диммера

От «нестандартного» регулятора на вход диммирования драйвера можно подавать импульсы ШИМ амплитудой 10 – 12 вольт между +DIM и -DIM (цепи +10V и +DIM не соединены). В таком случае с увеличением ширины импульсов выходная мощность драйвера будет расти.

Так же возможно использование как промышленных контроллеров с выходом типа «открытый коллектор», возможно использовать для гальванической развязки сигнала ШИМ оптопар с транзисторным выходом. В таком случае используется режим входа диммирования 1-10 (см. рис. ниже). 

Регулирование при помощи стандартного выхода «открытый коллектор».

Ключ типа «открытый коллектор» следует подключать между -DIM и +DIM, а выводы +DIM и +10V замкнуть между собой. В такой схеме включения увеличение времени открытия транзистора будет приводить к снижению выходного тока. Для смены зависимости выходного тока от ширины импульсов на противоположную необходимо ключ ШИМ-регулятора включить между +10V и +DIM, а между +DIM и -DIM дополнительно установить резистор 100 — 500 кОм.

Во всех случаях для корректной работы драйвера частота ШИМ должна быть не менее 300 герц (Fшим>300Гц).

Если нагрузочная способность выхода контроллера будет недостаточна для управления необходимым количеством драйверов, то на некоторых из них можно разомкнуть цепи +DIM и +10V (см. схему).

Пример диммера для светодиодных лент 12 вольт.

Использование для управления диммера светодиодных лент 12 вольт.

Также возможно использование диммеров для светодиодных лент 12 вольт в качестве источника управляющего сигнала для драйвера. Для использования диммера светодиодных лент необходимо обеспечить ему питание от отдельного источника. Из-за того, что диммеры светодиодных лент не предназначены для работы без нагрузки, для большинства из них понадобится внешний нагрузочный резистор (см. схему).

Если использовать контроллер RGB (RGBW) совместно с диммируемыми драйверами, нагруженными на панели соответствующих цветов, то можно получить полноцветное регулирование яркости и цвета освещения (например, для фасадов).

Поскольку вход диммирования соответствует по уровням сигналов промышленному стандарту 0-10В, толерантен к подаче 12 вольт и имеет высокое входное сопротивление, управлять диммером может очень широкий спектр промышленных и бытовых устройств от RGB контроллеров светодиодных лент и переходников DALI-0-10V до промышленных датчиков и контроллеров.

Управление драйвером контактами переключателей или датчиков.

В случае необходимости диммируемым драйвером можно управлять при помощи контактных устройств приборов автоматики, датчиков (движения, света и т. д.) или выключателей. Для этого возможно использование одной из двух схем:

1) для того, чтобы драйвер выключался при замыкании контактов выключателя, необходимо соединить цепи +10V и +DIM между собой, а выключатель подключить между +DIM и -DIM;

2) для того, чтобы драйвер включался при замыкании контактов выключателя, выключатель следует включить между +10V и +DIM, а между +DIM и -DIM дополнительно установить резистор 100 — 500 кОм.

Обратите внимание, что драйверы могут быть объединены по цепям диммирования, только если они не включены на одну нагрузку (светодиодную панель). Запрещается объединять цепи диммирования драйверов, работающих параллельно на общую светодиодную нагрузку (см. рисунок вариант г). Вариант а) на рисунке показывает классическую схему применения диммирования: здесь каждый драйвер подключен к своему светодиодному модулю, а все драйверы управляются одним общим диммером (тип диммера не критичен). Если возникла необходимость включать драйверы в параллель на общую светодиодную панель, то сигналы управления (диммирования) должны быть изолированы между собой (вариант б). Не допускается соединение выходов драйвера на светодиодный модуль с выводами диммирования, например -DIM и -, -DIM и + и т.п. (вариант в).

Примеры схем включения диммируемых драйверов: слева допустимые, справа недопустимые. Большинство промышленных диммеров имеют нагрузочную способность по выходу около 20 мА, а так как вход диммирования драйвера имеет высокое сопротивление, на один диммер может быть включено более 40 драйверов. Возможные сложности с наладкой системы освещения могут быть связаны с несовпадением интерфейсов панели управления и драйвера. Так, при подключении драйвера в режиме 0-10 к диммеру 1-10, яркость не будет регулироваться и будет минимальной. При подключении драйвера в режиме 1-10 к диммеру 0-10 возможны: некорректная работа (например, неполное гашение света) или выход из строя диммера (особенно если драйверов включено много). Среди производимых диммеров можно встретить универсальные варианты 0-10/1-10, с таким диммером драйверы Аргос будут работать в любом режиме, но при необходимости управлять большим количеством светильников, и для уверенности, что свет будет гаснуть полностью, рекомендуем драйверы переключить в режим 0-10.

Не рекомендуем использовать линию диммирования длиннее 50 метров – это связано в основном с влиянием помех на сигнал управления. Вход диммирования драйверов гальванически связан с их выходными цепями, поэтому не рекомендуем вести линии управления совместно в одном кабеле с питанием и использовать общие клеммники и т.п. – всё это может привести к нарушению гальванической изоляции светодиодной панели от сети питания и/или выходу драйвера из строя. Вход диммирования не имеет защит от перенапряжений.

Завершая тему, остановимся на энергопотреблении. Актуальным вопросом при проектировании светильника является коэффициент мощности драйвера. Тут стоит отметить, что этот показатель у драйвера тем лучше, чем полнее он нагружен. Таким образом при диммировании драйвера его коэффициент мощности будет снижаться. При низких выходных мощностях его значение станет ниже современных требований к светильникам. Данная ситуация отражена в стандартах, и как раз для регулируемых светильников при снижении мощности допускается снижение коэффициента мощности, если абсолютные значения гармоник потребляемого тока не увеличиваются, что выполняется в описываемых драйверах. Однако в любом случае, при прочих равных, более нагруженный драйвер имеет больший коэффициент мощности. Для повышения коэффициента мощности итогового устройства предпочтительно применение драйвера меньшей мощности. Например, при напряжении на светодиодном модуле в 80 вольт и токе 0,7 ампер, драйвер ИПС60-700 будет нагружен на 93%, а ИПС100-700 лишь на 56%. Так же при выборе драйвера всегда проверяйте, что напряжение на светодиодном модуле попадает в рабочий диапазон драйвера не только на полном токе, но и в задиммированном состоянии (напряжение на модуле при этом будет снижаться).

Для использования совместно с драйверами производства Аргос-Электрон могут подойти такие приборы регулирования:

Arlight LN120E.

Arlight DIM105A
Arlight LN015
Arlight ROTARY SR-2202-IN
Arlight LN016
Arlight SENS CT-201-IN
(обратите внимание на питание самой панели)
В качестве преобразователей стандарта DALI мы обратили внимание на такие устройства:

LUNATONE 86458508-PWM DALI auf 0-10V PWM Interface CONVERTOR-DALI-0-10V

Оригинал статьи расположен по адресу: https://argos-electron.ru/news/dimmirovanie_drayverov/

Применение специальных светильников для повышения производительности тепличных хозяйств уже давно стало обыденным делом. Теперь на рынке стали появляться светодиодные светильники с особыми свойствами, которые, по заверению производителей, должны способствовать более быстрому росту птицы. Возможно ли это на самом деле и какими параметрами должны обладать такого рода осветительные приборы?

Вне зависимости от того, летает ли данный вид птиц или нет, природа наградила всех крылатых определенными особенностями зрительного восприятия, необходимыми для полета. В частности, гораздо более быстродействующим зрением, чем у человека. А также более широким диапазоном видимых оттенков, включающих в себя частично инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны. Если мы обладаем цветовыми рецепторами трех видов, то у птиц их четыре вида, максимумы чувствительности приходятся на длины волн 415; 455; 508 и 571 нм.

Помимо рецепторов, находящихся в глазах, у птиц, как правило, имеются еще рецепторы, спрятанные под кожей головы, способные воспринимать красный свет. Подобно дополнительным рецепторам в глазу человека, определяющим время суток по уровню синего, подкожные световые рецепторы у птиц также принимают участие в регулировке происходящих в организме процессов.

Важным параметром для птиц, как и для человека, является освещенность. Хотя кривая спектральной чувствительности глаза у человека и птиц заметно отличаются, тем не менее в данном случае единицей измерения так же является люкс. Это позволяет использовать люксметры и то же программное обеспечение, что и для решения «человеческих» задач по освещению. При этом мирятся с неизбежно возникающей погрешностью.

Общие особенности светильников для выращивания птицы

Светильники, предназначенные для установки в птичниках, должны обладать устойчивостью к действию агрессивной среды, которой является птичий помет. Поэтому к материалам, из которого изготавливают светильник, предъявляются особые требования. Экспериментально установлено, что хорошей устойчивостью к действию помета обладает поликарбонат. Из него делают как корпуса, так и плафоны. Наилучший вариант — когда плафон и корпус выполнены как единое целое по технологии коэкструзии.

В светильник не должна попадать пыль. Кроме этого, светильник должен выдерживать мытье струей воды. Поэтому степень защиты светильника от пыли и влаги рекомендуется на уровне не ниже IP65. Для того, чтобы светильники можно было мыть и обслуживать, не отключая освещение в птичнике, напряжение питания должно иметь безопасные значения, т. е. не превышать 50 В переменного или 120 В постоянного тока.

Обязательной функцией для современных светильников, применяемых в птицеводстве, является диммирование. Важным моментом для улучшения прироста птицы является режим сна и бодрствования. Конкретные рекомендации по нему можно найти в книгах, посвященных птицеводству. Соответствующая программа вводится в контроллер, управляющий освещением. Но для того, чтобы все это работало, необходимо плавное изменение освещенности в птичнике. Тогда организм птиц будет воспринимать его как рассвет и закат.

Также наличие функции диммирования позволяет оперативно регулировать освещенность в птичнике. Если освещенности недостаточно, то птицы будут медленно развиваться, а то и просто болеть. Но и избыток света в условиях замкнутого пространства приводит к чрезмерному возбуждению птиц. В итоге возникают агрессия, каннибализм и выклевывание собственных яиц несушками. Опытные птицеводы способны достаточно быстро определить этот момент и принять решение об уменьшении освещенности. Раньше для затемнения в птичнике просто вывинчивали часть ламп. При наличии диммера достаточно повернуть ручку регулировки, чтобы уменьшить освещенность до безопасного уровня.

Высокое быстродействие зрения птиц обуславливает более строгие нормы по пульсации светового потока. Если пульсации заметны для птицы, то это приведет к ухудшению ее состояния, а в итоге к снижению прироста, ухудшению вкусовых свойств мяса, снижению яйценоскости. Человеческий глаз не воспринимает даже на подсознательном уровне пульсации с частотой выше 300 Гц. В [1] для цыплят-бройлеров приводится граница, выше которой они не замечают пульсации, ее значение — 900 Гц. Встроенные в драйверы светодиодных светильников ШИМ-диммеры работают на частоте от 1000 до 3000 Гц. Соответственно, можно сделать вывод, что пульсации, обусловленные диммированием, не оказывают влияния на куриц.

Но опять-таки для простоты измерений, коэффициент пульсаций в технических характеристиках рассматриваемых светильников указывают применительно к «человеческим» ощущениям.

Оценить эти данные применительно к птицам можно следующим образом. Согласно результатам исследований, приведенных в [1], для цыплят-бройлеров пульсации светового потока на частоте 100 Гц не должны превышать 6 %. Поскольку на этой частоте у большинства моделей светодиодных светильников приходится основная часть пульсаций, коэффициент пульсаций, приведенный в технических данных на светильник, должен быть не более 5 %.

Способы содержания птицы в помещениях на фермах делятся на две основные категории: напольный и клеточный. Светильники для них отличаются по конструкции и кривой силы света. Поэтому, выбирая светильники для будущей птицефермы, нужно предварительно определить, какой именно способ содержания там будет использоваться.

Выращивание кур

Поскольку курицы являются наиболее распространенным видом птиц для выращивания на фермах, наилучшие параметры освещения для них изучены на приемлемом уровне [2].

Производители зачастую предлагают в качестве специальных светильников для выращивания птицы светодиодные светильники, в спектре которых усилена желтая составляющая. Известно, что курицы нормально воспринимают такой спектр, но значительного повышения прироста массы по сравнению с нейтральным белым не отмечается. Единственный положительный эффект, подтвержденный учеными, — увеличение размера яиц.

Зеленый цвет стимулирует аппетит у цыплят в первые дни их жизни. Этот факт подтвержден десятилетиями практического применения данного эффекта в птицеводстве. Для взрослой птицы зеленый свет, наоборот, может тормозить прирост массы. Использование светодиодов на основе фосфида галлия для такой подсветки неприемлемо из-за их малой светоотдачи. Предпочтительны светодиоды на нитриде галлия, имеющие зеленый люминофор.

Красный свет стимулирует репродуктивную функцию у петухов. Кроме этого, он повышает яйценоскость у кур и предотвращает расклевывание ими своих яиц. Синий свет в сочетании с белым успокаивает кур, его включают перед отгрузкой их из птичника. Технически такое освещение реализуется применением светодиодов с высокой (более 10 000 K) цветовой температурой.

Другие виды птиц

На птицефермах на мясо выращивают только самцов индейки, поскольку у них на 30 % больше масса, чем у самок. Для того, чтобы не возникало конфликтов между самцами, используют холодный белый свет, в котором минимальна красная составляющая. Конкретное значение освещенности обычно выбирается на основе рекомендаций поставщиков яиц для выращивания.

Технология выращивания уток предусматривает их выгул на открытом воздухе, где они получают свою дозу солнечного света. Поэтому уровень освещенности критичен только для совсем маленьких утят. Освещенность в птичнике для взрослых уток должна лишь обеспечивать их ориентацию в пространстве. Утки хорошо выдерживают холод, поэтому помещение для них обычно не имеет специальной системы отопления. Частично ее функции выполняют лампы накаливания, которые именно из-за большой отдачи тепла до сих пор применяются заводчиками уток.

Таб. 1 Оптимальные параметры освещения для разных видов птиц

Обычно используется эмпирическое правило — 5 Вт потребляемой мощности лампы накаливания на 1 кв. м площади птичника.

Выращивание гусей, как правило, осуществляется по принципу вольного выгула. Тем не менее имеются технологии интенсивной их «подготовки» к рождественскому столу, где используется в том числе и относительно высокий уровень освещенности. О влиянии спектра освещения на темпы прироста для гусей данные пока отсутствуют, поэтому можно использовать нейтральный белый свет как наиболее комфортный для сотрудников птицефермы.

Для перепелов важно обеспечить высокую освещенность главным образом в местах, где находятся кормушка и поилка. В остальных местах желательно иметь освещенность поменьше, что-бы перепела имели возможность там отдохнуть. Прибывших из инкубатора птенцов сначала приучают пользоваться поилкой и кормушкой, значительно увеличивая там освещенность примерно до 100 лк, затем освещенность уменьшают. Обычно освещение делают белого цвета, но к нему может быть добавлен и красный цвет для повышения яйценоскости.

Перспективы для бизнеса

Из приведенных в статье данных можно сделать вывод, что наилучший вариант для птицеводства — это светильник, способный менять свой спектр в зависимости от этапов развития птицы. Но в реальности таких изделий на рынке пока нет. Наиболее продвинутые птицефермы, применяющие освещения разных цветов для повышения производительности, используют несколько светильников с разным спектром, переключаемых в зависимости от поставленных задач.

Рынок светильников для птицеферм, по сути, еще не сформировался. По крайней мере, в нашей стране. В лучшем случае используются обычные светильники, изначально разработанные для промышленных предприятий. В худшем — устаревшие кустарные решения. Компании, которые проведут масштабные исследования и разработают высокоэффективные решения на светодиодах, имеют все шансы занять на формирующемся рынке выгодное положение.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» № 6 (102), 2021 год (https://www.elec.ru/publications/osveschenie/6994//)

Блок питания как «слабое звено» светодиодного светильника

При описании технических характеристик светодиодных светильников в рекламных материалах обычно особый упор делается на типы используемых в них светодиодов. Тем не менее, надежность современных светильников  определяется уже не только и не столько светодиодами, сколько блоком питания. Но некоторые важные параметры данного узла не сообщаются производителями даже по запросу. Поэтому задача выбора осветительных приборов с качественными блоками питания является весьма сложной, тем не менее, она решаема.

Причины, по которым производители при продвижении светильников на рынок делают упор именно на параметры светодиодов, имеют исторические корни. Предыдущие источники света имели срок службы, значительно меньший, чем у пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). В итоге сложилось представление, что источник света — наименее долгоживущая часть устройства.

Светодиоды отличаются прежде всего большим сроком службы — в среднем около 50000 часов. Если светильник работает по 10 часов в сутки, то его срок службы, обусловленный параметрами светодиодов, составит более 13,5 лет. Этот промежуток времени уже сопоставим со сроком службы других узлов светильника или даже превышает его.

Особенности терминологии

Проблема выбора начинается с весьма запутанной терминологии.

Блоком питания (БП) принято называть источник питания для радиоэлектронной аппаратуры, преобразующий электрическую энергию от сети для согласования ее параметров с входными параметрами отдельных узлов аппаратуры.

Подавляющее большинство светодиодов питаются от постоянного тока и имеют напряжение питания менее 4 В. Если соединить светодиоды последовательно, то такая цепочка будет иметь большее напряжение питания. По ряду причин соединение светодиодов в цепочки длиной более 15 штук практикуется очень редко. То есть напряжение питания массива светодиодов в осветительном приборе обычно не превышает 60 В. В то же время, сети электропитания, в зависимости от страны, дают напряжение 100 – 240 В переменного тока. Для согласования параметров питания светодиодов и параметров сети электропитания обязательно требуется блок питания.

Следует отметить, что термин «блок питания» является устоявшимся понятием, широко используемым в инженерной практике. Тем не менее, он не закреплен официально ГОСТ Р 52907-2008, в котором присутствует только определение источника питания. В прежнем варианте ГОСТ официально также было закреплено понятие «вторичный источник питания», которое в ГОСТ Р 52907-2008 отсутствует. Использование термина «блок питания» позволяет дистанцироваться от автономных источников питания, т.е. гальванических элементов и аккумуляторов.

Кроме этого, для обозначения БП часто жаргонно используется термин «драйвер». На самом деле, драйвер — это устройство, которое стабилизирует ток, питающий светодиоды. Также некоторые драйверы способны регулировать световой поток у светодиодов, т.е. диммировать их. Но драйвер не выполняет функций преобразования питающего напряжения и выпрямления тока. Поэтому узел, отвечающий за питание светодиодов в светильниках на напряжение 12 или 24 В — это драйвер. Но при питании от сети 220 В речь идет именно о БП. Тем не менее, на некоторых БП можно встретить слово driver, означающее в данном контексте стабилизацию выходного тока.

Диммируемый БП Helvar со стабилизацией выходного тока

В светотехнике устройства, осуществляющие согласование параметров питания источников света и электросети, исторически назывались балластами или ПРА. Специалисты по светотехнике при переходе на светодиоды не стали отказываться от привычного для них терминов и стали использовать их применительно к БП для светодиодов.

Еще одним термином, которым не всегда правильно обозначают блоки питания в светодиодных светильниках, является «электронный трансформатор». Данное устройство, на самом деле, только преобразует напряжение в более низкое и повышает частоту переменного тока с 50 (или 60, в зависимости от стандарта электросети, принятого в стране) до нескольких единиц или десятков килогерц. Питание светодиодов напрямую от электронного трансформатора применяется только в гирляндах и другой аналогичной декоративной светотехнической продукции.

Терминология для светодиодных светильников в части устройств электропитания пока не закреплена ГОСТ, в проектах стандартов используется термин «электронное управляющее устройство».

Справедливости ради следует заметить, что путаница с терминологией распространена и за рубежом. Термин power supply unit (блок питания) или просто power supply (источник питания) в светотехнике используется крайне редко. В рекламных материалах часто встречается обозначение блока питания как driver (драйвер), а вообще, широко распространено использование обозначение БП в светодиодных светильниках как ballast (балласт).

Классификация БП

По месту размещения БП делятся на внутренние (размещаются внутри корпуса светильника) и внешние (размещаются вне корпуса). При этом внешние БП могут идти в комплекте со светильником или приобретаться отдельно.

По своей конструкции БП можно разделить на две большие категории — изолированные и неизолированные. Особенностью изолированного БП является то, что его выход не имеет гальванической связи с входом. Благодаря этому достигается более высокий уровень электрической безопасности устройства. Электрический потенциал на выходе исправного БП изолированного типа ни при каких условиях не достигнет опасной величины. В принципе, БП изолированного типа — это и есть та самая классическая конструкция БП на основе трансформатора, используемая на протяжении многих десятилетий. К сети через преобразователь подключена первичная обмотка трансформатора, нагрузка через выпрямитель присоединяется ко вторичной обмотке. Отличия от классического варианта в том, что трансформатор работает не на частоте сети, а на более высокой частоте, а также в наличии гальванически развязанной обратной связи для стабилизации напряжения или тока. Изолированные БП стоят относительно дорого, но они хорошо справляются с бросками напряжения и импульсными помехами, которые есть в российских электрических сетях.

Пример принципиальной схемы изолированного БП. Источник: «Макро групп»

Неизолированные БП имеют гальваническую связь с выходом. Поэтому, хотя разница потенциалов между линиями на выходе такого БП представляет собой безопасную величину, не превышающую для светодиодных светильников значение 60 В постоянного тока, тем не менее, потенциал между одной из линий на выходе и землей может быть сопоставим с сетевым напряжением, т.е. принимать опасное значение. Преимуществами неизолированных БП являются компактность, низкая цена и немного больший КПД, чем у неизолированных БП. Поэтому неизолированные БП так любят производители очень дешевых светильников — помимо низкой стоимости БП, более высокий КПД позволяет использовать светодиоды с меньшей светоотдачей. Неизолированные БП также широко применяются в светодиодных лампах-ретрофитах, но здесь в ряде случаев без них обойтись нельзя из-за малых размеров.По причине низкой электробезопасности, неизолированные БП могут быть только внутренними. Недостатком неизолированных БП является проникновение на выход мощных импульсных помех, которые «гуляют» по сети. К тому же, при установке выключателя в разрыв нулевого провода (что бывает, когда светодиодные светильники устанавливают взамен существовавшего ранее освещения) светодиоды в светильнике, оснащенном таким БП, слабо светятся в выключенном состоянии. Все это приводит к преждевременному выходу светодиодов из строя.

Пример принципиальной схемы неизолированного БП типа PFC. Источник: «Макро групп»

Усовершенствованные неизолированные БП нередко жаргонно называют PFC от слов Power Factor Correction — корректировка коэффициента мощности. Они обладают большим значением коэффициента мощности по сравнению с обычными неизолированными БП — около 0,9 против 0,6. В таких БП частично решены проблемы, вызывающие преждевременный выход светодиодов из строя. Тем не менее, все равно, они проигрывают изолированным БП по части устойчивости к броскам напряжения.

Почему «слабое звено»?

Электронные компоненты БП работают под напряжением до 242 В переменного тока. При авариях на сетях электропитания напряжение может кратковременно возрастать до 456 В переменного тока. Удары молнии, коммутация мощного электрооборудования и некоторые другие факторы приводят к возникновению импульсных помех с амплитудой до 4000 В. Поэтому к качеству электронных компонентов БП предъявляются особые требования.

Срок службы светодиодов зависит от того, сколько времени они светили. В отличие от этого, срок службы БП связан не только со временем работы, но и со временем хранения. То есть, если вы не включали светильник, а только его хранили на складе, то через некоторое время его БП все равно выйдет из строя. Это связано с особенностями электролитических конденсаторов, используемых в БП — они постепенно деградируют из-за испарения электролита. В среднем электролитический конденсатор можно использовать на протяжении не более 10 лет с момента выпуска. В неправильно спроектированном БП электролитический конденсатор перегревается, что сокращает его срок службы. В некоторых современных дорогостоящих БП проблема решена полной заменой электролитических конденсаторов на керамические, которые являются практически «вечными» электронными компонентами.

Читаем между строк

Производители светодиодных светильников практически всегда публикуют информацию об используемых светодиодах, но редко когда раскрывают данные о БП. Тем не менее, можно составить свое представление о том, качественный или нет блок питания, по параметрам светильников, которые производитель открыто публикует.

В первую очередь, это коэффициент мощности λ (иногда его обозначают как cos φ, что для светодиодных светильников не совсем правильно). Чем больше этот параметр, тем лучше. Для качественного блока питания он должен быть не менее 0,85. Упрощенные БП, имеющие низкую надежность, обычно выдают себя низким значением λ.

 БП от ведущих производителей характерно высокое значение коэффициента мощности, примером тому является данное устройство от Osram

Производители светильников, конечно, знают, что именно БП, а не светодиоды, ограничивает срок службы осветительного прибора. Поэтому, хотя и указывают «срок службы светодиодов 50000 ч», тем не менее, гарантийный срок устанавливают, исходя из цифр по всему светильнику. Обычно исходят из того, сколько лет проработает светильник, будучи включенным круглосуточно. Например, гарантийный срок на светодиодные светильники средней ценовой категории обычно составляет 3 года. Умножаем этот срок на 8760 ч в году, и получаем 26280 ч — именно столько гарантированно будет работать светильник. Обратите внимание, что этот показатель очень близок к сроку службы типичного БП средней ценовой категории — 30000 ч.

Но, самое главное — где расположен блок питания и как он выглядит. Если он внешний и подключается к светильнику через разъем, то однозначно является изолированным (на прямое нарушение правил электробезопасности производители обычно не идут). В том случае, если БП внутренний, но выполнен в виде отдельного унифицированного  модуля от одного из ведущих производителей БП, то, скорее всего, тоже изолированный. Неизолированные БП обычно выполнены как неотъемлемая часть конструкции светильника.

Производители БП

Теоретически оптимальным выбором является БП, специально разработанный для определенной модели светильника. На практике это могут удачно реализовать либо компании, имеющие, помимо светотехнического, еще и мощный бизнес по производству электронных устройств (LG, Philips), либо светотехнические компании, чьи БП хорошо зарекомендовали себя на рынке (Osram).

В остальных случаях предпочтительным вариантом является использование в светильнике БП от ведущих фирм, специализирующихся на данном виде продукции (Meanwell, Helvar, Vossloh-Schwabe и некоторые другие). Использование унифицированного БП легко заменяемой конструкции важно еще и для возможного ремонта светильника, так как БП обычно выходит из строя быстрее, чем светодиоды.

Внешние блоки питания, не входящие в комплект поставки

На рынке встречаются светодиодные светильники, имеющие низкое напряжение питания (обычно 12 или 24 В). Они предназначены для питания от источника со стабилизированным выходным напряжением или от электронного трансформатора. Нередко БП в комплект поставки таких светильников не входит, что позволяет сэкономить средства, установив один БП на несколько светильников.  Если светильник допускает питание как от переменного, так и от постоянного тока, то лучше использовать постоянный ток, т.е. устанавливать БП, а не электронный трансформатор.

Выбирая внешний БП, следует иметь в виду, что максимальный КПД достигается в том случае, если нагрузка равна приблизительно 80% от номинального значения. Соответственно, умножив мощность подключенных к БП светильников на коэффициент 1,25, мы получим оптимальное значение номинальной мощности БП. Иногда мощность БП выбирают «на вырост» с учетом, что к нему позже дополнительно подключат светильники. Тогда суммарная мощность светильников «первой очереди» подключения должна быть в 1,2 раза больше минимальной мощности нагрузки БП, иначе будет срабатывать защита от холостого хода.

Применение внешнего блока питания, не входящего в комплект поставки, дает возможность повысить надежность системы, так как в светильники встроены только драйверы. Электронные компоненты в них работают при низких напряжениях, так что их качество не так критично. А модель БП пользователь выбирает самостоятельно, исходя из своих потребностей, и может запросить на него всю необходимую информацию у поставщика.

Источник: http://www.elec.ru/articles/blok-pitaniya-kak-slaboe-zveno-svetodiodnogo-sveti/