Jak pracują regulatory oświetlenia

Jak pracują regulatory oświetlenia
Zasady regulacji oświetlenia
Powszechnie dostępnych jest kilka typów regulatorów oświetlenia. Te oparte o triaki lub tyrystory pracują bardzo podobnie. Stosuje się je do obciążeń
rezystancyjnych lub indukcyjnych, np. żarówek,
lamp z zimną katodą i lamp niskonapięciowych
(indukcyjnych). Należy zwrócić uwagę, że nie każdy
typ elektronicznego transformatora spośród stosowanych do lamp niskonapięciowych może współpracować z regulatorem oświetlenia bazującym na
triaku lub tyrystorze. Mogą być wymagane transformatory elektroniczne specjalnego typu (takie są np.
produkowane przez firmy IBL Lighting i Mode
Electronics).
Normalna sinusoida sieciowa – do obciążenia dopływa pełna moc
Regulatory oświetlenia oparte o triaki lub
tyrystory
Triaki i tyrystory to podobne elementy półprzewodnikowe: triak to w istocie dwa tyrystory zabudowane
w jednej obudowie. Tyrystory są na ogół droższe,
lecz bardziej niezawodne. Triaki mają tę zaletę, że
rzadziej ulegają częściowemu uszkodzeniu i przewodzą tylko połowę sinusoidy, zatem maleją szanse
na migotanie oświetlenia (które może prowadzić do
bólu głowy) i uszkodzenia transformatorów.
Elementy obu omawianych typów działają jak szybkie wyłączniki. W regulatorach oświetlenia ich rolą
jest kontrolowanie ilość energii elektrycznej docierającej do źródła światła. Kontrola taka polega na
kluczowaniu sinusoidy sieciowej. Impuls wyzwalający (tryger) określa moment w którym przyrząd
zaczyna przewodzić. Im później w połówce sinusoidy element zostanie włączony w stan przewodzenia, tym niej energii dopłynie do lampy.
Regulator nastawiony na ściemnienie oświetlenia kluczuje
sinusoidę tak, że do obciążenia dopływa mniejsza moc
Impulsy wyzwalające triaki lub tyrystory regulatora oświetlenia
Im później w półokresach sinusoidy będą włączane tyrystory tym
ciemniej będą świecić lampy
strona 1 z 4
Pełna kontrola
Jak pracują regulatory oświetlenia
Obciążenia indukcyjne
Transformatory elektroniczne
Wyżej pokazane przykładowe przebiegi odpowiadają realnej sytuacji gdy obciążeniem są żarówki. W
instalacjach z żarówkami na napięcie sieciowe tj. w
przypadku obciążeń czysto rezystancyjnych, przebiegi napięć praktycznie pokrywają się z przebiegami prądów. Jednak w instalacjach oświetleniowych niskonapięciowych występują transformatory,
które powodują, że obciążenie jest bardziej złożone.
Nawijane drutem transformatory stanowią obciążenie indukcyjne, które powoduje, że prąd opóźnia się
w stosunku do napięcia. Jak wiadomo, od momentu
wyzwolenia triaka lub tyrystora jego przewodzenie
zależy od płynącego przez niego prądu: gdy spadnie
on poniżej wartości progowej, przyrząd przestaje
przewodzić. Skoro przy obciążeniu indukcyjnym
prąd opóźnia się w stosunku do napięcia, to istnieje
możliwość, że przed końcem impulsu wyzwalającego prąd przepływający przez triak nie wzrośnie
powyżej progu koniecznego do podtrzymania przewodzenia i triak „zgaśnie” natychmiast po ustaniu
impulsu wyzwalającego. Wynikająca z takiego
zachowania charakterystyka regulacji oświetlenia
byłaby nie do przyjęcia. Aby tego uniknąć, w regulatorach oświetlenia przeznaczonych do współpracy z
transformatorami nawiniętymi drutem stosuje się
technikę tzw. hard firing. Poprzez podtrzymywanie
impulsu wyzwalającego aż prąd płynący przez
przyrząd kluczujący przekroczy próg podtrzymywania przewodzenia technika ta gwarantuje prawidłową charakterystykę regulacji.
Niepodobne do transformatorów nawijanych, które z
samej swej natury mogą współpracować z regulatorami oświetlenia, transformatory elektroniczne mogą
stwarzać problemy i przy ich doborze należy
wybierać tylko typy zgodne z regulatorami.
prąd
Prawie wszystkie regulatory oświetlenia stosowane
np. w W.Brytanii są oparte na triakach lub parach
tyrystorów, którymi kluczuje się sinusoidę sieciową
dla kontroli mocy podawanej na lampy, a zatem
jasności z jaką lampy te świecą.
Typowy przebieg napięcia na wyjściu tyrystorowego regulatora
oświetlenia sterującego obciążeniem rezystancyjnym
Regulatory oświetlenia wykorzystujące triaki załączają napięcie i są powszechnie znane jako regulatory typu leading edge. Natura obciążenia wnoszonego przez standardowe transformatory elektroniczne jest pojemnościowa. Przy współpracy regulatora
leading edge z takimi pojemnościowymi obciążeniami mogą pojawić się przerzuty napięcia czyli
napięcia między-szczytowe większe niż nominalne.
Przebiegi napięcia i prądu w przypadku obciążenia indukcyjnego
(prąd opóźnia się w stosunku do napięcia)
W przebiegach na wyjściach tyrystorowych regulatorów
oświetlenia współpracujących z elektronicznymi transformatorami
nie projektowanymi specjalnie do takiej współpracy mogą
pojawić się przerzuty napięcia
Prąd nie osiąga progu podtrzymywania tyrystora
W technice hard firing Impuls wyzwalający jest podtrzymywany
tak długo aż prąd narośnie powyżej progu podtrzymywania
Transformatory przeznaczone do współpracy z tyrystorowymi regulatorami oświetlenia powinny być
zaprojektowane tak, aby przerzuty napięcia były
wyeliminowane. Jeśli tak nie jest, po ściemnieniu
oświetlenia transformator może emitować słyszalne
buczenie. Jest to symptom wewnętrznych stresów,
które szybko mogą doprowadzić do uszkodzenia
transformatora. Problem jest tym istotniejszy im
więcej opraw oświetleniowych jest zasilanych z
danego transformatora.
strona 2 z 4
Pełna kontrola
Jak pracują regulatory oświetlenia
Tranzystorowe regulatory oświetlenia
Pewna liczba producentów produkuje tranzystorowe
regulatory oświetlenia działające inaczej niż regulatory tyrystorowe. Takie regulatory nie muszą być
specjalnie projektowane aby były zgodne z transformatorami elektronicznymi (obciążeniami pojemnościowymi).
Tranzystorowe regulatory oświetlenia wyłączają napięcie w określonym momencie półokresu sinusoidy
i są powszechnie znane jako regulatory typu trailing
edge. Ponieważ zasilanie jest wyłączane a nie załączane, nie istnieje zagrożenie przerzutami napięcia.
biegając możliwym uszkodzeniom elementów regulatora. Alternatywnie sterownik może być też
skonfigurowany przez użytkownika tak, aby w podobnych przypadkach całkowicie odłączał zasilanie.
Gdy regulator adaptacyjny wykryje obciążenie indukcyjne, przestawi sterownik w tryb leading edge.
Ponadto opatentowany układ iPROTECT™ wchodzący w jego skład ustala czy obciążenie nie jest
zbyt duże aby mogło być bezpiecznie obsługiwane
przez dany regulator. Jeśli tak jest, sterownik
natychmiast odetnie zasilanie. Jednak jeśli nadmierne obciążenie wynika z dużego prądu startowego*
pobieranego przez dane lampy, sterownik wykona
próbę ich zasilania tylko połówkami sinusoidy do
czasu aż rozgrzeją się i będą pobierać niższy prąd.
Po wykryciu tego faktu sterownik przywróci pełne
zasilanie lamp.
Gdy regulator wykryje obciążenie rezystancyjne lub
pojemnościowe, przestawi sterownik w tryb trailing
edge. Dodatkową zaletą tego trybu jest całkowicie
ciche działanie, ponieważ nie występuje tu magnetostrykcja w dławikach stosowanych do tłumienia
zakłóceń elektromagnetycznych.
Typowe przebiegi napięcia na wyjściu tranzystorowego regulatora
oświetlenia
Należy zwrócić uwagę, że tranzystorowe regulatory
oświetlenia nadają się do współpracy z transformatorami elektronicznymi (obciążenia pojemnościowe)
i/lub żarówkami zasilanymi bezpośrednio z sieci
(obciążenia rezystancyjne), lecz nie do współpracy z
konwencjonalnymi transformatorami nawijanymi
(obciążenia indukcyjne), ani z transformatorami
elektronicznymi dostosowanymi do współpracy z
tyrystorowymi regulatorami oświetlenia wyzwalanymi
metodą hard firing, np. z tymi produkowanymi przez
firmy IBL Lighting i Mode Electronics.
Adaptacyjne sterowniki regulatorów oświetlenia
Firma iLight™ opracowała tzw. adaptacyjny regulator oświetlenia, który rozwiązuje wszystkie problemy
zgodności urządzeń tyrystorowych i tranzystorowych
z różnymi obciążeniami. Regulatory te wykorzystują
tranzystory polowe FET (field effect transistor).
W adaptacyjnym regulatorze oświetlenia iLight™
monitorowane są zarówno przebiegi napięcia, jak i
prądu. Informacje te są przetwarzane przez procesor CPU, który kontroluje działanie regulatora. Taka
dynamiczna kontrola oferuje kilka zasadniczych
zalet w stosunku do regulatorów konwencjonalnych.
Adaptacyjne regulatory oświetlenia równie dobrze
współpracują z obciążeniami rezystancyjnymi, pojemnościowymi, jak i indukcyjnymi. Wykrywają też
obciążenia bierne (reaktancyjne). Jeśli do regulatora
zostanie dołączone takie obciążenie, sterownik
natychmiast wyłączy regulację (przejdzie w tryb
podawania pełnego zasilania), w ten sposób zapo-
Inną istotną przewagą tej technologii nad tradycyjnymi regulatorami oświetlenia jest to, że można
precyzyjnie i dynamicznie kontrolować szybkość
włączania świateł. W systemach oświetlenia sceny
musi istnieć możliwość bardzo szybkiego zmieniania
intensywności światła, w tym możliwie szybkiego
włączenia pełnej jasności. Jednakże w takich
sytuacjach włókna żarówek są poddawane szokowi
termicznemu. Dynamicznie optymalizując proces
włączania można uzyskać dostatecznie krótki czas
dochodzenia do pełnej jasności ograniczając takie
szoki, co dramatycznie wydłuża czas życia lamp.
Regulacja świetlówek
Metoda regulacji jasności świetlówek zależy od typu
użytego statecznika. Szczegółowo omówiono to w
sekcji pt. „Dobór regulatorów oświetlenia do źródeł
światła“.
Należy zwrócić uwagę że dostępnych jest bardzo
wiele typów świetlówek. Na ogół można sterować
natężeniem oświetlenia tylko tych, które są
wyposażone w 4 piny(nóżki). Ponadto stateczniki
tych świetlówek muszą dawać się regulować elektronicznie. Mimo iż nadal są używane regulowane
stateczniki na pełne napięcie sieci, to na ogół są one
bardzo kosztowne albo nie spełniają wymagań
dyrektyw CE (EMC, Safety lub Low Voltage). Użycie
takich urządzeń w Unii Europejskiej jest zabronione.
*
Prąd startowy zimnej żarówki może być nawet 17 razy większy
niż prąd żarówki nagrzanej.
strona 3 z 4
Pełna kontrola
Jak pracują regulatory oświetlenia
Firma iLight™ opracowała cała gamę regulatorów
HF Ballast, wśród których można znaleźć model
zgodny odpowiedni dla każdego regulowanego
statecznika dostępnego w Unii Europejskiej.
Zasadniczo dzielą się one na trzy kategorie.
Najbardziej rozpowszechnione stateczniki wymagają
osobnego włączania i wyłączania zasilania sieciowego, a intensywność światła produkowanego przez
świetlówki jest w nich kontrolowana napięciem
sterującym z zakresu 1…10 V.
Drugim najbardziej popularnym typem są stateczniki
cyfrowe z firmy Tridonic. Określa się je też mianem
„stateczniki DSI”. Ich podstawową zaletą w stosunku
do urządzeń sterowanymi napięciem 1…10 V jest to,
że są wyposażone w wewnętrzny elektroniczny
wyłącznik realizowany parą sterowników cyfrowych
– eliminuje to konieczność osobnego włączania i
wyłączania zasilania sieciowego.
Wreszcie stateczniki typu DALI .Teoretycznie oferują
sterowanie zintegrowane z funkcjami konfigurowania
sceny. Jednak w praktyce ta koncepcja wymagałaby
możliwości niezależnego adresowania każdego
statecznika z osobna, a to znaczyłoby, że odbiory
techniczne
i
konserwacja
zainstalowanych
systemów byłyby skomplikowane i kosztowne.
Każda podsieć może maksymalnie obsłużyć 64
stateczniki.
Większość producentów dostepnych na
rynku oferuje stateczniki ze sterowaniem zarówno
1…10 V, jak też DALI.
strona 4 z 4
Pełna kontrola