Димери за различни типове светлинни източници

Принципи на действие и димери с ръчно управление

Ето защо през последните десетилетия плавното регулиране на силата на светлината чрез димери (наричано също и димиране) заема все по-важно място в осветлението на жилищни и офис сгради, търговски площи и открити пространства.

Статията е посветена на принципите на работа на типовете димери, използвани за регулиране на различни видове източници на светлина, както и на димерите с ръчно управление. В следващ материал ще бъдат разгледани особеностите на системи за дистанционно, централизирано и автоматично управление на силата на светене.

Първите димери, използвани в края на 19-и век, са представлявали стъклен съд със солена вода и два контакта. Горният е бил подвижен и преместването му спрямо долния е означавало различно количество вода между тях и съответно промяна на електрическото съпротивление. Тъй като още тогава димерите са били включвани последователно с лампите, променял се е токът през тях. По-късно се появяват реостатните димери, при които движението на плъзгач върху навит съпротивителен проводник също променя тока. На големите загуби на енергия в тези димери тогава не се е обръщало внимание. Значително по-ниски са били загубите при последвалите ги автотрансформаторни димери, чието наименование достатъчно добре говори за принципа на действието им. И днес те имат своите приложения. Първият електронен димер, чийто принцип продължава да се използва понастоящем и се смята за класически, е създаден през 1961 г. и използва полупроводникови прибори. Освен несравнимо по-малките загуби на електрическа енергия и възможността за дистанционно управление, принципът позволява регулиране на големината на тока и през други електрически товари, например нагреватели и електродвигатели.

Непосредственото свързване на електрически лампи към мрежата предизвиква протичане през тях на синусоидален ток, а силата на излъчената светлина е право пропорционална на неговата големина. Поради това регулирането на силата на светлината може да се прави чрез промяна на тока. За целта димерът включва лампата към мрежовото напрежение не в началото на всеки негов полупериод, а по-късно и я изключва в края му, т.е. през нея не протича ток непрекъснато, а само през определени интервали от време. И колкото тези интервали са по-малки, толкова по-слаба е светлината. В електротехниката е прието, че на всеки полупериод от синусоидата съответстват 180 градуса. Това е причината закъснението на включване на лампата спрямо началото на полупериода да се изразява в градуси и да се нарича фазово закъснение. Оттук е наименованието фазово регулиране на силата на светлината.

Структурата на димерите не позволява промяна на фазовото закъснение между 0 и 180, а в по-тесни граници, например от 20 до 160 градуса. При минималното фазово закъснение светлината е практически толкова силна, колкото без димер, а най-слаба е при максималното закъснение. Това действие на димерите означава, че лампата не свети постоянно, а мига 2 пъти за всеки период на мрежовото напрежение, т.е. 100 пъти в секунда. Поради инертността на човешкото око към изменения на силата на светлината това остава незабелязано все едно, че лампата свети непрекъснато.

Този принцип се осъществява най-просто с помощта на полупроводниковия прибор симетричен тиристор, известен и като триак. Между два от своите изводи (А и К на фигурата) той действа като електрически ключ, който се затваря, когато напрежението на третия извод достигне определена стойност и се отваря автоматично при нулиране на протичащия през него ток. Така в началото на всеки полупериод ключът се оказва отворен. След началото на полупериода напрежението върху кондензатора С на димера започва да расте заедно с мрежовото, но със закъснение спрямо него, право пропорционално на изменящо се съпротивление (задавано с потенциометъра R). В резултат на това едва известно време след началото на полупериода напрежението върху кондензатора достига желаната стойност, която през специален тип диод задейства симетричния тиристор и лампата се включва към мрежата. Този процес се повтаря в началото на всеки полупериод. Така промяната на съпротивлението изменя времето на закъснение и съответно силата на светлината.

Основното предимство на този класически принцип е в простотата, ниската цена и малките размери на димерите, както и лесният им монтаж - те се свързват като обикновен ключ. Използват се за регулиране на силата на светлината на обикновени крушки с нажежаема нишка и високоволтови (захранвани директно от мрежовото напрежение) халогенни лампи (те също са с нажежаема нишка). Видът на тези димери се отбелязва в каталозите, а понякога и върху кутията им със съкращението INC, евентуално придружено от символично изображение на лампа с нажежаема нишка.

Съпротивлението на гореспоменатите два вида източници на светлина в момента на включване е 20-ина пъти по-малко от това в нагрято състояние. Като резултат ключът се оказва затворен повече време през единия полупериод, отколкото през другия, което е еквивалентно на протичане през лампата и на постоянен ток с неголяма стойност. Той обаче е недопустим за класическия трансформатор, през който (все по-рядко) се захранват нисковолтовите халогенни лампи. Поради което за регулирането на халогенни лампи с обикновен магнитен трансформатор се използват специално разработени по-сложни димери, базирани на същия принцип, но реално без разлика между двете времена. Те, разбира се, могат да се прилагат и за управление на лампи с нажежаема нишка и високоволтови халогенни лампи. Означението им е с буквите MLV.

Сериозен недостатък на класическия принцип е получаването на електрически импулси със значителна амплитуда при всяко включване на симетричния тиристор. Те могат да се разпространят по електрическата мрежа и да предизвикат смущения в работата на други свързани към нея електронни устройства, напр. телевизионни приемници, аудиосистеми и др., както и да създадат вибрации на нишката на лампата. За избягване на всичко това схемите на димерите се усложняват, като най-простият начин е прибавяне на свързване към единия от изводите им на дросел, през който протича тока на лампата и на кондензатор между двата извода. Без дросел са само някои от най-елементарните модели, но техният ток пък предизвиква споменатите вибрации и неприятно бръмчене от нишката на лампата. Силата на това бръмчене зависи от модела на лампата, но по принцип нараства с увеличаване на мощността й. В някои от новите модели вместо дросел има електронен блок със значително по-ефективно действие.

Класическият принцип не е приложим към нисковолтовите халогенни лампи с т. нар. електронен трансформатор, който реално представлява електронна схема за превръщане на променливото мрежовото напрежение в значително по-ниско постоянно напрежение. В тези случаи се използва обратното регулиране, при което токът през лампата задължително започва от началото на всеки полупериод, а прекратяването му става чрез подходящ мощен транзистор. Предимство на метода са много по-малките смущения, тъй като включването на лампата става при нулево мрежово напрежение. Димерите за халогенни лампи с електронен трансформатор се отбелязват със съкращението ELV.

За нормалната им работа към тях се свързват подходящи елементи, наричани обобщено баласт. В значителна част от съвременните луминесцентни лампи той представлява електронна схема (електронен баласт), задължителен в разновидността им, известна като енергоспестяващи лампи. Поради него те не използват непосредствено мрежовото напрежение, а го преобразуват в напрежение с висока честота, определящо тока през лампата. За регулиране на силата на светлината се правят видоизменения на схемата на баласта, целящи промяна на тока на лампата, което определя наименованието му димиращ електронен баласт. Обикновено той е вграден в лампата и може да се управлява само дистанционно. Приборите за това дистанционно регулиране се наричат димери за луминесцентни лампи или електронни потенциометри и се означават с буквите FLR и символ на луминесцентна тръба. Трябва да се има предвид, че димерите с фазово регулиране не трябва да се използват за луминесцентни лампи, тъй като могат да предизвикат повреда. Освен това не всички димери за луминесцентни източници могат да регулират енергоспестяващи лампи.

Въпреки че присъстието на LED източниците им на пазара е в начален етап, вече са разработени методи за регулиране на силата им на светене. Последната зависи от големината на постоянния ток, протичащ през тях, за чието изменение съществуват специализирани интегрални схеми. Нещо повече, осветително тяло с подходящо разположени разноцветни светодиоди може по този начин да променя и цвета на светлината си. Така в помещения с изкуствено осветление могат да се регулират и нюансите на бялата светлина.

Основни параметри

Първият от тях е максималната мощност на управляваните лампи, обикновено в границите от 300 до 1000 W и по-рядко до 2000 W. Мощността на димерите за нисковолтови халогенни лампи се дава във VА (волт-ампери) и те могат да управляват лампи с 25% по-малка мощност във ватове. Например димер за 400 VА може да управлява лампи с мощност до 300 W. Нормалната работа на някои димери изисква към тях да е включена лампа, чиято минимална мощност (обикновено 30-60 W) също представлява параметър. Те изискват незабавна смяна на изгоряла лампа. Обхватът на регулиране е отношението на максималната към минималната осигурявана сила на светене, което започва от 10:1 при най-непретенциозните модели, а най-голямата засега стойност е 138:1.

Параметър на димерите са и допустимите граници на околната температура, които за работа в помещения обикновено са 0-35 °С или 0-40 °С. По принцип е възможна работа и над максималната температура, но това е свързано с ограничаване на допустимата мощност на управляваните лампи. За използване на тази възможност трябва в упътването на димера да е дадена зависимостта на максималната мощност на лампите от околната температура. Превишаването на тази мощност прегрява димера и създава опасност от повреда.

По време на експлоатацията на димера и при монтажни работи може да се получи късо съединение в лампата или електрическата инсталация. Още по-вероятно е претоварването му чрез включване към него на лампи с мощност над максималната. Класическият начин за защита е чрез стопяем предпазител, чийто ток също е параметър. Все повече са димерите с електронна защита, която в зависимост от модела действа по два начина. Единият е автоматично намаляване на мощността на лампата и съответно силата на светлината докато температурата на димера намалее под определена стойност. След това мощността се възстановява, но ако тя пак е над допустимата процесът се повтаря. Другият тип защита е нулиране на напрежението на лампата и автоматичното му възстановяване при охлаждане на димера.

Класическият начин в димерите с фазово регулиране е промяната на управляващото съпротивление и съответно регулирането на силата на светлината да става чрез въртеливото или постъпателно движение на плъзгача на вграден в тях потенциометър. Понякога той е съчетан с прекъсвач за изключване и включване на лампата до установената преди това сила на светлината. Все по-популярни стават димери със смяна на съпротивлението чрез бутони, например два поставени един над друг. Всяко натискане на долния намалява силата на светлината, а на горния я увеличава, като стъпките са например 10. Също популярно е ръчното регулиране с един бутон - неговото натискане променя също стъпално светлината, а двойно бързо натискане я включва на максимална сила.

В зависимост от конструктивното оформление и предназначението съществуват множество разновидности на димери. Най-прости и масово разпространени са тези за замяна на ключ, които директно се поставят на неговото място на стената и могат да управляват една или повече паралелно свързани лампи в осветително тяло. Съществуват и димери за съвместна работа с девиаторен ключ. Допълнителна екстра е стълбицата от светодиоди на лицевата плоча, показваща установената сила на светене. Съществуват двойни димери за независимо управление на две лампи, осветителни тела или части на едно тяло. Има комбинации на димер с таймер за задаване на времето (от няколко минути до 1 час) на работа на лампата, след което тя автоматично се изключва. Това спестява неудобството да се излиза от помещението при изгасена лампа. Многополюсните димери позволяват регулиране на една лампа от различни места, достигащи до 10, могат да се използват и като девиаторни ключове. Този тип регулиране задължително изисква един управляващ димер, а броят на управляваните се избира в зависимост от нуждите.

Конструктивното оформление на описаните дотук димери е за монтиране на стената като обикновен ключ. За настолни лампи и лампиони съществуват димери за монтиране на желано място на самия шнур или в края му. Някои от тях имат специален бутон на осигуряване чрез натискането му на слабо (нощно) осветление.

Все по-популярни стават димерите с вградена електроника за запомняне на желана сила на светлината чрез натискане на специален бутон, която се установява автоматично при всяко следващо включване на лампата. Така наречените сензорни димери, управлявани с докосване, използват съществуването на електромагнитно поле с честота 50 Hz около електрическите инсталации и факта, че човешкото тяло го улавя като антена. Поради това при докосване на металната пластина на димера в него се въвежда напрежение, което чрез електронен блок започва да увеличава силата на светлината. При следващото докосване тя намалява по същия начин. Освен това краткото докосване на същата пластина може да се възприема от електронния блок като сигнал за загасяне на запалената лампа или включване на изгасената.

Друго модерно решение са димерите, които разпознават типа на включения към тях източник на светлина и в зависимост от него установяват начина си на работа