«Вечная лампа» накаливания своими руками

Варианты схем

В магазинах предлагается широкий выбор устройств плавного пуска для ламп от российских и зарубежных производителей. Монтаж не требует особой квалификации. Нужно сделать разрыв провода фазы, ведущего к лампе накаливания, и подключить прибор при помощи клеммников.

При отсутствии клеммников провода спаиваются.

Чаще всего на производствах используется одна из трех схем:

• туристорная;
• симисторная;
• специализированная (обычно микросхема КР1182ПМ1или DIP8).

В сети 220 В

Самая простая схема плавного включения ламп туристорная.

Для самостоятельного изготовления требуются:

• лампа накаливания;
• 4 диода (для создания выпрямительного моста);
• туристор;
• конденсатор (10 мкФ);
• 2 резистора (один из них переменной емкости).

Время включение определяет переменное сопротивление.

В момент включения ток проходит через лампочку, выпрямляется мостом, проходит через резистор и начинает скапливаться в конденсаторе. После достижения определенного порога зарядки ток подается на туристор, он немного открывается. По мере наполнения конденсатора туристор открывается все больше, лампочка постепенно загорается. Максимальная мощность света достигается при полной зарядке конденсатора.

Лампочки накаливания рассчитаны на 220 В (на практике может быть до 240 В). Диоды и туристор выбираются, базируясь на этот показатель. При самостоятельном изготовлении необходимо учесть, что можно использовать любые диоды с напряжением от 300 В и туристор, способный выдерживать мощность от 2 кВт. Емкость накопителя тоже большого значения не имеет

Важно знать, что при ее уменьшении лампочка будет зажигаться быстрее

Использование симистора (попупроводникового ключа) позволяет уменьшить количество элементов в туристорной схеме.

Используется:

• дроссель;
• 2 резистора;
• конденсатор;
• диод;
• симистор.

По принципу действия эта схема мало отличается от предыдущей. Время включения определяет цепочка из резистора и конденсатора, которые подключены через диод. По мере наполнения емкости конденсатора постепенно открывается симистор, через который подпитана лампочка накаливания. Она загорается не мгновенно, а плавно. Такой прибор более удобен в использовании благодаря небольшим размерам.

Плавный пуск ламп при помощи приборов, созданных на основе микросхемы КР1182ПМ1(DIP8), можно использовать с источниками освещения, обладающими мощностью до 150 Ватт.

Основа этого прибора – 2 туристора и 2 системы управления. Время регулируется резистором и конденсатором. Силовую часть от управляющей отделяет симистор, подключенный через задающий ток резистор. Работу внутренних туристоров регулируют 2 наружных конденсатора, от помех, создаваемых сетью, защищает дополнительный конденсатор и резистор.

При использовании этой схемы свет не только плавно включается, но и плавно выключается. Длительность загорания и затухания регулируется подбором емкости конденсаторов.

Плавное включение обладает существенным недостатком – снижением яркости светового потока. Для достижения оптимального уровня освещения требуются лампы с максимальной мощностью.

Для одноклавишных выключателей существует схема на основе транзистора. Когда лампочка накаливания выключена, он закрыт. После включения напряжение через резистор и диод поступает на конденсатор, он начинает заряжаться. Максимальный уровень (9,1 В) ограничивает стабилитрон.

После достижении оптимального напряжения транзистор начинает открываться, нить накаливания лампочки, подключенной последовательно, постепенно нагревается. Обязателен второй резистор у конденсатора, обеспечивающий его разрядку после выключения. Основное преимущество использования транзистора – отсутствие мерцания лампочки накаливания.

При напряжении 12 В

Если светильник точечный, то используется трансформатор, преобразующий 220 вольт в 12 вольт. Для подключения к 12 В устройства плавного пуска он устанавливается перед преобразователем напряжения.

Если такой прибор необходим для автомобиля, требуются специальные схемы – импульсные или линейные (ШИМ-регуляторы).

Линейные подключаются к источникам света параллельно. После включения ток проходит через резистор, лампы тусклые. После подключения реле они загораются на всю мощность.

Резистор должен быть керамический, мощность примерно 5 Вт, сопротивление 0,1-0,5 Ом.

Импульсные схемы создаются на основе полевого транзистора, подающего ток короткими импульсами. За счет этого нити накаливания не нагреваются до уровня, при котором возможен разрыв. В перерывах между импульсами ток успевает равномерно распределиться по нити, выравнивая сопротивление.

Схемы плавного включения и выключения светодиодов

Разбирать громоздкие схемы не имеет смысла, т.к. для решения большинства задач справляются простые устройства, работающие на элементарных схемах. Рассмотрим одну из таких схем плавного включения и выключения светодиодов. Несмотря на простоту, она имеет ряд плюсов, высокую надежность и низкую себестоимость.

Состоит из следующих деталей:

• VT1 – полевой транзистор IRF540;
• C1 – конденсатор емкостью 220 mF и напряжением 16V;
• R1, R2, R3 – резисторы номиналом 10, 22, 40 kOm соответственно;
• LED – светодиод.

Работает от напряжения 12 Вольт по следующему алгоритму:

1. При включении схемы в цепь питания через R2 протекает ток.
2. В это время C1 набирает емкость (заряжается), что обеспечивает постепенное открытие полевика VT
3. Возрастающий ток на затворе (вывод 1) протекает через R1, и заставляет постепенно открываться сток полевика VT
4. Ток уходит на исток все того же полевика VT1 и далее на LED.
5. Светодиод постепенно усиливает излучение света.

Затухание светодиода происходит при снятии питания. Принцип обратный. После отключения питания, конденсатор C1 начинает постепенно отдавать свою емкость на сопротивления R1 и R2.

Главный элемент – это полевой n-канальный MOSFET транзистор IRF540, все остальные полупроводниковые приборы играют вспомогательную роль (обвязка). Стоит отметить его важные характеристики:

• ток стока: до 23 Ампер;
• полярность: n;
• напряжение сток – исток: 100 Вольт.

Более детальную информацию, в том числе и ВАХ, можно найти на сайте производителя в datasheet.

Доработанный вариант с возможностью настройки времени

Рассмотренный выше вариант предполагает использование устройства без возможности регулировки времени розжига и затухания LED. А иногда это необходимо. Для реализации всего лишь нужно дополнить схему несколькими элементами, а именно R4, R5 – регулируемые сопротивления. Они предназначены для реализации функции подстройки времени полного включения и выключения нагрузки.

Рассмотренные схемы плавного розжига и затухания отлично подойдут для реализации дизайнерской подсветки в автомобиле (багажник, двери, область ног передних пассажиров).

Еще одна популярная схема

Вторая самая популярная схема плавного включения и выключения светодиодов очень похожа на две рассмотренные, но сильно отличаются по принципу работы. Управление включением происходит по минусу.

Отличия схемы от рассмотренных ранее. Главное отличие – это другой транзистор. Полевик обязательно нужно заменить на p – канальный (маркировка указана на схеме ниже). Нужно «перевернуть» конденсатор, теперь плюс кондера пойдет на исток транзистора. Не забывайте, доработанный вариант имеет питание с обратной полярностью.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Устройства, с помощью которых можно запустить плавное включение, можно изготовить самостоятельно. Для тиристорной схемы в цепь выпрямительного моста включена лампа. Она выполняет роль ограничителя. В плечи выпрямителя сдвигающая цепочка и сам тиристор. Установка диодного моста обязательна.

После того как напряжение было подано на схему, ток, проходя через вольфрамовую спираль и выпрямительный мост, попадает в резистор. Емкость электролита начинает нагреваться. Тиристор открывается и пропускает через себя ток. Вольфрамовая нить плавно нагревается, время нагрева зависит от резистора и конденсатора.

Схема на основе симистора

В схеме плавного включения осветительных приборов симистор выступают в роли силового ключа. Дроссель как основная деталь представляет собой катушку из медных проводков, на сердечник которой намотан магнитопровод. Сила тока в обмотках нарастает постепенно, магнитное поле не способно быстро изменить направление. Симистор (симметричный тиристор) объединяет под корпусом 2 стабилизатора.

В роли ограничителя тока выступает резистор, передающий напряжение на электрический электрод. Цепочка, задающая время, подключена к резистору и емкости электролита. В сравнении с тиристорным прибором симистор имеет несколько недостатков: при работе с индуктивной нагрузкой выбросы напряжения критичны.

Приборы способны быстро переключаться. Надежность устройствам обеспечивает отсутствие механических деталей и контактов. Чтобы увеличить габариты, симистор необходимо соединить с радиатором, чтобы минимизировать степень нагрева электронных ключей. Вентиляторы можно оборудовать дополнительно, они способствуют быстрому охлаждению электронных деталей.

На основе микросхемы

Микросхемы, позволяющие осуществить плавный запуск, были специально разработаны для более быстрого построения регуляторов фазы. Конструкция небольшого размера способна контролировать напряжение, поступающее в лампу (до 150 В). Чтобы увеличить силу тока при наличии нескольких осветительных приборов в одном помещении, к микросхеме подсоединяют симистор.

Приборы можно использовать при плавном запуске не только ламп накаливания, но и галогеновых лампочек. Чтобы продлить срок эксплуатации электроприбора, в них можно установить аналогичные по механизму действия детали.

Внутри большинства микросхем присутствуют детали, отвечающие за усиление сигнала. Нагрузка полностью отключается на нуле. Управляющая цепь замыкается под воздействием конденсатора, который заряжается достаточно быстро. Это позволяет сформировать плавный разгон. Чтобы иметь возможность быстро отключить подачу электроэнергии, целесообразно установить аварийный выключатель.

Устройства плавного включения для ламп накаливания

Монтаж устройства плавного включения(УПВЛ) для ламп накаливания или, плавного пуска(ПП), является ярким примером того, как можно правильно сэкономить на электричестве. Ситуация, когда часто перегорают одни и те же точечные светильники или лампы люстры, в офисе или квартире, знакома многим. Срок службы

При каждом таком нагреве, происходит её постепенное разрушение, ввиду того, что атомы вольфрама безвозвратно испаряются. Испарение происходит постепенно и неравномерно, что приводит к неизбежному перегоранию нити, в самом тонком месте. Соответственно, каждое включение и отключение лампы, приближает момент, её выхода из строя. Подключение плавного пуска, увеличивает время нагрева спирали до нескольких секунд, тем самым продлевая срок службы лампы, т.к. при плавном включении, испарение атомов вольфрама происходит в разы меньше. При использовании такой схемы включения, срок службы ламп может увеличится в 5-7 раз. Очевидна экономия времени и денег.

УПВЛ может использоваться в цепях 220 В переменного и 12 В, 24 В. постоянного тока. Устройство монтируется на разрыве фазного провода в схеме электропроводки помещения. В случае, если напряжение питания 12 В или 24 В, то плавный пуск подключается перед трансформатором, к его первичной обмотке. При подаче питания на ПП, изначально, напряжение на выходе равно 0, затем оно плавно повышается до номинального, за период времени Т, который зависит от мощности, типа и схемы, использованной в приборе плавного включения: на тиристоре, симисторе или микросхеме. При наличии навыков радиоэлектроники, подобные устройства может собрать любой радиолюбитель, т.к. электротехнические схемы, используемые для плавного зажигания ламп, относительно просты для монтажа. Ну а для тех, кто не обладает знаниями для самостоятельной сборки УПВЛ, в большинстве обычных и интернет магазинов, по продаже электротехнических изделий, представлены устройства ПП различных производителей с номиналами до 1500 Вт. Это Navigator, Tdm Electriv, Uniel, Гранит и др. По мимо своей основной функции, продление срока работы нити накаливания, устройства плавного включения обеспечивают и другую полезную функцию – это обеспечивание подачи стабильного напряжения, выполняя тем самым, защиту от скачков в сети. Место монтажа ПП, как правило в зависимости от габаритов — это распаечные коробки, подрозетники, за потолочное пространство и другие места, в которые есть быстрый и удобный доступ для замены или обслуживания. Подключение должно производиться со строгим соблюдением фазировки, показанной в инструкции.

Другим электротехническим прибором, позволяющим сэкономить на освещении жилища и продлить срок службы ламп накаливания является диммерный выключатель или светорегулятор. Прибор монтируется в стандартный подрозетник, вместо простого выключателя. Функции, которые выполняет диммер – это плавный розжиг лампы и возможность регулировки яркости ламп накаливания. По техническим характеристикам и устройству диммеры различают на механические и электронные. Механические диммерные выключатели характерны тем, что в них, регулирование яркости происходит путём кручения ручки потенциометра, электронные диммеры устроены сложнее – управление в них происходит с помощью микроконтроллера, а сама регулировка уровня освещённости, путём нажатия кнопок на корпусе или сенсора. Основные различия между этими двумя типами светорегулирующих устройств – варианты регулировки света и цена. Если в механическом светорегуляторе варианты управления сводятся к обычному кручению ручки яркости, то в электронном

Правильная установка выключателя

По исполнению выключатели бывают внутренней и наружной установки. Современные наружные выключатели подходят для крепления на любые поверхности без дополнительных изолирующих подставок. Выключатели внутренние прячутся в круглые гнезда в стене, оборудованные специальными стаканчиками, называемыми подрозетниками.

О том, как установить эту монтажную коробку в бетонную стену или в конструкцию из гипсокартона, подробно написано здесь. Советуем почитать предложенную статью перед началом работ.

Подрозетники – стандартный электромонтажный узел. Они используются также для оборудования розеток, потому так называются. «Подвыключательники» звучало бы не очень.

Правильным считается расположение выключателя, при котором включение происходит нажатием верхней части клавиши, выключение – нижней. Даже невысокорослому человеку это дает возможность отреагировать в экстренной ситуации и оперативно обесточить электроприбор ударом пальцев по клавише сверху вниз.

Располагайте выключатели на стенах так, чтобы их не нужно было «искать, шаря рукой в потемках», и ими легко могли пользоваться все члены семьи

При грамотном подключении на выключатель от разветвительной коробки приходит фазный провод. Прерывать цепь фазного провода, чтобы в отключенном состоянии светильник находился без напряжения – основная задача выключателя.

Следующая фото-подборка представляет процесс подключения наглядно:

Если позволяет конструкция прибора, внутри самого выключателя фазный провод подключается на верхние клеммы, а все отходящие жилы присоединяются к нижним контактам. Это правило применяется для обустройства всякой электроустановки.

Из-за конструктивных особенностей исключение из общих правил составляют проходные и перекрестные выключатели, о которых речь ниже.

Предыстория

Светодиодные лампы, которые сейчас появляются почти в каждом доме и учреждении, обещают нам экологичность и очень долгий срок службы, как бы большую экономию. То есть, если старые добрые лампы накаливания служили нам, или должны были служить 1000 часов, то светодиодные должны работать не менее 20 тысяч часов – в 20 раз больше (отсюда и вытекает их высокая стоимость).

Но человечество напрасно разочаровалось в лампах накаливания. В их недолгом сроке службы виновата не технология, а заговор их же производителей. Как известно из истории, первый сговор между производителями ламп накаливания состоялся в 1924 году. Они решили, что слишком хорошие лампы – это плохо. Лампа будет долго гореть, и новые будут реже покупать. Поэтому было решено искусственно занизить срок их службы ещё в процессе изготовления. Уменьшили длину спирали, уменьшили диаметр подводящих медных проводников внутри колбы лампы, которые идут от держателей спирали до контактов патрона. Всё, лампы стали работать с перекалом, часто перегорать от небольшого перепада напряжения, особенно в момент их включения. Очень часто даже перегорал тоненький медный проводник внутри лампы, а сама спираль умудрялась оставаться целой. Этот заговор, в свою очередь, не только позволил бизнесменам продавать худший продукт, чтобы больше заработать, но и стал основой всей современной экономики потребления. Поэтому я очень сильно сомневаюсь в том, что светодиодные лампы, как им положено, отработают свои 20 000 часов. Они так же «летят» ничуть не реже своих накальных собратьев, и если с экологией ещё понятно, то какой либо экономией тут и не пахнет. Но вернёмся к лампам накаливания и к галогенным лампам.

Хорошо известно, что галогенные лампы и лампы накаливания в основном перегорают в момент их включения, когда нихромовая спираль находится в холодном состоянии и имеет наименьшее активное сопротивление. В этот момент через неё будет протекать максимальный ток, особенно тогда, когда включение лампы происходит на пике синусоидальной волны переменного напряжения. Но можно намного продлить срок службы такой лампы, если нить накаливания разогревать постепенно, в течении нескольких секунд.

Простая схема продления ресурса ламп накаливания

Это простое устройство плавного пуска ламп позволяющее многократно снизить риск перегорания ламп и продлить их ресурс.

Лампы накаливания в большинстве случаев перегорают в момент включения. Это происходит потому что холодная нить накаливания имеет меньшее сопротивление, чем горячая нить. Поэтому в момент включения ток проходящий через лампу в десятки раз превышает номинальный. Это длится короткий момент, но этого бывает достаточно, чтобы вывести лампу из строя.

Для продления ресурса ламп в промышленных условиях применяют системы плавного пуска. Представленная схема является самой простой. Здесь в разрыв существующей цепи питания ламп ставятся реле и резистор. Обмотка реле питается параллельно лампе. Как это работает: после включения фар, они зажигаются тускло, как габариты и примерно через полсекунды включаются на полную мощность. В таком режиме зажигания лампы будут жить гораздо больше, особенно перекалки (+50, +90 и т.п.).

Потребуется:

1. Реле (на каждую лампу) — Реле можно использовать любые 12-ти вольтовое на ток более 5А, можно и автомобильные.
2. Резистор (номиналом 0,1-0,5 Ом) — подбирается индивидуально под характеристики реле, так чтобы реле срабатывало при максимально возможном значении сопротивления. Резистор нужно использовать мощный керамический около 5 Ватт.

Размещение: две релюшки можно установить где угодно (например, под капотом возле фар или в блоке предохранителей).

Разновидности лампочек

В светорегуляторах используют самые разные типы источников света: лампы накаливания, галогенные (обычные и низковольтные), люминесцентные, светодиодные лампочки. Варианты подключения диммера с выключателем отличаются в зависимости от типа используемых ламп.

Лампочки накаливания и галогенные лампы

Эти источники света рассчитаны на 220 вольт. Чтобы изменить интенсивность освещения, применяются диммеры любых моделей, так как нагрузка все активная в силу отсутствия емкости и индуктивности. Недостаток систем такого типа — сдвиг цветового спектра в сторону красного цвета. Происходит это в случае уменьшения напряжения. Мощность диммеров находится в промежутке между 60 и 600 ваттами.

Низковольтные галогенные лампочки

Для работы с низковольтными лампами понадобится понижающий трансформатор с регулятором для индуктивной нагрузки. Отличительная особенность регулятора — маркировка аббревиатурой RL. Рекомендуется приобретать трансформатор не отдельно от диммера, а как встроенное устройство. Для электронного трансформатора устанавливают емкостные показатели. Для галогенных источников света важную роль играет плавность колебаний напряжения, иначе срок жизни лампочек резко сократится.

Люминесцентные лампы

Стандартный диммер придется менять на ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура), если запуск осуществляется выключателем, стартовым тлеющим зарядом или электромагнитным дросселем. Простейшая схема системы с люминесцентными лампами показана на рисунке ниже.

Напряжение на лампочку направляется с генератора частоты 20–50 кГц. Свечение образуется за счет вхождения в резонанс контура, создаваемого дросселем и емкостью. Для изменения силы тока (что меняет яркость света) нужна смена частоты. Процесс диммирования начинается сразу после достижения полной мощности.

Электронная пускорегулирующая аппаратура производится на основе контроллера IRS2530D, оснащенного восемью выводами. Данное устройство выступает в качестве полумостового 600-вольтного драйвера, обладающего функционалом для запуска, диммирования и предотвращения выхода из строя. Интегральная схема рассчитана на реализацию всех возможных способов контроля, благодаря наличию множества выходов. На рисунке внизу изображена схема управления люминесцентными источниками света.

Светодиодные лампочки

Хотя светодиоды экономичны, нередко появляется необходимость уменьшения яркости их свечения.

Особенности светодиодных источников света:

• стандартные цоколи E, G, MR;
• возможность функционирования с сетью без дополнительных устройств (для 12-вольтовых ламп).

Со стандартными диммерами светодиодные лампочки несовместимы. Они просто выходят из строя. Поэтому для работы со светодиодами применяют специальные выключатели с регуляторами яркости для светодиодных ламп.

Подходящие для светодиодов регуляторы выпускают в двух исполнениях: с контролем напряжения и с управлением посредством широтно-импульсной модуляции. Первый тип устройств очень дорог и габаритен (в него входит реостат или потенциометр). Светорегуляторы с изменением напряжения — не лучший выбор для низковольтных лампочек и способны работать только при 9 и 18 вольтах.

Для этого типа источников света характерно изменение спектра как реакция на регулировку напряжения. По этой причине регулировка световых диодов осуществляется путем контроля за продолжительностью передаваемых импульсов. Так удается избежать мерцания, поскольку частота следования импульсов доходит до 300 кГц.

Существуют такие регуляторы с ШИМ:

1. Модульные. Управление осуществляется выносными регуляторами, пультами ДУ или с помощью специальных шин.
2. Установленные в монтажной коробке. Применяются в виде выключателей с поворотным или кнопочным управлением.
3. Выносные системы, устанавливаемые в конструкциях потолка (для лент светодиодов и точечных светильников).

Для широтно-импульсного регулирования необходимы дорогие микроконтроллеры. Причем ремонту они не подлежат. Возможно самостоятельное изготовление устройства на базе микросхемы. Внизу показана схема диммера для светодиодных лампочек.

Нормальная периодичность колебаний достигается за счет использование генератора, в составе которого имеется конденсатор и резистор. Интервалы подключения и отключения нагрузки на выходе микросхемы задаются размером переменного резистора. В качестве усилителя мощности служит полевой транзистор. Если ток выше 1 ампера, понадобится радиатор охлаждения.

Перспективы использования ламп

Традиционные лампочки, которые запрещены сегодня к использованию во многих странах, могут вернуться на рынок благодаря технологическому прорыву. Лампы накаливания, разработанные Томасом Эдисоном, дают освещение путем нагревания тонкой вольфрамовой нити до температуры 2700 градусов по Цельсию. Эта раскаленная проволока излучает энергию, известную как излучение черного тела, которая представляет очень широкий спектр света, обеспечивает не просто теплый свет, но и максимально точное воспроизведение всех известных цветов мироздания. Однако они всегда страдали от одной серьезной проблемы: более 95 % энергии, которая поступает в них, тратится впустую в виде тепловой энергии.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Пердью, нашли способ вернуть их былую популярность и обещают создать новые лампы MIT с эффективностью светодиода. Она будет работать путем размещения нано-зеркал вокруг обычного элемента, которые будут возвращать потраченное впустую тепло обратно для получения света в диапазоне эффективности светодиодных и флуоресцентных светильников.

Элемент лампы окружен системой нано-фотонных зеркал с холодной стороны, которые пропускают видимый свет. Но отражают тепло от инфракрасного излучения. Это тепло затем поглощается ее элементом, заставляя излучать больше света. Этот оригинальный трюк очень простой и жизнеспособный. Вольфрамовый элемент тоже был изменен — MIT использует ленту вместо нити, что лучше для поглощения отраженного тепла. Эксперимент, который выполнили физики Огнин Илик, Марин Сольячич и Джон Джоаннопулос, уже сумел утроить ее эффективность до 6,6 %.

Ученые уверены, что могут достичь 40 % эффективности, которая находится на верхнем пределе возможности для любого источника света. Современные светодиоды пока достигают уровня 15 %.

И если ученые выполнят свои амбициозные обещания — традиционные лампы заслуженно воспрянут из забытья. Тогда плавное включение и выключение света будет обеспечено их конструкцией.