Artellie.ru

Дизайн интерьеров
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свет накаливания постоянного тока

Свет накаливания постоянного тока

Если вы снимаете видео только на улице, используя для освещения солнце и его отражение, то маловероятно, что вы столкнетесь с проблемой мерцания света на видео. Однако эта проблема существует, и она легко может превратиться в головную боль.

Важно понимать, что любой электрический источник света, будь то вольфрамовая лампа накаливания, флуоресцентная лампа или же светодиодная, на самом деле мерцает, но самое важное это то, как на это реагирует камера.

Вольфрамовые лампы накаливания, при нормальном использовании, не мерцают на видео, однако, когда лампа подключена к переменному току, она циклично нагревается и остывает. Когда спираль нагревается, она начинает излучать свет, и излучает она даже тогда, когда она остывает, и затем она снова нагревается. Для человеческого глаза все это незаметно, и снимая видео с нормальной частотой кадров, мерцания на видео не будет. Однако при увеличении частоты кадров можно поймать моменты, когда на кадрах будет неравномерное освещение, что и приведет к мерцанию. Это наиболее заметно при маломощных лампах, при использовании 5000-Вт ламп их нагрев такой высокий, что они не успевают достаточно остыть, чтобы вызвать мерцание.

Свет от флуоресцентной лампы генерируется электрической дугой, проходящей через трубу, создавая внутри плазму, которая возбуждает фосфор, находящийся внутри трубки, в результате чего происходит излучение света. Эти лампы полностью отключаются и затем включаются 100 раз в секунду, 50 раз включаются и 50 раз выключаются. Снимая видео с частотой в 25 кадров, удается добиться отсутствия мерцания из-за того, что на один кадр придется 2 состояния лампы, и это будет достаточно стабильно на всех кадрах. Но это все в теории, на практике камеры часто снимают не полные 25 или 50 кадров, что в крайне редких случаях может привести к некоторым проблемам, например, цвет на видео может изменить свой оттенок.

Однако, если вы снимаете с переменной частотой кадров, или с высокой частотой, особенно если эта частота не делится на 50, то, скорее всего, вы заметите мерцание на своем видео. Один из способов избавиться от этой проблемы — использовать не бытовые лампы освещения, а специальные светильники с немерцающими лампами (flicker-free). Эти лампы меняют свое состояние до 250.000 раз в секунду, так что, хоть они все же и мерцают, маловероятно, что этой частоты будет недостаточно, и вы увидите мерцание на своем видео.

Другой тип освещения – LED лампы, которые могут питаться как переменным, так и постоянным током. LED, которые питаются от источников переменного тока будут обладать проблемами с мерцанием, аналогично флуоресцентным лампам. Однако большинство LED светильников, предназначенных для видеосъемок, питаются от постоянного тока, от сети или аккумулятора, что, по факту, делает их немерцающими. Однако, если подключить LED лампу к розетке с переменным током используя конвертор, можно снова столкнуться с проблемой. Низкокачественные источники питания могут пропустить переменное напряжение на LED лампу, создавая эффект «пульсации». Эти пульсации могут привести к мерцанию LED светильника, негативно влияя на съемку. Использование аккумуляторов может облегчить эту проблему, так как батарейки подают исключительно постоянный ток.

Другим вопросом при работе с освещением является диммирование. Диммирование освещения может вызвать проблемы с вольфрамовыми, флуоресцентными и LED лампами. Диммирование вольфрамовой лампочки (бытовой или профессиональной) может привести к вибрации нити накаливания, создавая сторонний звук, что может вызвать проблемы при аудиозаписи. С флуоресцентными лампами, в зависимости от степени диммирования, может возникнуть проблема дестабилизации электрической дуги, что приведет к эффекту пульсации и появлению заметного мерцания. LED лампы также могут страдать от мерцания при диммировании, даже если питание идет от аккумулятора.

Читайте так же:
Расчет токов короткого замыкания в сетях с осветительной нагрузкой

Добиться диммирования LED лампы можно с помощью ШИМ (Широтно-импульсная модуляция), которая работает по принципу отключения питания, т. е. привносит периодичность в работу лампы. Это позволяет добиться затенения света путем пульсации лампы. Если эти пульсации происходят достаточно часто, то они незаметны ни для человека, ни для камеры. Тем не менее, как и с флуоресцентными лампами, можно столкнутся с мерцанием. Если пульсация не соотносится с частотой съемки, то на отснятом материале можно заметить мерцание, даже если оно не заметно невооруженным взглядом. Существует так-же другой метод диммирования, на основе импульсного стабилизатора напряжения, при котором частота включений и отключений достигает порядка 500.000 герц, что можно классифицировать как flicker-free.

В итоге, каким бы освещением вы не пользовались, будь то вольфрамовые, флуоресцентные или LED лампы, пока вы снимете со стандартной частотой кадров, проблем возникнуть не должно. Но если вы хотите снимать видео с нестандартной или переменной частотой кадров, или собираетесь использовать диммирование освещения, то лучшим выбором будет использование немерцающих ламп.

Переменный и постоянный ток – в чем отличие?

Электроток – упорядоченное движение позитивно заряженных частичек, в качестве которых, в зависимости от среды, могут выступать электроны, ионы, катионы и анионы, обладающие определенным статичным зарядом.

Постоянный ток всегда «протекает» в одностороннем направлении: в стальных проводах от «плюса» к «минусу». Что касается переменного тока, то судя из названия, понятно, что он подвергается изменениям. Каким образом происходят изменения?

В домашних розетках «находится» ток, подвергающийся синусоидальным колебаниям при значении частоты 50 Гц. Если обратить внимание на электрическую цепь обычной лампы накаливания, то здесь получаем:

  • электроны в поле постоянного тока всегда передвигаются от «-» к «+»;
  • в случае переменного, движение определяется частотой генератора – то есть, при частоте тока 50 Гц курс потока электронов изменится 100 раз за 1 секунду. То есть, по сути, в розетке плюс и минус поменяются местами 100 раз. Поэтому, независимо от того, какой стороной вставляется вилка в розетку, техника или бытовой прибор будет нормально работать.

Физический смысл переменного тока выражается по синусоидальному закону: от «0» до максимального положительного значения, далее до «0» и отрицательного максимума амплитуды. При переменном токе также изменяется его заряд и полярность в диапазоне 100-0-100%. Кроме этого ток переменный легче преобразить.

Источники тока

Первым человечество узнало об электросетях постоянного тока, но из-за конструктивной сложности генератора, с ними возникали постоянные проблемы и частые поломки. Конструкция же генератора переменного тока намного проще, что сказывается на удобстве в эксплуатации.

Для того чтобы добиться одинаковых параметров мощности, нужно повышенное напряжение и малый ток или наоборот. Чем больше сила тока, тем потребуется большее сечение провода – а это затратно. К примеру, по проводам малого сечения можно передавать до 1,5 млн Вольт электроэнергии при величине силы тока в 100А и минимальных потерях. Далее, подстанция «заберет» до 500 тысяч Вольт при силе тока 10А и «отдаст» в сеть 10 тысяч Вольт при 500А. Потом, районные электрические трансформаторные станции преобразуют напряжение на 220В или 380В для потребительских целей при величине силы тока 10 тысяч Ампер.

Похожий принцип действия, но в противоположную сторону имеет стационарный компьютер. ПК сначала преобразует переменный в постоянный ток, а далее посредством БП (блок питания) снижает параметр напряжения до требуемой для правильной работы всех узлов ПК величины.

Для справки. А знаете ли Вы, что в конце 19 столетия, процесс электроснабжения населенных пунктов мог пойти по другому пути. Изобретатель Томас Эдисон продвигал в массу значимость постоянного тока. И если бы не эксперименты выдающего ученого Никола Тесла, обосновавшего эффективность переменного тока, то все в мире могло пойти по абсолютно другому пути. Сербский ученый Тесла первым разработал многофазный генератор, выдающий переменный ток, что позволило доказать превосходство переменного тока над источниками постоянного электричества.

Читайте так же:
Тускло горят светодиоды при выключенном выключателе

Устройства постоянного напряжения:

  • различные виды батареек;
  • аккумуляторы разных типов;
  • генераторы;
  • преобразователи и выпрямители;
  • приборы для аварийного освещения.

К переменным относятся:

  • генераторы;
  • повышающие и понижающие трансформаторы;
  • стационарные электро розетки.

Огромный выбор оборудования и комплектующих для монтажа электрических сетей переменного и постоянного типа представлен в интернет-магазине «Пауэрлюкс». Наши специалисты подберут электротехническую продукцию под ваши конкретные задачи уже сейчас. Звоните!

Лампа накаливания – светоотдача люминесцентных лампочек в ватта

Самое привычное для нас световое устройство это обычная лампочка накаливания. Она представляет собой источник освещения, состоящий из стеклянной колбы, тела накаливания, электродов, цоколя и изолятора.

В наше время стали популярны галогенные лампы накаливания. Они просты, надежны, и приобрести их можно по очень невысокой цене. Несмотря на популярность ламп накаливания, они обладают рядом недостатков. КПД такого прибора около 2%, низкая светоотдача в пределах 20 Лм/Вт и короткий, около 1000 часов, срок службы.

Принцип работы

При подключении к электрической сети лампа накаливания преобразует электрическую энергию в световую, посредством нагревания проводника (нити) накала. Изготовленная из тугоплавкого вольфрама или его сплавов, нить находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом или вакуумом (для маломощных ламп до 25 Вт).

Принцип работы лампы накаливания

Колба служит для защиты от воздействия внешних факторов, а инертный газ (криптон, азот, ксенон, аргон и их смеси) не позволяет вольфрамовому проводнику окислиться и уменьшает теплопотери. Нить раскаляется под действием проходящего через нее тока до температуры порядка 3000ºС (такая высокая температура со временем приводит к истончению и перегоранию проводника).

В результате нагрева происходит электромагнитное излучение, небольшая доля которого находится в видимом спектре, основная часть представляет собой инфракрасное излучение. Световой поток возникает, когда очень высокая температура нити накала преобразует электромагнитное излучение в видимый свет лампы.

Потребляемая лампой энергия частично преобразуется в видимое глазом излучение. Основная часть под действием конвекции внутри колбы рассеивается в процессе теплопроводности.

Возникающий в лампах накаливания свет находится в части желтого и красного спектра лучей, поэтому близок к дневному свету.

Световой поток

Прямое назначение любого светового прибора – освещение. В лампе накаливания оно создается путем преобразования тепловой энергии в световой поток.

Люксметр и пульсметр

Определение и правила измерения

Световой поток — величина, которая характеризует световую мощность (световая энергия, которая переносится через некоторую поверхность за единицу времени излучением) видимого излучения в потоке этого излучения, то есть по производимому на глаз человека световому ощущению.

Чувствительность этого ощущения можно определить по кривой спектральной эффективности, которая утверждена МКО. Единицей измерения светового потока в Международной системе единиц является люмен (лм или lm), который рассчитывается по формуле:

1 лм = 1 кд*ср (1 лк × м2), где:

  • кд – кандела;
  • телесный угол, 1 стерадиан.

Энергия в пучке света имеет временное и пространственное распределение. Источники, излучающие световой поток, различают по распределению цветов спектра:

  • линейчатый спектр (отдельные линии);
  • полосатый спектр (рядом расположенные разграниченные линии);
  • сплошной спектр.

Спектральная плотность светового пучка характеризуется распределением лучистого потока по спектру. Измеряется в Вт/нм.

Соотношение с мощностью элемента

Возрастание светового потока напрямую зависит от мощности лампы. На графике (см. рисунок ниже) прослеживается четкая зависимость возрастания яркости пропорционально возрастанию мощности.

Зависимость светового потока от мощности потребления

Таблица – Зависимость уровня светового потока и мощности лампочки накаливания

Лампа накаливания, ВтСветовой поток (лм)Напряжение на лампе, В
4061012
4057036
40340230
40400240
6095536
60735225
60645230
60711235
60670240
75940220
75960225
100158136
1001381225
1001201230
1001361235
1502151230
1502181240
2002951225
2003051230
3003361225
3004801230
3004851235
5008401220
75013100220
100018700220

Лампы накаливания одинаковой мощности могут излучать разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.

Сравнение с другими типами ламп

Сравнительный анализ светового потока ламп накаливания с более совершенными люминесцентными и светодиодными лампочками позволяет оценить его эффективность.

Читайте так же:
Ночник светодиодная подсветка выключателя
Таблица – Сравнение лампочки накаливания со светодиодной и люминесцентной (энергосберегающей лампочкой)

Лампа накаливания,
мощность, Вт
Светодиодная лампа,
мощность, Вт
Люминесцентная лампа,
мощность, Вт
Световой поток, Лм (приблизительное значение)
202-34-7251
403-510-14399
607-1114-16701
7511-1319-21899
10013-1625-351205
15016-2141-551805
20021-3059-802505

Уровень светоотдачи для лампочек разного типа

Видео

Данное видео расскажет Вам о том, что такое световой поток.

Несмотря на преимущества лампочек накаливания, таких, как моментальное включение, низкая стоимость, большой выбор форм и мощности, отсутствие мерцания, эффективность светового потока по отношению к потребляемой мощности очень низкая, по сравнению с изделиями нового поколения. За рубежом доля вольфрамовых элементов в общем потоке составляет порядка 10 %.

Принцип работы источников питания

Почти полуторавековая «эра» применения ламп накаливания в настоящее время подходит к концу. На смену им на короткое время сначала пришли энергосберегающие люминесцентные лампы, а в последнее время все более прочные позиции занимают светодиодные светильники.

К сожалению, принципы питания электрических ламп накаливания настолько укоренились в массовом сознании, что механически переносятся и на светодиодные светильники. Однако, если лампу накаливания достаточно подключить к соответствующему напряжению, неважно, переменного или постоянного тока, чтобы она светила, то светодиодам требуются источники питания с особыми характеристиками, которые мы сейчас и рассмотрим.

Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, состоящий из двух зон, одна из которых содержит свободные электроны, а другая — «дырки». Свечение возникает при рекомбинации электронов и «дырок» в области перехода между этими двумя зонами. Яркость свечения в первом приближении пропорциональна силе протекающего через него тока.

А как же быть с напряжением? Ведь лампы накаливания способны светить при самых разных величинах питающего напряжения — от долей вольта до нескольких тысяч вольт, лишь бы сопротивление спирали соответствовало нужному значению в соответствии с законом Ома. Оказывается, никак! P-N-переход — структура, обладающая фиксированным порогом, при котором возникает излучение света и зависящем только от материала кристалла и технологии его изготовления. Для светодиодов разного цвета он составляет от 1,6 В (инфракрасные и красные) до 4,4 В (ультрафиолетовые) — Рис. 1. Зависимость падения напряжения на P-N-переходе светодиодов разного цвета от силы протекающего через них тока

Схема 1

Наиболее часто применяемые для освещения белые светодиоды (на самом деле они либо синие, либо ультрафиолетовые, покрытые люминофором, переизлучающим свет в видимом диапазоне), имеют падение на P-N-переходе порядка 3…3,3 В. Таким образом, светодиоды, в принципе, являются низковольными источниками света, к тому же требующими для своего питания постоянный ток. К относительно высокому напряжению их можно подключать, лишь соединив несколько светодиодов последовательно в «гирлянду».

Как видно из Рис. 1, пока напряжение через P-N-переход светодиода не достигло порога открывания, ток через него практически не протекает и свет не излучается вообще! Как только переход открылся и через него начал протекать ток, начинается свечение. При этом минимальное приращение напряжения на P-N-переходе ведет к драматическому повышению тока через него (линия вольт-амперной характеристики идет почти вертикально). Если же при этом учесть, что протекание тока через светодиод вызывает его нагрев, при котором падение напряжения на P-N-переходе снижается, то очевидно, что при питании светодиодов стабильным напряжением ток через них будет все время возрастать, пока выделяющееся на кристалле тепло не превысит максимально допустимое значение и он не разрушится от теплового пробоя. Особенно критичен данный эффект для мощных светодиодов (0,5…1…2…5 Вт), которые по определению выделяют достаточно много тепла.

Читайте так же:
При проверке розетки индикатором светится

Поэтому светодиоды следует питать не стабильным напряжением, а стабильным током! А падение напряжения на P-N-переходе будет таким, какое уж получится при данном токе и температуре кристалла. Таким образом, источники питания для светодиодов (их еще называют «драйверами», т.е. «водителями») являются стабилизаторами тока.

Поскольку мы здесь рассматриваем только сетевые источники питания, то опустим особенности конструкции низковольтных светодиодных лент и светодиодных фонариков.

По принципу стабилизации выходного тока светодиодные драйверы, питающиеся от сети переменного тока напряжением 230 В (с 2014 г. действует ГОСТ 32144-2013, в котором это напряжение задекларировано вместо привычных 220 В), можно подразделить:

— на базе реактивного сопротивления балластного конденсатора
— на базе импульсных преобразователей входного переменного напряжения в постоянный выходной ток

Конденсаторный драйвер является самым простым по конструкции, но в то же время и с самыми отвратительными характеристиками излучаемого света. Поскольку на частоте 50 Гц через балластный конденсатор протекает примерно 70 мА тока на каждую микрофараду емкости, то очевидно, что для питания даже одноваттных светодиодов током до 350 мА, потребуется емкость порядка 4…5 мкФ. Габариты такого конденсатора будут чрезмерно большими, а пульсации яркости светильника с таким драйвером — неприемлемо высокими.

Рис. 2 Пульсации яркости светодиодной лампы с конденсаторным драйвером, фиксируемые камерой смартфона (горизонтальные чередующиеся темные и светлые полосы)

У конденсаторных драйверов есть еще оно крайне неприятное свойство. При подаче питания на пике синусоиды сетевого напряжения импульс тока через конденсатор намного превышает допустимый для светодиодов, вызывая их электрический пробой.

На Рис. 3 приведены фото двух светодиодных ламп. Слева — с конденсаторным драйвером и справа – с полупроводниковым преобразователем. Как видно, пульсации яркости левой лампы с частотой сети не позволяют отнести ее к категории полезных для глаз.

Таким образом, задачей драйвера, предназначенного для питания светодиодных светильников, является формирование стабильного тока через них, при напряжении, соответствующем текущему падению на цепочке светодиодов.

По принципу связи с питающим сетевым напряжением транзисторные драйверы можно подразделить на изолированные, в которых выходные клеммы подачи напряжения на светодиоды (т.н. «холодная» часть), никак не связаны гальванически со входными цепями («горячая» часть) и неизолированные, в которых выходные клеммы тоже «горячие», т.е. гальванически соединены со входными. Драйверы первого типа предназначены для светильников, эксплуатирующихся под открытым небом и подвергающихся всем воздействиям непогоды (сырость, туман, дождь, снег и т.п.), а также в сырых помещениях и в ручных светильниках. Драйверы второго типа можно использовать в стационарных светильниках, размещаемых в помещениях с низкой влажностью, если не предусматривается прикосновения к ним руками. Конечно, и в этих случаях можно использовать драйверы первого типа, если устраивает их цена (первые, как правило, дороже вторых).

Опциональным (необязательным, но весьма желательным) узлом драйверов, а для светильников мощностью 20 Вт и более — обязательным, является корректор коэффициента мощности (ККМ или англоязычный термин —Power Factor Corrector, PFL). Он существенно снижает влияние выпрямителя с емкостным фильтром на форму сетевого напряжения (Рис. 4).

Диодно-конденсаторный корректор

Рис. 4 Искажения формы сетевого напряжения из-за влияния выпрямителя
с емкостным фильтром без корректора коэффициента мощности

Высокопроизводительный ККМ с хорошими параметрами выполняется на специализированных микросхемах. Рекомендуемый иногда (с целью удешевления) пассивный диодно-конденсаторный ККМ (Рис. 5) увеличивает уровень пульсаций выпрямленного сетевого напряжения, а следовательно, пульсаций яркости светильников и для глаз также не полезен.

Читайте так же:
Lg32 14pl1 ток подсветки

На входе преобразователя обычно размещается сетевой противопомеховый конденсаторно-дроссельный фильтр (Рис. 6), главной задачей которого является отнюдь не защита самого преобразователя, а наоборот — предотвращение проникновения импульсных помех, формируемых преобразователем, в сеть, поскольку они могут привести к сбоям некоторых электронных устройств (модемы, телефоны и т.п.). В состав ККМ он обычно входит по умолчанию (Рис. 6).

Важным параметром источников питания светодиодных светильников является мощность, которую они могут обеспечить на светодиодах. Не углубляясь в обсуждение принципиальной разницы между вольт-амперами (В˖А) и Ваттами (Вт) и учитывая, что на каждом P-N-переходе падает 3…3,3 В, можно прикинуть, что светодиод мощностью один ватт потребляет ток, равный 0,3…0,35 А. Двухваттный — соответственно, 0,6…0,7 А и т.д. Мощность светодиодов, соединенных последовательно, суммируется, а поскольку на каждом из них падают те же 3…3,3 В, то суммируется и падение напряжения на их цепочке, тогда, как ток через нее остается неизменным, независимо от количества последовательно включенных светодиодов. Указанные токи являются максимально допустимыми при длительной (непрерывной) работе, разогревая кристалл светодиода до достаточно высоких температур. Практически для работы выбирают примерно 80 % от максимального значения допустимого тока. Яркость свечения при этом падает незначительно (практически незаметно для глаз), а вот нагрев — существенно, продлевая срок функционирования светодиодов.

Хотя выше было указано, что выходное напряжение источника питания светодиодных светильников является вторичным и некритичным параметром, вместе с тем, его следует учитывать при выборе драйвера. Если в техническом описании указано, что он способен обеспечить на выходе 15…115 В, то значит, что к такому драйверу можно подключить от 5 до 36 светодиодов, соединенных последовательно в одну цепочку (3…3,3 В ˖ 5…36 = 15…118 В).

Размеры драйвера хоть и являются второстепенным параметром, однако, могут сыграть определенную роль в конструкции светодиодных светильников, обеспечивая их миниатюризацию.

В заключение хотелось бы развеять широко распространенное заблуждение о необходимости защиты выхода светодиодного драйвера от короткого замыкания. Для стабилизаторов напряжения справедлива редакция формулы закона Ома:

где: I — ток нагрузки, U — выходное напряжение, R — сопротивление нагрузки.

При R, стремящемся к бесконечности (отсутствие нагрузки), выходной ток I стремится к нулю независимо от значения выходного напряжения U. И наоборот, при коротком замыкании (К.З.) выхода (R → 0) выходной ток стремится к бесконечности. Естественно, такой аварийной ситуации следует избегать, вводя в схему узел защиты от превышения выходного тока.

Для светодиодных драйверов, являющихся стабилизаторами тока, действует другая редакция формулы закона Ома:

Исходя из нее, видим, что при стремящемся к нулю сопротивлении нагрузки, к нулю стремится и выходное напряжение, независимо от установленного тока. Это значит, что режим К.З. их выхода (в отличие от стабилизаторов напряжения) является штатным. Иными словами, выходной ток больше того, на который настроен драйвер, не будет превышен никогда! А вот обрыв нагрузки, при котором ее сопротивление стремится к бесконечности, ведет к такому же, стремящемуся к бесконечности, росту выходного напряжения. Поскольку идеальных компонентов не бывает, это напряжение «найдет себе дорогу», разрушив (пробив) выходные цепи драйвера (Рис. 7). Поэтому светодиодный драйвер обязательно должен быть защищен от аварийного обрыва нагрузки, который является намного более вероятным, чем К.З.

Разрушение сетевого драйвера

Рис. 7 Разрушение сетевого драйвера светодиодного светильника
вследствие обрыва цепочки питаемых им светодиодов

Электрооборудование, выполненное непрофессионалами не сможет должным образом обеспечить надёжную работу ваших светодиодных светильников. Покупайте продукцию только у проверенных производителей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector