Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.

Регулятор мощности на тиристоре или принцип работы современных диммеров

регулятор мощности на тирристоре

Не удивляйтесь столь странной картинке в заголовке этой статьи. Она хорошо отражает то, о чем мы будем говорить.

Недавно мы рассмотрели в одной из статей диммеры (приборы плавной регулировки освещения), и один из читателей упрекнул нас в том, что мы допустили ошибку, утверждая о том, что экономия электроэнергии при помощи этих приборов сильно преувеличена. Как пример был приведён регулятор мощности на тиристоре, который экономит энергию.

Поскольку в статье о выключателях с регулятором яркости рассматривались и другие аспекты, мы решили её не править, а рассмотреть отдельно вопрос какова экономия энергии при помощи регулятора напряжения на тиристоре.

Схема регулятора и параметры регулировок

Для начала напомним, что диммеры с резисторами рассеивают часть энергии в тепло и ничего не экономят. Первые такие диммеры использовались в театрах, позже для этих целей стали использовать трансформаторы. Оба устройства, ввиду своих габаритов, неприменимы для бытовых целей.

Первые бытовые диммеры были также построены на резисторах, часть моделей до сих пор в продаже, и стоят недорого. Не все наши читатели эксперты в электротехнике, поэтому рассмотрим ситуацию на простом примере. Две одинаковые комнаты, лампа 50Вт и лампа 100Вт с диммером на резисторе. Здравый смысл говорит о том, что если лампу 100Вт прикрутить диммером до светимости 50Вт, на сопротивлении будет рассеиваться в тепло 50Вт. На самом деле нет. Зависимость яркости свечения от напряжения нелинейная, поэтому для снижения светимости на 45% нужно снизить напряжение на 15%. Потребляемая мощность при этом снизится на 21%. Графически в идеальном случае это выглядит так:

Зависимость мощности, светимости от напряжения

Фактически мы теперь имеем две комнаты. В одной светит лампа 50Вт и потребляет 50Вт, во второй светит лампа 55Вт (100 – 45), потребляя 79 Вт (100 – 21). Диммер с резистором при этом нагревается не за счет "сэкономленной мощности" в 21Вт, а за счет сложной зависимости 15% напряжения (фактически 33В плюс сопротивление резистора), и схемы устройства ( с учётом зашиты от перегрева на резисторе) такого диммера. Можно спорить про формулы и закон Ома до хрипоты, но факты упрямая вещь. Диммер на резисторе экономит не больше 3-5% энергии и нагревается всего лишь на несколько градусов выше температуры тела человека даже при длительной работе.

Теперь рассмотрим электронный регулятор мощности на тиристоре, и начнём с принципа действия. Ниже будет приведена схема диммера на тиристоре, но сначала ответим на вопрос, куда делся ток и мощность? Это график синусоиды (тока) на выходе диммера к лампе.

Принцип действия регулятрора напряжения на тиристоре

Чем больше мы «прикручиваем» диммер, тем больше время, когда тока нет – горизонтальные линии на графике синусоиды. Сама форма изменённой синусоиды это как раз значение напряжения, (тиристор работает при определённых значениях) и силы тока. Именно изменение напряжения и силы тока снижает яркость свечения лампы накаливания.

Теперь обещанная схема диммера на тиристоре:

Схема диммера на тиристоре

Как это работает?

  • R1 - это сопротивление, та самая ручка, которую мы крутим чтобы лампочка R2 светила меньше.
  • D1 – диодный мост. Его задача обеспечить выпрямление напряжения так, чтобы тиристор VS работал с каждой полуволной синусоиды. Сам тиристор имеет два положения – открыто и закрыто. Открывается он сигналом, и открыт, пока не изменится характеристика тока так, что он закроется. Это дверь для тока. Тиристор приоткрывает её так, чтобы в дверь пролезло столько тока, сколько считает нужным тиристор.
  • VD2 (динистор) - швейцар, который даёт сигнал тиристору на открытие двери. Перед этим он сам открывает свою, вторую дверь. Если посмотреть на схему, при двух открытых дверях линия заработает.

В схеме главный конденсатор С. Он начинает заряжаться сразу, как только мы включили свет через лампочку R2. Зарядившись, он командует динистору VD2, что пора открывать дверь и цепочка начинает работать. При этом конденсатор С разрядился и ждет, пока тринистор и динистор закроют двери, чтобы начать заряжаться снова и повторить цикл. Одинокий диод VD1 стоит на страже, на случай пробоя, то есть, не позволяя току течь в обратном направлении.

В принципе так и работает регулятор мощности на тиристоре – ограничивает параметры напряжения и тока, открывая и закрывая «дверь», по сути, производя отключения питания в течения цикла, когда потребления энергии нет. Так что, выходит, что регулятор напряжения на тиристоре, современный диммер, правда экономит много электроэнергии?

Мы повторимся, что не претендуем на Нобелевскую премию, напротив наша задача прямо противоположна. «Усложнять просто, сложно упрощать» (с)

Для начала поясним, что регулятор мощности и регулятор напряжения на тиристоре это почти одно и тоже, поэтому мы и рассматривали их как один прибор. Отличия есть, но о них ниже.

Начнём с достоинств этого регулятора и реальных преимуществ:

  • Плавный пуск осветительных приборов, что значительно продлевает срок службы, особенно ламп накаливания; Возможность регулирования яркости лампы, что позволяет управлять освещённостью помещения или поддерживать «дежурный» режим освещения в темное время суток;
  • Возможность управлять освещённостью, в том числе по таймеру, с пульта ДУ, или с одного диммера зонировать освещённость зон в одной комнате;
  • Возможность (для диммеров с памятью) оставить на ночь низкий уровень освещённости, чтобы спросонок не ослепляла яркая лампа.

Это действительно преимущества диммера перед обычным выключателем, о чём мы уже говорили. Теперь перейдем к главному достоинству регулятора мощности на тиристоре – прямой экономии электроэнергии и денег потребителя. Нам пришлось перелопатить приличное количество источников информации, чтобы установить значение заявленной характеристики, а именно процент экономии электроэнергии. Если у Вас найдётся время – повторите поиск сами (если мы Вам скажем границы этого значения, Вы нам просто можете не поверить).

Что такое скважинность и « с чем её едят»

Но перед тем как посчитать самим, вспомним слово «скважинность» в комментарии, который побудил нас разобраться в этом вопросе. Возможно, в нём кроется ключ к разгадке тайны экономии энергии?

Итак, регулятор напряжения на тиристоре изменяет сважинность в цепи, где он установлен. Скважинность – это отношение длительности пикового импульса (красная линия) к длительности цикла (зелёная линия).

Скважинность

Чем меньше это значение, тем меньше тока пропущено к нашей лампочке (мы говорим именно о регуляторе напряжения на тиристоре, хотя это важная характеристика любой импульсной системы). Важность этой характеристики для импульсных систем такова, что балансирование на предельно допустимых значениях (той же экономии) может приводить к сбоям и потери информации (для систем связи, например).

Но мы говорим об электрике, поэтому посмотрим, что даст предельное значение скважинности (это, кстати, безразмерная характеристика, своего рода процент «пропускной способности системы» в нашем примере с диммером). Рассмотрим нить накаливания. Вместо привычного режима работы она будет разогреваться и остывать, с заданными параметрами. Напомним, что с точки зрения нити накаливания её то включат, то выключат. Предельным значением скважинности станет визуально заметное мигание лампы. Обратим внимание, что при этом перегрузки нити накаливания не будет – «щадящий режим токов», а значит, нить не перегорит. Мы просто станем видеть мерцание. Одновременное изменение параметров тока сглаживает этот эффект с одной стороны, с другой стороны: чем «темнее» лампочка, тем менее заметен этот эффект.

Тем не менее, при недостатках в этом смысле важно главное – параметры тока в цепи меняются, и время от времени тока вообще «нет». А раз нет тока, нет и потребления.

Отлично – экономия есть!

Сколько экономит энергии диммер, если он её экономит?

Теперь давайте вернёмся к тому, сколько мы экономим на самом деле. Забудем о резисторах, рассеивании тепла и прочем. Обратим внимание на то, что у нас изменился регулятор, который умеет изменять параметры тока, не расходуя излишки на нагрев.

Но перед этим для тех, кто не стал искать в Сети информацию о том, сколько же процентов энергии экономит регулятор напряжения на тиристоре, то есть цифры, которые мы нашли. Только отнеситесь с пониманием!

  1. Рекордсмен – диммер ABB, который экономит (барабанная дробь) до 75% энергии. Информация откуда? Правильно – от продавца этих диммеров.
  2. Скромное второе место с экономией 60% занимает аналогичный прибор AEG. Данные конечно от продавца.
  3. Далее ещё несколько производителей с экономией энергии в интервале от 50 до 40%.
  4. Приз за скромность в этом забеге получает Schneider Electric с цифрой не менее 25%.

Так что мы имеем границы экономии энергии приборами разных производителей – от 25% до 75%. Согласитесь, учитывая надёжность брендов, к этим цифрам мы должны испытывать доверие, пиетет и уважение.

Но мы же не гонимся за премиями и лаврами, поэтому мы, с калькулятором, вернёмся к нашим двум комнатам, где две лампочки 50Вт и 100Вт, только заменим диммер с резистором, на регулятор мощности на тиристоре.

Изменилась схема диммера, теперь он на тиристоре, но нас интересует, как изменилась при этом физика процесса.

Напомним этот график. А также о том, что этот график нарисован с точки зрения лампочки, но не регулятора мощности, будь он даже на тиристоре.

Зависимость мощности от напряжения

По-прежнему, снижая мощность лампы 100Вт, мы выравниваем уровень освещённости в обеих комнатах.

Фактически в итоге мы имеем две комнаты. Две лампочки. В одной комнате 50 Вт и мощность 50 Вт, в другой лампа 100 Вт светит как лампа 50 Вт, потребляя мощность 79 Вт (100 – 21).

Если Вы заметили, мы смотрим на эту историю с точки зрения лампочки, которой «до лампочки», кто там регулирует напряжение. Поэтому полагаем, что большинство вдумчивых читателей уже поняли, какой предельный уровень экономии может быть достижим регулятором мощности на тиристоре, учитывая, что это график расчётно-идеальных условий без помех, паразитных наводок и не совсем чистых синусоид.

Заключение. Размер реальной экономии

Всё-таки будем упрямыми и вернёмся к тому, что диммер, прежде всего, изменяет освещённость в комнате. А значит, раз изменение освещенности основной фактор, от него и оттолкнёмся. Мы снова пригасим лампу до 50Вт. И посчитаем, сколько мы сможем (теоретически) сэкономить энергии в таких условиях, используя проверочный метод. Вернёмся к нашему многострадальному графику честных характеристик освещённости, добавив для разнообразия зависимость разных ламп накаливания для разных значений напряжения -

Зависимость освещенности от напряжения

Эта зависимость, как мы видим, практически линейная. (Это не совсем так, но мы рассматриваем идеальный случай). График приведён для того, чтобы нас не упрекали в использовании одного источника. Линейна-то она линейная, но и тут подвох. Снижение напряжения на 10% с 220 до 200В приводит к снижению освещённости в люксах со 155 до 110, а это 30%. Рассчитаем снижение светимости на 45% (85 люкс), что даст нам напряжение – 15% = 190В.

Фактически мы пришли к снижению потребляемой мощности на 23%.

Извините, если мы не объяснили последний абзац, это стандартная процедура проверки данных с другого конца, а многострадальный график для сравнения можно посмотреть выше.

В итоге исходные данные изменились немного. При снижении светимости на 45%, потребляемая мощность снизилась на 23%. Учитывая потери, которые имеет даже регулятор мощности на тиристоре (паспортные данные 3-5%), можно говорить о том, что предел экономии энергии такими приборами составляет НЕ БОЛЕЕ 20%.

Данная статья не направлена против этих полезных плавных регуляторов, поскольку любой прибор, сглаживающий пусковые токи полезен по умолчанию. Мы просто хотели развеять миф о том, что стоит поставить регулятор напряжения на тиристоре и у Вас наступит облегчение для кошелька. Мы уже писали о «приборах» для экономии энергии и повторимся, диммер – прибор для экономии энергии, потому что это выключатель.

И он действительно экономит деньги и энергию, когда Вы выключаете свет, ну или снижает немного сумму в квитанции от энергетиков. Примерно на 3-4%. Вы же не можете использовать диммер для утюга и СВЧ печи.


Похожие

Комментарии


Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.
  • Аватар пользователя
    Николай 1 год, 5 месяцев назад
    ответить
    а напишите отдельный раздел про бани и дачи. а то мы не буржуй нам бы чегонибудь попроще... и не пишите эти госты-мосты. лучше пишите чего надо делать чтоб не примотались.


  • Аватар пользователя
    Андрей 1 год, 5 месяцев назад
    ответить
    Засада короче. помню на вас там чувак наехал что не шарите в диммерах. походу это он не шарит. я вот нихрена не понял. как нет экономии, если лампочка меньше светит? она же тока меньше жрёт если мало светит? хрень короче какая то. ток куда девается в итоге, если экономии нет? запутади совсем(((


  • Аватар пользователя
    Борис 1 год, 5 месяцев назад
    ответить
    Андрей. В статье этот аспект рассмотрен довольно подробно. Да, здравый смысл говорит что если лампа светит тускло, то и мощность меньше, но это не так. Нить накаливания всё равно греется и тратит мощность, хотя и не светит, поскольку сила тока мала. Это трудно осознать, но понимание физики процесса того стоит. Нить накаливания светит только пока разогрета до высокой температуры. Эдисон перепробовал около 600-т материалов, пока не нашёл графит, а позже его заменил вольфрам. Кстати в нити накаливания четыре спирали, из очень тонкого проводника, оттого она и светит так ярко.


  • Аватар пользователя
    Андрей 1 год, 4 месяца назад
    ответить
    Короче я ситуацию показал. Давление в системе воды не изменяется если кран приоткрыт. Расход поменяется а давление будет такое же. Поэтому расход в тиристоре ниже и экономия на лицо. Только наоборот. Давление одинаковое. Расход меньше, и воды меньше утекает. Значит с тиристором дешевле.


  • Аватар пользователя
    Андрей 1 год, 3 месяца назад
    ответить

    Я другой Андрей. А мне понравилась статья. чётко и по сути. И главное что? Если бы димеры точно экономили 75% то хрен вам - они бы уже везде стояли вместо выключателей. Особенно шас когда киловат стоко стоит. Ещё бы посчитали за сколько окупится такой димер а то я запутался в расчетах(((



    • a1234555
      a1234555 1 год, 3 месяца назад
      ответить

      Кстати да. При средней цене в 300 рублей, и стоимости киловатта 2 р. мы получаем стоимость диммера в 150 киловатт. При экономии в 10% это окупаемость при расходе 1500 квт. В удельной оценке среднего расхода квартиры это примерно 14 месяцев на всём освещении (четыре зоны и 4 диммера). Если посчитать с точки зрения одной лампочки, то окупаемость на лампе в 100 Вт составит примерно 21 месяц.

       



  • Аватар пользователя
    Иван 10 месяцев, 2 недели назад
    ответить
    Существует мнение, что Коллектив авторов не столько просвещает народ в плане электрики, сколько коллекционирует неадекватов в комментариях. Где только берете?:) ПыСы: чирканули бы что-нибудь про полезность нагрузки, раз уж пролетариат в своей безумной гордыне не готов взглянуть на мир с точки зрения лампочки.


  • Аватар пользователя
    Антон 1 месяц, 2 недели назад
    ответить
    Я вот понять не могу, о какой экономии вообще речь ? Если в одной комнате стоватка горит, как 50Вт, а потребляет 75 Вт, В то время как в другой стоит 50 Вт, которые честно и потребляет. Статья хорошая, но выводы неправильные. Димер не приводит к экономии, напротив, мы имеем перерасход в 1,5 раза. Для экономии есть экономки, а димеры для регулирования яркости


    • Аватар пользователя
      Юрий 1 месяц, 2 недели назад
      ответить
      Антон, как раз об этом и статья. Экономия есть, но весьма призрачная. Это Вы весьма верно подметили. По-настоящему экономит нам денег только выключенная лампочка.


  • Аватар пользователя
    Дима 3 недели назад
    ответить
    Ну в конце резко написали про 3-4% по счёту за электроэнергию,лучше бы в итоге про конкретные проценты снижения стоимости за свет именно ещё раз повторили.20%,я так понял.откуда у вас 3-4 то.с учётом всех приборов чтоли


    • Аватар пользователя
      Юрий 3 недели назад
      ответить
      Дима, прочтите еще раз предложение: "Вы же не можете использовать диммер для утюга и СВЧ печи". По-моему все достаточно ясно и четко написано.


  • Аватар пользователя
    Дмитрий 2 недели, 5 дней назад
    ответить
    Возможно я ошибаюсь, но при описании резисторов R1 и R2 вы кажется перепутали их местами.


    • Аватар пользователя
      Борис 2 недели, 4 дня назад
      ответить
      Дмитрий, нет не перепутали. В приведённой схеме: R1 это выключатель, который позволяет в том числе полный разрыв цепи. R2 это лампочка, цепь в которой разорвать нельзя. Посмотрите ещё раз на схему. Разрыв в точке R2 приведёт к перегрузке участка сети, возможно к нештатной работе конденсатора С или динистора VD2. VD1 при этом останется открытым всё время, так как не будет контура. Извините, ошибки в этой схеме нет. Если не использовать зеркальную схему, которая также имеет право на существование и встречается в интернете.



Оставить комментарий


Реклама помогает поддерживать и развивать наши ресурсы.

Полезен ли Вам наш проект?

Полезен, вы делаете мир лучше

Скорее полезен, чем нет

Нет, однозначно нет