Часть 1. Источники света и способы управления ими
В этой статье мы попробуем простым языком пояснить — что же подразумевается под словами «система управления освещением», какой принцип построения системы управления, преимущества и недостатки системы.
Все слышали и читали о понятии «умный дом», равно как и все вкладывают в это понятие разный смысл, оборудование и решения по управлению. Мы заранее предупреждаем, что не будем об этом говорить, ибо сколько людей, столько и мнений. Мы же остановимся на базовых принципах управления различными источниками света в проектах любого уровня.
Для начала определимся с источниками света – чем требуется управлять:
- Лампы накаливания. Как правило в нашей стране распространены лампы с цоколем Е14, Е27, Е40. Редко встречаются специальные патроны типа BA15d и т.д.;
- Галогеновые лампы на напряжение 220в. Применяемый цоколь GX53, G9, G4, GU5.3, GU10, G6.35, G53, R7s;
- Галогеновые лампы низковольтные, на напряжение 12/24в. Применяются совместно с преобразователем напряжения;
- Светодиодные модули (LED модули) точечных светильников. Применяются совместно с преобразователем напряжения (драйвер)
- Светодиодные ленты на различное напряжение, чаще 12/24в постоянного напряжения. Применяют также ленты на 48в постоянного напряжения и на 220в переменного напряжения. Низковольтные 12/24/48в работают с преобразователем напряжения (драйвером).
- Цветные источники света Tunable White (TW), RGB/RGBW, Soft DIM и тд. Это могут быть как светодиодные модули, так и светодиодные ленты. Раньше были еще люминесцентные светильники, включающие 3 (4) лампы красного, зеленого, синего (и белого цвета).
- OLED источники света – экзотика источников света в качестве функционального освещения, однако почти в каждом доме он есть – многие телевизоры используют экраны по технологии OLED. Мы не будем рассматривать данный источник света.
Можно, конечно в данном перечне вставить красивые картинки ламп, но это не является нашей целью.
Итак, а чем же управлять и как можно управлять источниками света? Для начала перечислим возможности управления. Что мы можем сделать с источниками света? Какие функции возможны:
- Включить и выключить – функция On/Off;
- Диммирование (изменение яркости) в диапазоне от минимально возможного до максимально возможного. Такая формулировка дана потому, что минимальный уровень источника света у каждого типа отличается и как правило может быть в диапазоне от 0,1% до 5-7% (в некоторых случаях достигает и 10-15%, но это больше зависит от драйвера светильника);
- Изменять цветовую температуру источника цвета в различном диапазоне. Например, от 2200К до 6500К. Или лампы Soft DIM в диапазоне 1800К – 3000К (при уменьшении яркости уменьшается и цветовая температура света).
- Изменять цвет источника света RGB/RGBW.
- Управление источником света из различных мест – проходной выключатель, Мастер-выключатель, лестничный выключатель. Количество точек управления может быть различным.
Простой выключатель – что можно сделать с его помощью? Возможно ли выполнить все функции управления источником света?
Ответ – Нет! В простой электрической схеме управления выключатель замыкая контакты при переключении подает или разрывает питание для источника света. Выполнить остальные функции не представляется возможным. Часто встречаются схемы с промежуточным реле, чтобы иметь возможность реализовать функцию проходного, лестничного выключателя или Мастер-выключателя. Но, на этом функционал простого или проходного выключателя заканчивается. Как бы красиво он не выглядел, но выполнить диммирование, изменить цветовую температуру или цвет источника света выключателем не получится.
В театральном, спортивном и музейном освещении функции диммирования и даже кадрирования выполняются … шторками светильника. Да, да! Это не опечатка! Именно шторками вручную или электромеханически производят включение/выключение, диммирование и смену цветов в прожекторах. Но, мы не будем рассматривать данный метод управления источниками освещения.
Специальные аналоговые и цифровые устройства управления источниками света
Что входит в понятие аналоговых и цифровых устройств управления источниками света? Устройств, которые тем или иным способом управляют светом разработано достаточно большое количество. Немного поясним по принципам регулирования источников света.
Phase cut dimmer
Одним из самых первых способов регулировки яркости в освещении был метод управления передним или задним фронтом синусоиды питания 220в. Часто этот метод называется сдвигом или обрезкой фаз, а прибор – фазовый или фазосдвигающий диммер — phase cut dimmer или часто говорят — TRIAC.
Обрезка волны возможна по переднему (leading edge phase cut dimmer R,L) или заднему фронту (trailing edge phase cut dimmer R,C). Данным устройством возможно управлять только монохромным источником света.
У данного метода есть как преимущества, так и недостатки. Основные из недостатков – видимое мерцание источников света в виде ламп и высокий минимальный уровень освещения (выше 3%).
Управляемый драйвер для источника света
Если речь идет о галогеновых лампах низкого напряжения, LED-модулях и LED-лентах, то для питания и управления этими источниками света используют управляемые блоки питания (драйверы), которые обладают рядом уникальных функций, включая контроль за параметрами на выходе драйвера (контроль нагрузки по мощности, контроль короткого замыкания, контроль за пиковыми нагрузками и т.д.).
Данные драйверы могут иметь различные методы управления, однако на выходе драйвера в сторону источника света, как правило, управление происходит с помощью широко-импульсной модуляции ШИМ (PWM) – происходит изменение ширины импульса питания и, соответственно, происходит диммирование. Примеры управляющих сигналов:
А теперь попробуем совместить вышеизложенные данные в небольшую таблицу – какие источники света и какие функции управления могут к ним применяться:
| Источник света | On/Off | DIM | TW | RGB RGBW | Soft DIM |
|---|---|---|---|---|---|
| Лампа накаливания | |||||
| Галогеновая лампа 220в | |||||
| Галогеновая лампа низкого напряжения | |||||
| LED модули точечных светильников (монохром лента и светильники) | |||||
| LED модули TW (лента и светильники) | |||||
| LED модули RGB/RGBW (лента и светильники) |
Итак, мы подошли к основной теме нашего технического повествования – проводные системы управления освещением. Основным способом и интерфейсом управления освещением в проектах системы управления освещением является DALI, так как позволяет выполнить все функции управления источниками света. Также, забегая вперед, скажем, что использование DALI позволяет создать гибкость управления, наполнить дополнительным функционалом и позволяет интегрировать в любые другие системы управления, например, KNX, Modbus, Bacnet, IoT и пр.