Διακόπτες dimmer: Τα χαρακτηριστικά και η λειτουργία τους

Με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας αλλά και τη δημιουργία κατάλληλης ατμόσφαιρας, οι διακόπτες dimmer μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο μιας πληθώρας φορτίων, από απλούς λαμπτήρες μέχρι και ηλεκτρικά μοτέρ.

Άρθρο του κ. Δημήτριου Νικολάου*

Οι διακόπτες dimmer (ή απλώς dimmer) είναι ηλεκτρονικές συσκευές που μας επιτρέπουν να ρυθμίσουμε την ένταση του φωτισμού, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε την κατάλληλη ατμόσφαιρα και ταυτόχρονα να εξοικονομήσουμε ενέργεια.

Πώς λειτουργούν όμως τα dimmer; Ποια φορτία μπορούν να ρυθμίσουν; Ποιες είναι οι λεπτομέρειες και οι ιδιαιτερότητες που πρέπει να προσέξουμε;

Τύποι φορτίων

Τα dimmer μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο μιας πληθώρας φορτίων, από απλούς λαμπτήρες μέχρι και ηλεκτρικά μοτέρ. Η επιλογή του κατάλληλου dimmer για τον εκάστοτε τύπο φορτίου πρέπει να γίνει προσεκτικά, ώστε να επιτύχουμε το ιδανικό αποτέλεσμα και να αποφύγουμε προβλήματα ή ανεπιθύμητα αποτελέσματα κατά τη ρύθμιση.

Μερικοί από τους πιο διαδεδομένους τύπους φορτίων είναι οι λαμπτήρες πυράκτωσης, οι λαμπτήρες φθορισμού (CFL), οι λαμπτήρες LED, οι ταινίες LED, οι λαμπτήρες αλογόνου, οι ηλεκτρονικοί / επαγωγικοί μετασχηματιστές και τα ηλεκτρικά μοτέρ.

Η λειτουργία των dimmer

Η πιο διαδεδομένη χρήση των dimmer είναι η ρύθμιση της έντασης του φωτισμού, η οποία επιτυγχάνεται με δύο βασικές μεθόδους. Η πρώτη αφορά τη μείωση της ισχύος που παρέχεται στα φορτία, “ψαλιδίζοντας” την τάση AC που καταλήγει σε αυτά, ενώ η δεύτερη μέθοδος αφορά την αποστολή ενός σήματος αυξομείωσης της έντασης στον driver ή controller που ελέγχει το φωτισμό, διαχωρίζοντας έτσι την εντολή του dimming από την ηλεκτρική παροχή (π.χ. DALI, πρωτόκολλο 0/1-10V).

Phase-cut dimming

Ο πλέον συνηθισμένος τρόπος ρύθμισης του φωτισμού που ανήκει στην πρώτη περίπτωση είναι το Phase-Cut. Το dimming ουσιαστικά επιτυγχάνεται με τον “ψαλιδισμό” ενός μέρους της κυματομορφής AC στο πεδίο του χρόνου. Η ένταση της φωτεινότητας των λαμπτήρων εξαρτάται από την ισχύ που μεταφέρεται σε αυτούς· επομένως, όσο περισσότερο “κόβεται” η κυματομορφή, τόσο χαμηλώνει η φωτεινότητα.

Η μέθοδος phase-cut μπορεί να εφαρμοστεί στο μπροστινό άκρο της κυματομορφής (Leading Edge) ή στο πίσω άκρο (Trailing Edge), όπως φαίνεται και στο σχήμα 1.

Οι “ψαλιδισμοί” αυτοί της κυματομορφής συμβαίνουν δύο φορές ανά περίοδο, ή αλλιώς δύο επί τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος, δηλαδή 100 φορές ανά δευτερόλεπτο.

Όπως φαίνεται και στο σχήμα 1, κατά το Leading-Edge έχουμε απότομη εναλλαγή από μηδενική τάση στην κορυφή του κύματος. Αυτό μπορεί να προκαλέσει δονήσεις, οι οποίες με τη σειρά τους μπορούν να οδηγήσουν σε θόρυβο ή βουητό του dimmer ή των λαμπτήρων. Τη λύση σε αυτό το φαινόμενο αποτελεί το Trailing-Edge, που επιτρέπει την ομαλή αύξηση της τάσης.

Στους λαμπτήρες πυράκτωσης, το νήμα βολφραμίου καθυστερεί να θερμανθεί και να κρυώσει, με αποτέλεσμα το ανθρώπινο μάτι να βλέπει την έξοδο ως ένα σταθερό επίπεδο μειωμένης φωτεινότητας.

Οι λαμπτήρες LED, ωστόσο, λειτουργούν με διαφορετικό τρόπο. Οι «δίοδοι εκπομπής φωτός» (Light Emitting Diodes), όπως είναι η πλήρης ονομασία των LED, απαιτούν συνεχές ρεύμα (DC) χαμηλής τάσης για να εκπέμψουν φως. Έτσι, κάποιοι λαμπτήρες LED ενσωματώνουν drivers για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) σε συνεχές (DC), ενώ άλλοι χρειάζονται έναν εξωτερικό driver ή αλλιώς τροφοδοτικό. O driver θα πρέπει να υποστηρίζει τη δυνατότητα ρύθμισης της έντασης φωτισμού, δηλαδή να είναι dimmable, ειδάλλως θα προκληθούν προβλήματα ή ζημιά στους λαμπτήρες και στο dimmer.

Το βασικό ηλεκτρονικό εξάρτημα των phase-cut dimmers είναι το TRIAC (Triode for AC), ενώ πιο σύγχρονα και εξελιγμένα dimmer μπορεί να περιλαμβάνουν IGBT. Τα phase-cut dimmers μπορούμε να τα βρούμε σε διάφορες μορφές και τύπους, όπως είναι χωνευτά, επίτοιχα, ράγας, κυτίου, με ουδέτερο ή χωρίς, καθώς και πιο σύγχρονες εκδόσεις που προσφέρουν έλεγχο μέσω Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee κ.ά. Οι προδιαγραφές του εκάστοτε dimmer ορίζουν περιορισμούς στην ισχύ, καθώς και στο πλήθος των ελεγχόμενων λαμπτήρων.

Άλλες μέθοδοι dimming

Σε αντίθεση με το phase-cut dimming, υπάρχουν μέθοδοι που διαχωρίζουν την εντολή του dimming από την παροχή ενέργειας.

  • 0/1-10V Dimming: Είναι η μέθοδος στην οποία το dimmer στέλνει ένα σήμα ελέγχου συνεχούς ρεύματος (DC) μεταξύ 0 και 10 V στους drivers ή τους controllers του φωτισμού. Στα 10 V το φως βρίσκεται στη μέγιστη ισχύ, ενώ στα 0 V το φως χαμηλώνει στο ελάχιστο επίπεδο φωτεινότητας. Σε κάποιες περιπτώσεις απαιτείται διακόπτης για να σβήσουν τελείως τα φώτα. Συνήθως χρησιμοποιείται σε επαγγελματικές εφαρμογές, όπως γραφεία, καταστήματα κ.ά. Δίνει τη δυνατότητα ταυτόχρονου ελέγχου μεγάλου πλήθους φορτίων, χωρίς περιορισμό στην ισχύ, κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα έναντι των phase-cut dimmers.
  • 12/24V Dimming: Αφορά κυρίως τον έλεγχο LED ταινιών, μονόχρωμων, RGB ή RGBW. Η ρύθμιση της φωτεινότητας μπορεί να γίνει με δύο μεθόδους, τη Διαμόρφωση Πλάτους (PWM) ή τη Μείωση Σταθερού Ρεύματος (CCR).
  • Μέθοδος PWM: Με τη μέθοδο αυτή το ρεύμα εναλλάσσεται εκατοντάδες φορές ανά δευτερόλεπτο, μεταξύ του 0 και του ονομαστικού ρεύματος εξόδου. Αυτό σημαίνει ότι το φορτίο LED βρίσκεται για κάποιο διάστημα απενεργοποιημένο, ενώ για το υπόλοιπο διάστημα ενεργοποιημένο. Η αναλογία χρόνου ενεργοποίησης / απενεργοποίησης καθορίζει το επίπεδο φωτεινότητας. Στο σχήμα 2 το ρεύμα εξόδου του driver καθορίζει φωτεινότητα περίπου 25%.
  • Μέθοδος CCR: Με τη μέθοδο αυτή το ρεύμα ρέει αδιάλειπτα προς το φορτίο LED, αλλά μεταβάλλεται η έντασή του, ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό ποσοστό φωτεινότητας. Χαμηλότερη ένταση του ρεύματος οδηγεί σε χαμηλότερη φωτεινότητα (σχήμα 3).

DALI

Είναι ένα ψηφιακό πρωτόκολλο για τον έλεγχο φωτισμού. Αποτελεί ένα πρωτόκολλο αμφίδρομης επικοινωνίας που επιτρέπει στον ελεγκτή όχι μόνο να στέλνει εντολές διαχείρισης φωτισμού, αλλά και να διαβάζει την κατάσταση των φωτιστικών σωμάτων. Επιπλέον επιτρέπει τη διαχείριση χρωμάτων, την αποστολή ομαδικών εντολών, την ενεργοποίηση σκηνών και άλλα.

*Ο κ. Δημήτριος Νικολάου είναι μηχανικός Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων της πολυτεχνικής σχολής του Π.Θ. και Software Engineer της εταιρείας MASTER Electric & Electronic.

 

Ελέγξτε επίσης

Schneider Electric: Παρουσίασε καινοτόμα προϊόντα και ολοκληρωμένες λύσεις σε ένα ακόμα Innovation Day

Η Schneider Electric διοργάνωσε ένα ακόμα Innovation Day event, αυτή τη φορά με θέμα «Δημιουργώντας …

Τα Περιοδικά μας