Пульсации света LED прожекторов и осциллограммы тока
Исследуем три прожектора: Philips 20W 4000K, Gauss Elementary 20W 4000K, и один старенький еще в разборном корпусе Noname, тоже мощностью 20W. Они с разными коэффициентами пульсаций света. Осциллограмма потребляемого тока может кое-что рассказать о схемотехнике изделий.
Прожекторы
Philips 20W 4000K приобретен на Озоне
Gauss Elementary 20W 4000K — о нем недавно был обзор (ссылка)
Noname 20W 4000K
Это старый разборный прожектор, в котором я когда-то заменил отработавшие ресурс светодиодные платы и эл. конденсаторы.
Теория вопроса
На рисунке упрощенная схема LED прожекторов и лампочек, имеющих в своем составе светодиодный драйвер. Который по сути импульсный стабилизатор тока питания светодиодов.
Изделия разных разработчиков отличаются разными значениями емкости конденсаторов C1 и C2, и даже какой-то из них (или оба) могут отсуствовать. От этого зависит уровень пульсаций света.
Если С1 достаточно большой емкости (десятки мкФ) — напряжение на входе LED драйвера более-менее стабильно, и после преобразователя пульсации света незначительны.
Если у C1 маленькая емкость (доли мкФ) или отсуствует совсем, то снизить пульсации можно выходным конденсатором C2. Но его емкость должна быть сотни мкФ, зато меньшее напряжение.
При слишком малой емкости C1 и C2 (доли мкФ), или отсуствии обеих конденсаторов — пульсации света будут иметь максимальный размах, от полной яркости до погасания светодиодов.
Осциллограммы тока потребляемого из сети
Устройства, содержащие выпрямитель сетевого напряжения, могут потреблять ток из сети импульсами — если после выпрямителя стоит сглаживающий конденсатор значительной емкости.
Осциллограммы питающего напряжения, потребляемого тока, и пульсации напряжения на нагрузке:
В установившемся режиме на конденсаторе присуствует какое-то напряжение. И пока сетевая синусоида не достигнет этого значения, диоды выпрямителя закрыты, и ток из сети не потребляется. Ближе к вершине синусоиды диоды открываются, и конденсатор начинает заряжаться. Когда синусоида переходит вершину и спадает ниже напряжения на конденсаторе — диоды закрываются, и потребление тока прекращается до следующего полупериода.
От формы потребляемого тока зависят показания измерителя коэффициента мощности cosФ. Заметим что чем слабее пульсации прожектора — тем меньшее cosФ показывает прибор:
На рисунке ниже сведены графики пульсаций света наших прожекторов:
Синим цветом на всех осциллограммах показано сетевое напряжение, а красным — форма тока, потребляемого прожектором.
Оциллограмма тока прожектора Philips. Как видим форма тока почти повторяет форму питающего напряжения. Значит конденсатор C1 или отсуствует, или имеет очень маленькую емкость. Пульсации света максимальны.
Оциллограмма тока прожектора Gauss Elementary. Фронт броска тока происходит при достаточно большом напряжении синусоиды, значит конденсатор C1 имеет большую емкость. Как следствие у этого прожектора незначительные пульсации.
В разборном прожекторе, обозначенном Noname, конденсатор C1 полипропиленовый маленькой емкости. А конденсатор C2 по выходу стабилизатора тока наоборот большой емкости, и состоит из двух банок, соединенных параллельно. Поэтому пульсации света среднего уровня, похуже чем Gauss, но намного лучше чем Philips.
Как всё это происходило:
Прожекторы
Philips 20W 4000K приобретен на Озоне
Подробнее о прожекторе Philips
Gauss Elementary 20W 4000K — о нем недавно был обзор (ссылка)
Мои замеры прожектора Gauss
Noname 20W 4000K
Это старый разборный прожектор, в котором я когда-то заменил отработавшие ресурс светодиодные платы и эл. конденсаторы.
Замеры и внутренности прожектора
Теория вопроса
На рисунке упрощенная схема LED прожекторов и лампочек, имеющих в своем составе светодиодный драйвер. Который по сути импульсный стабилизатор тока питания светодиодов.
Изделия разных разработчиков отличаются разными значениями емкости конденсаторов C1 и C2, и даже какой-то из них (или оба) могут отсуствовать. От этого зависит уровень пульсаций света.
Если С1 достаточно большой емкости (десятки мкФ) — напряжение на входе LED драйвера более-менее стабильно, и после преобразователя пульсации света незначительны.
Если у C1 маленькая емкость (доли мкФ) или отсуствует совсем, то снизить пульсации можно выходным конденсатором C2. Но его емкость должна быть сотни мкФ, зато меньшее напряжение.
При слишком малой емкости C1 и C2 (доли мкФ), или отсуствии обеих конденсаторов — пульсации света будут иметь максимальный размах, от полной яркости до погасания светодиодов.
Осциллограммы тока потребляемого из сети
Устройства, содержащие выпрямитель сетевого напряжения, могут потреблять ток из сети импульсами — если после выпрямителя стоит сглаживающий конденсатор значительной емкости.
Осциллограммы питающего напряжения, потребляемого тока, и пульсации напряжения на нагрузке:
В установившемся режиме на конденсаторе присуствует какое-то напряжение. И пока сетевая синусоида не достигнет этого значения, диоды выпрямителя закрыты, и ток из сети не потребляется. Ближе к вершине синусоиды диоды открываются, и конденсатор начинает заряжаться. Когда синусоида переходит вершину и спадает ниже напряжения на конденсаторе — диоды закрываются, и потребление тока прекращается до следующего полупериода.
От формы потребляемого тока зависят показания измерителя коэффициента мощности cosФ. Заметим что чем слабее пульсации прожектора — тем меньшее cosФ показывает прибор:
На рисунке ниже сведены графики пульсаций света наших прожекторов:
Синим цветом на всех осциллограммах показано сетевое напряжение, а красным — форма тока, потребляемого прожектором.
Оциллограмма тока прожектора Philips. Как видим форма тока почти повторяет форму питающего напряжения. Значит конденсатор C1 или отсуствует, или имеет очень маленькую емкость. Пульсации света максимальны.
Оциллограмма тока прожектора Gauss Elementary. Фронт броска тока происходит при достаточно большом напряжении синусоиды, значит конденсатор C1 имеет большую емкость. Как следствие у этого прожектора незначительные пульсации.
В разборном прожекторе, обозначенном Noname, конденсатор C1 полипропиленовый маленькой емкости. А конденсатор C2 по выходу стабилизатора тока наоборот большой емкости, и состоит из двух банок, соединенных параллельно. Поэтому пульсации света среднего уровня, похуже чем Gauss, но намного лучше чем Philips.
Как всё это происходило:
Не повторять, опасно)
Самые обсуждаемые обзоры
| +109 |
4879
115
|
| +49 |
3245
101
|
Под спойлерами :)
Вот патрон станка вращается, а кулачки кажутся неподвижными. В качестве осветителя на станке маленький LED прожектор.
Возьмём к примеру диод Bivar Inc. (USA) — SMTL3020BWC (даташит, PDF) и мы видим что после +20 яркость свечения снижается, а так же что зависимость "прямой ток — яркость" так же нелинейная:
Поэтому чтобы значительно снизить пульсации яркости надо стабилизировать прямой ток LED и их температуры, желательно ниже порога падения яркости. И обе данные задачи решаемы. Первая схемой стабилизатора тока, вторая достаточной площадью радиатора охлаждения.
Ключевое слово здесь — синусоида. Когда вместо нее пыщь-пыщь-пиу-пиу (пусть и периодический), то и о угле Ф и о его косинусе можно говорить лишь очень аллегорически.
Хотя по ссылке на статью из соседнего коммента power factor и так учитывает
это все это похоже на то, как измеряемое значение напряжения в сети соответствует напряжению постоянного тока приложенному к чисто резистивной нагрузке для случая потребления той же мощности.
все понимают что такого постоянного напряжения там нету (и быть не может), но физический смысл для идеального случая понятен.
также и тут. физический смысл косинус фи имеет только для идеального случая синусоидальной формы тока, но ничто не мешает его применять где-то дальше.
если это измерение где-то называют косинус фи, то ничего страшного. все понимают, что это не настоящий сдвиг фаз, а некий «действующий» (по аналогии с напряжением) сдвиг фаз, показывающий какой был бы сдвиг фаз для идеального случая синусоидальной формы тока для сохранения такого же соотношения активной мощности к полной.
Или у кого автономные системы электроснабжения, но там иногда потребление в пике даже лучше если питание модифицированной синусоидой.
Пы.сы. По вашему графику получается, что выпрямительный диод не утилизирует большую часть энергии из сети. те КПД хуже паровоза.
полупериод.
Площадь под кривой тока гляньте. И масштаб на осциллограмме не забудьте.
Чтобы избежать таких проблем необходимо применение активных или пассивных компенсаторов мощности.
Но это дорого и много места, актуально только при большой мощности нагрузки (хотя-бы ватт от 500)
То, что диод не потребляет какое-то время не должно уменьшать КПД.
Например 1 кВт*ч электроэнергии можно передать мощностью 1 кВт в течение часа. А можно включив мощность 60 кВт всего на одну минуту. В обеих случаях потребитель получит 1 кВт*ч электроэнергии.
Потери будут выше на проводах и трансформаторах, так как потери это квадрат силы тока и вместо потерь в 20% будут потери в 30%. Но тут индуктивные потребители еще хуже, всякие компрессоры холодильников, так как они гонят реактивный ток даже когда напряжение равно нулю и некоторый период времени гонят ток в противофазе с сетью.
При желании электросети могут компенсировать такие процессы установкой LC фильтров.
Ваша сможет?
Как-то Ваши требования быстро разрастаются!
Вы не госчиновник, грешным делом??
кому нужен — вполне может себе позволить
слабоумие и отвага© изображенная на последней картинке под катом в статье приведет к появлению фазы на выпирающих неизолированных металлических частях осциллографа завязанных на корпус.
по-хорошему, вторым обязательным условием после наличия осциллографа, должна быть хотя бы дешманская диффенциальная проба. а для решения задачи их аж две нужно.
т.е. нужно все эти нюансы знать до того, как пытаться спрашивать или гуглить. иначе можно не найти нужного, потому что изначально нет знаний о существовании.
т.е. это самый худший из вариантов незнания (unknown unknown)
ковбойские попытки с наскоку разобраться, могут иметь весомые материальные последствия.
Это глаз братьев, у других иначе :)
Интересно — в результате чего они дошли до такого откровенного… кю?
А в нонейм это я нашпиговал пару конденсаторов. До ремонта там был один и почти бесполезный.
www.vseinstrumenti.ru/product/svetilnik-navigator-nfl-02-50-6-5k-bl-led-80672-2248402/
Но если сравнить цены с видеосветом, то норм. Ra бы ему по-выше…
Прожекторы Gauss и Philips условно разборные — стекло вклеено заподлицо с боковым бортиком. Приходилось его аккуратно спиливать, подрезать герметик и снимать стекло. Термопаста странная и ее или очень много или очень мало). Выгорали диоды, менял с нижним подогревом на перевернутом утюге. Менял драйвера прожекторов на драйвера от старых светодиодных лампочек (были от мощных) с подбором сопротвления на диоды. Измерял «яркость» старым телефоном с приложением.
Сделал для себя неоднозначный вывод — нужно ставить нормальные конденсаторы большей емкости и сопротивление перед светодиодами, заменить термопасту. Уменьшится нагрузка на драйвер и светодиоды, увеличится срок службы.
Колхозил также внутри корпуса прожектора 3 светодиодных модуля из… 3 светодиодных лампочек с 3 драйверами. включенных паралельно. Один лампочка сгорела, 2 светят, нужно снять и выбросить. Делал из старой толстостенной большой сковородки сборку из 7 модулей, куска оконного стекла прикрепленного на герметик спереди — грелся адски, поставил сзади 120 вентилятор 12в чарез маленький блок — грелся, прилепил (дурак дураком)) сзади элемент Пельтье для «охлаждения» — он перестал работать. В итоге забил на это)
Но для 20 ватт он будет уже слишком большой. Так что надо просто нормальный импульсный драйвер ставить.
впрочем пульсации и так ниже лн, незачем этим заниматься.
А вот перед светодиодами резистор ставить крайне нежелательно. Этим вы нарушаете режим работы драйвера. Это ведь стабилизатор тока, и он будет по максимуму стараться поддержать ток, пока хватает входного напряжения. В результате пульсации света возрастут, и лампа потеряет возможность работать в широком диапазоне питающих напряжений.
Поэтому для уменьшения тока светодиодов надо менять низкоомный резистор шунта, с которого в драйвер идет обратная связь по току. Увеличить это сопротивление. Бывает что в шунте стоят два или несколько резисторов параллельно. Там проще всего выпаять один из них, и общее сопротивление шунта возрастет.
Насчет разборки клееных прожекторов — пробовал на списанном неисправном. Грел стекло феном. Не отклеилось, лопнуло.
В нонейме, если вы заметили, установлены неродные LED матрицы 2 штуки. Они рассчитаны на бОльший ток, чем дает драйвер, так что прослужит очень долго. Пульсации маленькие, практически незаметно.
При наличии светодиодного драйвера, который стабилирует их ток, увеличение питающего напряжение не будет приводить к сколь нибудь заметному нагреву. Дреюайвер ведь импульсный, а не линейный )
С1 должен сглаживать пульсации входного выпрямителя на частоте 100Гц, а С2 — пульсации импульсного стабилизатора тока на частоте его ШИМ.
Если С1 не выполнил свою работу, перекладывать её на С2 — неверное решение.
Или на минималках воткнуть на несколько часов хороший мультиметр APPA, Fluke и подобные. Один проход для регистрации пиковых выбросов, второй для среднего значения напряжения.
Также проверьте нулевой провод, вдруг он где-то плохо контачит. И правильно ли подключено освещение. Свет должен подключаться отдельными проводами из вводного шкафа цеха. Нельзя подсоединять освещение к силовым цепям, от которых питаются станки и прочее оборудование.
впрочем что значит в цех вопрос не раскрытый, ни сколько они проработали не сказано, ни в каких именно условиях. тут гадать толку немного.