1.1.1. Лампы накаливания

Лампа накаливания обыкновенная, или «классическая», типа С1 с патроном типоразмера Е14 или Е27 и мощностью 60 Вт (230 В, 660 лм, 60 Вт) рассчитана на 1000 часов непрерывной работы. Лампы с такой «удлиненной» колбой выпускаются матированные или прозрачные (стекло колбы).

Диаметр колбы 42 мм, длина (от цокольного контакта до конца колбы) 112,5 мм.

На рис. 1.1 представлена такая «классическая» лампа.

Рис. 1.1. Вид классической лампы накаливания

Конкретно этот рассматриваемый вариант выпускается по состоянию на 2016 год в Республике Беларуси (ОАО «Брестский электроламповый завод»). Розничная стоимость прибора освещения в российских магазинах – от 14 до 25 рублей.

Класс энергосбережения «Е» – невысокий. Но «бюджетная» стоимость лампы окупает «все».

Бывают случаи, когда выявляется нестабильный контакт цоколя такой лампы и патрона в светильнике (в том числе бра).

 

1.1.2. Энергосберегающие лампы

Еще с 1 сентября 2009 года в Европе запрещено продавать в розницу классические лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью свыше 100 Вт. Вместо них европейцам предлагается применять флуоресцентные (энергосберегающие) лампы (далее – ЭЛ), потребляющие при той же заявленной силе света на 80 % меньше энергии. Или светодиодные лампы, о которых мы подробно будем говорить ниже.

Лампы накаливания существовали почти 130 лет. Сегодня очевидно, что их срок работы в 8-15 раз меньше, чем заявлен у энергосберегающих. Однако очень большое значение имеет качество сборки ламп.

На рис. 1.2 представлен вид на энергосберегающую лампу с цоколем Е14.

Рис. 1.2. Энергосберегающая лампа с цоколем Е14

Иногда в магазинах можно увидеть лампы в форме непрозрачного шара, см. рис. 1.3.

Рис. 1.3. Колба лампы в форме шара с тремя люминесцентными трубками внутри

Колба лампы представляет собой шар, изготовленный из матового стекла диаметром 45 мм, 70 мм и 95 мм. Колба лампы NCL6-3U состоит из трех U-образных люминесцентных трубок диаметром 9,2 мм в лампах мощностью 13 Вт и 10,3 мм в лампах мощностью 20 Вт. Это одна из разновидностей ЭЛ.

Внимание, важно!

Энергосберегающие лампы, хоть и являются вполне современными и соответствующими новым технологиям, в том числе в части энергосбережения, содержат ртуть внутри колб и при разбивании стекла могут быть опасными для здоровья людей, находящихся неподалеку. В Европе рекомендуют не выбрасывать вышедшие из строя энергосберегающие лампы, а сдавать их в специальный «утиль», дабы избежать заражения окружающей среды ртутными испарениями. В крупных российских городах также появились специальные передвижные контейнеры для утилизации таких отслуживших свое источников освещения. Но в глубинке об этом еще только мечтают.

Количество ртути внутри колб ЭЛ ничтожно мало, но запрет на лампы накаливания мощностью от 100 Вт уже вступил в силу, а со второй половины 2011 года в Европейском союзе аналогичной «анафеме» подверглись лампочки накаливания мощностью 60 Вт. В России пошли другим путем – запретили к производству только лампы мощностью свыше 100 Вт и выше, но производители выпускают лампы накаливания мощностью 95 Вт и продолжают свою производственную деятельность.

Ранее было много разговоров, что к концу 2012 года вольфрамовые лампы (лампы накаливания) запретят полностью. Такие сообщения можно было ежемесячно услышать и увидеть в новостях. Но этого не случилось.

И тем не менее рост продаж ЭЛ в отечественных магазинах налицо, замена «классических» ламп накаливания в устройствах освещения на ЭЛ также заметна как в квартирах, так и в учреждениях. Однако не всегда ЭЛ действительно служат заявленный срок (5–8 лет), а если и служат, то основной причиной выхода из строя является обрыв цепи (нитей) накала, а не неисправность электронного балласта, который является не чем иным, как импульсным источником питания ЭЛ. Сопротивление одной спирали накала ЭЛ мощностью 20 Вт составляет 4 Ома.

Стоимость лампы в розницу (примерно 90 руб. – зависит от мощности) соответствует стоимости полутора оксидных высоковольтных конденсаторов в фильтре питания 6,8 мкФ на рабочее напряжение 400 В; между тем в печатной плате источника питания есть и более дорогостоящие компоненты, если оценивать их в розницу.

Если перестала светить ЭЛ с патроном Е27, аккуратно вскрывают корпус (см. рис. 1.4) и с помощью омметра убеждаются, что нить накала в обрыве.

Рис. 1.4. «Начинка» энергосберегающей лампы

На моем примере эта лампа «прослужила» чуть больше года, если быть точным, то 11 654 часа. Она постоянно озаряла искусственным светом коридор деревенского дома (круглосуточно) и отключалась только 3 раза за указанный период времени.

При неисправности энергосберегающей лампы со стандартным цоколем Е27 или Е14 ее просто выбрасывают и заменяют новой.

Результат практического эксперимента

Таким образом, говорить об особо длительном сроке эксплуатации ЭЛ не приходится, так как реальный пример трудно оспорить. Как говорится, «это не факт, но так оно и было на самом деле».

Важно знать, что долговременность работы (и, косвенно, надежность ЭЛ) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха.

К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).

Поскольку в моем эксперименте, продолжавшемся более года до естественной неисправности ЭЛ, включений/отключений было всего 3, а это очень мало, то, очевидно, при более «жесткой» эксплуатации и частых включениях в нормальных бытовых условиях в качестве источника освещения люстры такая лампа не прослужит и 10 000 часов. Тогда в чем «фишка» ее безупречности, по сравнению с лампой накаливания в части долговечности?

Очевидно также, что применение ЭЛ на улице, для освещения придомовой территории (сельской местности) и подсобных помещений, хлевов, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в российских условиях с суровыми зимами, поэтому для уличного освещения до сих пор применяют ртутные и натриевые лампы, но они не «энергосберегающие».

Бесспорным «плюсом» можно считать лишь то, что ЭЛ пожаробезопасны более, чем лампы накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.

 

1.1.3. Ксеноновые, или галогенные, лампы

Есть еще один тип ламп – ксеноновые, или галогеновые. По конструкции ксеноновые лампы представляют собой колбу шаровой, эллипсоидной или трубчатой формы. К примеру, ДКсЭл 250-3, ДКсЭл 500-6, ДКсЭл 1000-6, ДКсЭл 2000-6, ДКсЭл 3000-6 и др. На рис. 1.5 представлен внешний вид ксеноновой лампы.

Рис. 1.5. Вид на ксеноновую лампу с цоколем Е27

Такие лампы довольно хорошо «светят», причем цветовая температура при эксплуатации ксеноновых ламп считается наиболее (после «устаревших» ламп накаливания) безопасной для глаз человека.

Однако говорить о какой-либо длительности эксплуатации и надежности, сравнимой с энергосберегающими – с люминесцентными трубками – или светодиодными лампами, пока преждевременно.

Ближайшие конкуренты светодиодов – галогенные лампы – имеют эффективность (светоотдачу) порядка 25 лм/Вт. Светодиоды давно превзошли этот показатель, и в дальнейшем следует ожидать роста их эффективности и снижения цены.

Интересны на этот счет рекомендации специалистов-практиков: если колба чем-то испачкана, то нужно протереть ее медицинским спиртом. Монтировать такую лампу (закручивать в цоколь) необходимо с особыми предосторожностями, как то: не прикасаться пальцами к колбе, исключить попадание влажности, брызг, надевать перчатки или держать через тряпочку.

Интересно также, что окрашенная в голубой цвет стеклянная колба отфильтровывает избыточное излучение красного спектра излучения обычных ламп накаливания.

 

1.1.4. Светодиодные лампы

Светодиодное освещение – это новое и динамично развивающееся направление, созвучное с повсеместной заменой ламп накаливания на лампы (не только) со встроенными ЭПР (электронными преобразователями) и светодиодные лампы (пока весьма дорогие). Тем не менее светодиодные лампы, адаптированные под стандартные патроны Е27 и Е14, уже есть в продаже, и их ассортимент будет расширяться в ближайшее время хорошими темпами. Проблема в том, что пока стоимость такой лампы (с эквивалентной световой мощностью 100 Вт) не менее 2000 руб.

Они востребованы. Здесь же приведены описания локальных источников освещения на светодиодах – для компьютера (ноутбука, автомобиля) с гибкими выгнутыми шлангами и разъемами USB.

Рассмотрены вопросы крепежа различных светильников, включая галогенные, и режим эксплуатации (рекомендованные расстояния от ближайших конструкций, температурный режим, пожарная безопасность). Материалы, из которых изготавливаются источники искусственного освещения, – кристаллы на основе арсенид-галлия и др.

Светодиоды можно применять для подсветки интерьеров (дома и офиса), мест общего назначения и массового скопления людей, светофоров и уличных устройств (на столбах), освещения улиц и парков.

Осветительные лампы на основе мощных светодиодов обладают заметными преимуществами перед традиционными осветительными приборами.

Намеренно опускаю термин «светодиодная лампа», поскольку по устоявшейся терминологии однозначного определения светодиодных светотехнических изделий сейчас нет, стандарты по терминам и определениям находятся в стадии разработки как в России, так и за рубежом.

В части надежности (определение – наработка до отказа) и долговечности светодиодных ламп сегодня многие спорят. Эта тема живо обсуждается в социуме. Отчасти поэтому в свет вышла книга, которую вы сейчас держите в руках.

Преимущества светодиодного освещения неоспоримы. Основным преимуществом светодиодного освещения является экономия электроэнергии – за счет низкой потребляемой мощности – по сравнению с альтернативными и менее эффективными энергосберегающими устройствами. Длительный срок эксплуатации и большая наработка на отказ определяют сокращение затрат на обслуживание.

Светодиодное освещение имеет хорошие качественные показатели, такие как высокий индекс цветопередачи и низкая пульсация светового потока. В светодиодах отсутствуют вредные вещества, загрязняющие окружающую среду. Использование специально рассчитанной оптической системы обеспечивает снижение светового загрязнения, что благотворно сказывается на здоровье и комфорте человека.

Низковольтное питание делает светодиодное оборудование пожа-ро-, взрыво– и травмобезопасным. Благодаря этим факторам, а также большой световой отдаче светодиодное освещение стало актуальным в сложных условиях эксплуатации.

Таким образом, светодиодные светильники стали привлекательными для потребителей как в экономическом, так и в экологическом плане, а также по многим другим характеристикам, включая пожарную безопасность. Поэтому за ними будущее.

Практический эксперимент, представленный ниже, иллюстрирует авторский опыт эксплуатации в бытовых условиях одной светодиодной лампы.

Практический эксперимент

Лампа Camelion, модель LH11-U/842/G23, по заявленным паспортным данным должна была проработать 10 000 световых часов. Ее мощность 11/55 Вт. Цветовая температура 4200 °К НО– 230 В/50 Гц. Световой поток 60 лм.

Практически она проработала без замены с 1998 по 2012 год. Выводы делайте сами.

Далее рассмотрим лампы для бытового и промышленного освещения на основе светодиодов.

Лампы бытового назначения на основе светодиодов стандартизированы по форм-фактору цоколя, как ранее лампы накаливания и энергосберегающие лампы. Тем не менее сегодня рынок таких бытовых ламп достаточно разнообразен. В качестве примера на рис. 1.6 представлены изделия торговой марки IKEA (Швеция).

Рис. 1.6. Светодиодная лампа производства КНР по лицензии IKEA (Швеция)

На рис. 1.6 показана лампа мощностью 7,5 Вт типа LED1205G8E27. Ток ее потребления составляет 45 мА, удельный световой поток 53 лм/Вт. Справа – более мощная (10 Вт) лампа LED1307G10E27 с током потребления 46 мА и удельным световым потоком 60 лм/Вт.

Этот пример показывает, что увеличение мощности на 2,5 Вт (почти на треть) увеличивает ток потребления всего на 1 мА. По цифрам, указанным производителем на корпусе изделий, можно рассчитать и световой поток. В случае с лампой LED1307G10E27 он составит 60 х 10 = 600 лм.

В корпусе лампы установлен преобразователь сетевого напряжения 200…240 В в постоянное (модулированное) напряжение 14 В. Обратите внимание (см. рис. 1) на размещение светодиодов внутри колбы – она не типична для таких изделий. Мощные светодиоды расположены вокруг коллиматора, их свет усиливается линзой. Свет от этих ламп действительно «теплый» – по шкале цветовой температуры он примерно соответствует 2700 °К. Изображение работающей лампы представлено на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Подключенная к питанию светодиодная лампа по шведской технологии

Эти изделия, произведенные, кстати, в КНР, сильно отличаются от других, например производства РФ, имеющих колбу классической формы, через которую не виден источник света. Изделия фирмы «Оптолюкс» (Россия), о которых мы уже говорили выше как о примере российского производства, обеспечивают световой поток 570 лм при мощности 9 Вт. Они могут заменить 60-ваттные лампы накаливания, т. е. экономят до 80 % электроэнергии. Лампы типа IKEA без алюминиевого теплоотвода весят всего на 100 г меньше, чем лампы отечественного производства «Оптолюкс» с теплоотводом, занимающим часть корпуса светильника.

Заявленный срок службы светодиодов составляет 15 лет при работе 8 часов в день и включении/выключении не более 4 раз в день. Описанные выше лампы не подходят для систем регулирования яркости, их нельзя погружать в воду, подвергать воздействию открытого пламени и раскаленных предметов.

В России существует собственное производство ламп на основе мощных светодиодов, которым занимается холдинг «Российские светодиоды». К примеру, производство светодиодных ламп «Оптолюкс-Е27-3015» осуществляется на базе одноименной фирмы (см. 1.8).

Свет лампы российского производства «Оптоган» по цветовой температуре более холодный (об этом мы еще поговорим в сравнительном анализе – на примерах – в этой главе). Мощность ламп различна – сегодня можно приобрести изделия от 3 до 15 Вт.

Рис. 1.8. Лампа «Оптолюкс-Е27-3015»

Представленные выше светотехнические изделия являются относительно маломощными. Тем не менее светодиоды как элементы таких изделий производятся крупнейшими компаниями, среди которых выделяются Cree Lighting, Lumileds Lighting и Nichia Corporation, имеющие собственное производство кристаллов на основе материалов InGan.

Другие компании-производители, такие как Lamina Ceramics, достигли успехов в изготовлении светильников. Они не производят собственных кристаллов, а корпусируют кристаллы других компаний под своей торговой маркой.

Светотехнические изделия в форме ламп различаются не только по форме, но и по направленности светового потока: с фокусирующей линзой, рассеянного света или матрицей из светодиодных кластеров.

К примеру, светодиодная лампа Ledare Е14, модель LED1217C6, рассчитана на напряжение 220–240 В и мощность 7 Вт (50/60 Гц), световой поток 400 лм, цветовая «температура» 2700 °К. Таким образом, сила света и мощность распределены как 57 лм/Вт.

Размеры лампы соответствуют стандарту, указанному для обычной лампы накаливания.

В отличие от ламп накаливания и энергосберегающих ламп, светодиодные имеют достаточно точное и определенное время наработки до отказа, а именно время непрерывной работы 25 000, количество включений – 25 000. В то время как энергосберегающие и лампы накаливания имеют только примерные параметры. А в части количества включений/отключений при гарантированной работоспособности устройства вообще не регламентированы.

Коэффициент CRI > 87. Этот параметр – так называемый световой индекс.

Световой индекс (CRI Color Rengering Index) рассматриваемого изделия 92. Световая мощность 94 Вт говорит о том, что «выход света» (люмен) составит 940 Ei при мощности потребления от сети 10 Вт. Класс энергосбережения «А», достаточно высокий. Это позволяет реально экономить – для сравнения: данная лампа потребляет 7 кВ за 1000 часов.

Практический пример

По существующим в Петербурге расценкам отпуска электроэнергии в быту – 4,02 рубля за 1 кВ/ч – и (усредненно) времени использования одной такой лампы 2 часа в день за полтора года эксплуатации придется заплатить чуть больше 30 рублей.

К разновидностям светодиодных ламп также можно отнести споты и линейные лампы. Споты – это направленные светильники, которые позволяют выделить отдельные элементы интерьера точечной подсветкой. Лампы линейной формы в основном используют для светильников общего освещения.

Преимущества светодиодов перед лампами накаливания – малое потребление электроэнергии, долговечность и надежность в эксплуатации.

На рис. 1.6–1.8 были представлены современные изделия в форме ламп, различающихся по конструктивному исполнению: с одним мощным светодиодом, «усиленным» линзами и отражателями; с кластером, состоящим из нескольких сверхъярких светодиодов без применения линз и дополнительных отражателей (спрятанных в колбу матового цвета).

Для наглядного сравнения: в работе эти два вида изделий показаны на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Фото двух работающих ламп для сравнения

Внешний вид разобранной светодиодной лампы представлен на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Внешний вид разобранной светодиодной лампы

По сути, оба вида изделий имеют одинаковые преобразователи электрической энергии. В табл. 1.1 представлены параметры цветовой температуры.

Таблица 1.1. Характеристика света по цветовой температуре

Эти сведения уместно использовать и для определения цветовой температуры светодиодных лент и других излучателей света на основе светодиодов.

Аргументы в пользу светодиодного освещения

Применение светодиодов в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также во многих помещениях медицинских учреждений запрещено. Применение светодиодов в учреждениях не рекомендуется по действующему стандарту СанПиН.

С другой стороны, все магазины Москвы, Петербурга (не рынки) полны «сертифицированными» светодиодными лампами. Ограничений нет, или о них предпочитают не говорить. Значит, вред такой лампы не доказан или сомнителен.

Разумеется, есть отдельные мнения. Но мы должны опираться на фундаментальные научные исследования, если хотим утверждать «запрещено», «рекомендуется». Во всяком случае, такая, предложенная здесь, концепция, на мой взгляд, вполне соответствует масштабному потребительскому «буму», обращенному на светодиодные лампы в последние несколько лет. И здесь ничего не поделаешь. С Л рекламируют производители, люди потребляют эти лампы и желают знать – как и что в них устроено.

На разрешение таких вопросов и направлена книга – рассказать, как и что устроено. Не веду речь об отрицательных или положительных качествах продукции, не представляю ничьих интересов и опираюсь на опытное мнение.

Есть и другая сторона аргументации. Действительно, светодиодные лампы, имеющиеся в продаже в наших торговых точках (для бытового предназначения), далеко не безупречны. Но вот известная компания «Прософт» вовсю рекламирует светодиодные решения как в кластерах, так и в отдельных С Л.

На железной дороге (РЖД) уже декаду лет назад повсеместно перешли на производственное освещение мощными С Л и заменили ими галогенные, ДРН. Поэтому польза С Л до конца не изучена, и есть мнения о вреде их применения в бытовых условиях, но как устройства значительной экономии электроэнергии, особенно в больших промышленных масштабах, эффективно работоспособные в том числе в сильный мороз, лампы на светодиодах сегодня не имеют себе равных.

Особенность производства оптики для мощных СЛ в современных условиях – вопрос не праздный. Для понимания его актуальности достаточно выйти в сумерки (ночью) на улицу в крупном городе и сравнить эффективность светодиодных светофоров, ставших уже привычными на наших улицах. Такие светофоры, устанавливаемые на перекрестках и железнодорожных переездах, давно вытеснили по эффективности «старые» светофоры с лампами накаливания. Особенно этот контраст заметен в солнечную погоду.

Однако и сегодня производители оптики «спорят» между собой об эффективном способе отражения света. Основой для светодиодных ламп в данном случае служит модуль XLampTMXR-E7090. Он имеет в основе кристаллы мощных светодиодов на основе InGaN-структур на SiC-подложке, со световым потоком до 200 лм при токе потребления всего 450 мА.

О том, что (какая лампа) лучше и какова статистика аварийности, суть несколько иная тема. Я не утверждаю, что советую устанавливать светодиодные лампы везде, включая коридор квартиры между кухней и туалетом или уличные светофоры. Кто хочет, пусть устанавливает, кто не хочет – не устанавливает. Не надо видеть в тексте сплошь рекомендации. Там отражение фактов и краткий анализ ситуации. А мнений, разумеется, может быть сколь угодно много.

Практический пример гибридного включения разных ламп

На практике выяснилось, что полностью «переводить» домашнее освещение на лампы светодиодные взамен «устаревших» ламп накаливания не всегда во благо.

Оказывается, большое количество светодиодных ламп (параллельно в электрической цепи) в люстрах по 3–5 рожков каждая (установленных в каждой комнате четырехкомнатной квартиры в Санкт-Петербурге и включаемых одновременно) приводит к включению защиты на автоматах с предельным током 25 А.

Дело в том, что в первый момент времени включения импульсные источники питания светодиодных ламп (а также энергосберегающих ламп с электронным балластом, с конденсаторами на входе) представляют для сети переменного тока 220 В 50 Гц очень малое сопротивление, и… происходит срабатывание защиты.

Такая ситуация может возникнуть не только в том случае, когда сеть «перегружена» потребителями электроэнергии, но и во вполне безобидной ситуации, когда одновременно подключаются к питанию 10 (и более) импульсных источников, питающих светодиодные (и «энергосберегающие») лампы мощностью 5 Вт и выше каждая.

Причем ситуация вполне реальна для многоквартирных домов и многокомнатных квартир, я уже не говорю о производственных помещениях, и заслуживает самого пристального внимания, изучения, коррекции. В то время как обычные лампы накаливания, включенные одновременно даже 20 и 30 штук по 75 Вт каждая в параллельной электрической цепи (к осветительной сети 220 Вт 50 Гц), при тех же равных условиях (автомат защиты с предельным током 25 А) не приводят к отключению электроснабжения на конкретном участке.

Сравнительный анализ ситуации

На рис. 1.11 – лампа LED1305G9 производства IKEA, Швеция.

На рис. 1.8 (выше по тексту) представлена светодиодная лампа производства Оптолюкс (Россия). Точное наименование «Оптолюкс Е27 9 Вт 2700 °К / 570 лм», производства компании «Оптоган», Россия.

Рис. 1.11. Светодиодная лампа LED1305G9 производства IKEA, Швеция

По техническим характеристикам похожа на светодиодную лампу SUPRA – SL–LED-A60-9W/3000/E27 производства КНР, хотя у нее цвет более «холодный». В этом несомненная разница – надо смотреть на спектр: 2700 ближе к желтому, 3000 – к холодному, китайский – похолоднее и менее безопасен.

Все светодиодные лампы излучают неприятный жесткий холодный белый свет, но никак не теплый белый свет. А такой свет очень вреден для здоровья человека.

Световой поток, указанный в паспортных данных и на колбах ламп, – 2700 °К. Световой поток 60 лм/Вт, то есть 600 лм при 10 Вт. Это ближе к «теплому» свечению, нежели к холодному.

На монохромном фото визуально не заметно, каково свечение лампы LED1305G9 (другая, помощнее LED1307G10).

Однако на практике заметно, что «цвет» свечения далек от «холодного».

В сравнительном анализе выяснилось, что светодиодные лампы типа IKEA без алюминиевого теплоотвода весят всего на 100 г меньше, чем лампа отечественного производства «Оптолюкс» с теплоотводом, занимающим часть корпуса светильника.

В табл. 1.2 представлены сравнительные характеристики по светоотдаче разных типов осветительных ламп.

Таблица 1.2. Светоотдача различных электрических источников освещения

Любая лампа имеет основной параметр – величину потребляемой мощности (Вт). Мощность светодиодных ламп, предназначенных для освещения в быту, находится в пределах 3-15 Вт, однако бывают и намного более мощные варианты для наружного освещения – свыше 100 Вт.

Мощность светодиодных ламп является просто характеристикой скорости потребления электроэнергии, а для понятия силы света лампы необходимо узнать у продавца такой параметр, как световой поток.

В табл. 1.3 представлены электрические и световые характеристики некоторых светодиодных ламп.

Таблица 1.3. Электрические и световые характеристики некоторых светодиодных ламп

 

По электромагнитной совместимости современные светотехнические изделия соответствует требованиям ГОСТ Р 51318.15, ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3 и ГОСТ Р 51514. Степень защиты от внешних воздействий по IP20 соответствует требованиям и условиям ГОСТ 14254.

Такие изделия не требуют обслуживания, кроме периодического (раз в полгода) контроля состояния колбы и желательной (но не обязательной) очистки внешней рассеивающей поверхности мягкой тканью. Органические растворители или легковоспламеняющиеся жидкости использовать для протирки колбы не следует по соображениям электро– и пожаробезопасности.

Бытовые светотехнические изделия имеют 2-й класс защиты от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0.

Электрическая прочность изоляции составляет не менее 1,5 кВ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60598-1 при нормальных условиях (температура окружающего воздуха +22 °C, относительная влажность воздуха 20 %). Следует отметить, что светодиодные лампы не подлежат ремонту в домашних условиях.

Срок службы светодиодов, заявленный производителем, составляет не менее 50 000 часов.

Бытовые изделия нежелательно использовать в помещениях с повышенной влажностью окружающего воздуха – более 80 % – и с большим содержанием пыли. При работе светодиодных ламп рабочая температура теплоотвода может достигать 70 °C. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод – можно повредить глаза.

В свое время были утверждены дополнения к «Гигиеническим требованиям к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03). Из новых правил (СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10) исключена формулировка, ограничивающая применение источников света двумя типами: лампами накаливания и газоразрядными лампами.

Вместо этого в правилах ограничен допустимый диапазон цветовых температур – от 2400 °К до 6800 °К.

В том же регламенте введено требование к наличию защитного угла у светодиодных светильников (конкретные значения не приводятся). В новой версии документа снижение нормы освещенности на одну ступень допустимо для источников света с индексом цветопередачи выше 90.

Внимание, важно!

В редакции СанПиН запрещено применение светодиодов в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также во многих помещениях медицинских учреждений.

 

1.2.1. Световой поток и его соотношение у разных ламп

Энергию любого источника света переносят излучаемые им электромагнитные волны. Именно скорость излучаемой энергии говорит нам о силе свечения каждого конкретного источника. Световую энергию человек воспринимает визуально, глазом, а наши глаза воспринимают разную длину излучения по-разному.

Излучение, которое, к примеру, имеет длину 0,55 мкм (зеленое), наши глаза воспринимают сильнее, чем 0,63 мкм (красное). Эти частные данные даны для примера.

Световой поток любой осветительной лампы измеряется в люменах и максимально близко характеризует возможности того или иного источника света осветить помещение. Однако часто бывает так, что информация о световом потоке светодиодных ламп не указана на упаковке, а вместо нее пишут мощность лампы накаливания, обладающей таким же световым потоком.

Подобная информация производителя является отчасти лукавой, так как нет возможности ее проверки. Если на упаковке указан световой поток 280 лм или не указан вовсе, но написано, что мощность лампы составляет 4 Вт и она эквивалентна 50-ваттной лампе накаливания, то спорить придется только с применением расчетов и аргументов, которые опровергнуть трудно. Вот они. Среднестатистическая (типовая, для быта) лампа накаливания мощностью 50 Вт имеет световой поток не 280 лм, а около 560 лм. То есть в данном случае данные, указанные продавцом или производителем, некорректны и призваны, видимо, только лишь для активизации продаж.

Внимание, важно!

Диапазон инфракрасного и ультрафиолетового излучений не доступен для глаз человека, поэтому для характеристики мощности излучения с учетом ее воспринимаемости глазами он условно суммируется согласно длинам волн, учитывая при этом кривую чувствительности глаз, в результате чего мы получаем нормированную величину, называемую световым потоком.

Но и эквивалентная мощность при выборе лампы также имеет важное значение, особенно при выборе светодиодных ламп взамен лампам накаливания. Наиболее правильным способом будет определение светового потока светодиодных ламп путем пересчета их согласно эквивалентной мощности ламп накаливания.

Практический пересчет лампы накаливания на светодиодную – задача, довольно легко решаемая.

В табл. 1.4 будет рассмотрена мощность светового потока обычной лампочки, светодиодной и люминесцентной.

Проведем пересчет лампы накаливания на светодиодную по такому показателю, как световой поток. Чтобы световой поток ламп накаливания был равен 250 лм, понадобится лампочка мощностью 20 Вт. Такой же световой поток обеспечивается светодиодной лампой 2–3 Вт, для люминесцентной лампы мощность равна 5–7 Вт. Другой важный вопрос – соотношение мощности светодиодных ламп. Выгода использования светодиодных ламп очевидна, об этом мы будем говорить на протяжении своей книги. Но не будем забывать и отрицательные стороны светодиодного освещения при его использовании в быту (жилых помещениях, где люди находятся подолгу).

Сравнительная характеристика разных осветительных ламп в части их светового потока представлена в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Сравнительная характеристика разных осветительных ламп в части их светового потока

Теперь сравним лампы накаливания 40 Вт со светодиодной лампой мощностью 7 Вт. Эти данные сведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Сравнительные данные лампы накаливания и светодиодной лампы сопоставимой мощности

Как видно из табл. 1.5, световая отдача все же получается довольно различной.

 

1.2.2. Что делать при замене разных типов ламп

Итак, мы узнали, что световой поток – это одно из самых главных понятий в случае замены освещения на светодиодное. Это если меняем лампы накаливания на светодиодные. А если сравнивать галогенные лампы и светодиодные? В этом случае подбор эквивалентной мощности для замены галогенных ламп будет более сложной, точнее многоуровневой, задачей.

К примеру, если галогенная лампа рассчитана на 220 В, то можно воспользоваться различными таблицами в Интернете, а для подбора замены 12-вольтовой лампы следует учитывать, что такие лампы имеют световой поток той же мощности, что требует внести поправку, на коэффициент которой влияет тип галогенной лампы. Для решения этой задачи помогут сравнительные табл. 1.2–1.4, представленные в данной главе.

 

Светодиодные модули представляют собой несколько мощных (сверхъярких) светодиодов, смонтированных на одной плате. Модули соединяются в светильники в одном корпусе. Их выпускает сегодня довольного много фирм, названия которых мы опускаем, чтобы не было лишней рекламы.

На рис. 1.12 представлен светодиодный модуль для локального освещения.

Рис. 1.12. Современный светодиодный модуль для локального освещения

Как вариант модуль XR-E7090 обеспечивает рекордно низкое тепловое сопротивление между переходом и теплоотводом – до 8 °C – и равномерный градиент температуры поверхности теплоотводящего основания. При сборке светодиода кристалл монтируется на кремниевую плату, что улучшает тепловые характеристики изделия.

Рассматриваемое изделие отличается от других серий меньшими габаритными размерами, симметричным корпусом и большим значением угла распределения света. Перекрывают весь диапазон цветовых температур белого цвета – от 2600 до 10 000 °К.

По оттенкам белого цвета светодиоды делятся на три группы: теплый (2600…3700 °К), естественный (3700…5000 °К) и холодный (5000…10 000 °К) белый цвет.

Сборка светодиода на производстве осуществляется в корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.

К примеру компания NeoPac еще 7 лет назад выпустила светодиодную матрицу NeoBulbTurbo со световым потоком 2150 лм.

Потребляемая мощность модуля 80 Вт, что намного меньше энергозатрат на «классическую» лампу накаливания, установленную, к примеру, в гостиной или в автомобильной фаре.

Отличительная особенность также и в том, что высокую температурную стабильность и долговечность оптической системы в качестве первичной оптики обеспечивают линзы из кварцевого стекла с автофокусировкой; это одно из новейших технических решений. Причем малая эквивалентная площадь излучающей поверхности позволяет получить столь же малые углы рассеивания светового потока при использовании вторичной оптики.

 

1.5.1. Особенности и характеристики

Модули предназначены только для автоматизированного монтажа и пайки с использованием стандартных технологических процессов, обеспечивающих низкую себестоимость готовых изделий, что упрощает решение проблем по обеспечению теплового режима приборов.

Прежде всего это высокоэффективные источники света для общего, аварийного и промышленного освещения, взрывобезопасного оборудования, подсветки ЖК-панелей мониторов большой площади, автономных светильников и фонарей, систем освещения автотранспорта.

Потребляемая мощность одного локального модуля 7,5 Вт, что намного меньше энергозатрат на «классическую» лампу накаливания, установленную, например, в гостиной.

Внимание, важно!

Устройства хорошо зарекомендовали себя и практически используются в том числе в источниках света для светофоров и автомобильных фар; эта область техники – в части триумфального проникновения светодиодов во все области жизни – сегодня также развивается стремительными темпами. Есть и возражения. Спектр лампы накаливания оптимален для человеческого глаза (лампу «доводили» более 50 лет), а от светодиодных ламп люди слепнут. Но в угоду «экономичности» или рентабельности производители часто опускают такие моменты.

К примеру, в Киеве светофоры со светодиодными лампами становятся причиной ДТП – в солнечную погоду их вообще не видно, а ночью они «ослепляют» водителей.

Подключение светодиодного модуля к драйверу питания может осуществляться несколькими способами: путем разъемного соединения или пайкой к контактным площадкам. Применяются три схемы коммутации светодиодов: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная.

 

1.5.2. Сравнительные характеристики световых модулей

Для сравнения: светодиодный модуль XLD-AC 1x01-01 представляет собой шестиугольную печатную плату на алюминиевом основании с одним установленным мощным светодиодом Cree XLamp размером 3,45 х 3,45 мм. Он адаптирован к применению вторичной оптики Carclo 10 мм для единичного светодиода серий ХР-С, ХР-Е, XP-G или ХТ-Е.

Технические характеристики модуля XLD-АС 1x01-01:

• рассеиваемая мощность не более 1,5 Вт (без применения элементов охлаждения);

• тип подключения – пайка к контактным площадкам;

• температура эксплуатации -40…70 °C;

• температура хранения -50…80 °C.

Светодиодный модуль XLD-AClx01-MCE-01 представляет собой печатную плату диаметром 47 мм на алюминиевом основании с установленным 4-кристальным светодиодом МС-Е размером 7x9 мм. Модули выпускаются в двух исполнениях: с последовательным соединением кристаллов – XLD-AC1X01-MCE-SC-01 и с параллельным соединением кристаллов – XLD-AC1X01-MCE-IC-01.

Технические характеристики XLD-AClx01-MCE-01:

• рассеиваемая мощность не более 2 Вт (без применения элементов охлаждения);

• тип подключения – пайка к контактным площадкам;

• соединение светоизлучающих кристаллов – последовательное или независимое;

• модуль адаптирован к применению вторичной оптики Carclo для светодиодов МС-Е;

• температура эксплуатации -40…70 °C;

• температура хранения -50…80 °C;

• печатная плата рассчитана на установку одного мощного

4-кристального светодиода Cree XLamp серии МС-Е.

В табл. 1.6 представлены сведения о сверхъярких светодиодах компании Osram Opto Semiconductors.

Таблица.1.6. Сверхъяркие светодиоды компании Osram Opto Semiconductors

Примечание: * – цветовая температура, °К.

В табл. 1.7 представлены сведения о сверхъярких светодиодах компании Upes Electronics Corporation.

Таблица 1.7. Сверхъяркие светодиоды компании Upes Electronics Corporation

Примечание: * – цветовая температура, °К.

 

1.5.3. Основные параметры светодиодов

Vf (Forward Voltage) – падение напряжения на светодиоде при номинальном рабочем токе. Существует неофициальный ряд значений, которых придерживаются изготовители: 1,8; 3; 5; 9 и 12 В. Светодиоды, рассчитанные на относительно низкое напряжение (Vf < 3 В), не содержат внутренних ограничительных резисторов, в отличие от «высоковольтных» приборов. Различают узко– и широкодиапазонные светодиоды, последние имеют Vf = 3…15 В. Прямое напряжение и цветовая температура светодиода в некоторой степени зависят от прямого тока. При превышении максимального прямого напряжения светодиода наступает его необратимый пробой, если драйвер не ограничивает ток.

If (Forward Current) – прямой ток через активный светодиод. Безопасным током для всех типов светодиодов можно считать 10 мА. Именно его рекомендуется устанавливать при проверке работоспособности прибора. Прямой ток влияет на световой поток, прямое напряжение и цветовую температуру светодиода.

Vr (Reverse Voltage) – постоянное обратное напряжение, которое можно подавать на светодиод без опасности его повреждения. Ток утечки при этом гарантируется, как правило, не более 10 мкА. Большинство светодиодов не предназначено для работы в обратном направлении. При увеличении обратного напряжения до 7… 10 В светодиод превращается в стабилитрон, максимальный ток стабилизации которого ограничен мощностью рассеяния.

Pv (Power Dissipation) – средняя мощность рассеяния, при которой гарантируется долговременная эксплуатация светодиода во всем диапазоне температур.

Tj (Junction temperature) – температура полупроводникового перехода. Определяет срок службы светодиода и его цветовую температуру. Прямое напряжение и световой поток светодиода снижаются с ростом Tj. Для мощного прибора с номинальным прямым током 350 мА изменение прямого напряжения в диапазоне -40… 120 °C составляет 0,55 В, а светового потока – 25 %.

Iv (Luminous Intensity) – кандела (кд), энергетическая сила света, т. е. излучаемый световой поток на единицу телесного угла. Для низковольтных приборов Iv измеряется при среднем значении прямого тока If, для относительно высоковольтных – при типовом рабочем напряжении Vf.

D (Diameter) – диаметр цилиндрической части корпуса светодиода. Этот параметр является удобным для первичной классификации. Существует стандартный ряд значений: 3; 4,3; 4,8; 5; 8 и 10 мм, причем первые два из них имеют унифицированные «дюймовые» названия, соответственно, Т-1 и Т-1¾.

Q (Viewing Angle) – удвоенный угол, в пределах которого сила света уменьшается в 2 раза, по сравнению с максимумом излучения. Различают светодиоды с рассеянным (Q > 60°) и узконаправленным (Q 60) излучениями.

 

1.5.4. Ресурс светодиодного освещения

Светодиодные модули для декоративного освещения представляют собой прямоугольную печатную плату на стеклотекстолитовом основании с напаянными мощными светодиодами. Подключение модулей к источнику питания осуществляется с помощью установленных на плате нажимных разъемов.

Ресурс светодиода определяют две составляющие – ресурс самого кристалла и ресурс оптической системы. Для изготовления оптических систем используются различные сочетания эпоксидных смол. Смола, как известно, изменяет свои свойства со временем (особенно под воздействием высоких температур), именно этим объясняется эффект «замутнения» линзы.

Поэтому заявляемое в рекламных целях время непрерывной работы светодиода в 100 000 часов (почти 15 лет) вызывает сомнение, тем более что на практике еще никто не проверил эту магическую цифру

Прогнозируемый ресурс производимых сегодня светодиодов как минимум в два раза меньше, т. е. примерно 50 000 часов, с 30 %-ной потерей яркости после 25 000 часов непрерывной работы.

Это неплохо, по сравнению с ресурсом лампы накаливания, который составляет менее 1000 часов.

В последующих главах мы поговорим и о практических вопросах монтажа светодиодных модулей в бытовых условиях.

 

Как правило, большинство «перегоревших» энергосберегательных ламп «больше не зажигается» из-за перегорания одной или обеих разогревающих нитей (накала) – контактов на торцах стеклянной трубки; такую неисправность можно выявить обычной «прозвонкой» с помощью тестера. Но на практике они перегорают не одновременно.

С большой вероятностью на практике можно утверждать, что часто перегорает одна из спиралей (нитей) накала.

Установив обрыв тестером, на плате электронного балласта – ЭПРА – надо замкнуть контакты, идущие к неисправной спирали (поскольку в электрической схеме нити накала энергосберегающей лампы соединены последовательно); и лампу, и балласт, подав питание, можно использовать дальше в течение довольно длительного времени, что также экономит семейный бюджет.

 

2.2.1. Конструктивные недостатки типовых схем

Недостатком ЭПРА является наличие сквозных токов через силовые транзисторы. Во время работы транзистор периодически открывается одновременно с началом закрывания второго открытого транзистора в момент насыщения трансформатора. Поскольку открывание транзистора происходит быстрее, чем его закрывание, в переходный момент времени (длительностью примерно 1 мкс) оба транзистора, включенных в разные плечи моста ЭПРА, оказываются открытыми.

Ограничительные резисторы в эмиттерных цепях транзисторов MJE13003 (и аналогичных) защищают их, но, как показала практика, не всегда… Устанавливать же вместо транзисторов MJE13003 другие возможные аналоги с малым сопротивлением насыщения, более мощные, к примеру MJE13007, нецелесообразно, так как такая замена скажется на надежности устройства в еще худшую сторону.

Я сталкивался и с другими типичными неисправностями ЭПРА:

1) выход из строя одного (или обоих) ключевых транзисторов типа MJE13003. Пробой транзисторов влечет за собой пробой двух из четырех элементов выпрямителя, реализованного на диодах типа 1N4007;

2) пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора, установленного в схеме для фильтрации питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в данном случае порядка 200 В, емкость в диапазоне 2–6 мкФ.

Китайский производитель (VITO, Ferron и др.) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь ни о температурном режиме, ни о надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве ЭПРА в качестве высоковольтного фильтра питания (установлен параллельно), поэтому должен быть высокотемпературным (105 °C).

При цене светильника в 200 рублей (вместе с ЭЛ, отдельно она стоит от 20 до 50 рублей) проще заменить его полностью, купив такой же новый, нежели выкраивать время для поездки в магазин радиотоваров, покупать оксидный конденсатор соответствующего номинала за 50 рублей, ехать домой, тратить время на ремонт…

Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе, – 250–400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает»…

Что можно рекомендовать?

Транзисторы MJE13003 рассчитаны на максимальное напряжение Umax= 400 В, максимальный постоянный ток коллектора Imax k= 1,5 А, максимальный импульсный ток коллектора = 3 А, напряжение насыщения коллектор-эммитер Uнкэ = 5 В. Ток, потребляемый энергосберегающей лампой мощностью 8 Вт, составляет 180 мА. Поэтому очевидно, что транзисторы данного типа выходят из строя не от теплового пробоя, а в момент зажигания лампы, при импульсном броске тока.

Гораздо лучшими заменами в данном случае, обеспечивающими запас надежности ЭПРА или электронного балласта, является замена данных транзисторов на (как ни странно) отечественные аналоги КТ8175А, КТ8181А, КТ8182А, КТ8108А, КТ8136А, КТ859АМ1. Особенно рекомендую замены КТ8108А, КТ8136А, так как эти мощные биполярные транзисторы заметно превосходят устанавливаемые в ЭПРА производителем MJE13003 по всем важнейшим электрическим характеристикам.

Вышедшие после пробоя транзисторов диоды выпрямителя типа 1N4007 можно заменить такими же или аналогичными по электрическим характеристикам, например отечественными диодами КД105В, КД105Г.

 

2.2.2. Практика замены платы для лампы с перегоревшей спиралью

Как уже было отмечено выше, важной и полезной отличительной чертой энергосберегающих ламп относительно «старых» ламп накаливания считается то, что первые будут работать и при обрыве нити подогрева (накала). Главное, что необходимо для зажигания газа внутри лампы, – это относительно высокое напряжение 200–300 В.

На рис. 2.6 представлена электрическая схема ЭПРА (электронного балласта) светильника для энергосберегающей лампы (11 Вт), которой можно заменить неисправный ЭПРА (если вы не сумели его восстановить приведенным выше простым способом); такой схемы также достаточно для подсветки в салоне автомобиля и в сумерки на природе. Устройство пригодится везде, где отсутствует сетевое напряжение 220 В.

Рис. 2.6. Электрическая схема преобразователя

Схема проста в повторении и содержит минимум деталей.

Принцип работы

Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов, реализованного на популярном таймере КР1006ВИ1. Микросхема включена по стандартной схеме автогенератора; частота импульсов около 30 кГц.

На выход микросхемы D1 нагружен мощный полевой транзистор, работающий в ключевом режиме и повышающий трансформатор. Транзистор открывается с каждым положительным фронтом импульсов с выхода микросхемы D1. В качестве Т1 используется промышленно изготовленный трансформатор HDBKEE2201A. Вместо указанного на схеме типа Т1 можно применить другой, с аналогичными электрическими характеристиками. Первичная обмотка должна иметь сопротивление постоянному току 110–300 Ом, а вторичная обмотка – соответственно 12–15 Ом. Соотношение сопротивления обмоток 1:20. Можно подбирать трансформатор для этой схемы по другому пути.

О деталях и налаживании

Среди трансформаторов на рабочее напряжение 220 В нужно выбрать ток, который на вторичной понижающей обмотке без нагрузки выдаст переменное напряжение 6…8 В.

Потребляемый от источника питания ток не превышает 200 мА. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5.

Конденсатор С1 типа К50-29. С2, СЗ типа КМ. Конденсатор С4 марки КБП-Ф или К73-11.

Схема в настройке не нуждается, и при исправных элементах и правильном монтаже устройство начинает работать сразу В процессе эксплуатации трансформатор Т1 будет издавать тихий свист и может нагреваться до температуры 30…40 °C.

Паять полевой транзистор VT1 следует, соблюдая меры предосторожности; пайка каждого вывода не более 2 секунд; паяльник необходимо заземлить.

Элементы схемы монтируются на макетной плате. Напряжение питания схемы (11–14 В) подключается через разъем типа РП10-5 или аналогичный.

 

Итак, в моем опытном случае стало ясно, что именно конструкция (технология изготовления) СЛ оказывает значительное влияние не только на ресурс работы и надежность, но и на стоимость готовых изделий. Так, оптимальная конструкция призвана обеспечить отвод тепла от кристалла, выдерживать термоциклирование, обеспечить высокую технологичность монтажа. На долговечность работы СЛ также влияют метод монтажа кристалла и материал теплоотводящего основания.

На рис. 3.1 представлен вид на светильник с тремя СЛ типоразмера Е14.

Рис. 3.1. Внешний вид потолочного светильника с тремя однотипными СЛ, установленного в моей загородной мастерской

Уточнение загородной, безусловно, важное, поскольку – об этом поговорим далее – определяет относительную редкость включения лампы.

Если разобрать СЛ типоразмера Е14 (рис. 3.1), то откроется вид на содержимое устройства – теплоотвод и преобразователь напряжения. Внешний вид разобранного корпуса СЛ представлен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. СЛ в разобранном виде: охлаждающий теплоотвод – часть корпуса и плата с дискретными радиоэлементами, составляющими схему источника питания – преобразователя 220 В – 14 В

Электронный импульсный источник питания, встроенный в цоколь (типа Е27, Е14), чувствителен не только к напряжению сети, но и к его частоте.

На моем примере эта лампа «прослужила» чуть меньше года, если быть точным, то 116 часов в режиме постоянного включения, а включений/выключений «пережила» не более 100, поскольку пользовался загородной мастерской в этот период времени нечасто. Температурный режим в мастерской соответствовал требованиям производителя СЛ, температура не опускалась ниже +16 °C, в холодный период года – с октября по апрель – мастерская отапливается централизованным отоплением. Светильник также был лишен вредных воздействий атмосферных осадков, поскольку находится в доме. Подача напряжения в осветительную сеть осуществляется через специальный стабилизатор с выходной мощностью 10 кВт.

Таким образом, сеть защищена от перегрузок (перенапряжений). И тем не менее при очередном включении летом 2016 года одна СЛ (из трех в составе потолочного светильника) погасла. При следующем включении (после выключения) погасла вторая. Эта ситуация явилась импульсом к исследованию проблемы. Притом третья СЛ продолжает светить и по сей день (не стала неисправной).

Две неисправные лампы были мною последовательно разобраны, и причина неисправности – одна и та же – установлена практическим методом.

Для того чтобы разобрать СЛ, потребуется снять колбу – с усилием и вращательным движением; она поставлена на клей, и затем снять крепления светодиодного кластера с помощью тонкой крестовой отвертки. Этот шаг иллюстрирует рис. 3.3.

Рис. 3.3. Разборка корпуса СП с патроном Е14

После этого шага открывается доступ к «начинке» цоколя СЛ, а именно к печатной плате источника питания (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Вид на печатную плату источника питания

Самое слабое звено этой платы – оксидный конденсатор емкостью 2,2 мкФ на рабочее напряжение 400 В. Если он даже незначительно теряет емкость и тем более полностью выходит из строя, выходное напряжение источника питания – адаптера значительно падает, и светодиоды могут не зажигаться вообще.

Вторая возможная причина из всех, которые мне удалось установить опытным путем, – окисление контактов на дорожках печатной платы. Если теряется (или становится) нестабильным электрический контакт на печатной плате в месте соединения с ней выводов неполярного конденсатора, обозначенного на плате С1, то с учетом малого тока потребления устройства источник питания СЛ также не выдает расчетного напряжения на выходе. Обе эти возможные неисправности устраняются без особого труда. Первая – путем проверки и замены оксидного конденсатора, вторая – путем пропаивания всех дорожек на печатной плате.

Следующим шагом, если СЛ до сих пор не исправна, проверяют диодный мост. Затем переходят непосредственно к светодиодному кластеру, на котором установлено 10 светодиодов. Вид на светодиодный кластер – плату C37-10SMD-2835V1 представлен на рис. 3.2. Вид на монтажные работы по пропайке выводов элемента платы источника питания С Л представлен на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Иллюстрация монтажных работ по дополнительной пропайке выводов элементов источника питания

Сегодня по технологии изготовления кристаллов больших размеров InGan-структур на карбиде кремния лидирует фирма Сгее, которая несколько лет назад обеспечила прорыв в области производства портативных твердотельных источников света. Световой поток современных светодиодных матриц измеряется десятками тысяч люменов, это позволяет изготавливать не только источники освещения рассеянного излучения (в том числе СЛ для бытовых нужд), но и фонари с большой дальностью и мощностью подсветки сфокусированного луча.

Главный показатель эффективности светодиодной лампы (СЛ) – это ее светоотдача. Она измеряется в лм/Вт, где один лм (люмен) – единица светового потока, а Вт – единица потребляемой электрической мощности. Об этом мы подробно говорили в первой главе книги.

Современные СЛ способны работать с прямым током свыше 1 А, однако при этом требуют постоянного отвода тепла для сохранности кристалла. С ростом мощности СЛ эффективность работы кристалла (включающая в себя целый комплекс параметров) снижается. Это связано с нелинейностью зависимости светоотдачи от прямого тока кристалла светодиода.

Светодиоды устанавливаются на специальную плату с разводкой печатных дорожек, о которой поговорим далее, поскольку от технологий ее изготовления и монтажа сильно зависит качество самой СЛ. Изделие (плата) с логотипом C37-10SMD-2835V1 представляет собой кластер из 10 полупроводниковых светодиодов, смонтированных на печатной плате с алюминиевым основанием. Вид на отдельный светодиод представлен на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Вид на отдельный светодиод мощностью 5 Вт фирмы Сгее, установленный в СЛ

Источником света (одним из 10) служит сверхмощный светодиод CREE Q5; по замыслу производителя светодиод, обеспечивающий временной интервал 10 лет непрерывной службы при ресурсе (параметр – наработка до отказа) светодиода 50 000–100 000 часов. Мощность светового потока у таких приборов в зависимости от мощности составляет 270–530 люменов (лм). Примерно аналогичные характеристики у других светодиодов.

К примеру светодиод 3 W белый холодный 270–300 Lm 6000–6500 °К 3,2–3,4 В, цветовая температура: 6000 °К…6500 °К, угол излучения: 120°, прямое напряжение: 3,0…3,4 В. Наиболее важными показателями, на которые стоит обратить внимание при выборе LED-ламп, являются их световая температура, цоколь и мощность. Разумеется, разными производителями С Л используются и другие типы светодиодов, к примеру LXHL-PL09, LXHL–LL3C, UE-HR803RO, LY-W57B и др.

Светодиоды в SMD-исполнении монтируются на печатных платах с алюминиевым основанием и могут вариативно комплектоваться вторичной оптикой для получения диаграммы направленности светового потока. Плата выполнена в форме круга или многогранника с несколькими выемками-отверстиями для крепления винтами М3 (см. рис. 3.7).

Такую и подобную ей плату (для монтажа нескольких светодиодов в SMD-корпусах) можно приобрести сегодня оптом и в розницу (отдельно от лампы), однако сам ремонт изделия по своей себестоимости и затратам времени пока представляется нерентабельным. И тем не менее рассмотрим и этот вопрос.

Рис. 3. 7. Печатная плата для монтажа светодиодов (подложка кластера) для других типов СП

Причина неработоспособности СЛ – нередко в микротрещинах или обрыве контактной дорожки на самом кластере. Поскольку все светодиоды подключены в последовательную электрическую цепь,

обрыв или плохой контакт в дорожке кластера является вполне существенной причиной для отсутствия свечения всех светодиодов.

Это самая неприятная для монтажника и ремонтника ситуация – ползучая неисправность. Если плату кластера со светодиодами незначительно деформировать (пальцами), то свечение появляется (см. рис. 3.8), тот же эффект может быть достигнут с помощью постукивания платой кластера по столу, но, разумеется, все это не может удовлетворить монтажника.

Рис. 3.8. Результат принудительной деформации платы светодиодного кластера с помощью пальцев рук – светодиоды засветились не в полную мощность

На рис. 3.9 показан метод подключения светодиодного кластера и источника питания СЛ для лабораторных исследований, то есть после его отключения от корпуса лампы и выноса на отдельных (дополнительных) проводах – для последующих экспериментов и ремонта.

На этом этапе очевидно, что придется пропаивать места контактных площадок светодиодов и, при необходимости, контролировать печатные дорожки на плате кластера с помощью лупы (на просвет) в поисках микротрещин.

Эта неисправность общая, часто встречающаяся для всех производителей кластеров светодиодных ламп. Лидирующие производители кристаллов решают эту проблему по-разному. К примеру, компании Lumileds Lighting и Nichia используют медное теплоотводящее основание. Nichia «приклеивает» кристалл к подложке, а технологи фирмы Limileds Lighting используют эвтектическую установку.

Рис. 3.9. Метод выноса плат СП из корпуса СП и подключения новыми проводами для последующих экспериментов и ремонта

Каждый из методов обладает как положительными, так и отрицательными особенностями. Пайка кристалла на подложку позволяет снизить тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом, но при этом возникает диодный контакт между теплоотводящим основанием и кристаллом, что требует обязательной электрической изоляции СЛ при одиночном или групповом монтаже на печатную плату Этот «минус» не только снижает технологичность и делает более дорогим производство готовых изделий, но в итоге увеличивает тепловое сопротивление между корпусом и теплоотводом (радиатором).

Кремниевая подложка и медное теплоотводящее основание по определению имеют значительно отличающиеся коэффициенты объемного расширения при нагревании, что при термоциклирова-нии приводит к нарушению эвтектики, к повреждению кристалла и, как следствие, к преждевременному старению источника света.

В этом ключе можно всесторонне рассматривать с разных сторон технологии изготовления СЛ, параметры их надежности и эффективности и совершенствовать технологии. Метод приклеивания кристалла к медному теплоотводящему основанию позволяет уменьшить нагрузки на кристалл и одновременно обеспечивает лучшую (по сравнению с предыдущим методом) его электрическую изоляцию. При этом снижаются долговечность и надежность СЛ, что, с другой стороны, делает продукцию (особенности технологии которой рассмотрены последней) более дешевой, и коммерчески доступной потребителям при прочих равных условиях.

После пропайки с помощью низковольтного (12 В) паяльника с тонким жалом удалось полностью локализовать неисправность. При работе СЛ рабочая температура радиатора охлаждения (теплоотвода) может достигать 80 °C. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод – можно повредить глаза. Это иллюстрирует рис. 3.10.

Рис. 3.10. Восстановленное состояние кластера после ремонтных работ

После этого светодиодную лампу рассмотренного типа снова можно использовать по назначению. В исследовании принимали участие светодиодные лампы Camelion LED А60 8,5 Вт, 660 лм, 830, 220 В, Е27 3000 °К, LED-A60-standard И Вт 160–260 В, Е27 3000 °К 900 лм (российского производства ООО «ASD»), Jazzway PLED-ECO-A60 7W и др.

 

3.1.1. Промежуточные выводы

Стандартный гарантийный срок отсчитывается с момента приобретения светодиодной лампы через розничную сеть и составляет 3 года. Причем в коробке с изделием уже находится гарантийный талон, с серийным номером и штампом предприятия-изготовителя, что выгодно отличает рассмотренное изделие от энергосберегающих ламп (не имеющих пока серийного номера и обеспеченных гарантией только по чеку организации-продавца). С Л для бытовых нужд подходят для большинства светильников с патронами Е14, GU5.3, GU10 и Е27.

Хорошим вариантом ламп для общего освещения в доме станут лампы формы «груша» мощностью 5 и 7 Вт. По световым характеристикам они соответствуют требованиям ГОСТа относительно распространенных ламп накаливания мощностью 40 и 60 Вт соответственно, имеют угол рассеивания света 250°, что позволяет использовать их в низкорасположенных светильниках (нет «провалов» засветки по бокам). Лучшим же решением для встраиваемых точечных светильников будут лампы с углом светового пучка, равным 120° (цоколи Gu5.3 и GulO).

Сегодня производители пытаются удешевить производство и поэтому переходят на теплопроводящую керамику. То есть в кластере используют радиатор не алюминиевый, а из теплопроводящей керамики. На практике нередки случаи, когда после очередного включения, примерно через 10–20 минут, световой поток снижается на 10–20 %. Сей процесс напрямую связан с нагревом корпуса лампы, т. е. после выключения и остывания лампы до комнатной температуры, при повторном включении, он повторяется.

Кроме того, при «слабой» технологии изготовления СЛ со временем эксплуатации происходит отслаивание дорожек в светодиодном кластере, это приводит к нарушению контакта и неисправности СЛ.

Впрочем, описанная неисправность и устраняется относительно простым способом.

Это актуально для тех, кто умеет держать в руках паяльник и кое-что знает о принципах работы светодиодов и источников питания. Всем остальным потребителям поистине сегодня не позавидуешь. При средней стоимости СЛ мощностью 6 Вт в 140 российских рублей, с учетом часто возникающих неисправностей и «дешевой» технологии изготовления, им придется нередко облегчать свой кошелек и семейный бюджет. Альтернатива, впрочем, тоже имеет место быть. Необходимо не гнаться за дешевизной и за «акциями» снижения цены, а приобретать СЛ проверенного производителя, пусть даже и с более существенной стоимостью.

Внимание, важно!

Таким образом, можно защититься от постоянных ремонтов, по сути, ламп-однодневок и в общем смысле неремонтнопригодного оборудования. Скупой платит дважды и трижды. Эта народная мудрость даже в нашей сфере актуальна как никогда. Еще один совет дам тем, кто так или иначе выезжает за границу – в Европу. Покупайте световые приборы там. За примерами далеко ходить не надо. Из 1 °CЛ, закупленных мною по случаю в Финляндии (кстати, на сезонной распродаже, а потому недорого), за 4 года ни одна не вышла из строя. На лампах также указан производитель – КНР. В то время при прочих равных условиях приобретенные в Санкт-Петербурге «дешевые» СЛ уже неоднократно отнимали мое время для описанного выше ремонта, вызывая справедливое недовольство не только российской промышленностью (она кое-где еще осталась), но и подходом на «авось» в части отечественных технологий и монтажа.

 

3.1.2. Анализ ситуации

Вряд ли кому из потребителей такой подход тоже может понравить-с я. И тем не менее продажи светодиодных ламп-«однодневок» не уменьшаются. Бракованный товар всегда легче продать за небольшую цену и наши доморощенные потребители «покупаются» на эту наживку «стаями». Кроме того, отечественные производили в силу экономических причин в погоне за выгодой откровенно лгут: к примеру в характеристиках указан индекс цветопередачи CRI более 80. А на упаковке он скромно не написан. Официальный сайт ASD в характеристиках лампы указывает CRI > 70.

Это значит, что дешевизна лампы обеспечивается применением соответствующих светодиодов с посредственными характеристиками, которые, в частности, при более низкой себестоимости имеют большую светоотдачу в расчете на 1 Вт мощности.

Такая лампа, возможно, сгодится для технического освещения, но не для семьи и дома в хорошем понимании качества домашнего очага. CRI – это естественность восприятия цветов и в общем смысле комфортности восприятия освещения. Можно проверить при более длительном сравнении с чуть более дорогими лампами (+10–20 % стоимости) с CRI 80–90. В общем, хорошо слишком дешево не бывает. Такие же характеристики имеет лампа светодиодная ASD LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм. Если подключить такую СЛ в электрическую цепь последовательно с включателем с подсветкой (неоновый индикатор), то СЛ будет моргать. Регулятор электрической мощности нагрузки (диммер), предназначенный для регулировки свечения (силы света, яркости) ламп, в данном случае применять нельзя, бесполезно.

Ближайшие конкуренты светодиодов – галогенные лампы – имеют эффективность (светоотдачу) порядка 25 лм/Вт. СЛ давно превзошли этот показатель, и в дальнейшем следует ожидать роста их эффективности и заметного снижения цены. Они могут быть выгодным решением, если, к примеру, в квартире установлено 10–15 лампочек, экономия получается достаточно существенной. Но необходимо учитывать все приведенные в статье «опасности» приобретения «дешевых» светодиодных ламп или… запастись терпением для их простого ремонта. С учетом высказанных здесь рекомендаций теперь это вполне возможно.

 

Есть еще достойные внимания светодиодные лампы производителя ООО «АСД», к примеру модель LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм. Мощность 11 Вт. Аналог по освещению -90-ваттная лампа накаливания. Цветовая температура 3000 °К, цветовая температура «теплое свечение». Световой поток 900 лм. Энергоэффективность 81,8 лм/Вт. Напряжение сети 220/230 В. Срок службы или срок годности 30 000 часов. Эти осветительные приборы устойчивы к механическим воздействиям (тряске, вибрации), что неоднократно подтверждено испытаниями. Энергопотребление на 90 % меньше, по сравнению с лампой накаливания. Класс энергоэффективности – А. Индекс цветопередачи: Ra > 70. Угол рассеивания светового потока: 270°.

Но это все мы можем прочесть на коробочке (упаковке) или на сайте производителя. А что на самом деле? А вот что.

В характеристиках на сайте указан индекс цветопередачи CRI более 80. На коробочке он не указан. Официальный сайт ASD в характеристиках лампы указывает CRI >70. Это значит, что дешевизна лампы обеспечивается применением соответствующих светодиодов с посредственными характеристиками, которые, в частности, при более низкой себестоимости имеют большую светоотдачу на ватт. Лампа сгодится для технического освещения, но не для дома (на авторский взгляд). CRI – это естественность восприятия цветов и вообще комфортности восприятия освещения. Можно проверить при более длительном сравнении с чуть более дорогими лампами (+10–20 % стоимости) с CRI 80–90. В общем, подтверждается известный принцип оценивания, когда «хорошо» слишком дешево не бывает.

Далее измерил массу лампы – 60 г, значит, ее система охлаждения посредственная. Измерил яркость свечения люксометром в одной произвольной точке. Стоваттная лампа накаливания – 88 лк, 75-ваттная лампа накаливания – 65 лк, и эта – тестируемая светодиодная – 56 лк. По яркости она проигрывает даже лампе накаливания в 75 Вт, хотя на упаковке светодиодной в эквивалентном значении указано 90 Вт. Следовательно, эта лампа светит как 70-ваттная лампа накаливания, хотя визуально сравнить яркость не так-то просто. С выключателем с неоновой подсветкой не мигает, как некоторые другие СЛ.

Лампа светодиодная ASD LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм, включенная в последовательную электрическую цепь с выключателем с неоновой подсветкой, дает такой эффект, что лампа моргает в выключенном состоянии. Пока не понятно, это проблема лампы или выключателя. Но в другом случае лампа, включенная в цепь с индикацией (включатель с индикатором подсветки), вела себя так же. Причем моргания яркие. С выключателем без индикатора, разумеется, не моргают.

Стандартный гарантийный срок отсчитывается с момента приобретения светодиодной лампы через розничную сеть и составляет 3 года. Причем в коробке с изделием уже находится гарантийный талон, с серийным номером и штампом предприятия-изготовителя, что выгодно отличает рассмотренное изделие от энергосберегающих ламп (не имеющих пока серийного номера и обеспеченных гарантией только по чеку организации-продавца).

Как показал опыт с выключателями, оснащенными неоновой подсветкой, регулятор электрической мощности нагрузки (диммер), предназначенный для регулировки свечения (силы света, яркости) ламп, в данном случае применять нельзя.

 

3.3.1. Что дает фокусировка?

Внимание, пример! Если взять для примера лампу с одним светодиодом и коллиматором в виде фокусировочной линзы (см. рис. 1.7 и 1.11 в первой главе), то источником света в ней служит сверхмощный светодиод CREE Q5 ведущей (в данном сегменте рынка) фирмы Сгее (США); светодиод, обеспечивающий временной интервал 10 лет непрерывной службы при ресурсе (параметр – наработка до отказа) светодиода 100 000 часов. Мощность светового потока в 530 лм при условии максимально возможной фокусировки линзой обеспечит теоретическую дальность сфокусированного луча (свечения) до 150 м. Фокусировочная линза дает теоретическую возможность изменять угол рассеивания света от широкого пятна до узконаправленного луча.

В лампе такого типа светодиод 3 W белый холодный 270–300 Еш 6000–6500 °К 3,2–3,4 V 850 шА. Цветовая температура 6000…6500 °К. Угол излучения: 120°. Прямое напряжение: 3,0…3,4 В. Номинальный ток: 850 мА.

Особенность производства оптики для мощных СЛ в современных условиях – вопрос не праздный. Для понимания его актуальности достаточно выйти в сумерки (ночью) на улицу в крупном городе и сравнить эффективность светодиодных светофоров, ставших уже привычными на наших улицах. Такие светофоры, устанавливаемые на перекрестках и железнодорожных переездах, давно вытеснили по эффективности «старые» светофоры с лампами накаливания. Особенно этот контраст будет заметен в солнечную погоду. Однако и сегодня производители оптики для СЛ «спорят» между собой об эффективном способе отражения света.

Проблемным вопросом является использование эффекта полного внутреннего отражения. Как пример обратите внимание на то, как сделана линза в лампе из «ИКЕИ» (шведская технология) – см. рис. 3.13. Это линза круглого сечения для формирования узконаправленного пучка.

Рис. 3.13. Оптика светодиодной лампы по шведской технологии

Некоторые характеристики такой СЛ:

• угол рассеивания светового потока: ±50°;

• коэффициент собирания пучка: не менее 80 %;

• осевая сила света: 530 лм;

• температурный диапазон эксплуатации: -40…+85 °C.

Внимание, важно!

Оптика позволяет как рассеивать, так и концентрировать световой поток; в результате «оптические» светодиодные лампы дают усиленный световой поток при меньшем количестве светодиодов. Пока практика использования светодиодных ламп с оптикой доказывает их большую надежность в сравнении с лампами без оптики, в том числе рассмотренными в этой книге.

 

3.3.2. Совместимость с датчиками движения

При случае проверил СЛ на совместимость с трехпроводным датчиком движения, подключенным по двухпроводной схеме, то есть так, что вместо обычного выключателя и без подвода нулевого провода к датчику. Начал с того, что подключил диод типа 1N4007 к клеммам А и N трехпроводного датчика движения типа ASD ДД009.

Диод спрятал в самом датчике, корпус датчика это позволяет. К клемме А, кроме вывода диода, ничего не подключается. В результате трехпроводный датчик движения становится двухпроводным с рабочими клеммами L и N. Эти клеммы L и N нужно подключить вместо обычного выключателя (напрямую подавать питание 220 В в этом случае нельзя). Датчик рассматривается как двухпроводный, но – с учетом диода – полупроводникового характера. Далее параллельно нагрузке, а именно светодиодной лампе, монтируется неполярный конденсатор емкостью 2,2 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В и более. Конденсатора хватит и для того, чтобы впоследствии подключить до пяти параллельно включенных таких ламп – целую люстру. Если будет заметно мерцание светового потока, емкость конденсатора нужно немного увеличить.

Внимание, важно!

Итак, практика подтвердила, что включение трехпроводного датчика движения в разрыв выключателя все же возможно при использовании светодиодных ламп, содержащих импульсный ИП – драйвер.