Кіріспе

Инженерлік құрылғы
құрылғы

Диммер – жарық шамға қосылатын және жарықтың күшін азайтуға арналған құрылғы. Шамға берілетін кернеу толқынын өзгерту арқылы жарық шығару интенсивтілігін төмендетуге болады. Өзгермелі кернеу құрылғылары түрлі мақсаттарда қолданылса да, «диммер» термині көбінесе кедергілік шамдарды, галогендік шамдарды және (жақында) ықшам люминесцентті шамдарды (CFL) және жарықдиодтарды (LED) басқаруға арналған құрылғылар үшін қолданылады. Флуоресцентті, сынапты, жартылай өткізгішті және басқа да доғалық шамдарды азайту үшін арнайы жабдықтар қажет. Диммерлердің мөлшері тұрмыстық жарық қосқыштарының көлемінен бастап, үлкен театрлық немесе архитектуралық жарық қондырғыларында қолданылатын жоғары қуатты құрылғыларға дейін өзгереді. Кішкентай тұрмыстық диммерлер әдетте тікелей басқарылады, бірақ қашықтан басқару жүйелері (мысалы, X10) де бар. Кәсіби диммерлер көбінесе DMX немесе DALI сияқты цифрлық басқару жүйесімен басқарылады. Жаңа жүйелерде бұл протоколдар көбінесе Ethernet желісімен бірге қолданылады. Кәсіби жарық индустриясында жарықтың күшінің өзгеруі «төмендеу» деп аталады және ол «көтерілу» немесе «төмендеу» болуы мүмкін. Тікелей қолмен басқарылатын диммерлердің жылдамдықты өзгертуге шектеулері болған, бірақ бұл мәселе қазіргі заманғы цифрлық құрылғылармен шешілді (бірақ шамның қызмет ету мерзімі сияқты себептермен жарықтың өте жылдам өзгеруіне әлі де жол берілмеуі мүмкін). Қазіргі заманғы диммерлер айнымалы резисторлардың орнына жартылай өткізгіштерден жасалады, себебі олардың тиімділігі жоғары. Айнымалы резистор қуатты жылу түрінде шығындайды және кернеуді бөлетін құрылғы ретінде жұмыс істейді. Жартылай өткізгіш немесе қатты күйдегі диммерлер төмен кедергілі «қосылған» күй мен жоғары кедергілі «өшірілген» күйдің арасында жылдам ауысатындықтан, басқарылатын жүктемемен салыстырғанда өте аз қуатты шығындайды. Соңғы уақыттарда бағдарламаланатын ішкі диммерлер жарықты қосу/өшіруге арналған бір ғана қосқыштан сигналдарды пайдаланып, жарықты азайтуды басқара алады. Арнайы сыртқы диммер қажет емес. Blink'n'Dim сияқты қарапайым байланыс протоколы электр желісі арқылы азайту командаларын жібереді. Олар желілік қосқыштар арқылы компьютерлік басқаруды қамтамасыз етеді, бірақ оны қажет етпейді. Олардың құны LED шамдарда, құрылғыларда немесе драйверлерде ауыстырылатын ескі «азайту мүмкіндігі» схемаларымен шамалас.

Тарих

Ертедегі диммерлер үлкен диммер панельдерін қолмен басқару арқылы тікелей басқарылатын. Бұл жарықтандыруды басқару орны арқылы барлық қуатты өткізуді қажет етті, бұл үлкен немесе жоғары қуатты жүйелер үшін, мысалы сахна жарықтандыруында қолданылатындар үшін, ыңғайсыз, тиімсіз және қауіпті болуы мүмкін. 1896 жылы Гранвилл Вудс өзінің "Қауіпсіздік диммерін" патенттеді, ол қажетті сұранысқа сай энергияны өндіру көлемін азайту арқылы ысырап болатын энергияны едәуір төмендетті, осылайша керексіз энергияны жағудан сақтады. 1959 жылы, 1961 жылы Lutron Electronics Company компаниясын құрған Джоэл С. Спира, кремнийлік басқарылатын тік түзеткіш немесе SCR деп аталатын сол кездегі жаңа жартылай өткізгіш құрылғыға негізделген диммерді ойлап тапты. Бұл кішкентай құрылғы диммерді стандартты электр қабырға қорабына орнатуға және энергияны үнемдеуге мүмкіндік берді. 1966 жылы Юджин Алессио триакты пайдаланып, бір шамның жарық деңгейін реттеуге арналған шам ұясы адаптерін патенттеді. Бұл құрылғыны орнату үшін ол 2 дюймдік дөңгелек құрылғыны таңдады, оның бір жағы шам ұясына бұралатын, ал екінші жағы шамды қабылдайтын болды. Жартылай өткізгіш диммерлер пайдалануға кіріскен кезде, аналогты қашықтан басқару жүйелері (мысалы, 0-10 В жарықтандыруды басқару жүйелері) мүмкін болды. Басқару жүйелерінің сымдары бұрынғы жарықтандыру жүйелерінің ауыр қуат кабельдерімен салыстырғанда әлдеқайда кішкентай (төмен токпен және қауіпсіздік деңгейі жоғары) болды. Әрбір диммердің өз басқару сымдары болды, нәтижесінде жарықтандыруды басқару орнынан көптеген сымдар шығып кетті. DMX512, DALI немесе Art Net, ETCnet, sACN, Pathport, ShowNet немесе KiNET сияқты соңғы цифрлық басқару протоколдары бір кабель арқылы көптеген диммерлерді (және басқа да сахналық жабдықтарды) басқаруға мүмкіндік береді.

Реостат диммері

Реостаттарға негіделген диммерлер тиімді емес еді, себебі олар жүктеменің қуатының маңызды бөлігін жылу ретінде ысырапқа шашыратып жіберетін. Олар үлкен болды және көп мөлшерде салқындату ауасы қажет еді. Олардың димдеу әсері жүктеменің реостатқа қолданылуына көп байланысты болғандықтан, жүктемені реостаттың қуат номиналына сәйкес келтіру қажеттігі туатын. Соңында, механикалық басқаруға тәуелді болғандықтан, олар баяу жұмыс істеді және бір уақытта көп арналарды өзгерту қиын болды.

Тұщы судың тұндырғышы

Реостат диммерінің алғашқы үлгілеріне тұзды су диммері немесе сұйық реостат жатады; қозғалмалы және бекітілген контактілер арасындағы сұйықтық өзгермелі кедергіні қамтамасыз етті. Контактілер бір-біріне қаншалықты жақын болса, шамға соншалықты көп кернеу түседі. Тұзды су диммерлеріне коррозияға байланысты суды үнемі қосу және күтіп ұстау қажет болды; жұмыс істеу кезінде ашық қалған бөліктеріне кернеу түсіп, электр тогының соғу қаупі тудыратын. Сенімсіз дереккөз: 2011 жылғы желтоқсан.

Шүлгімен айналатын трансформатор

Шүлгіні айналдыру трансформаторы желідегі кернеуді өзгерту үшін екі шүлгінің араласқан орналасуын өзгертетін ауыспалы позициялық шүлгімен бірге тұрақты позициялық электромагниттік шүлгіні пайдаланды. 90 градусқа бұрылған екіншілік шүлгіге негізгі шүлгіден екі тең, бірақ қарама-қарсы өріс әсер етеді, бұл оларды тиімді түрде жойып, екіншілікте кернеу тудырмайды. Бұл шүлгілер электр қозғалтқыштарында қолданылатын стандартты ротор мен статорға ұқсас, бірақ роторды тежегіштермен айналудан тоқтатып, жоғары серпімді беріліс арқылы белгілі бір позицияларға жылжытады. Ротор ешқашан толық айналым жасамағандықтан, коммутатор қажет болмады, оның орнына роторда ұзын, икемді кабельдерді қолдануға болады.

Автотрансформатордың тоңазытқышы

Содан кейін өзгермелі автотрансформаторлар ("Variac" сауда атауы) енгізілді. Олар реостат диммерлеріне ұқсас, соған қарамастан, бұрынғыдай үлкен болса да, салыстырмалы түрде тиімді құрылғылар. Олардың кернеу шығысы, демек күңгірттеу әсері, қолданылатын жүктемеге көптеп тәуелді емес, сондықтан әрбір автотрансформатор арнасына қосылатын жарықтандыруды жобалау әлдеқайда оңай болды. Диммерлерді қашықтан басқару әлі де қиын болды, бірақ кейбір диммерлер моторлы жетектермен жабдықталған, олар қосылған шамдардың жарықтығын баяу да тұрақты түрде азайта не арттыра алатын. Автотрансформаторлар жарықтандыруда қолданыстан шығып қалды, бірақ басқа да қолданыстарда пайдаланылады. Дегенмен, автотрансформаторлар әлі де тиімді шешім болып табылатын (2021 жылға қарай) жарықтандыру сценарийлері бар. Мысалы, дыбыс жазу студиясының басқару бөлмесі электромагниттік кедергілерге қатаң шектеулерді қажет етуі мүмкін. Қатты күйдегі диммерлермен салыстырғанда, автотрансформаторлардың тудыратын өткізілетін эмиссиясы дерлік нөлдік деңгейде болады.

Қатты күйдегі диммер

Қатты күйдегі немесе жартылай өткізгіш диммерлер осы мәселелердің кейбірін шешу үшін енгізілді. Жартылай өткізгіш диммерлер әрбір ауыспалы ток жарты циклының басталуынан кейін реттелетін уақытта (фазалық бұрышта) қосылады, осылайша шамдарға қолданылатын кернеу толқынының пішінін өзгертеді және оның тиімді RMS мәнін өзгертеді. Олар кернеудің бір бөлігін сіңірудің орнына ауыстырып отырады, сондықтан энергияның ысырабы өте аз болады. Димдеу дерлік бірден жүзеге асырылады және қашықтан басқару электроникасымен оңай басқарылады. Бұл даму сонымен қатар диммерлерді үйдегі жарық қосқыштарының орнына (қаптама ішінде) қолдануға жеткілікті кішкентай етуге мүмкіндік берді. Қосқыштар ауысу кезінде жылу бөліп шығарады және радиожиілікті кедергілер тудыруы мүмкін. Бұл кедергілерді жою үшін контурдың бір бөлігі ретінде индукторлар немесе тұндырғыштар қолданылады. Диммер 50% қуатпен жұмыс істегенде, қосқыштар ең жоғары кернеуді (>325 В Еуропада) ауыстырады және күштің кенеттен өсуі индуктордағы катушкаларды қозғайды, бұл кейбір диммерлердің кейбір түрлерінде естілетін шуылдау дыбысын тудырады; осы әсерді қыздырғыш шамдардың талшықтарында «сыңғырлау» ретінде естуге болады. Төмендету схемасы желімен жарықтандыру жүктемелерімен ортақ болатын сезімтал аудио және радио жабдықтарында естілетін шуылдауды болдырмау үшін жеткіліксіз болуы мүмкін. Мұндай жағдайда бұл кедергіні болдырмау үшін арнайы шаралар қабылдануы керек. Еуропалық диммерлер тиісті ЭМҚ заңнамасының талаптарына сәйкес болуы керек; бұл жоғарыда сипатталған эмиссияларды EN55104 стандартында сипатталған шектерге дейін азайтуды білдіреді. Көрсетілген электр схемасында кремнийді басқарылатын түзетушіге (SCR) негізделген типтік жарық диммері фазалық бұрышты басқару арқылы жарықты димдейді. Бұл құрылғы жүкпен тізбекте жалғанады. Диодтар (D2, D3, D4 және D5) импульстік тұрақты ток тудыратын көпір құрайды. R1 және C1 уақыт тұрақтысы бар тізбек құрайды. Кернеу нөлден жоғарылаған сайын (әр жарты толқынның басында) C1 зарядталады. C1 Д6 диодын өткізгіш етіп, SCR-ге ток жібергенде, SCR іске қосылады. SCR өткізгіштік кезінде D1 C1-ді SCR арқылы разрядтайды. SCR тогы нөлге жеткенде және жарты циклдің соңында қуат көзінің кернеуі төмендегенде өшеді, келесі жарты циклде жұмыс істеуге дайын. Бұл тізбек алдыңғы шетті димдеу немесе алдыңғы фазалық димдеу деп аталады. Оқшауланған қақпалы биполярлы транзисторларға (IGBT) негізделген диммерлер синусоидалық толқынның төмендеу жағын кесіп, TRIAC-тардағы шудың көп бөлігін жояды. Бұл тізбектер соңғы шетті димдеу немесе кері фазалық димдеу деп аталады. Тағы да жаңа, бірақ әлі де қымбат технология – синусоидалық толқынды димдеу, ол жоғары қуатты коммутациялық қуат көзі ретінде жүзеге асырылады, содан кейін сүзгі орнатылады.

Бақылау

Үйге арналмаған диммерлер әдетте әртүрлі протоколдар арқылы қашықтан басқарылады. Аналогты диммерлер әдетте, 0 және 10 В аралығындағы кернеуді тасымалдайтын, әрбір диммер арнасы үшін жеке сымды қажет етеді. Кейбір аналогтық тізбектер осыдан басқару сигналын және коммутаторларға қуат беруді қамтамасыз етеді. Жүйеге арналардың саны артқан сайын, жарықтандыру контроллері мен диммерлер арасындағы сымдардың саны да артады. 1970-жылдардың соңында сериялық аналогты протоколдар әзірленді. Бұл протоколдар бір сымға бірнеше аналогтық деңгейді біріктірді, Strand Lighting компаниясының еуропалық D54 стандартында (384 диммерді басқаруға арналған) немесе АҚШ стандарты AMX192 сияқты, енгізілген сағат сигналымен немесе жеке сағат сигналымен. DMX512 сияқты цифрлық протоколдар 1980-жылдардың соңынан бері осы мәселенің шешімі болып табылады. Алғашқы нұсқаларында цифрлық сигнал контроллерден диммерлердің жанына орналасқан демультиплексерге жіберілді. Бұл демультиплексер цифрлық сигналды жеке аналогтық басқару тізбектеріне қосылатын 0-ден +10 В-қа дейінгі немесе 0-ден -10 В-қа дейінгі сигналдар жиынтығына түрлендірді. Қазіргі заманғы диммерлер микропроцессорларды пайдаланады, олар цифрлық сигналды тікелей коммутаторларға арналған басқару сигналына түрлендіреді. Бұл көптеген артықшылықтар береді, димдеуді жақсырақ бақылауға мүмкіндік туғызады және диагностикалық ақпаратты цифрлық түрде жарықтандыру контроллеріне қайта жіберуге мүмкіндік береді. Тұрғын үйлерде қолданылатын кейбір диммерлер радио қабылдағышпен жабдықталған, оларды радио бергіш арқылы қашықтан басқарылатын сымсыз жарық қосқыштары ретінде пайдалануға болады.

Жапсыру

Патчтау – басқару үшін схемаға немесе арнаға физикалық ("қатты патч") немесе виртуалды ("жұмсақ патч") тағайындау.

Қатты жамау

Диммерлер әдетте тізімде орналастырылады, осылай оларға оңай қол жеткізіледі, содан кейін басқарылатын құралдарға қуат жүргізіледі. Архитектуралық орналымдарда электр энергиясы тұрақты сымдар арқылы (бұл схема деп аталады) диммерлерден тікелей шамдарға беріледі. Олар берік орнатылған және өзгертілмейді. Дегенмен, театрлар сияқты жайлар көбірек икемділікке мұқтаж. Әр қойылым үшін, және кейде қойылым барысында өзгерістер жасауға мүмкіндік беру үшін, театрлар кейде театрдың айналасына орналасқан розеткаларға тұрақты сымдармен жалғанатын схемалар орнатады. Бұл схемалар тікелей диммерге емес, патч-панельге қосылады. Патч-панель әдетте диммерлердің жанында орналасқан, бұл диммерлерді патч-кабель арқылы нақты схемаларға қосуға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, патч-панель бір диммерге көптеген схемаларды қосуға, тіпті төмен вольтты шамдар үшін тізбекті қосылым жасауға мүмкіндік береді. Кейбір театрларда жеке кабельдер тікелей шамдардан диммерге дейін тартылады. Схемалар мен диммерлер арасындағы белгіленген байланыстар (патч-панельде немесе жеке кабельдер түрінде) негізгі немесе берік патч деп аталады. Бұл көбінесе ескі театрларда және турларда, онда диммерлер турлық компаниямен әкелінеді, кездеседі.

Жұмсақ жамау

Қазіргі заманғы көптеген бекітілген орналымдарда патч-панельдер болмайды; оның орнына әр тізбек үшін диммер (жарық мөлшерін реттегіш) болады, ал компьютерлік басқару консолінің Soft Patch мүмкіндігі арқылы каналдарға диммерлер қосылады.

Түсті көтеретін қисықтар

Аналогты диммерлердің көпшілігінің конструкциясы диммердің шығысы кіріске тікелей пропорционал емес екенін білдірді. Оның орнына, оператор фейдерді көтерген кезде, диммер бастапқыда баяу, ортасында жылдам, ал соңында қайта баяулайтын еді. Бұл қисық синустық толқынның төрттен бір бөлігіне ұқсас болатын. Әртүрлі диммерлер әртүрлі димдеу қисықтарын жасады, ал әртүрлі қолданыстар әдетте әртүрлі жауаптарды қажет етті. Телевизия көбінесе "квадрат заңы" қисығын қолданады, бұл қисықтың жоғарғы бөлігінде дәлдікпен реттеуге мүмкіндік береді, бұл жарықтандырудың түс температурасын дәл кесу үшін өте маңызды. Театрлық диммерлер көбінесе жұмсақ "S" немесе сызықтық қисықты пайдаланады. Цифрлық диммерлерді өндіруші қалаған қисықтармен жасауға болады; олар сызықтық байланыс пен әртүрлі қисықтарды таңдау арасында таңдау жасауға мүмкіндік береді, осылайша оларды ескі аналогты диммерлермен үйлестіруге болады. Күрделі жүйелер пайдаланушы бағдарламалай алатын немесе стандартты емес қисықтарды ұсынады, ал стандартты емес қисықтың кең таралған қолданылуы – диммерді "димингсіз" режимге өзгерту, яғни пайдаланушы анықтаған басқару деңгейінде қосу.

Алдын ала қыздыру

Жоғары интенсивті қыздырғыш (жіпті) шамдарды суық күйден толық қуатқа ауыстыру олардың қызмет ету мерзімін күрт қысқартуы мүмкін, себебі үлкен кіріс тогы пайда болады. Шам жіптеріне түсетін жүктемені азайту үшін диммерлер алдын ала қыздыру функциясын қолдануы мүмкін. Бұл функция шамды өшірілгендей көрінетін, бірақ шамның тым суынуын болдырмайтын ең төменгі деңгейді, әдетте 5-10% аралығында белгілейді. Бұл сондай-ақ шамның кенеттен қуаттың өсуіне реакциясын жылдамдатады, бұл рок-н-ролл стиліндегі шоуларды өткізушілер үшін маңызды. Бұл функцияның керісіне кейде "жоғарғы шектеу" деп аталады. Ол шамға берілетін максималды қуатты шектейді, бұл шамның қызмет ету мерзімін де ұзартады. Күрделенбеген жүйелерде осы эффект іс-шара немесе қойылым алдында шамдарды тікелей қыздыру арқылы қол жеткізіледі. Бұл әдетте шамдарды жарты сағаттан бір сағатқа дейін толық (немесе көбінесе 90-95%) қуатқа дейін біртіндеп көтеру арқылы жасалады. Бұл кіріктірілген алдын ала қыздыру функциясымен бірдей тиімді.

Цифрлық

Қазіргі заманғы цифрлық консольдер алдын ала қыздыру және диммерлеу қисықтарын модельдеуге мүмкіндік береді және жадыда жұмсақ қосылым жасауға болады. Бұл көбінесе артықшылықты жағдай, себебі диммерлік тіреуді басқасына ауыстыруға болады, күрделі параметрлерді қайтадан енгізудің қажеті болмайды. Әртүрлі қисықтар немесе профильдер бағдарламаланып, түрлі арналарда қолданылуы мүмкін.

Көтерілу уақыты

Алдыңғы шеттің сапасын бағалаудың бір өлшемі – "көтерілу уақыты". Бұл контексте көтерілу уақыты – толқынның кесілген бөлігінің нөлден бастап дереу шығыс кернеуіне жетуге кеткен уақыты. Жоғарыдағы толқын формасында бұл қызыл сызықтың тік беткейінің тік өсуін көрсетеді. Әдетте, ол ондағаннан жүздерше микросекундтармен өлшенеді. Көтерілу уақыты ұзақ болса, диммер мен шамның шуын азайтады, сондай-ақ шамның қызмет ету мерзімін ұзартады. Көтерілу уақыты ұзақ болса, диммердің тудыратын электромагниттік кедергілер де азаяды. Күдіксіз, көтерілу уақыты ұзақ болса, оны іске асыру қысқа уақытқа қарағанда қымбатқа түседі, себебі дроссельдің (тұншықтырғыштың) мөлшерін ұлғайту қажет. Жаңа димдеу әдістері мұндай мәселелерді азайтуға көмектеседі.