O LEDach ściemnialnych… bez ściemy

Od kilku lat żarówki LED sukcesywnie zdobywają coraz większą pozycję na rynku. Od jakiegoś czasu można wręcz powiedzieć, że zdobywają go szturmem. Co jest tego powodem?

• Po pierwsze i najważniejsze żarówki LED są ekonomiczne w użyciu.
• Po drugie, posiadają szerokie spektrum barw światła białego od ciepłego po bardzo zimne.
• Po trzecie, są wytrzymałe (podobno), producenci podają czas życia żarówek w dziesiątkach tysięcy godzin.
• Po czwarte, w przeciwieństwie do tzw. świetlówek energooszczędnych nie trzeba czekać, aż żarówka się „rozgrzeje”.
• Po piąte, żarówki LED są tanie coraz tańsze.

Przestaje być tak różowo, gdy zaczniemy mówić o żarówkach LED ściemnialnych. Żeby uściślić, mam tutaj na myśli żarówki z klasycznym gwintem (E27 lub E14), które są przystosowane do napięcia przemiennego 230V. Żarówki na napięcie 12V to zupełnie inna para kaloszy i materiał na osobny artykuł.

Zanim jednak przejdę do rzeczy nadmienię, że jest to pierwszy i na pewno nie ostatni artykuł o ściemniaczach i LEDach ściemnialnych. W tym wpisie jedynie dotknę tematu. Mianowicie zajmę się konkretnym ściemniaczem i trzema żarówkami trzech różnych producentów. Spróbuję je trochę pościemniać i zobaczyć co z tego wyjdzie.
Co jest interesujące, to fakt, że do tego celu użyję urządzenia ściemniającego, który nie jest przystosowany do ściemniania żarówek typu LED 🙂 . O powodach dla których próbuję oszukać system napiszę za chwilę, a póki co wrócę do żarówek.

Czego się dowiesz z artykułu?

Warto odpowiedzieć na to pytanie zanim ruszysz dalej, a więc dowiesz się:

• Jakie możesz napotkać problemy przy podłączaniu żarówek ściemnialnych LED do standardowego (ale nie tylko) ściemniacza,
• W jaki sposób podpiąć ściemniacz podtynkowy,
• Jaka jest zasada działania ściemniacza,
• Będziesz mieć niepowtarzalną okazję obejrzenia moich prób i błędów ściemniania testowanych żarówek LED i poznania rezultatów tych testów 🙂

W czym problem?

Problem z żarówkami ściemnialnymi LED jest taki, że nie ma jednolitego standardu. Żarówki każdego producenta działają inaczej. Każda żarówka posiada sterownik, który na swój sposób interpretuje sygnał zasilający otrzymany ze ściemniacza. Jeśli użyjesz ściemniacza, który nie posiada żadnych ustawień dodatkowych, po podpięciu żarówki LED firmy X, która nie jest wspierana przez producenta ściemniacza, możesz napotkać następujące problemy:

• migotanie żarówki
• działanie w ograniczonym zakresie (np. 50%-100%)
• żarzenie się lub pulsowanie żarówki po wyłączeniu ściemniacza (możliwe, że ten efekt występuje w jedynie w ściemniaczach nie przystosowanych do LEDów)
• ten z gatunku niewielkich, ale po czasie irytujących: żarówka gaśnie podczas ściemniania. Pół biedy jak ściemniacz ma postać pokrętła, ale jak ściemniasz za pomocą przycisku, to jest to sytuacja, że żarówka nie świeci zarówno wtedy, gdy ściemniacz jest wyłączony jak i załączony.

Jak działa ściemniacz?

W skrócie, są dwie podstawowe opcje działania ściemniacza:

1. Za pomocą elementów półprzewodnikowych (Triak). Przemienne napięcie zasilania jest „przycinane”, co skutkuje obniżeniem wartości napięcia skutecznego na wyjściu ściemniacza i w efekcie zmniejszenie natężenia światła w żarówce.
2. PWM – żarówka jest wyłączana i załączana z dużą częstotliwością. Teoretycznie może to powodować odczuwalne miganie żarówki, ale przy dużych częstotliwościach ten efekt uboczny powinien być niezauważalny. Przy rozjaśnianiu żarówki czas załączenia jest wydłużany, a czas wyłączenia skracany, co skutkuje odczuwalnym zwiększeniem natężenia światła.

Jeżeli interesuje Cię teoria działania ściemniaczy, znajdziesz ją np. na stronie LED’s World.

Wybór ściemniacza

W przypadku tego konkretnego rozwiązania założenia co do wyboru ściemniacza były następujące:

• Musi być ekonomicznie przez lata, czyli musi mieć możliwość ściemniania LEDów.
• Front ściemniacza musi być zgodny z rodziną wyłączników i gniazdek, które są zastosowane w całym mieszkaniu. Ten podpunkt wyeliminował wszelkie ściemniacze z pokrętłem dostępne na rynku (a wygląda na to, że takich jest najwięcej). Sorry.

Co tutaj potrzebowałem to ściemniacza, który mógłbym sobie ukryć za wyłącznikiem dopasowanym do reszty elementów. Potrzebowałem ściemniacza podtynkowego.

Przeszukując internet okazało się, że takich ściemniaczy jest tyle co kot napłakał. Nie obsługują LEDów, straszą ceną, albo należą do rodziny produktów systemu inteligentnego domu (tam nie ma centralki ID).

Jednakże nie można się poddawać bez walki. Gdzieś na forum znalazłem informacje, że niektóre żarówki ściemnialne LED działają ze ściemniaczami, które takich żarówek teoretycznie nie obsługują. Tak więc decyzja została podjęta: trzeba kupić ściemniacz podtynkowy, który nie obsługuje LEDów, ale kosztuje ok. 50zł.
Konkretnie mam na myśli model SCO-802 firmy F&F.

Parametry ściemniacza

Napięcie: U = 230V AC
Max natężęnie: I = 1.5A
Max moc czynna: Pmax = 350W (przekroczenie mocy nam nie grozi 🙂 )
Współczynnik mocy ściemniacza: cosφ = 1 (najmniej istotne tutaj)

Ponadto dimmer posiada bezpiecznik (tzw. radiowy) o prądzie nominalnym 2A.

Schemat podłączenia

Do wykonania stanowiska testowego potrzebuję kilku elementów:

• ściemniacza 🙂
• wyłącznika dzwonkowego
• kilku złączek elektrycznych
• gniazda żarówki
• żarówki LED

Poniższy schemat przedstawia sposób połączenia ww. elementów.

Ze ściemniacza wychodzą trzy przewody:

• przewód zasilający (brązowy) – podpinamy tutaj „fazę” na stałe
• przewód sterujący (czerwony) – naciśnięcie wyłącznika spowoduje pojawienie się potencjału na tym przewodzie. Do wyłącznika również trzeba dostarczyć potencjał elektryczny (czyli podpiąć przewód fazowy)
• Wyjście (niebieski) – wbrew pozorom to nie jest przewód neutralny. Przewód ten podpinamy do żarówki i za jego pomocą podawany jest potencjał elektryczny o zmiennej wartości (od wielkości potencjału zależy natężenie światła żarówki).

Zatem, do podpięcia ściemniacza wykorzystujemy jedynie przewód fazowy. Przewód neutralny jest podpinany bezpośrednio ze źródła do żarówki (lampy). Przewód ochronny został tutaj pominięty, ponieważ gniazdo żarówki nie ma obudowy i nie ma potrzeby / sensu go podpinać.

A tak to wygląda w rzeczywistości.

Testy, testy i jeszcze raz testy

Dobra, pora wrzucić coś na ruszt. Jak wspomniałem na początku, będę testował żarówki 3 różnych producentów:

• EcoEnergy 10W ściemnialna model EE-02-022 (od ponad roku działa bardzo dobrze z dedykowanym do LEDów ściemniaczem)
• Philips 10W ściemnialna model 718291744658
• Osram 10W ściemnialna model Parathom Classic 60

Testy są przedstawione w postaci krótkich filmów. Jeśli nie masz czasu na ich oglądanie, lub interesują Cię tylko rezultaty, pod każdym filmem znajdziesz podsumowanie testu w formie tekstowej.

Do modyfikacji układu posłużą mi trzy elementy, z czego jeden podwójnie:

• kondensator o pojemności C = 470nF (w kolejnym teście użyję 2 kondensatory)
• moduł Fibaro Bypass (FGB001), który tak naprawdę dedykowany jest do współpracy ze ściemniaczem Fibaro, i używa się go w przypadku podpinania żarówek małej mocy.
• rezystor o oporności R = 1MΩ

Na początek klasyczna żarówka żarowa

Pierwszym testem jaki wykonam jest sprawdzenie działania ściemniacza na standardowej żarowej żarówce, czyli dedykowanej do tego typu ściemniacza. Dzięki temu sprawdzę czy dobrze spiąłem układ oraz poznam możliwości dimmera i tym samym ustalę cel do którego powinienem dążyć przy ściemnianiu żarówek LED.

Ściemnianie klasycznej żarówki jest oczywiście możliwe w zakresie od 0-100%.

Aby płynnie rozjaśnić lub ściemnić żarówkę wystarczy nacisnąć i przytrzymać klawisz wyłącznika.
Ściemniacz posiada pamięć ostatniego poziomu ustawionego natężenia światła żarówki i powraca do niego po ponownym załączeniu ściemniacza (przy szybkim naciśnięciu wyłącznika).

Ściemniacz najwidoczniej nie wygra również konkursu na najcichszy element podtynkowy. Im żarówka bardziej ściemniona tym większe brzęczenie.

Czas na żarówki LED

Test będzie polegał na sprawdzeniu działania każdej z żarówek LED, układ pozostaje bez zmian.

Wyniki testu:

• żarówka EcoEnergy – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka pulsuje. Po załączeniu ściemnianie w niezauważalnym zakresie (świeci non stop w okolicach 100% natężenia światła) Wynik negatywny.
• żarówka Philips – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka lekko się żarzy. Po załączeniu możliwość ściemniania i rozjaśniania w dość dużym zakresie. Wynik negatywny.
• żarówka Osram – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka lekko się żarzy. Po załączeniu możliwość ściemniania i rozjaśniania w niewielkim zakresie, żarówka w pewnych momentach migocze. Wynik negatywny.

Zmierzono napięcie na zaciskach gniazda żarówki przy wyłączonym ściemniaczu i podpiętej żarówce marki Philips.
Wynik pomiaru: U = 65V.

Przyczyna? Być może ściemniacz w ten sposób testuje jaki rodzaj źródła światła jest w danym momencie podpięty.

Dokładamy kondensator…

Znanym sposobem likwidacji żarzenia się żarówek LED po wyłączeniu napięcia jest podpięcie równoległe do zacisków gniazda żarówki (lampy) kondensatora. Standardowym powodem żarzenia LEDów jest zastosowanie wyłączników oświetlenia diodą sygnalizacyjną (przez co małe napięcie na zaciskach może być obecne pomimo wyłączenia światła). Tutaj mamy ściemniacz, który działa zupełnie inaczej, lecz mimo to warto spróbować.

Dobrana pojemność (470nF) może się wydawać duża, jednak z początkowych, nieopisanych tutaj prób wynikało, że zastosowanie mniejszego kondensatora to przysłowiowe uderzanie głową w mur.

Wyniki testu:

• żarówka EcoEnergy – jest poprawa, przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu ściemnianie w nieco większym zakresie, lecz w pewnych punktach występują pulsacje. Wynik negatywny.
• żarówka Philips – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka lekko się żarzy (niewielka poprawa). Test ściemniania zatem pominięto. Wynik negatywny.
• żarówka Osram – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka migocze. Test ściemniania pominięto. Wynik negatywny.

Zmierzono napięcie na zaciskach gniazda żarówki przy wyłączonym ściemniaczu i podpiętej żarówce marki Philips.
Wynik pomiaru: U = 59V (napięcie zmniejszone o 6V).

…a nawet dwa

Podczas pierwszego testu żarówek LED najlepiej dało się ściemniać żarówkę marki Philips. Jednak żarówka nie zamierza zgasnąć, nawet przy wpiętym kondensatorze, dlatego postanowiłem pójść za ciosem i podpiąć równolegle 2 kondensatory.

Wyniki testu:

• żarówka EcoEnergy – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie mało zadowalające: niewielki zakres zmiany natężenia światła + migotanie. Wynik negatywny.
• żarówka Philips -przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie mało zadowalające: niewielki zakres zmiany natężenia światła + migotanie. Wynik negatywny.
• żarówka Osram – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie mało zadowalające: niewielki zakres zmiany natężenia światła + migotanie (dużo migotania). Wynik negatywny.

Zmierzono napięcie na zaciskach gniazda żarówki przy wyłączonym ściemniaczu i podpiętej żarówce marki Philips.
Wynik pomiaru: U = 51V (napięcie zmniejszone o 8V w stosunku do układu z pojedynczym kondensatorem).

Czarny koń testów

Uzyskane do tej pory wyniki nie napawały optymizmem. W międzyczasie przypomniałem sobie, że mam zakopany w szufladzie moduł Fibaro Bypass (FGB001), który jest co prawda dedykowany do innego typu ściemniacza wchodzącego w skład systemu inteligentnego domu, ale kto mi zabroni spróbować? 🙂

Wyniki testu:

• żarówka EcoEnergy – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie w średnim zakresie, opcjonalne migotanie i efekt zgaszonej żarówki przy załączonym ściemniaczu. Mimo wszystko, słabo. Wynik negatywny.
• żarówka Philips -przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie w dużym zakresie, brak migotania. Jest sukces! Wynik pozytywny!
• żarówka Osram – przy wyłączonym ściemniaczu żarówka nie świeci. Po załączeniu, ściemnianie w niewielkim zakresie + migotanie. Bardzo słabo. Wynik negatywny.

Pokaż kotku co masz w środku

Wszystko fajnie, udało mi się znaleźć rozwiązanie. Jest tylko jeden szkopuł. Moduł Fibaro bypass kosztuje ok. 40zł.
Za taką kosteczkę?? Poważnie?

Postanowiłem zmierzyć podstawowe parametry tego modułu, a nuż okaże się, że można taką kosteczkę wykonać w prosty sposób przy użyciu rezystora i kondensatora samemu :-). Wyniki pomiarów:
Rezystancja: R = 1.097MΩ
Pojemność: C = 0 F

No to co, spróbujemy jeszcze z rezystorem 1MΩ?

Wynik: Nope 🙂

Może Ty, szanowny czytelniku, masz jakiś pomysł?

Podsumowanie

Nie da się ukryć. Ze ściemniaczem SCO-802 najlepiej poradziła sobie żarówka firmy Philips (w połączeniu z modułem Fibaro Bypass). Być może ta żarówka jest najbardziej „elastyczna”, albo po prostu dobrze trafiłem 🙂 .
Pozostałe dwie potrzebują innego typu ściemniacza, najlepiej takiego, który obsługuje LEDy (ale kto wie, może tylko SCO-802 z nimi nie współpracował).
Jestem dodatkowo ciekaw jak bardzo słyszalny będzie testowany ściemniacz, po zamontowaniu w puszce elektrycznej za wyłącznikiem. Jestem dobrej myśli, ale to może niewiele pomóc. Okaże się „w praniu”.

Sumaryczny wniosek jaki mi przychodzi na myśl, to gdy zamierzasz użyć ściemniacza LED, zanim się rozpędzisz, kup jeden ściemniacz, jedną żarówkę i najpierw przetestuj czy działa poprawnie.

UWAGA! Trochę pokreśliłem w podsumowaniu, a to dlatego, że przeprowadziłem kolejne testy i napisałem na ich podstawie artykuł: „O LEDach ściemnialnych… dogrywka„. Zapraszam 🙂

I to by było na tyle. Jeśli masz swoje doświadczenia (przejścia) ze ściemnialnymi żarówkami LED, napisz w komentarzu. Być może istnieje rozwiązanie posiadające lepszy stosunek cena / jakość, a droga którą obrałem jest za bardzo kręta?