Отраслевой журнал
Исходя из практики создания и эксплуатации световых установок, можно увидеть, что основной блок дефектов в их работе составляют недостатки световых элементов и источников питания. В данной статье предлагается обсудить комплекс распространенных проблем в использовании наиболее популярных источников света, применяющихся в наружной и интерьерной рекламе.
Стоит заметить: чем больше световых элементов в установке, тем больше вероятность возникновения дефектов. Во-первых, это связано с действием закона умножения вероятностей, характерного для последовательного соединения элементов. Во-вторых, чем больше световых элементов, тем больше число электрических соединений, нарушения которых приводят к гашению целых групп работоспособных элементов. В-третьих, большинство эффективных источников света «запитываются» от специализированных источников питания. Эти устройства имеют свою, независимую от световых элементов дефектную базу, на которую влияют как внешние, так и внутренние факторы. Главные задачи нашего исследования – оценить в комплексе надежность использования различных по физическому принципу источников света и эффективность их использования, то есть – выполнение основной функции (излучать свет) оптимальным для определенных условий образом. Начнем с краткой характеристики источников света.
Лампы накаливания
Лампа накаливания - это тепловой источник света. Спектр излучения таких светильников отличается от дневного света. В нем преобладает желтое и красное излучение. Ультрафиолетовая составляющая полностью отсутствует. Коэффициент полезного действия таких ламп составляет не более 6-8%. Причем 95% излучения приходится на инфракрасный диапазон, то есть на тепло. Срок службы большинства ламп этой группы не превышает 1000 часов, а светоотдача составляет 7-17лм/Вт. Конструктивно они представляют собой герметичную колбу, в которой при пониженном давлении газовой среды находится вольфрамовая нить, проводящая электрический ток.
Лампа накаливания.
Большинство специалистов считают лампы накаливания морально устаревшими. В некоторых странах Европы их производство остановлено, поскольку они не соответствуют современным требованиям по энергосбережению и надежности. Со временем эти источники света теряют яркость. Однако в наружной рекламе лампы накаливания продолжают использоваться, в частности, в системах типа «Belt-Light» и световых шнурах типа Duralight. Это связано с относительно низкой стоимостью подобных световых элементов и с пониженными требованиями к качеству сетевого напряжения. В малобюджетных световых установках, где экономия электроэнергии и срок службы не являются главными критериями, использование ламп накаливания вполне оправдано. Например, это относится к световому сопровождению концертных мероприятий, которое не предполагает длительной работы световых элементов.
Несмотря на указанные недостатки, в настоящее время продолжается совершенствование этих источников света. Одним из наиболее перспективных направлений считается замена вольфрамовой нити на углеродную, изготовленную из нанотрубок. Как показали исследования китайских ученых, светоотдача таких ламп приблизительно вдвое превышает соответствующий показатель вольфрамовых ламп. Еще одной особенностью является сравнительно низкое напряжение питания, что позволяет использовать такие лампы не только в быту, но и в других сферах. Выполненные исследования показали, что световые параметры таких ламп сохраняются в течение 3000 часов. Все это может способствовать повышению конкурентоспособности наиболее простого в эксплуатации светового элемента.
Галогенные лампы являются глубокой модернизацией ламп накаливания. Добавляемые в колбу лампы газы (фтор, хлор, йод) уменьшают скорость испарения вольфрама и увеличивают срок службы до 2000-5000 часов. Галогенная лампа практически не нагревает освещаемую поверхность, а также имеет более низкое энергопотребление, чем лампа накаливания. В источниках света этой группы используют специальные фильтры, наносимые на кварцевое стекло, которые останавливают ультрафиолетовое излучение, а также дихроичные отражатели, отводящие тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Достоинством галогенных ламп является высокая яркость, превосходная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Галогеновые лампы сохраняют яркость практически во время всего срока службы. Они имеют яркий насыщенный свет, спектральный состав которого, в отличие от ламп накаливания, приближен к спектру солнечного света. Благодаря этому используемые в подсветке вывесок и помещений такие лампы превосходно передают цвета изображений, деталей интерьера и тона человеческих лиц. Отдельные представители этой группы ламп могут использоваться для создания различных световых эффектов. Например, лампы с параболическим отражателем позволяют создавать эффект «искрящегося» света. Часть ламп указанной группы (к примеру, линейные) допускают работу в режиме перезажигания и регулировку яркости. По конструкционному исполнению они могут быть точечными (капсульными), линейными, или же иметь форм-фактор ламп накаливания. Питание осуществляется как от сети, так и от блоков питания: трансформаторов и электронных преобразователей.
Галогеновые лампы: точечная; линейная.
Недостатки галогеновых ламп заключаются в следующем:
- на поверхности колбы не допускается нахождение жирных пятен и бытовой пыли, в которой велик процент органических веществ, поскольку это может привести к образованию темных пятен и даже оплавлению стекла колбы;
- галогенные лампы чрезвычайно чувствительны к скачкам напряжения сети, поэтому их рекомендуется включать или через стабилизатор напряжения, или же через специализированный блок питания, которые защищают лампы от перегорания (за счет плавного пуска) и, соответственно, продлевают срок их службы.
Газоразрядные лампы
Газоразрядным источником света называют электрическую лампу, в которой свет создается в результате действия электрического разряда в газе и/или парах металла. Существует множество разновидностей газоразрядных светильников, отличающихся формой колбы (будь то цилиндрическая, сферическая или кольцевая, и т. п.), величиной давления газов, типом газового разряда. Спектр излучения зависит от рабочего газа и типа разряда. Отдельную группу газоразрядных источников света составляют лампы, максимум излучения которых сосредоточен в ультрафиолетовой области. Для преобразования этого излучения в видимый свет используется физический механизм люминесценции, который реализуется в специальных порошковых материалах, нанесенных на внутреннюю поверхность колбы – люминофорах. Называются подобные лампы люминесцентными. В зависимости от давления, различают лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления. По типу разряда различают лампы дугового, тлеющего и искрового разряда. В практике наружной рекламы и архитектурной подсветки наибольшее применение нашли люминесцентные лампы низкого давления дугового и тлеющего разряда. Первые из них (дугового разряда) носят название ламп дневного света. Это трубчатые лампы, различных диаметров. По форме они могут быть прямыми, U- образными и кольцевыми. Такие лампы в настоящее время используются в системах внутреннего освещения различных помещений или же в качестве подсветки коробов, backlit-баннеров и световых букв. По соотношению «цена/качество» эти функции они выполняют наилучшим образом из всех существующих сегодня источников света.
Кроме ламп белого цвета, производятся также люминесцентные лампы других цветов, которые могут использоваться для декоративной подсветки. Цветовая гамма таких люминесцентных ламп, правда, не столь разнообразна, как у неоновых ламп, но этого бывает достаточно для реализации отдельных дизайнерских решений (например, когда главным является не цветовое своеобразие, а светоотдача). Вторым примером использования цветных люминесцентных ламп могут стать осветительные RGB-системы, позволяющие менять спектр освещения в помещениях
Основным недостатком люминесцентных ламп считается недостаточно эффективная работа в условиях пониженных температур. И все же уже есть попытки решить эту проблему путем усовершенствования конструкции источника света. Одним из таких решений является лампа с двойной колбой: MASTER TL-D Xtra/Xtreme Polar. В этом случае вторая колба, являясь теплоизолятором, препятствует отводу тепла от разрядной трубки. Пока такие узкоспециализированные лампы не нашли широкого распространения из-за более высокой стоимости. Однако для России такое решение может быть экономичнее использования других источников света, не имеющих жестких температурных ограничений.
В последнее время в интерьерном освещении большое распространение получили компактные люминесцентные лампы цокольного типа, в цоколь которых вмонтирован электронный пускорегулирующий аппарат. Эти лампы более известны под названием энергосберегающих, в котором отражено их главное отличие от ламп накаливания и галогенных ламп: более низкое энергопотребление.
Из класса люминесцентных ламп тлеющего разряда наибольшей известностью пользуются газосветные (неоновые) лампы. Для их питания используются высоковольтные источники напряжения - газосветные трансформаторы (электромагнитные или электронные).
Неоновые трубки изготавливаются по индивидуальным шаблонам, поэтому могут быть любой конфигурации (прямыми, изогнутыми в плоскости или в пространстве). Использование таких ламп сформировало особый художественный стиль в наружной рекламе – «Неоновая вывеска». Этот стиль обладает сильным эстетическим воздействием, поэтому многие более поздние разработки в области светотехники даже в своих названиях стараются сохранить стилевое своеобразие неона. Газосветные трубки используются не только в вывесках, но и в архитектурной подсветке зданий и интерьеров. Среди достоинств неоновых ламп можно назвать следующие:
- богатая цветовая палитра (более 54 цветов);
- возможность работы в различных светодинамических режимах (включая импульсный, режим плавного изменения длины светового столба и режим плавного изменения яркости);
- возможность работы в цветодинамическом режиме (RGB);
- неприхотливость к климатическим условиям эксплуатации;
- высокую устойчивость к изменению качества сетевого напряжения.
Другие типы газоразрядных ламп, в частности, люминесцентные лампы дугового разряда высокого давления, натриевые, ксеноновые и импульсные лампы используются в основном или в освещении магистралей и других больших площадей, или же в системах архитектурной подсветки.
Особый класс газоразрядных ламп составляют так называемые безэлектродные лампы, работающие от источников питания высокой частоты. Главная их особенность – срок службы, сопоставимый с долговечностью светодиодов. В лампах этой группы возбуждение и поддержание газового разряда происходит за счет электромагнитного поля, которое создается непосредственно вблизи стеклянной трубки лампы. Продолжительный срок службы этих источников света обусловлен отсутствием внутренних электродов. В обычных же газоразрядных лампах в процессе работы электроды разрушаются и, к тому же, способны поглощать большие объемы рабочих газов, тем самым, выступая в роли основного механизма, приводящего к выходу источников света из строя. Безэлектродные лампы состоят из стеклянной колбы, малогабаритного источника высокочастотной энергии и устройства передачи этой энергии в разряд (индуктора или внешнего электрода). В зависимости от выбранного диапазона различают устройства, работающие в диапазонах 20-800 кГц, 2-30 МГц и от 100 МГц и более. Следует подчеркнуть, что с ростом частоты и мощности безэлектродных источников света будут расти и электромагнитные помехи. В данном контексте наибольший интерес для рекламных световых установок представляют относительно маломощные светильники, работающие на повышенной промышленной частоте от 20 до 800 кГц. Следует отметить, что использование повышенной промышленной частоты для питания обычных (электродных) газоразрядных источников света стало уже обычной повседневной практикой. К тому же, на этих частотах работают компактные люминесцентные лампы, а также неоновые лампы, питание которых осуществляется так называемыми конвертерами (электронными трансформаторами).
В зависимости от типа возбуждающего поля (магнитного, или электрического), возможны два варианта реализации безэлектродных устройств. В первом случае разряд в лампе возбуждается переменным вихревым полем, генерируемым магнитным потоком в ферритовом магнитопроводе. Разряд в лампе фактически играет роль вторичного витка трансформатора. Достоинством таких ламп является компактность, большой срок службы и сравнительно низкий уровень электромагнитных помех. Подобные лампы с успехом могут быть использованы, например, в подсветке световых коробов и букв в рекламных установках. При этом следует заметить, что безэлектродные лампы с ферритовым магнитопроводом, как и блоки питания к ним, серийно не выпускаются, что заставляет отнести этот любопытный класс источников света лишь к перспективным разработкам**.
Во втором случае разряд в лампе возбуждается электрическим полем, которое создается внешними металлическими электродами, расположенными на концах трубки с люминофорным слоем, инертным газом и парами ртути. Одним из вариантов этого типа источников света являются лампы EEFL(External Electrode Fluorescent). Система EEFL может быть использована для различных рекламных конструкций с внутренней подсветкой, в основном - для интерьерного применения. Система EEFL включает собственно безэлектродные лампы, колпачки, в которые вмонтированы цилиндрические разрезные колпачки (электроды) и конвертер (электронный трансформатор). Выходное напряжение трансформатора относительно невелико (900 В), чего достаточно для возбуждения разряда в лампе сравнительно небольшой длины (не более 1,4 м), поэтому группа ламп подключается к трансформатору параллельно. Это создает определенные ограничения: все лампы должны иметь одинаковые типоразмеры. Заметные отклонения от типоразмера, качества и характера заполнения приводят к неполному зажиганию группы ламп. Электронные трансформаторы для системы EEFL имеют небольшие размеры, что позволяет без труда размещать их в коробах достаточно малых размеров. Однако это ограничивает их мощность. Поэтому лампы EEFL работают на токах, не превышающих 4-6,7 мА. Для получения высоких значений яркости в системе EEFL используют лампы малого диаметра (5 – 8 мм). За счет использования внешних электродов срок службы таких ламп составляет порядка 50 тысяч часов. В отличие от первой системы, комплектующие для реализации системы EEFL производятся серийно. Емкостный метод возбуждения разряда предполагает достаточно сильное электромагнитное излучение в пространство, однако при малой мощности трансформатора его уровень не превышает уровня помех, создаваемых компактными люминесцентными лампами или же неоновыми лампами, работающими в том же частотном диапазоне.
Для всех типов газоразрядных ламп характерна высокая световая отдача ( 30-60 лм/Вт), более низкое энергопотребление по сравнению с лампами накаливания и галогенными лампами той же светимости, меньшая зависимость от качества сетевого напряжения и монтажных работ. Срок службы газоразрядных ламп составляет от 6 до 50 тысяч часов. Наименьший срок службы имеют компактные люминесцентные лампы, наибольший – безэлектродные лампы высокой частоты. Лампы данной группы работают в любых погодных условиях и просты в эксплуатации и обслуживании (включая поиск неисправностей и замену световых элементов).
Для каждого типа ламп существуют свои специфические недостатки. Так, например, лампы дневного света и лампы дугового разряда высокого давления плохо разгораются в холодную погоду и отрицательно реагируют на частые включения/выключения, что делает невозможным их работу в импульсном режиме без снижения срока службы. Неоновые лампы требуют высоковольтного питания, что обостряет проблемы электромагнитных утечек на металлоконструкции вывесок. При определенных условиях в разрядной плазме этих ламп возникают паразитные колебательные и волновые процессы, приводящие к неустойчивой работе установок. Для всех типов люминесцентных ламп характерна проблема их утилизации, поскольку в них используется ртуть. Безэлектродные лампы являются источниками электромагнитных помех, которые распространяются как в пространстве, так и по сети.
Светодиодные источники света
Светоизлучающий диод (LED) относится к полупроводниковым приборам, которые излучают свет при пропускании через их p-n-переход электрического тока в прямом направлении. Данное явление называют электролюминесценцией.
Светодиодные модули для световых букв.
Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра и зависит от химического состава полупроводникового материала. Общий диапазон излучения для различных LED-структур лежит в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового света. Сложные цвета (с широким спектральным диапазоном), к примеру, различные оттенки белого, получают с помощью преобразования ультрафиолетового излучения люминофорными порошками или же путем светового смешения излучения от расположенных на одном кристалле узкополосных диодов (RGB). Эти источники света относятся к категории точечных, поэтому для создания линейного, плоского или же пространственного излучения их обычно объединяют в различные системы: модули, шлейфы, линейки и световые шнуры, кластеры и т. п. Область применения светодиодов чрезвычайно широка: индикаторы, энергосберегающие лампы, стробоскопы, подсветка световых букв, архитектурная подсветка, информационные табло и экраны… В указанных приложениях используются диоды сравнительно небольшой мощности, обладающие наибольшим из существующих источников света сроком службы. В последнее время разработаны достаточно надежные яркие и сверхъяркие светодиоды, которые можно использовать для создания прожекторных систем, применяемых в архитектурной подсветке зданий и в шоу-бизнесе. Сдерживающим фактором является относительно высокая стоимость светодиодов и различных изделий на их основе. Большие надежды на снижение стоимостных показателей многие специалисты связывают со светодиодами технологии OLED, которые представляют собой тонкопленочные структуры, изготовленные из органических соединений.
Питание светодиодов осуществляется с помощью специализированных источников питания со стабилизаций рабочего тока или напряжения. Для управления световыми параметрами используются контроллеры: как внешние, так и встроенные в блоки питания.
К преимуществам светодиодов можно отнести:
- низкое энергопотребление (не более 10% от потребления ламп накаливания);
- срок службы от 50 до 100 тысяч часов (в зависимости от рабочего тока);
- высокую ударную и вибрационную устойчивость;
- большое разнообразие цветов за счет использования возможностей RGB;
- направленность излучения, что особенно важно в прожекторных системах;
- возможности по регулировке яркости излучения, а так же работу в динамических режимах;
- экологическую и пожарную безопасность, поскольку светодиоды не содержат ртути и практически не нагреваются.
Преимущества светодиодов выглядят столь впечатляющими, что многие специалисты говорят о революции в светотехнике. Однако рядовым потребителям световой продукции следует относиться к таким заявлениям с определенной осторожностью.
Несмотря на реальные успехи LED-технологии, остается ряд серьезнейших ограничений, связанных с высокой стоимостью (особенно для ярких и сверхъярких изделий), с тепловыми нагрузками, с надежностью как отдельных светодиодов, так и изделий на их основе. Последнее, на что следует указать, это сравнительно быстрое падение яркости и изменение цветовой температуры в процессе их эксплуатации.
Тепло, выделяемое на p-n-переходе, способствует ускоренной его деградации за счет накопления микродефектов. Если в случае сигнальных светодиодов (с рабочим током 20-40 мА) эти проблемы можно решить сравнительно просто, часто даже не прибегая к таким мерам, как использование металлического корпуса, то с увеличением тока отвод тепла превращается в серьезную проблему. В результате растет конструктивная сложность изделия и появляется необходимость в радиаторе. Таким образом, обеспечение надежности и заявленного срока службы сопровождается повышением цены изделия. Более того, при возрастании рабочего тока увеличивается скорость деградационных процессов, а поиски путей ее относительного снижения опять же связаны с повышением цены изделий.
Известно, что надежность работы светодиодов сильно зависит от конструкции и качества кристаллов, которые изготавливаются далеко не всеми фирмами-производителями светодиодной продукции. На рынке комплектующих присутствуют кристаллы, довольно сильно отличающиеся по своему качеству, поэтому и готовая продукция отличается по качеству, надежности работы и цене.
Итак, цена светодиодных изделий отражает современный уровень технологии, а значит, не может быть существенно снижена только за счет конкуренции и снижения издержек производства, в особенности, если речь идет о ярких и сверхъярких LED.
Сегодня отношение $/лм оценивается для этой группы светодиодов величиной 0,02-0,04. Для справки: это же соотношение для морально устаревших ламп накаливания составляет 0,001. Комментарии излишни.
Отдельно необходимо прокомментировать феноменальные цифры срока службы в 50-100 тысяч часов. Во-первых, они были получены в результате экстраполяции экспериментальных данных, точность которой реально оценить невозможно. Во-вторых, важным условием правильного определения срока службы является выбор параметра, по которому он определяется. Ряд авторитетных организаций предлагают считать таким параметром время, в течении которого световой поток (или же яркость) меняются до некоторого условного значения, например - до 50% или 70% от начальной величины. Это так называемый «реальный срок службы». В данном случае величина срока службы зависит от допустимого спада светового потока, выбранного исследователем. К примеру, для люминесцентных ламп этот показатель не превышает 20-40% (следовательно, к люминесцентным лампам предъявляют более жесткие требования к спаду светового потока). Изменение цветовой температуры наблюдается чаще всего у светодиодов белого свечения.
Надежность работы светодиодов связана с качеством напряжения питания. Поэтому для безотказной работы рекомендуется использовать стабилизированные источники питания. Их работа, в свою очередь, зависит от качества сетевого напряжения. Далеко не все блоки питания светодиодов способны работать в условиях сильных сетевых помех и больших отклонений напряжения от номинала, в особенности, если они рассчитаны на другие стандарты сетевого напряжения, отличные от российских.
В световых установках часто приходится самостоятельно осуществлять соединения светодиодов между собой, с блоком питания и балластными резисторами с помощью операции пайки. Эта операция считается одним из наиболее сложных типов соединения, особенно когда она осуществляется в ручном режиме. В этом случае велика опасность образования ненадежных соединений, на которых могут возникать переходные сопротивления. Более того, паяные соединения могут разрушаться во время эксплуатации под действием осадков, имеющих кислотную составляющую.
Анализ эффективности использования ИС различных типов в световых рекламных установках
Неоновая вывеска.
Даже беглый анализ современного состояния рынка световых элементов, представленный выше, показывает, что в настоящее время не существует идеального направления в светотехнике, которое бы имело неоспоримое конкурентное доминирование. Но и это далеко не все… Использование любых световых элементов в реальных вывесках порождает ряд специфических проблем, которые необходимо учитывать при проектировании и организации производства. Назовем это «проблемой сборки». Речь идет о довольно простом факте. Использование самых передовых и эффективных элементов еще не гарантирует надежность работы световой установки в целом. Так, к примеру, с ростом количества используемых источников света растет вероятность проявления дефектов. Следовательно, чем меньше световых элементов, тем выше надежность установки. Все источники света можно разделить на точечные и протяженные. Они отличаются также диаграммой направленности излучения. Поэтому для создания световых линий, для освещения площадей или пространств приходится прибегать к дополнительным ухищрениям. К примеру, световая линия в 1-2 метра может быть создана с помощью всего лишь одной неоновой лампы или двух ламп дневного света. Световая линия тех же размеров, изготовленная из дюралайта или светодиодного шнура потребует применения множества точечных элементов, включенных последовательно или последовательно-параллельно.
Надежность таких систем всегда ниже надежности отдельных элементов, не говоря о том, что надежность работы световых линий из точечных источников света во многом лимитируется надежностью создания качественных соединений. Она максимальна при использовании индустриальных технологий и минимальна при использовании ручной пайки. Эта проблема обостряется, например, при создании кластерной светодиодной подсветки световых букв методом ручной пайки. Надежность таких изделий требует навыков проведения радиомонтажных работ. Напротив, подсветка тех же световых букв люминесцентными или неоновыми лампами требует минимальных навыков. Соединения «под винт» (для люминесцентных ламп), или «скруткой» (для неоновых трубок) могут быть освоены в течение нескольких минут при самой низкой квалификации монтажников. Аналогичным образом можно говорить о технологической простоте проведения ремонтных работ. Светодиодные системы требуют более высокой квалификации исполнителей, чем системы на основе ламп накаливания, газоразрядных, а также галогеновых и газоразрядных ламп. Все это нужно учитывать при расчетах реальной себестоимости работ. Отсюда вывод: без создания серьезной технологической базы нельзя в полной мере использовать преимущества прогрессивных источников света. Поэтому для простой (недекоративной) подсветки эффективнее использовать газоразрядные ИС.
Эффективность световых линий как элементов интерьерной и архитектурной подсветки также зависит и от ряда условий. При увеличении длины линии почти всегда снижается надежность (исключением является световодный шнур с боковым излучением) и, следовательно, растет ее стоимость. Поэтому с ростом длины эффективность дорогостоящих светодиодных шнуров по сравнению с более дешевыми технологиями (неоном и линейками типа Duralight) резко падает. Более того, например, при использовании световых шнуров в шоу-бизнесе, когда они работают в течение буквально нескольких часов, использование самых дешевых световых изделий становится предпочтительным. Разумеется, это справедливо только в случае, когда не предполагается использование сложных световых и цветовых эффектов. В последнем случае предпочтение следует отдать светодиодным шнурам, в которых реализована RGB-технология.
Такой же анализ можно провести для создания открытых световых полей, например - в крышных рекламных установках. Таким образом, выбор источников света должен опираться не на техническую моду, а на здравый смысл.
Одним из важнейших факторов обеспечения качества световых установок является надежность работы источников питания. С практической точки зрения чем проще устройство, тем оно более надежно в эксплуатации. Поэтому электротехнические источники питания (дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы для ламп накаливания, а так же газосветные трансформаторы) являются более надежными устройствами. Они состоят из относительно малого количества составных элементов, а главное - их работа не требует высокого качества сетевого напряжения (амплитуды и частоты сети и от сетевых помех), поскольку эти факторы сравнительно мало влияют на работу газоразрядных ламп. Сложнее дело обстоит со светодиодами и галогенными лампами. Они требуют стабилизированного питания, которое достигается только с помощью специальных электронных устройств, имеющих несколько меньшую надежность.
Большинство современных светодиодных источников питания выполняются по схеме электронного преобразователя со стабилизацией выходного тока или выходного напряжения. Они характеризуются малыми геометрическими размерами и весом, а также имеют достаточно высокий КПД. Однако такие устройства чувствительны к качеству сетевого напряжения и климатическим воздействиям. Поэтому надежность их работы ниже, чем у электротехнических устройств. В последнее время для различных типов газоразрядных ламп также начали использовать электронные преобразователи, для которых, кроме перечисленных проблем, важную роль играет проблема электромагнитной совместимости. В определенных условиях конвертеры инициируют в цепях световых элементов реактивные и стартовые колебания, порождающие световые дефекты и самопроизвольные гашения световых линий. Это свидетельствует о том, что использовать подобные устройства нужно с большой осторожностью. Надежность работы электронных источников питания при прочих равных условиях зависит от выходного напряжения. Поэтому наименьшая надежность наблюдается у высоковольтных электронных источников питания, которые используются для питания неоновых ламп. Следовательно, для повышения надежности работы световых систем лучше использовать относительно низковольтные трансформаторы. Примерами такого подхода могут служить: системы распределенного питания*** и система EEFL.
Безэлектродные лампы, изготовленные по технологии EEFL.
Помимо источников питания, в рекламных установках нередко используются системы динамического управления светом: контроллеры и диммеры. Обычно контроллеры представляют собой устройства для импульсного управления световыми потоками, а диммеры - устройства для управления яркостью излучения. Существуют так же контроллеры, совмещающие эти две функции. Они известны как контроллеры системы цветового смешения (RGB). Такие устройства способны осуществлять динамическое управление как световыми потоками, так и цветом. Для управления светодиодами часто контроллеры совмещаются с источниками питания. Некоторые типы конвертеров для газоразрядных ламп снабжаются встроенными блоками для управления световыми потоками во времени и пространстве для индивидуальных световых линий.
Контроллеры для группы световых линий, в том числе и RGB-контроллеры, изготавливаются только в виде отдельных устройств. Контроллеры для газоразрядных источников света (в частности, для неоновых трубок) имеют ряд особенностей, связанных с физикой работы этой группы ламп. Во-первых, входное сопротивление источников питания носит реактивный характер, что ухудшает работу тиристорных каскадов, в особенности - тех, что работают в режиме регулятора мощности (диммера). К примеру, для ламп с отрицательным динамическим сопротивлением (неоновых и ртутных ламп малого диаметра) регулировка яркости носит прерывистый характер. Во-вторых, в случае управления конвертерами большую роль начинает играть электромагнитная совместимость. Электромагнитные излучения высоковольтных частей близко расположенных каналов начинают влиять друг на друга, что приводит к искажению анимационной картины. Таким образом, обеспечение бездефектной работы неоновых динамических установок - задача более трудная, чем в случае светодиодных систем.
Анализ влияния физических особенностей отдельных типов световых элементов, источников питания и электронных средств управления их работой (контроллеров) показывает, что высокий срок службы отдельного светового элемента еще не гарантирует бездефектную работу установки в целом. Необходимо учитывать всю совокупность схемотехнических и технологических решений, а также их стоимостные показатели.
Для статических световых установок и для установок с традиционной светодинамикой более эффективны простейшие технические решения, реализованные на газоразрядных лампах, в частности, неоновых. В этом случае ограниченный срок службы световых элементов с успехом компенсируется простотой обслуживания и высокой сохраняемостью световых характеристик.
Следует уделять более пристальное внимание новым разработкам в области традиционных источников света, в частности, таким, как безэлектродные лампы. В этих разработках совмещается эффективность газоразрядных ламп с повышенным сроком службы, приближающимся к долговечности LED-систем.
Установки со сложными свето- и цветодинамическими программами эффективнее реализовывать на светодиодах. Речь, прежде всего, идет о таких направлениях в наружной рекламе, как информационные табло и телевизионные экраны, большие световые поля и декоративные световые элементы архитектурного и интерьерного оформления. В этих областях LED-технология - безусловный лидер.
Вытеснение из практики наружной рекламы традиционных световых технологий приводит к унификации дизайнерских решений, а, следовательно, к снижению эстетического воздействия вывески в целом. Поэтому наилучшей политикой в наружной рекламе следует считать постепенное продвижение новых технологий при сохранении того лучшего, что можно считать скорее культурным наследием, а вовсе не устаревшими технологиями.
Виктор Марков, кандидат технических наук, технолог неонового производства
ПРИМЕЧАНИЯ:
*В реальности цветовых оттенков неоновых ламп значительно больше. Это связано с тем, что цветовые палитры ламп, выпущенных различными изготовителями люминофорных трубок, не совпадают, поскольку используются различные марки люминофоров. Поэтому при использовании трубок различных фирм, можно достичь самых неожиданных цветовых сочетаний.
** Безэлектродная лампа, в которой используется возбуждение плазмы с помощью ферритового трансформатора, является отечественной разработкой. Соответствующий патент (РФ №2094900 «Способ получения оптического излучения и газоразрядное безэлектродное устройство для его осуществления») выдан Игорю Уланову 27 октября1997 года.
*** Система распределенного питания основана на использовании выходного трансформатора, который состоит из группы небольших трансформаторов на ферритовых сердечниках, расположенных в непосредственной близости от неоновых ламп. Первичные обмотки этих трансформаторов соединяются последовательно, а вторичные обмотки (с выходным напряжением не более 2 кВ) питают каждую лампу в отдельности. Такая система «запитки» исключает неравномерность горения отдельных ламп, которая часто наблюдается при использовании высоковольтных электронных трансформаторов и снижает уровень помех.
Количество просмотров: 11177
