Особенности расчета коэффициента пульсаций
При измерении сигналов с формой, близкой к гармонической, результат расчета коэффициента пульсаций по формулам (2) и (4) практически совпадает. Однако при расчете коэффициента пульсаций импульсных сигналов результаты расчетов по формулам (2) и (4) могут сильно различаться. В частности, видно, что при расчете по формуле (4) значение Кр никогда не может превышать 100 %, а при расчете по формуле (2) при больших скважностях сигнала оно может значительно превышать 100 % или больше.
Эту особенность расчета необходимо иметь в виду при измерении коэффициента пульсаций для источников света, управляемых импульсными преобразователями или источниками питания (например, диммерами). И вообще следует избегать применения низкочастотных импульсных преобразователей (с частотой преобразования 300 Гц и ниже) и тиристорных регуляторов с фазовым регулированием мощности (регулирование мощности включением нагрузки только на часть периода сетевого напряжения) для управления освещением).
Пульсации освещенности и их влияние на организм человека
Требования нормативных документов к уровню пульсации освещения рассмотрим чуть позже. А пока кратко коснусь проблемы влияния световых пульсаций на организм человека. К сожалению, многие производители светотехники и светотехники относятся к этим требованиям как к бесполезному раздражителю, усложняющему им жизнь. Однако исследования воздействия пульсирующего света на организм человека, проводимые с середины ХХ века, показали, в частности, что мозг человека воспринимает пульсации света с частотой до 300 Гц. Например, на ЭЭГ головного мозга человека в сообщается, что при воздействии пульсирующего света на ЭЭГ головного мозга появляются наложенные друг на друга пики активности с частотой пульсирующего света. Эти навязанные ритмы подавляют естественные биоритмы нервной системы (в данном примере частота световых импульсов составляла 120 Гц).
В ходе тех же экспериментов было установлено, что при уровне световых пульсаций 5-8% уже появляются признаки нарушения нормальной электрической активности головного мозга, а пульсации глубиной 20% вызывают такой же уровень нарушений в нормальной деятельности головного мозга, а также световые пульсации глубиной 100%. Также была определена критическая частота световых импульсов 300 Гц, выше которой организм человека воспринимает пульсирующий свет как постоянный. Аналогичные результаты были получены в . Следует отметить, что видимые (частота до 60…80 Гц) и невидимые (от 60…80 Гц и до 300 Гц) световые пульсации оказывают различное (зрительное и невизуальное) воздействие.
Световые пульсации, которые видны глазу, вызывают прямое зрительное раздражение, мы их знаем, они вызывают дискомфорт, напрягают зрение, нервную систему и мозг. Однако мы их видим и пытаемся, сознательно или бессознательно, бороться с ними — ограничивать время пребывания в помещениях с пульсирующим светом, рефлекторно настраиваем свое зрение и мозг на ограничение влияния таких пульсаций, наконец, меняем лампу или лампу, которая раздражает нас к другому без пульсаций. Таким образом, мы чувствуем ущерб или, по крайней мере, дискомфорт от видимых пульсаций и, насколько это возможно, боремся с ними.
С частот 60-80 Гц (в зависимости от индивидуальных особенностей человека) мы перестаем визуально ощущать эффект световых пульсаций — мы их не видим. Эта частота называется критической частотой слияния мерцаний (CFFM). То есть наш мозг не успевает обрабатывать поступающую информацию об изменении интенсивности светового потока. Однако эти пульсации свечения улавливаются зрительными рецепторами, но не перерабатываются как зрительная информация и напрямую влияют на работу других отделов головного мозга. В конечном итоге высокочастотные световые пульсации влияют на гормональный фон человека, суточные биоритмы и связанную с ними работоспособность, утомляемость и эмоциональное самочувствие.
При длительном воздействии световых пульсаций они уже могут привести к хроническим заболеваниям не только органов зрения, но и сердечно-сосудистой и нервной систем. То есть мы видим, что требования к уровню световых пульсаций возникли не на пустом месте и задолго до появления современных источников света.
Проблема отсутствия серьезного контроля за уровнем световых пульсаций постоянно поднимается российскими врачами [3]. Постоянно ведется работа по разработке современных стандартов качества освещения.
Читайте также: 3 индекса цветопередачи — чему верить CRI, CQS, TM-30 и как оценить качество света
Пульсации освещенности современных ламп и светильников: опыт измерения
В нашей практике есть множество примеров удачного и неудачного использования новых систем освещения. Приведенные ниже примеры из жизни наглядно показывают, что современные технологии освещения все еще находятся в зачаточном состоянии. И поэтому на рынке большое количество либо не совсем «зрелых» решений, либо зачастую откровенных подделок или брака. В то же время мы видим, что все эти проблемы решаемы, особенно если перед реализацией проекта освещения провести тщательную работу по расчету и проверке предлагаемого решения и заблаговременному локализации или устранению потенциальных проблем.
Например, наличие пульсаций в лампе или лампе, как правило, сигнализирует о том, что производитель, возможно, решил сэкономить на производстве, поскольку с его стороны требуются какие-то небольшие дополнительные затраты на поддержание пульсаций на низком уровне. И разумно предположить, что если производитель немного сэкономил на подавлении пульсаций, то он, скорее всего, мог сэкономить на других компонентах, что могло привести к ухудшению характеристик лампы или светильника, таких как срок службы, цветопередача, энергопотребление экономичность, электромагнитная совместимость, защита от перегрузок и перепадов напряжения в сети и многое другое…
Вот лишь несколько реальных примеров измерения пульсаций, их причин и борьбы с ними.
- Московский инженерно-физический институт (МИФИ).
Масштабная замена устаревших светильников на базе ламп ЛБ-40 и ЭМПРА (коэффициент пульсации около 40%) на светодиодные светильники типа Армстронг. После замены коэффициент пульсации увеличился до 56%, а через полгода эксплуатации были зафиксированы куски выхода лампы из строя. Изучение схемы новой лампы показало полное отсутствие какой-либо схемы управления. Единая светодиодная матрица из 42 последовательно соединенных светодиодов питается от выхода понижающего трансформатора через диодный мост и конденсатор фильтра минимальной емкости. - Поставщик «умных» дорогих систем освещения известного иностранного бренда обратился с вопросом о повышенных пульсациях светового потока поставляемых им светильников на промежуточных уровнях яркости. Измерения с помощью программы EcoLight-AP показали, что яркость лампы регулируется ШИМ-модулятором с рабочей частотой ок. 200 Гц. Производителю были отправлены результаты измерений, на основании которых частота ШИМ-регулятора была увеличена до 1 кГц. В результате пульсации светильника были снижены до менее 1% при всех уровнях яркости.
- Потолочные светильники типа «Армстронг» с газоразрядными лампами «noname» 4*18 Вт и ЭМПРА. Освещенность на контрольном пункте 450 лк, коэффициент пульсации освещения 40%. Произведена замена ламп на новые с индексом цветопередачи Ra > 90, ЭПРА заменены на качественные пускорегулирующие аппараты класса А2. При той же потребляемой мощности мы добились значения пульсаций освещенности менее 0,5% и увеличения освещенности в контрольной точке до 1100 лк. Стоимость модернизации минимальна — около 130 рублей на лампу и около 500 рублей на ЭПРА. Итого около 1000 рублей за лампу.
Коэффициент пульсаций: заключение
Использование современных систем освещения – большой шаг вперед в улучшении условий жизни человека. Все проблемы, связанные с использованием современных источников света, являются проблемами роста, они решаемы и скоро мы не сможем представить жизнь без светодиодных, компактных газоразрядных, индукционных или других новых типов ламп. И их применение будет не сложнее, чем сейчас «вкрутить новую лампочку». Но это в ближайшем будущем, а сегодня просто нужно быть немного внимательнее и аккуратнее при выборе и использовании современных источников света, учитывая не только «маркетинговые» характеристики, но и измеряемые, например, пульсации освещения.
