Moja żona i ja mamy kilka lampek na ściemniaczach w całym domu. Zasadniczo preferujemy oświetlenie otoczenia zapewniane przez przyciemnione światła. Jestem jednak ciekawy, czy oszczędzamy energię elektryczną, przyciemniając światła. Mam wrażenie, że gdzieś czytam, że ściemniacze działają poprzez szybkie włączanie i wyłączanie prądu na światło, choć równie prawdopodobne jest, że zasadniczo nie rozumiem, jak działa przełącznik ściemniacza.

Tak. I oto dlaczego.

Ściemniacze reostatowe

Stare ściemniacze wykorzystywały zmienny opór do przyciemnienia światła. Spójrzmy na prosty przykład.

Możemy znaleźć całkowity opór (RT), sumując cały opór.

RT = R1 + R2 = 0 Ohm + 144 Ohm = 144 Ohm

Następnie możemy znaleźć całkowity prąd (IT).

IT = ET / RT = 120 V / 144 Ohm = 0,83 A.

Następnie obliczymy napięcie na każdym obciążeniu rezystancyjnym.

E1 = IT * R1 = 0,83 A * 0 Ohm = 0 V.

E2 = IT * R2 = 0,83 A * 144 Ohm = 120 V.

Na koniec obliczymy całkowitą moc (WT)

WT = V ^ 2 / R = 120 V ^ 2/144 Ohm = 100 W.

Zobaczmy, co się stanie, gdy zwiększymy opór R1

RT = 200 omów + 144 omów = 344 omów

IT = 120 V / 344 Ohm = 0,349 A.

E1 = 0,349 A * 200 omów = 69,77 V.

E2 = 0,349 A * 144 Ohm = 50,23 V.

WT = 120 V ^ 2/344 = 41,86 W.

Jak widać, zwiększyliśmy rezystancję R1 i skutecznie zmniejszyliśmy napięcie na R2. A teraz mamy słabe światło.

Ściemniacz tyrystorowy

Nowoczesne ściemniacze używają TRIAC , aby skrócić czas włączenia światła. Jednak z powodu obwodów w ściemniaczu nie ma bezpośrednich oszczędności energii 1: 1. Przyciemnienie światła do 50% nie będzie oznaczało 50% oszczędności energii elektrycznej.

Typowy kształt fali w systemie prądu przemiennego wyglądałby tak.

TRIAC zapobiega przepływowi prądu za każdym razem, gdy napięcie osiągnie 0, coś takiego.

W rezultacie powstaje kształt fali, który wygląda tak.

Dzięki TRIAC światło faktycznie wyłącza się i włącza 120 razy na sekundę. Z każdym cyklem oszczędzasz niewielką ilość energii. Czy to wystarczy zobaczyć na rachunku za prąd? Myślę, że to zależy od tego, jak długo światła są włączone i jaki procent są przyciemnione.

Krótka odpowiedź brzmi: tak, zaoszczędzisz na kosztach elektrycznych. Prawdopodobnie każdy ściemniacz wyprodukowany w ciągu ostatnich 20 lat ma technologię pozwalającą zaoszczędzić pieniądze. Pochodzi z Lutron , jednego z największych producentów ściemniaczy na świecie.

Jak widzisz, nie tylko zaoszczędzisz prąd, ale twoje lampy będą działać dłużej. Właśnie dlatego lampy o napięciu 130 woltów działają dłużej niż lampy o napięciu 120 woltów.

Ściemnianie diod LED jest łatwe, ale aby uzyskać najlepsze efekty ściemniania, potrzebujesz ściemniacza zaprojektowanego dla diod LED. Mają coś, co zwykłem nazywać śrubą przycinającą, dzięki czemu można dostosować ściemniacz, aby używał całego zakresu ściemniania. Do regulacji prędkości wentylatora zastosowano śruby regulacyjne, a śrubę regulacyjną należy ustawić w dół, w miejscu, w którym obraca się wentylator, gdy regulator prędkości zostanie ustawiony w pozycji niższej.

Może zależeć od typu ściemniacza - starsze po prostu zrzucały obciążenie na rezystor, więc skończyło się rozpraszaniem tej samej mocy, po prostu przekształcając ją w ciepło w rezystorze zamiast ciepła i światła w żarówce.

Nowoczesne powinny oszczędzać trochę energii, szybko się włączają i wyłączają, po prostu zmieniają cykl pracy, aby dać mniej więcej czas na włączenie.

Spędziłem ostatnio sporo czasu badając dokładnie to pytanie, w tym płacąc elektrykowi za przybycie do naszego domu. Nie rozumiał problemu. Większość ściemniaczy, które kupujesz, to po prostu zmienne rezystory. Oznacza to, że jeśli masz w obwodzie 100-watową żarówkę, ale przygaszoną do połowy, wysyłasz 50 watów do żarówki, a 50 watów zamienia się w ciepło w skrzynce rozdzielczej.

Zrzuć za dużo ciepła do skrzynki przełączników, a może się okazać, że gotujesz ściemniacz. W naszym przypadku 300 watów żarówek na ściemniaczu, przyciemnionych do niskiego oświetlenia otoczenia, wystarczyło, aby ugotować ściemniacz o mocy 500-600 watów. (Nasz elektryk zauważył, że teoretycznie przełącznik ściemniacza jest przystosowany do obsługi mocy, więc nie może to być naszym problemem).

Więc nie, wcale NIE oszczędzasz energii elektrycznej, przyciemniając żarówkę, przynajmniej standardowym ściemniaczem. Możesz tutaj kupić żarówki LED lub żarówki CFL. Ale uważaj, że wszystkie żarówki LED nie działają na wszystkich przełącznikach przyciemniania. A żarówki CFL wcale nie są zbyt dobrze przyciemnione, nawet te, które są zaprojektowane do ściemniania.

Możesz także kupić elektroniczny ściemniacz. Jest to ściemniacz, który wykonuje swoją pracę, całkowicie odcinając zasilanie, wiele razy na sekundę. Rzeczywiście oszczędza energię elektryczną, ponieważ elektrony, które nie przechodzą na światło, nie są po prostu przetaczane przez rezystor w celu wytworzenia ciepła. Ściemniacze elektroniczne są droższe. Zauważ, że większość przełączników przyciemniających kupowanych w sklepie domowym jest nadal rodzajem rezystorów.

Wreszcie możesz zrobić jeszcze jedną rzecz. Jeśli zwykle naciśniesz przełącznik przyciemniony dość daleko, umieść mniej lub mniej żarówek w gniazdach. Na przykład mieliśmy pięć 60-watowych żarówek na jednym obwodzie, które zwykle ściemniliśmy w dół, aby uzyskać oświetlenie otoczenia. Podczas gdy planuję kupić żarówki LED, aby je wymienić, ściemnialne diody LED są teraz zbyt drogie, aby to uzasadnić. Prostsze było po prostu wycofanie 3 z 5 żarówek. Dwie 60-watowe żarówki, wciąż przyciemnione do połowy, są całkowicie wystarczające do oświetlenia obszaru, tak jak chcieliśmy, aby był oświetlony.

Podczas gdy reostaty były używane jako ściemniacze w oświetleniu teatralnym na początku, nie było to powszechne od lat 50. i wcześniejszych i nigdy nie widziałem domowego ściemniacza światła, który nie używałby tyrystora. Nie oszczędzasz dużo żarówek z funkcją ściemniania energii ze względu na wysoce nieliniowy stosunek wydajności do temperatury żarnika (jasności), ale NIE jest to spowodowane dodatkowym napięciem spalanym w ściemniaczu. Gdy lampa jest przyciemniona, strumień świetlny przesuwa się w kierunku podczerwieni, a większy procent mocy zamienia się prosto w ciepło w żarówce niż światło widzialne. Nadal oszczędzasz, ale nie tyle, ile myślisz.

Jednak niektóre nowoczesne żarówki LED, które można przyciemnić, naprawdę oszczędzają dużo energii. Na kilku, które zmierzyłem, „żarówka” o mocy 10–13 W przyciemniła się do tego, co wygląda mniej więcej w połowie na jaśniejsze dla moich gałek ocznych, które pobiera zaledwie 2-3 waty.

W przypadku żarówek (które, jak zauważyli inni, jedynymi niezawodnie ściemnialnymi żarówkami), nawet w najlepszym przypadku ich moc świetlna spada szybciej niż zużycie energii - tak na przykład (wymyślone liczby, ale zasada obowiązuje), jeśli przyciemnisz je do 75% normalnej jasności, nadal zużyjesz może 80-90% oryginalnej mocy. Im są jaśniejsze, tym bardziej wydajne.

Chociaż prawdą jest, że dodanie zmiennej rezystancji szeregowo z żarówką obniży prąd, a tym samym obniży moc (wraz ze wzrostem rezystancji), pozostaje faktem, że energia jest marnowana w postaci ciepła przez rezystor zmienny. Nie sądzę, żeby dziś sprzedawano jakieś starsze typy „reostatów” (rezystorów zmiennych). Nowsza na rynku konstrukcja modyfikuje przebieg prądu przemiennego tak, aby występował tylko w części każdego cyklu. Ta konstrukcja jest bardziej wydajna, ponieważ nie marnuje niewykorzystanej mocy, jednak element krzemowy zastosowany w ściemniaczu musi również rozpraszać ciepło i robi to poprzez kołnierz montażowy (zwykle aluminium). Jest to jeden z powodów, dla których tylko pewna liczba przełączników i przewodów może znajdować się w pudełku.

Przetestowałem obrotowy ściemniacz Leviton za 5 dolarów, o mocy 600 watów, ściemniając lampki choinkowe. Obciążenie wyniosło 520 watów. Ściemniacz działał poprzez tłumienie dostarczanego napięcia prądu przemiennego. Znalazłem, że temperatura ściemniacza wzrosła, gdy napięcie prądu przemiennego jest maksymalne, a temperatura spadła, gdy napięcie zostało osłabione. Początkowo myślałem, że rozpraszanie ciepła wzrasta podczas ściemniania, ale teraz wygląda na to, że większość wytwarzanego ciepła jest spowodowana nieefektywnością tranzystorów w środku. Im wyższe napięcie i więcej prądu przepływającego przez cieplejsze urządzenie. Przy obciążeniu 520 watów zrobiło się wystarczająco gorąco, że nie mogłem dotykać radiatora dłużej niż kilka sekund.

Lekcja tutaj polega na tym, że nie używaj ściemniaczy, jeśli zamierzasz pozostawić włączone światło maksymalnie przez większość czasu. Energia nie przekształcona w światło jest marnowana jako ciepło. Przyciemnianie światła zużywa mniej prądu i pozwala zaoszczędzić pieniądze. Niezależnie od tego, czy światło jest przyciemnione, czy nie, ściemniacz marnuje energię w postaci ciepła. Zmarnowana energia rośnie proporcjonalnie do obciążenia.

Przyciemnianie oświetlenia zmniejszy zużycie energii. Niektóre osoby sugerują, że jakakolwiek moc, która nie wychodzi z żarówki, wytwarza ciepło na przełączniku. Podczas gdy pewna moc wytworzy ciepło, nie będziesz zużywał prawie tyle energii, co w żarówce.

Oto kilka prostych matematycznych równań mocy: P = IE Moc jest równa prądowi razy napięcie całkowite napięcie w obwodzie jest zasadniczo stałe ~ 120V AC.

Jeśli twój ściemniacz jest prostym rezystorem reostatowym, gdy podnosisz rezystancję, twój prąd obniży się zgodnie z prawem Ohma V = IR Napięcie jest równe prądowi razy rezystancja, ponieważ napięcie jest stałe, możemy zmienić kolejność dzieląc obie strony przez „R” na I = V / R, aby udowodnić, że prąd maleje wraz ze wzrostem rezystancji przy stałym napięciu.

innym sposobem zapisu prawa mocy jest: P = (V ^ 2) / R przy utrzymywanym stałym napięciu i wzroście rezystancji zwiększającej moc wyjściową. Moc ma ujemną korelację z oporem.

gdybyś miał 100W żarówkę i był przyciemniony do mocy 50W, NIE wytwarzałbyś 50W ciepła w ściemniaczu. Spaliłoby to twój dom.

Innym rodzajem ściemniacza, który prawdopodobnie zobaczysz, jest ściemniacz TRIAC. Ten ściemniacz zasadniczo włącza i wyłącza moc ponad 100 razy na sekundę, dlatego zużywa mniej energii, ponieważ światła są wyłączone z większą ilością czasu z każdej sekundy, im bardziej są przyciemnione.

Naprawdę mówisz o problemie „Watts vs VA”.

Wróć i spójrz na ilustrację „ściemniacza triaka” Tester101.

• Waty to moc, której faktycznie używasz (z wyłączeniem czarnego obszaru pod falą sinusoidalną).
• VA to cała fala sinusoidalna, którą generator musi wygenerować, aby utworzyć część, której używasz.

„Współczynnik mocy” to różnica między faktycznie używanymi watów a całą falą sinusoidalną. A ściemniacze triakowe mają słaby „współczynnik mocy”, który zmienia się w zależności od ustawienia oczywiście.

Tak więc do generowania mocy ściemnianie triakiem nie oszczędza tyle energii, ponieważ albo generator musi stworzyć całą falę sinusoidalną, albo trzeba wykonać pewną „korektę współczynnika mocy”, aby rozprowadzić energię wokół pełnego przebiegu. Jest to coś, w czym „konwertery obrotowe” były raczej dobre, całkowicie jako efekt uboczny: bezwładność w maszynie przędzalniczej służyła jako „kondensator prądu przemiennego” do energii przesunięcia czasowego w celu rozprowadzenia jej wokół fali sinusoidalnej. Oczywiście teraz byłoby to zrobione elektronicznie.

Twój miernik obserwuje jednak tylko zużywaną moc i nie wie nic o współczynniku mocy. Dostajesz więc okazję, płacąc tylko za tę część sinusoidy, z której korzystasz.

Elektryczność jest dla mnie czarną nauką i nie mam specjalistycznej wiedzy na ten temat. Ale wydaje mi się, że używając ściemniacza typu rezystorowego, przeciągasz moc przez miernik do przełącznika, a następnie ograniczasz dostarczanie do urządzenia lub kuli ziemskiej poprzez zamianę części tej niechcianej mocy na ciepło. Oznaczałoby to oszczędność energii dzięki zastosowaniu ściemniacza typu rezystorowego. Upewnij się, że wynik, który widzisz, jest mniej światła. Ale to, za co płacisz, nie jest tym, co widzisz, ale tym, co jest zarejestrowane na liczniku. Nowsze ściemniacze, które włączają / wyłączają zasilanie 120 razy na sekundę, to inna historia.