Светодиодные светильники без мерцания: все, что вам нужно знать.

Оглавление

Что такое светодиодные светильники без мерцания?

Что такое мерцание света?

Почему светодиодные лампы мерцают? (Проблемы и решения)

Как измерить мерцание: выходя за рамки основ.

Как обнаружить мерцание с помощью смартфона?

Стандарты и рекомендуемые пределы отсутствия мерцания

Как выбрать светодиодные светильники без мерцания?

Заключение

При выборе осветительных приборов для молочной фермы, спортивной арены или промышленного склада вы, скорее всего, обращаете внимание на люмены, мощность или цветовую температуру. Но входит ли  мерцание  в ваш список критериев? Если нет, пора внимательнее изучить, как стабильность освещения влияет на окружающую среду.

Распространено ошибочное мнение, что светодиоды — единственные источники света, создающие неприятные стробоскопические эффекты. На самом деле все гораздо сложнее. Хотя светодиоды действительно могут мерцать, то же самое происходит почти со всеми другими источниками электрического света, включая галогенные лампы, металлогалогенные лампы и люминесцентные лампы.

Разница заключается в причинах мерцания и способах его устранения. Вот факты о том, что такое мерцание, почему оно происходит и как выбрать светодиодные светильники без мерцания .

Что  такое светодиодные светильники без мерцания  ?

Светодиодные светильники без мерцания  — это системы освещения, разработанные для поддержания колебаний светового потока в безопасных и стабильных пределах. На практике ни один источник света не может быть полностью свободен от модуляции. Вместо этого,  отсутствие мерцания  означает, что уровень мерцания достаточно низок, чтобы соответствовать признанным отраслевым стандартам в отношении  визуального комфорта, здоровья и безопасности эксплуатации .

Низкий уровень мерцания в первую очередь зависит от электрической схемы. Ключевые технические характеристики включают:

Высококачественный  драйвер постоянного тока

l  Низкий уровень пульсаций выходного тока

Высокочастотная  работа  во избежание видимых или биологических последствий

Стабильная  работа в  условиях колебаний напряжения и затемнения.

Грамотно спроектированный  драйвер светодиодов с низким уровнем пульсаций  обеспечивает стабильную светоотдачу без заметных или вредных колебаний.

Почему нам нужны светодиодные светильники без мерцания?

Риски, связанные с мерцанием, выходят за рамки простого зрительного дискомфорта:

(1) Влияние человека

 Напряжение глаз и головные боли

Усталость  и снижение концентрации внимания

Снижение  производительности труда

(2)  Риски для безопасности

Стробоскопический  эффект  , из-за которого вращающиеся механизмы кажутся неподвижными или замедленными.

(3)  Воздействие оборудования

Мерцание  камеры и полосы в видеоизображении

l  Ошибки в системах машинного зрения, сканирования штрих-кодов или контроля качества

Поскольку большая часть проблемного мерцания невидима, визуальные проверки ненадежны. Именно поэтому в современных проектах освещения все чаще используются  светодиодные светильники с низким или нулевым мерцанием,  эффективность которых подтверждена объективными измерениями.

Где нам нужны светодиодные светильники без мерцания?

Отсутствие мерцания в освещении крайне важно в тех областях применения, где важна визуальная стабильность:

²  Промышленные объекты и производственные линии

²  Склады и логистические центры

²  Спортивное освещение и трансляция

²  Офисы, школы и медицинские учреждения

²  Помещения для видеопроизводства и помещения, требующие использования камер

²  Скотные фермы и животноводческие комплексы

Для проверки соответствия системы освещения требованиям отсутствия мерцания   необходимо оценить объективные показатели, такие как процент мерцания ,  индекс мерцания и  показатель стробоскопической видимости (SVM) , как поясняется в следующем разделе.

Что такое мерцание света?

Для решения проблемы нам сначала нужно четко ее сформулировать.

Определение

Мерцание — это  быстрое включение и выключение источника света .

Представьте себе выключатель, который включается и выключается сотни раз в секунду. По сути, то же самое происходит внутри мерцающего светильника. Световой поток не является постоянным; вместо этого его интенсивность колеблется со временем. Хотя это может быть сделано намеренно (например, стробоскоп в ночном клубе), в профессиональных условиях это почти всегда нежелательное неудобство.

Два типа мерцания

Мерцание проявляется в двух различных формах в зависимости от его скорости (частоты):

Ø  Видимое мерцание (<100 Гц):
Этот тип мерцания происходит достаточно медленно — обычно 100 раз в секунду или меньше — чтобы ваши глаза могли непосредственно заметить вспышку. Оно сразу бросается в глаза и отвлекает.

Ø  Невидимое мерцание (>100 Гц):
это явление возникает, когда световые циклы настолько быстры, что ваши глаза не могут сознательно видеть вспышки. Однако то, что вы его не видите, не означает, что оно безвредно. Ваш мозг и тело все еще обрабатывают эти быстрые изменения, что может привести к негативным последствиям, таким как головные боли, напряжение глаз и снижение концентрации внимания. В промышленных условиях это невидимое мерцание вызывает стробоскопический эффект, из-за чего движущиеся механизмы кажутся опасными.

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Flicker_(light) 

Полезный совет: Мерцание против бликов —  в чем разница?

Не путайте эти два визуальных фактора, представляющих опасность.

Мерцание  происходит  во  времени : это быстрое колебание яркости света (циклическое включение/выключение). Оно вызывает неврологический стресс.

Блики  в  космосе —  это чрезмерная яркость или контраст, вызывающие визуальный дискомфорт (например, как если бы вы смотрели прямо на солнце). Хотите решить эту проблему? Прочитайте наше руководство о том, как уменьшить блики в спортивном освещении..

Почему светодиодные лампы мерцают? (Проблемы и решения)

Часто повторяющийся миф гласит, что «светодиоды просто мерцают естественным образом». Это неправда. Сами светодиоды стабильны; проблема заключается в том,  как мы их питаем  и  как ими управляем .

Вот две основные причины мерцания и способы их устранения.

Причина №1: Блок питания переменного тока

Проблема: переменный ток (AC)

Большая часть электроэнергии в мире поставляется в виде  переменного тока (AC) .

l  Волна : переменный ток течет в виде волны (синусоидальной волны), меняя направление 50-60 раз в секунду (50-60 Гц).

Зазор  : Каждый раз , когда ток меняет направление, напряжение падает до нуля.

Результат  : Когда напряжение достигает нуля, лампа на долю секунды гаснет.

Примечание: старые лампы накаливания почти не мерцали, потому что их раскаленные нити продолжали светиться в эти промежутки.  Светодиоды же реагируют мгновенно . Если питание отключается на миллисекунду, светодиод гаснет на миллисекунду. Это создает эффект быстрого стробирования.

Решение: Высококачественные драйверы (для преобразования переменного тока в постоянный).

Вы не можете изменить электросеть, но вы можете изменить способ питания вашего светильника. Решение —  светодиодный драйвер .

Принцип его работы : драйвер действует как мост. Он принимает переменный ток с «волнистыми» колебаниями и преобразует его в  постоянный ток с «плоскими» колебаниями .

Качество имеет значение :

Дешевые  драйверы : они плохо сглаживают волну, позволяя «пульсации» проходить к светодиоду. Результат: мерцание.

Высококачественные  драйверы : В них используются высококачественные компоненты (например, конденсаторы), которые действуют как резервуар, заполняя пробелы в питании. Это обеспечивает подачу постоянного, стабильного тока к светодиоду.  Стабильный ток = отсутствие мерцания .

Причина №2: Неправильная регулировка яркости.

Проблема:
Мерцание старых диммеров на новых светильниках часто возникает при попытке приглушить свет светодиода с помощью технологий, разработанных в 1980-х годах.

l  Фазовое подавление (TRIAC) : Традиционные настенные диммеры работают за счет «прерывания» синусоидального сигнала переменного тока, эффективно отключая питание на более длительные периоды для снижения яркости.

Конфликт  : В то время как лампы накаливания хорошо справлялись с этим, светодиодная электроника часто испытывает проблемы с прерывистыми импульсами напряжения. Это несоответствие приводит к нестабильной работе светодиода, вызывая видимое жужжание или мигание.

Решение: современные протоколы диммирования.

Для обеспечения плавного затемнения без мерцания необходимо модернизировать систему управления.

Системы 0-10 В или DALI :  Вместо обрыва силового провода эти системы используют отдельный сигнал, который точно указывает драйверу необходимую яркость. Затем драйвер плавно регулирует ток, избегая резких скачков включения/выключения, характерных для старых диммеров.

Краткое описание : Если ваши светодиоды мерцают, скорее всего, это происходит из-за  дешевого драйвера,  неспособного преобразовывать переменный ток, или  несовместимого диммера,  прерывающего сигнал. Решение всегда заключается в использовании высококачественной, специально разработанной электроники.

Как измерить мерцание: выходя за рамки основ.

Для объективной оценки безопасности недостаточно просто спросить: «Мерцает ли оно?». Необходимо количественно оценить характер мерцания. Успешное измерение должно учитывать три критически важных характеристики:

1.  Величина : Насколько изменяется интенсивность света?

2.  Частота : Как быстро это происходит?

3.  Форма сигнала : Какова форма цикла включения/выключения?

Здесь представлена ​​техническая эволюция метрик мерцания, от простых вычислений амплитуды до продвинутого анализа в частотной области.

Метод 1: Процент мерцания (измерение величины)

Вероятно, наиболее простой для понимания показатель —  процент мерцания —  измеряет величину (глубину) модуляции. Это исключительно расчет амплитуды.

Как это рассчитывается: вычисляется разница между максимальной светоотдачей (пиковой) и минимальной светоотдачей (впадиной), которая делится на сумму этих двух значений.

Процент мерцания = Макс. − Мин. Макс. + Мин. × 100%

Шкала:

0% : Идеально ровное освещение.

100% : Свет полностью выключается, а затем снова включается (как стробоскоп).

Ключевое ограничение: несмотря на простоту расчета, показатель «процент мерцания»  полностью игнорирует частоту и форму волны .

Почему это важно: Светильник со 100% мерцанием на частоте 50 Гц — это визуальная катастрофа. Светильник со 100% мерцанием на частоте 10 000 Гц (распространенный в высокочастотных ШИМ-сигналах) обычно невидим и безопасен. Полагаясь исключительно на процент мерцания, можно случайно исключить из списка подходящих высокотехнологичных светильников, не обнаружив при этом вредные низкочастотные источники света.

Метод 2: Индекс мерцания (измерение формы волны)

Индекс мерцания  — это шаг вперед. Вместо того чтобы просто анализировать максимальные и минимальные значения, он рассматривает форму  кривой  светового потока.

Как это рассчитывается: Измеряется площадь под кривой светового потока. В частности, площадь  над средним световым потоком делится  на  общую площадь  кривой светового потока.

Шкала: от  0 до 1  (чем ниже значение, тем лучше).

Почему это лучше: учитывается  рабочий цикл  (процент времени, в течение которого свет фактически «включен»). У двух светильников может быть одинаковый процент мерцания, но если один из них остается «выключенным» дольше в течение каждого цикла, у него будет худший (более высокий) индекс мерцания. Это делает его более точным показателем стабильности освещения, чем просто процентное соотношение.

Метод 3: Анализ в частотной области (стандарты «восприятия»)

Новейшие и наиболее точные методы, такие как  SVM  и  IEEE 1789 , выходят за рамки простых измерений во временной области. В них используется  анализ в частотной области .

l  Наука (преобразование Фурье): Эти показатели основаны на математическом процессе, называемом преобразованием Фурье. Оно преобразует световой сигнал из «временной области» в «частотную область», разлагая сложные световые сигналы на составляющие их основные частоты.

Почему  это считается золотым стандартом: В отличие от предыдущих методов, этот подход учитывает  человеческое восприятие . Он сравнивает частоты света с эмпирическими данными о том, как на самом деле реагируют человеческие глаза и мозг. Он взвешивает данные: низкие частоты (которые причиняют нам больше вреда) сильно наказываются, в то время как сверхвысокие частоты наказываются меньше.

Основные стандарты, используемые в данном методе:

1.  Стандарт IEEE 1789-2015 (Руководство по безопасности) Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) объединил биологию и физику для создания исчерпывающей таблицы безопасности. Он расширяет диапазон анализа до  3000 Гц,  чтобы учесть биологические эффекты.

Оно определяет три зоны:

ü  Зона отсутствия эффекта (зеленая): Безопасно для всех применений.

ü  Зона низкого риска (желтая): Приемлема для общего использования.

ü  Зона высокого риска (белый цвет): небезопасна для промышленной или биологической среды.

2.  SVM (Stroboscopic Visibility Measure) Этот показатель специально оценивает  стробоскопический эффект — опасность того, что движущиеся объекты будут казаться неподвижными. Он фокусируется на частотах >80 Гц.

Целевое значение : SVM должно быть ≤ 1,0 . Для высокоточных промышленных задач желательно, чтобы это значение было ближе к  0 .

Рекомендуемая таблица: Сравнение ключевых показателей мерцания

Как обнаружить мерцание с помощью смартфона ?

Во многих проектах проблемы с освещением выявляются только после установки. В то время как для профессионального измерения мерцания требуется специализированное оборудование, для  быстрой предварительной оценки можно использовать смартфон .

Пошаговый метод

1.  Откройте камеру телефона и переключитесь в  режим замедленной съемки (Slo-Mo)  .

2.  Направьте камеру прямо на источник света.

3.  Запись должна длиться 3–5 секунд.

4.  Просмотрите видеозапись еще раз и понаблюдайте за световым рисунком.

На что обратить внимание

l  Темные полосы, движущиеся по изображению

l  Видимое мерцание или пульсация

Неравномерные  циклы яркости

Эти эффекты указывают на значительную модуляцию света и потенциальные проблемы с мерцанием.

Важное ограничение

Этот метод носит  исключительно качественный характер . Он не позволяет измерить процент мерцания, частоту, SVM или соответствие стандарту IEEE 1789. Для промышленных объектов, спортивных сооружений или животноводческих хозяйств всегда проверяйте работоспособность, используя  данные о мерцании LM-79 или отчеты сторонних испытательных лабораторий .

Используйте тестирование с помощью смартфонов только для быстрой проверки в полевых условиях — окончательные решения всегда должны основываться на проверенных результатах измерений.

Стандарты и рекомендуемые пределы отсутствия мерцания

В предыдущем разделе объяснялось, как измеряется мерцание, но для принятия решений необходим другой подход: какие уровни действительно считаются безопасными и приемлемыми в реальных условиях.

Отраслевые стандарты определяют рекомендуемые пределы для обеспечения работы освещения в биологически и визуально безопасных диапазонах.  Приведенные ниже эталонные значения суммируют общепринятые пороговые значения, используемые для оценки стабильности и безопасности освещения в распространенных областях применения.

Системы освещения, соответствующие этим параметрам, обеспечивают стабильные условия видимости , снижают нагрузку на глаза и неврологический стресс , а также минимизируют стробоскопические риски . В сложных условиях, таких как заводы, спортивные сооружения и животноводческие хозяйства, соблюдение этих пороговых значений имеет важное значение для безопасности , производительности и долгосрочной эффективности .

Как выбрать светодиодные светильники без мерцания?

Не все продукты с пометкой «без мерцания» обеспечивают одинаковый уровень производительности. Во многих случаях этот термин используется как маркетинговое заявление, а не как измеримая характеристика. Для обеспечения истинной стабильности освещения покупателям следует проверять ключевые показатели мерцания, а не полагаться только на описание продукта.

1. Процент мерцания. Проверьте значение процента мерцания, указанное в тестовых данных. Для большинства применений это значение должно быть ниже 5% . В чувствительных средах, таких как промышленные объекты, спортивные площадки, медицинские учреждения или животноводческие фермы,  рекомендуется более строгий диапазон 1–3% или ниже, чтобы минимизировать биологический стресс и зрительную усталость.

2. Соответствие стандарту IEEE 1789.
Система освещения должна работать в пределах зоны отсутствия воздействия,  определенной стандартом IEEE 1789-2015.Данный стандарт оценивает как глубину модуляции, так и частоту, чтобы гарантировать, что свет не вызовет неврологических или физиологических рисков.

3. Стробоскопическая видимость (SVM). Для мест с движущимися механизмами, вращающимся оборудованием или высокоскоростными камерами необходимо проверить значение SVM . Рекомендуемый пороговый уровень — SVM ≤ 1,0 , тогда как в условиях высокой точности, таких как производственные линии или площадки для телевещания, следует стремиться к значению SVM < 0,4 .

Наконец, всегда запрашивайте  у производителя отчет о тестировании на мерцание или данные LM-79 . Проверенные измерения — единственный надежный способ подтвердить полное отсутствие мерцания.

Заключение

Освещение часто рассматривается как второстепенный вопрос, но так быть не должно.

Экономия небольшой суммы на светодиодных светильниках с дешевыми драйверами — это ложная экономия. Скрытые издержки — будь то ухудшение безопасности работников, снижение надоев молока на вашей молочной ферме или низкое качество видео на вашем стадионе — намного перевешивают первоначальную экономию.

Светодиодные светильники без мерцания —  это  инвестиция в безопасность, производительность и благополучие .

Готовы к обновлению?

Не стоит гадать о качестве освещения. Если вам нужно проверенное, высокоэффективное решение для промышленного применения, спорта или животноводства, давайте обсудим это. 

Проконсультируйтесь с инженером Ceramiclite уже сегодня! Разработать план освещения, безопасный для вашей команды, ваших животных и вашего бизнеса.