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

Оглавление

Что такое мерцание? (Основные понятия)

Почему мерцает свет? (Проблемы и решения)

Скрытые опасности: почему это должно вас волновать?

Как измерить мерцание: выходя за рамки основ.

Как проверить работу фар?

Что такое 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 мерцание? (Основные понятия)

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.

Что на самом деле означает "отсутствие мерцания"?

На упаковке товаров часто встречается фраза "без мерцания", но что она означает с технической точки зрения?

Светодиодные светильники без мерцания — это  тип светодиодных светильников, разработанных с конкретной целью: минимизировать колебания тока до уровня, при котором они  не оказывают заметного влияния  на здоровье человека, поведение скота или фотооборудование. Это достигается не магией, а использованием  высококачественного драйвера  , который преобразует нестабильный переменный ток в плавный, постоянный поток постоянного тока.  

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..

Решение Ceramiclite: Наши высококачественные драйверы устраняют мерцание, а усовершенствованные оптические линзы минимизируют блики. Для безопасной работы необходимы оба компонента.

Почему мерцает свет? (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.

Драйверы Ceramiclite :  Мы используем высококачественные компоненты (например, конденсаторы), которые действуют как резервуар, заполняя пробелы в питании. Это обеспечивает постоянный, стабильный ток для светодиода.  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.

Скрытые опасности: почему это должно вас волновать?

Вы можете подумать: «Если я не вижу мерцания, то какая разница?»

Ответ однозначно положительный. Даже когда колебания освещенности слишком быстры, чтобы глаза могли их сознательно зафиксировать, они все равно влияют на биологические системы и электронное оборудование.

Вот как плохое качество освещения приводит к реальным рискам для здоровья, безопасности и благополучия животных.

Здоровье человека: биологические последствия

Ваши глаза, возможно, и не «видят» вспышку, но ваш мозг, безусловно, её обрабатывает.

При работе в условиях мерцающего света мышцы радужной оболочки глаза постоянно расширяются и сокращаются, адаптируясь к изменяющейся яркости. Одновременно с этим мозг работает в усиленном режиме, чтобы объединить эти быстрые вспышки в стабильное изображение.

Непрерывное неврологическое напряжение приводит к  негативным последствиям мерцания света для здоровья , в том числе:

l  Напряжение и усталость глаз : ощущение «тяжести» в глазах уже через несколько часов.

Головные  боли и мигрени : Для чувствительных людей мерцание является известным фактором, провоцирующим сильные мигрени.

Снижение  концентрации внимания : В офисах или школах этот незначительный стрессовый фактор снижает когнитивные способности.

Благополучие скота: «Диско-эффект» на животных

Если вы управляете фермой, это крайне важно:  животные видят свет иначе, чем люди .

Например, у домашней птицы гораздо выше показатель «критического слияния мерцаний» (CFF), чем у людей. Если для вас свет может казаться постоянным, то для курицы или индейки он может выглядеть как пугающий стробоскоп.

Нестабильное освещение негативно сказывается на вашей ферме двумя конкретными способами:

l  Для домашней птицы (кур/индейек):
Поскольку они очень чувствительны к мерцанию, постоянный визуальный стресс приводит к повышению уровня кортизола. Это проявляется в  беспокойном поведении (клевание и каннибализм)  и, в конечном итоге, в снижении яйценоскости или темпов роста.

Для молочных  коров:
Коровы полагаются на регулируемые световые циклы для контроля уровня мелатонина и пролактина. Непостоянное мерцание света может нарушить эти гормональные ритмы, напрямую препятствуя достижению стадом оптимальной  молочной продуктивности .

В итоге: в сфере освещения животноводства отсутствие мерцания — это не просто роскошь, а стандарт благополучия животных, который напрямую гарантирует рентабельность ваших производственных инвестиций.

Промышленная безопасность: стробоскопический эффект

В производственных условиях мерцание представляет собой физическую опасность.

Это связано со  стробоскопическим эффектом . Представьте себе циркулярную пилу или вентилятор, вращающиеся с высокой скоростью. Если светодиод мигает с частотой, соответствующей скорости вращения станка,  лезвие будет казаться неподвижным .

Эта оптическая иллюзия создает серьезную опасность для безопасности. Рабочий может случайно коснуться движущегося механизма, который, как ему кажется, выключен. По этой причине  безопасность, связанная со стробоскопическим эффектом,  является обязательным требованием при  проектировании промышленного освещения.

Технологическое вмешательство: цифровая революция

Мерцание также является врагом современных технологий.

Камеры  : Камеры видеонаблюдения высокого разрешения и оборудование для спортивных трансляций снимают изображения с высокой частотой кадров. При мерцающем освещении видеопоток будет отображать отвлекающие  полосы , ухудшающие качество трансляции на профессиональных спортивных аренах ..

Сканеры  : В логистике автоматизированные сканеры штрихкодов могут не считывать этикетки, если во время сканирования происходит импульс света, что замедляет цепочки поставок .

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 проверить работу фар?

Вряд ли у вас в кармане лежит спектральный измеритель света стоимостью 2000 долларов. К счастью, у вас уже есть устройство, способное выполнить базовую проверку: ваш смартфон.

Вот простой способ выявить плохое освещение.

Трюк со смартфоном (видео в замедленной съемке)

Современные камеры смартфонов снимают видео с высокой частотой кадров (часто 240 кадров в секунду и выше). Это делает их отличными инструментами для  обнаружения мерцания света  , невидимого невооруженному глазу.

Как проверить мерцание светодиода с помощью телефона:

1. Откройте приложение камеры и переключитесь в режим видеосъемки «Замедленная съемка» (Slo-Mo).

2. Направьте камеру прямо на источник света.

3. Запись должна длиться около 5 секунд.

4. Воспроизведите видео.

На что обратить внимание:
Если свет на вашем экране мерцает, мигает или по изображению перемещаются темные полосы, значит, у вашего светильника серьезные проблемы с мерцанием. Если изображение остается ровным и стабильным, значит, свет относительно стабилен.

Критическое замечание: качественные и количественные методы исследования.

Хотя этот телефонный трюк полезен, у него есть ограничения. Это  качественный тест — он показывает, существует ли проблема, но не насколько она серьезна.

Что  это вам сообщает : «Да, этот свет мерцает».

Чего  в нем не хватает : он не может измерить конкретный индекс мерцания, частоту (Гц) или определить, попадает ли объект в «безопасную зону» стандарта IEEE 1789.

При проведении профессиональных аудитов, особенно в промышленных или животноводческих отраслях, результаты всегда следует проверять с помощью профессионального люксметра или спектрометра.

Что такое светодиодные светильники без мерцания ?

Если вы просмотрите рынок, то увидите тысячи товаров с пометкой «Без мерцания». Но будьте осторожны: маркетинговые уловки могут вводить в заблуждение.

Миф против реальности

Многие производители заявляют, что их светильники «не мерцают», просто потому что частота мерцания превышает 100 Гц (невидима для человеческого глаза). Как мы узнали ранее, этого недостаточно для обеспечения промышленной безопасности или благополучия животных.

Реальность : Для действительно бесшумного освещения всё зависит от «сердца» светильника — драйвера .

Технология, лежащая в основе Ceramiclite.

В Ceramiclite мы стремимся не просто обмануть человеческий глаз. Мы проектируем наши светильники в соответствии со строжайшими физическими стандартами. Вот как мы это делаем:

Высококачественные  драйверы постоянного тока:
В дешевых светильниках используются простые выпрямители, пропускающие пульсации переменного тока. Мы используем передовые драйверы с большой емкостью и сложной схемотехникой. Эта технология действует как плотина, сглаживая турбулентность переменного тока и преобразуя его в идеально ровный  поток постоянного тока  . Отсутствие пульсаций означает отсутствие мерцания.

Высокочастотная  ШИМ (при необходимости диммирования):
Когда требуется цифровое диммирование, мы обеспечиваем невероятно высокую скорость переключения. В то время как стандартные светильники могут переключаться с частотой 300 Гц, высокотехнологичные промышленные системы могут работать на частотах  выше 2000 Гц . При такой скорости мерцание биологически и механически не имеет значения.

Наше обязательство

Мы верим в данные, а не в модные словечки. Компания Ceramiclite стремится предоставлять световые решения, выходящие за рамки базовых требований. Мы стремимся к  показателю мерцания менее 5%  (часто менее 1%) и строго соблюдаем зоны безопасности, определенные стандартом  IEEE 1789 .

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.