Коэффициент мерцания. Пульсация освещенности. Как рассчитать коэффициент пульсации

Краткая информация (наведите курсор)

Лампа накаливания , наверное, самый долгоживущий электрический прибор, начинающий свою историю с начала XIX века. Серийно лампы накаливания выпускают уже более 100 лет и непрерывно ведутся работы по улучшению её характеристик, несмотря на то, что с начала XXI века лампы накаливания активно вытесняются более современными и экономичными источниками света – светодиодными и газоразрядными лампами. Тем не менее, окончательно списывать со счетов лампы накаливания рано. Они еще будут долго использоваться как в специфических областях, так и для освещения помещений. При этом большинство людей отмечают, что свет, излучаемый лампами накаливания более уютный, комфортный и «теплый». Эти ощущения объясняются тем, что свет от ламп накаливания равномерно распределен по световому спектру, с преобладанием инфракрасной («теплой») части спектра, что делает его близким к естественному солнечному освещению. Кроме того, пульсация ламп накаливания обычно гораздо ниже, чем у новых типов ламп.

Пульсация ламп является одной из основных проблем при обустройстве домашнего или рабочего освещения. Что такое коэффициент пульсации ламп было рассмотрено в статье «Коэффициент пульсации освещенности….» (сюда>>> ).

В общем, считается, что коэффициент пульсации ламп накаливания существенно меньше, чем у энергосберегающих ламп. Это не совсем верно – качественные современные светодиодные и люминесцентные лампы могут вообще не иметь пульсаций. В то же время, при питании от сети переменного тока, лампы накаливания тоже имеют пульсации (Рис.1).

Рассмотрим причины возникновения пульсаций у ламп накаливания при питании от сети переменного тока (при питании постоянным током у ламп накаливания пульсаций нет). Известно, что источником света в лампе накаливания является нить из тугоплавкого металла (вольфрам), разогреваемая проходящим через неё током до нескольких тысяч градусов. Поскольку питается лампа от сети переменного тока (обычно 220 Вольт, частотой 50 Гц), то, синхронно с изменением проходящего через нить накаливания тока, изменяется и температура нити. Однако нить накаливания имеет определенную теплоемкость, которая не даёт ей сильно остыть. Тем не менее, существует некоторое остывание нити накаливания при уменьшении, проходящего через нее тока. Это приводит к колебаниям излучаемого нитью накаливания света. В целом, чем больше теплоемкость (масса) нити накаливания, тем меньше пульсации излучаемого лампой накаливания света. Мы провели измерения коэффициента пульсации ламп накаливания нескольких типов – см.Табл.1.

Совместно с журналом "Современная светотехника" мы провели тестирование на уровень пульсаций образцов ламп накаливания, продающихся в конце 2014 года известном сетевом магазине. На тестировании й нас побывали около

Напомним, что допустимый уровень пульсации освещенности при работе на компьютере составляет 5%.

Таблица 1. Коэффициент пульсации ламп накаливания.

Из Таблицы 1 видно, чем выше мощность лампы накаливания, тем меньше пульсации. Тем не менее, эти данные неполные и надо понимать, что окончательно определить коэффициент пульсации той или иной лампы можно только при помощи специального прибора – пульсметра. Мы использовали люксметры-пульсметры-яркомеры «Эколайт-01» (сюда >>> ) и «Эколайт-02» (сюда >>> ). Очень полезной особенностью этих приборов является то, что фотоголовку ФГ-01, входящую в их состав, можно подключить к персональному компьютеру через USB-порт, на котором, при помощи бесплатного (!!!) ПО «Эколайт-АП» (сюда >>> ) провести подробное изучение пульсаций ламп любого типа (Рис.1).

В связи с популяризацией светодиодных источников света у потенциальных покупателей возникают вопросы, связанные с качественными показателями изделия. К сожалению, в розничной торговле многие продавцы не могут дать полноценных ответов, руководствуясь исключительно данными с упаковки. Производителю, в свою очередь, выгодно указывать на упаковке к изделию только «маркетинговые» характеристики.

Значение такого технического параметра, как коэффициент пульсации, не принято приводить в описании. Многие китайские производители даже не нормируют его. Однако негативное влияние пульсирующего освещения доказано научно и нормативно закреплено российскими стандартами. Стоит ли делать акцент на этом физическом явлении при выборе светодиодных ламп? Какую опасность несёт повышенное мерцание для человека?

Определение и единица измерения

Коэффициент пульсации (Кп) является одной из характеристик, которая определяет качество искусственного освещения. Для расчета Кп производят замер уровня освещённости с фиксацией минимального, среднего и максимального значения. Затем данные подставляют в представленную ниже формулу. Коэффициент пульсации светодиодных ламп – безразмерная величина. Для удобства понимания полученный результат отображают в процентном эквиваленте. По данной формуле проводят расчёты, полученные на основании измерений гармонических колебаний. Драйверы светодиодных ламп являются источником негативных сигналов гармонической формы, что упрощает проведение замеров экспериментальным методом.

При наличии в источнике излучения импульсных помех применяют более сложные расчёты. Однако к электрическим схемам блоков питания LED-ламп это не имеет отношения.

Как проверить пульсацию?

Сразу следует отметить, что, во-первых, мерцание лампы возможно только при включении её к питающей сети переменного тока. При питании от аккумулятора или батареек работают светодиодные лампы без пульсаций (Кп=0%). Во-вторых, измерить пульсацию подручными средствами (видео или фотокамерой) невозможно. С их помощью можно лишь утолить своё любопытство и убедиться в наличии мерцания.

Согласно ГОСТ Р 54945–2012, пульсация светодиодных ламп должна измеряться специальными приборами с измерительными преобразователями излучения. В документе приводится ряд приборов, рекомендуемых для проведения измерений:

• Многоканальный радиометр «Аргус»;
• Пульсметр-люксметр «Аргус 07» или «ТКА-ПКМ»/08;
• Пульсметр-люксметр «ТКА-ПКМ»/08;
• Люксметр-яркомер-пульсметр «Эколайт-01» или «Эколайт-02».

Внешне эти измерительные приборы немного крупнее пульта дистанционного управления, оснащены фотодатчиками, дисплеем и кнопками управления. Как правило, прибор можно подключить к ПЭВМ, и с помощью прикладной программы организовать визуализацию и дополнительные вычисления.

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 и СП 52.1333.2011

В России требования к качеству освещения регламентируются нормативными документами. В частности, СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 устанавливает гигиенические требования к освещению в жилых и общественных зданиях. В жилых комнатах светодиодные лампы должны обеспечивать уровень освещённости не менее 150 Лк. Коэффициент пульсации при этом не нормируется. В общественных непроизводственных зданиях санитарные нормы устанавливают значение Кп в пределах 10-20%.

В своде правил СП 52.1333.2011 большое внимание уделяется нормам искусственного освещения всех типов сооружений, селитебных зон и производственных площадок. В нормативном документе отдельно оговорены требования к светодиодным источникам света. В зависимости от степени напряженности работы в нём приведены допустимые значения коэффициента пульсаций и освещенности.

Отрицательное воздействие

Видимые пульсации светового потока частотой до 80 Гц оказывают негативное влияние на мозг, раздражают нервную систему через органы зрения. В результате человек подсознательно вынужден бороться с дискомфортом, хочет быстрее покинуть зону воздействия мерцающего света. Освещение пульсирующим светом может привести и к реальным производственным травмам. Например, если скорость вращения циркулярной пилы совпадает по частоте светового потока светодиодной лампы, человеку может показаться, что станок не подвижен. Подобные ситуации являются серьезными причинами травматизма на производстве.

Мерцание в диапазоне 80–300 Гц не воспринимается напрямую человеческим глазом. Однако зрительные рецепторы детектируют данные колебания, которые провоцируют сбои в работе головного мозга. Действуя незаметно, они постепенно сдвигают гормональный фон, способствуют снижению работоспособности, ухудшают эмоциональное самочувствие. Как показали эксперименты – длительное нахождение в зоне пульсаций светового потока способствует возникновению и обострению хронических заболеваний нервной системы.

Как убрать пульсацию в светодиодной лампе?

Во многие светодиодные лампы китайского происхождения устанавливают примитивный блок питания (БП), который назвать драйвером невозможно. Он состоит из RC-цепочки, диодного моста и фильтрующего конденсатора малой ёмкостью, не более 10 мкФ. Именно из-за отсутствия качественного сглаживающего фильтра постоянное напряжение на выходе пульсирует с частотой менее 300 Гц. Ниже представлена схема подобной лампы.

Улучшить качество выходного сигнала можно путём замены электролитического конденсатора на аналог большей ёмкости. В результате амплитуда переменной составляющей сигнала снизится в несколько раз. Однако это не всегда возможно, ввиду большого размера конденсатора необходимой емкости.

Основные требования к драйверу – обеспечение светодиодов лампы стабильным током и миниатюрные размеры, необходимые для размещения схемы внутри цоколя. Поэтому самым надёжным способом значительно снизить коэффициент пульсации, является замена некачественного блок питания на драйвер со встроенным ШИМ-регулятором.

Если по субъективным причинам не удаётся избавиться от вредного мерцания светодиодной лампы, то рекомендуется установить её в помещении с наименьшим количеством включений. Наметив очередную покупку светодиодной лампы, делайте выбор в пользу сертифицированной продукции известных брендов.

Читайте так же

Огромным множеством преимуществ обладают полупроводниковые источники освещения, которые пользуются большим спросом среди населения. Одно из достоинств — это низкий коэффициент пульсации, например, у светодиодных лампочек. Интересно, что формирование зрения бывает только при воздействии солнечных лучей и отсутствии сторонних факторов. Так как цивилизация развивается, человечеству понадобилось больше дополнительных источников освещения. По этой причине изобрели первые лампочки накаливания. Далее из-за прогресса стали выпускаться более современные источники света. Однако совсем недавно ученые, исследуя, обратили внимание на такое явление, как пульсация, которая плохо сказывается на организме человека. Из-за таких сведений в местах, где регулярно бывают люди, а также в детских учреждениях, запретили использовать некоторые виды лампочек. В этой статье мы расскажем, что собой представляет пульсация светодиодных ламп, почему она возникает и как исправить мерцание самостоятельно.

Причины возникновения мерцания

Практически все лампы формируют эффект мерцания. Для того, чтобы решить, как исправить эту проблему важно знать, почему пульсируют лампы. Дело в том, что частота мерцания или пульсации выше крайней частоты слияния мельканий, которые глаз человека не воспринимает напрямую как мерцающий световой поток. Несмотря на это, негативное воздействие сказывается на самочувствии человека и вызывает повышенную утомленность. Чем чаще происходит пульсация, тем большее влияние на организм: начинается головная боль, а также быстрая усталость, что приводит к рассеянности человека, и он не может сфокусировать внимание на работе.

Лампами накаливания образуется наиболее сильное мерцание. По причине того, что мерцание в полной мере зависит от самого источника питания, в светодиодных лампах решили эту проблему с помощью применения драйвера, благодаря которому напряжение проходит в виде постоянного тока. Все же не все изготовители стали использовать качественные драйверы, которые способны снизить уровень импульса до нужного значения. Поэтому изготовленный товар имеет низкую себестоимость и в то же время плохое качество.

Иногда бывает так, что при покупке, лампочка светит хорошо без мерцаний, однако со временем мерцание появляется. Это говорит о том, что качество данного продукта низкое. Поэтому при покупке необходимо обращать внимание, указан ли в технических характеристиках коэффициент пульсации. Соответственно такой осветительный прибор стоит дороже.

Подробности о коэффициенте пульсации

Главная причина мерцания заключается коэффициенте пульсации. Это безразмерная величина, которая выражается в процентах и отображает уровень колебаний освещенности при варьировании светового потока. Источник света является основой, которая подключается к переменному току.

Благодаря проведенным исследованиям выяснилось, что при 10% коэффициенте пульсации появляется стробоскопический эффект, а он представляет собой оптический обман зрения. Появляется он из-за неправильного восприятия предметов, которые находятся в движении. Существуют нормы допустимой величины коэффициента пульсации. Значение должно быть в рамках от 5% до 20% в зависимости от обстоятельств, при которых происходит зрительная работа.

В тех местах, где больше всего находятся люди, коэффициент не может превышать:

• Дошкольные детские учреждения – 10%.
• Места, где находятся компьютеры – 5%.
• Образовательные учреждения – 10%.
• Места, где осуществляются высокоточные работы – 10%.

Коэффициент пульсации может происходить и на производственных предприятиях, а также в складских ангарах, то есть в местах, где люди могут быть только какое-то время, и где исключена возможность возникновения стробоскопического эффекта. Однако первый фактор способен привести к опасной ситуации, например, вращение детали может совпадать с мерцанием лампы. В такой ситуации деталь будет казаться в неподвижном положении, а из-за этого может возникнуть опасная ситуация, которая приведет к производственному травматизму.

Такие нормы были установлены недавно, и только в последнее время стали усиленно контролировать их соблюдение. На большинстве предприятий, а также в учебных заведениях освещение не отвечает санитарным нормам. Поэтому в следствии проверок все стали улучшать качество освещения.

Как проверить уровень пульсации

Важно знать, как определить уровень пульсации в LED светильниках. Это можно делать с помощью коэффициента, который рассматривался выше. Однако только в том случае, если подключение светодиодных ламп было осуществлено к переменному току, учитывая схему питания. Коэффициент варьирует в диапазоне 1-30%, охватывается весь диапазон.

Следует сделать измерение, которое позволит определить коэффициент пульсации. При измерении нужно учитывать два фактора:

1. Так, как при постоянном токе коэффициент нулевой, а соответственно мерцание отсутствует полностью, то измерение следует проводить при переменном токе.
2. Проверку или измерение следует осуществлять специальными приборами, а не простой фотокамерой. Она только фиксирует сам факт мерцания, но не вычисляет его величину. Следует использовать устройства, которые способны преобразить излучение. Например, можно использовать пульсометр-люксметр или многоканальный радиометр, а также другие похожие приборы. Для дополнительных подсчетов можно подключать эти устройства к компьютеру, и с помощью программы сделать вычисление.

Светодиоды могут мерцать даже в выключенном положении. Такое явление можно увидеть невооруженным глазом, и оно вызывает у человека дискомфорт. Однако моргать они могут и во включенном состоянии, и визуально это не ощущается. Поэтому следует знать, чем вредна пульсация светодиодных ламп. Такое мигание приносит большой вред, ведь невольно влияет на организм человека. Если лампочка мигает при работе, человек утомляется, у него возникает подавленное состояние и бессонница, и конечно же это плохо влияет на зрение.

На видео ниже наглядно показывается, как производится измерение пульсации светодиодных ламп от известных производителей:

К сожалению изготовители редко указывают информацию, которая показывает коэффициент пульсации. Но для того, чтобы проверить в домашних условиях нужно проводить тесты, которые фиксируют само мигание. Можно проверить это явление двумя способами.

1. Самый простой способ с использованием карандаша. Необходимо включить только тестируемую светодиодную лампу и быстро помахать перед ней карандашом. В случае если виден сплошной след карандаша, то все в порядке, однако если след распадается на отрезки, то значит, что импульсы присущи.
2. Можно также использовать фотокамеру. Не всегда будет под рукой фотоаппарат, поэтому необходимо знать, как проверить телефоном, ведь большинство из них оснащены камерой. Итак, камеру следует держать на расстоянии 1 метра от тестируемой светодиодной лампочки, если мигание присуще, то на экране будут темные полосы.

На видео ниже наглядно показывается, как определить мерцание светодиодных ламп при работе:

Способы устранения мерцания

Следует знать, как избавиться от мерцания светодиодных ламп. Необходимо устранить старый конденсатор на другой с большей емкостью. Однако подобрать конденсатор нужно и по габаритам, и по рабочему напряжению старого устройства. Конечно нужно знать, как устранить пульсацию, ведь в плате необходимо найти сам конденсатор, и уметь припаять новый. Все же этот вариант не всегда позволит полностью убрать проблему, однако нужно пробовать различные способы борьбы с ним.

Более 90% окружающей его информации человек получает через органы зрения. Для наиболее качественного восприятия визуальной информации необходимо хорошее освещение. Органы зрения человека лучше всего приспособлены к естественному солнечному свету. Однако в помещениях и в темное время суток никак не обойтись без искусственных источников света. По сравнению с естественным, искусственное освещение имеет ряд недостатков. Один из них – это повышенная пульсация ламп , вызванная периодическими колебаниями уровня светового потока, излучаемого лампой.

Действие пульсаций света на здоровье человека.

Пульсации искусcтвенного света, излучаемого лампами оказывают существенное негативное влияние на здоровье человека - в первую очередь на органы зрения и центральную нервную систему. Мерцающий свет перегружает зрительную и нарвную систему человека, нарушает естественные биоритмы. Типичные симптомы воздействия пульсирующего светового потока - повышенная утомляемость, сухость и боль в глазах, головные боли, раздражительность. При длительном воздействии пульсации света могут приводить к хроническим заболеваниям.

В то же время, к сожалению, при обустройстве искусственного освещения уровню пульсации, как правило, не уделяют должного внимания.

Для нормирования таких пульсаций вводится коэффициент пульсации ламп, показывающий какую долю в общем уровне светового потока лампы занимают пульсации. В общем виде, коэффициент пульсации рассчитывается по формуле:

где L max - максимальное значение светового потока, L min - минимально значение светового потока, L 0 - среднее значение светового потока от лампы

Как и чем измеряли пульсацию ламп и мониторов.

На практике, определить коэффициент пульсации ламп без специальных приборов, пульмсметров, невозможно. Для измерения пульсаций рекомендуем:

• либо купить люксметр "Эколайт-01 " или "Эколайт-02 ", занесенные в госреестр средств измерений, с поверкой или без нее,
• либо приобрести измеритель освещенности "Radex Lupin" - качественный бытовой люксметр цена которого существенно ниже, чем у профессиональных приборов,
• НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ (!!!) не пытаться измерить пульсации ламп и экранов при помощи карандашей, фотоаппаратов, смартфонов и других подручных предметов (как показывает практика - почти в 90% случаев даже "поймать" пульсацию, не говоря уже, чтобы ее измерить, не получится)

Результаты измерения пульсаций

Существует множество распространенных мнений, типа "лампы накаливания почти не пульсируют", "люминесцентные лампы с ЭПРА гарантированно имеют низкий уровень пульсации", "у светодиодных ламп не бывает пульсации" и т.п. На самом деле все не так однозначно. Мы провели множество измерений различных типов ламп и светильников и можем однозначно утверждать - к сожалению, практически нет АБСОЛЮТНО никакой связи между типом и стоимостью лампы или светильника и уровнем коэффициента пульсации излучаемогго света. Нам попадались как очень дорогие ультрасовременные светодиодные светильники с множеством режимов работы и, при этом, с коэффициентом пульсации под 100%, так и дешевые люминесцентные лампы с полным отсутствием пульсаций.

Тем не менее, можно утверждать, что, в первую очередь, уровень пульсаций освещенности зависит от типа применяемых ламп. По уровню возможных проблем с пульсацией светового потока мы разместили разные типы ламп в следующем порядке (по возрастающей):

1. Лампы накаливания. (пульсации до 25%)
2. Люминесцентные лампы. (возможны пульсации до 50%)
3. Светодиодные лампы. (возможны пульсации до 100%)

Ниже приведем пример измерения коэффициента пульсации лампы светодиодной потолочной типа "Армстронг". Для измерений была использована бесплатная программа пульсметра-люксметра для Android и Windows :

Для измерений мы использовали разработанный нами модуль люксметра-пульсметра-яркомера фотоголовку ФГ-01 (из состава приборов Эколайт-01, Эколайт-02), а также нашу БЕСПЛАТНО (!!!) распространяемую программу анализатора световых пульсаций "Эколайт-АП".

С результатами наших измерений пульсации различного типа ламп можно ознакомиться ниже в этом разделе. Мы постоянно пополняем нашу библиотеку измерений. С благодарностью примем на размещение Ваши материалы по измерению ламп и светильников различного типа.

• Статья "Пульсация ламп накаливания "
• Статья "Пульсации светодиодных ламп"
• Статья "

В настоящее время энергосбережение на промышленных предприятиях и в быту заставляет потребителей обратить внимание на такие источники света, как светодиодные (LED) лампы. Эти осветительные приборы при малой мощности (8-14Вт) обладают высокой светоотдачей (сравнимой с лампой накаливания 60Вт) и высокой безопасностью: температура на их поверхности не превышает 71°C, поэтому корпус может быть изготовлен как из стекла, так и из пластика. Однако при использовании светодиодных ламп важен и такой параметр, как коэффициент пульсации.

При подаче переменного тока на любую лампу возникает пульсация света. Она может быть незаметна для глаз, тем не менее, определенные частоты пульсации влияют не только на зрение, но и на производительность труда, утомляемость, психику человека. ГОСТ определяет коэффициент пульсации как относительную глубину колебаний освещенности при изменении светового потока во времени при использовании переменного тока в электрической цепи освещения. Санитарные правила 52.1333 от 2011 года устанавливают порог коэффициента пульсации 5%, однако производители не указывают эту характеристику своей продукции. Поэтому для рабочих мест с особыми требованиями к освещенности производится сертификация с составлением протокола по определению коэффициента пульсации осветительных приборов.

В исследовательских целях эту величину измеряют пульсметром-люксметром на расстоянии 1 м от лампы. В реальных условиях (например, при высоте потолка 2,7 м), при удалении измерительного прибора от источника света показатели пульсации увеличиваются, то есть плотность светового потока обратно пропорциональна коэффициенту пульсации.

Светодиодные лампы при всей своей внешней простоте являются сложным полупроводниковым устройством, поэтому у разных фирм они существенно отличаются по целому ряду характеристик, в том числе и по коэффициенту пульсации. Исследования, проведенные в лаборатории ВНИСИ независимыми экспертами, позволили определить, что коэффициент пульсации светодиодных ламп колеблется от 0 до 52%. Испытание проходили лампы-ретрофиты (то есть изготовленные по типу стандартной цокольной лампы накаливания) отечественного и зарубежного производства. Глубина колебаний в таких лампах зависит от качества встроенной в корпус электросхемы, выравнивающей напряжение.

Светодиодные ленты и светильники, подключенные к стабилизированным источникам тока, показывают минимальный коэффициент пульсации освещенности, от 0 до 1.2%.