Visualcraft

“Digital Lighting Control”


.
ได้อ่านบทความชิ้นหนึ่งจาก http://sound.westhost.com/lamps/dimmers.html ได้อธิบายพื้นฐานของ การดิม DIM หลอดไฟได้เหมาะกับหลอดในยุกต์ปัจจุบัน ( ไม่ได้แปล แต่ปรับให้เข้ากับการใช้งานในประเทศไทย ถ้าสนใจขอให้ไปอ่านต้นฉบับ และขอขอบคุณต้นฉบับ )

Load



โหลด ในที่นี้ก็คือ หลอดไฟ ที่ให้แสงสว่างออกมาได้
เมื่อเราจำแนกหลอดไฟ ตามลักษณะทางวิศวกรรมได้ 4 รูปแบบ
Resistive load .. ก็คือหลอด ใส้ (Incandescent) ใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อ 20 ปีที่แล้ว ปัจจุบันมีใช้น้อย
Inductive load .. หลอดใส้ มีคุณสมบัติที่เป็น R-L และหลอดที่ต้องมี Ballast ก็คือ ขดลวดแกนเหล็ก เช่น หลอดฟูออเรสเซ็นต์ และหลอดก๊าซ .. ปัจจุบัน ยังคงมีใช้งานอยู่ ใช้พลังงานน้อยกว่าหลอดใส้ ให้ความสว่างที่มากกว่า ประสิทธิภาพดีกว่าหลอดใส้
Capacitive load .. อาจพอมีบ้าง แต่ไม่พบว่านำมาทำหลอดไฟให้เห็นอย่างชัดเจน
Non-Linear load .. ระยะเวลาประมาณ 5 ปี หลอดชนิดนี้กำลังเข้ามาแทนที่หลอดไฟที่ใช้กันในอคีตทั้งหมด ได้แก่ CFL หรือ หลอดประหยัดพลังงาน LED ทุกชนิด ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่นในด้านพลังงาน และความคงทน การนำเข้ามาทดแทนหลอดชนิดดั้งเดิมได้อย่างดี


คุณสมบัติที่สำคัญของหลอดไฟก็คือ พฤติกรรมการใช้พลังงาน หรือความสัมพันธ์ของ แรงดันไฟฟ้า กับ กระแสไฟฟ้า (Voltage - Current, V-I) จากรูป เส้นสีแดง แทนแรงดันไฟฟ้า และเส้นสีเขียว แทนกระแสไฟฟ้า
Resistive load .. จะให้แรงดันไฟฟ้า กับ กระแสไฟฟ้า มีรูปร่างที่เหมือนกัน มีลักษณะที่สมดุลย์ เป็นความสัมพันธ์ทางไฟฟ้าที่ดีที่สุด
Inductive load .. แสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้า ถูกหน่วงให้ช้ากว่าแรงดันไฟฟ้า แต่ก็ยังคงรักษารูปร่างให้เหมือนกับแรงดันไฟฟ้า โหลดส่วนมากจะเป็นส่วนผสมของ Inductive + Resistive (R-L) เช่น มอเตอร์ หม้อแปลง สายไฟยาวๆ เป็นต้น
Capacitive load .. แสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้า เกิดก่อน นำหน้า แรงดันไฟฟ้า อาจเกิดจากการใช้อุปกรณ์กรองไฟ (Capacitor) ใหญ่เกินไป แต่ก็ยังคงรักษารูปร่างให้เหมือนกับแรงดันไฟฟ้า
Non-Linear load .. แสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้า มีรูปร่างแตกต่างไปจาก แรงดันไฟฟ้า และมีผลทำให้เกิดความไม่สมดุลย์ทางรูปคลื่น ระหว่าง แรงดันไฟฟ้า กับ กระแสไฟฟ้า และ ผลของความไม่สมดุลย์ ทำให้เกิดการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และการสร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า เป็นแหล่งกำเนิดความไม่เสถียรของระบบไฟฟ้า (EMI & EMC)



การหรีไฟ หรือ DIM เป็นการปรับระดับแสงสว่าง จากตำแหน่งต่ำสุด หรือ ดับไฟ ไปถึงตำแหน่งสว่างสูงสุด
***** วัตถุประสงค์หลักของการหรี่ไฟ DIM เพื่อสนองความสวยงาม
***** การประหยัดพลังงาน เกิดจากการควบคุมการเปิด-ปิด ที่เหมาะสม (การบริหารจัดการพลังงาน)
***** การประหยัดพลังงานที่เกิดจาก DIM โดยตรงนั้น มีไม่มากนัก เป็นผลพลอยได้เล็กน้อยเท่านั้น
***** LED ใช้พลังงานเล็กน้อยเท่านั้น ทำไมต้องดิม .. ก็เพื่อความสวยงาม ความหรูหรา แลดูมีมิติ ดูดีมีสกุล


วิธีการหรี่ไฟ .. Leading dimmer, Tailing dimmer, PWM dimmer


Leading dimmer

วงจรยอดนิยม ผู้ที่เรียนอีเล็กทรอนิกส์ ทุกคนต้องเคยเห็น เป็นวงจร Phase control ที่ใช้ TRIAC ในการ เปิด-ปิด กระแสไฟฟ้า โดยเทียบกับตำแหน่ง Zero-crossing ของแรงดันไฟฟ้า รูปคลื่น Sine-wave


รูปคลื่น Sine-wave เมื่อถูกควบคุมด้วย TRIAC จะทำให้กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านเพียงบางส่วนของรูปคลื่น มีผลทำให้ความสว่างที่หลอดไฟ ลดลง และเราสามารถควบคุมระดับแสงสว่าง จากต่ำสุด ไปยังจุดสูงสุด โดยการปรับอุปกรณ์ VR1



จากการวัดสัญญาณกระแสไฟฟ้า จะได้รูปคลื่น ที่มีสัญญาณรบกวนเกิดที่ตำแหน่ง Switch-ON ของ TRIAC .. ซึ่งแก้ไขได้ด้วยการใส่ CHOKE เพื่อลดสัญญาณรบกวนลง .. ถ้าระบบป้องกันไม่ดีพอ พฤติกรรมที่พบก็คือ การเข้าไปรบกวนเครื่องเสียง มีเสียง จี่ ออกที่ลำโพง



ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้งาน


Tailing dimmer



วงจรนี้ต้องมาทาง Power Electronics มีความซับซ้อนพอสมควร
เนื่องจากการควบคุม โดยปล่อยให้กระแสไฟฟ้าผ่านไปก่อน แล้วจึงหยุด จังหวะของการหยุด Switch-OFF ไม่ส่งสัญญรบกวนที่รุนแรง การเริ่มต้น เป็นไปตามรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้า มีลักษณะเข้าใกล้ Sine-wave การควบคุมด้วยอุปกรณ์ VR delay



แสดงรูปคลื่น ของกระแสไฟฟ้า ที่ยังคงคล้ายกับ แรงดันไฟฟ้า แต่ในช่วงท้ายถูกดับไป .. รูปคลื่นที่ได้จะทำให้ แสงสว่างของหลอดไฟลดลง



แสดงรูปคลื่น .. ที่ตำแหน่ง Switch-OFF กำเนิดสัญญาณรบกวนที่ต่ำกว่า



ตัวอย่างอุปกรณ์


Control Gear for Non-Linear Load (Gas discharge )



หลอดฟูออเรสเซ็นต์ เป็นตัวอย่างที่ดี ในอดีต เราจะใช้ Ballast แกนเหล็ก กับ Starter เป็นอุปกรณ์ช่วยให้หลอดฟูออเรสเซ็นต์ สว่างขึ้นมาได้ ในปัจจุบัน เราใช้ electronic ballast เป็นอุปกรณ์ทำให้หลอดฟูออเรสเซ็นต์ สว่างขึ้น ใช้พลังงานลดลง ให้ประสิทธิภาพสูงกว่าเดิม จากนั้น จึงได้พัฒนาประสิทธิภาพของ หลอด และ electronic ballast ให้มีขนาดเล็กลง สว่างมากขึ้น .. ในปัจจบันก็คือหลอด CFL หรือหลอดตะเกียบ หรือ หลอดประหยัดพลังงาน เป็นการรวบ หลอดไฟ กับ ชุดควบคุม เข้าไว้ในอุปกรณ์ชุดเดียวกัน

ตัวอย่างวงจร แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อน การใช้ Power electronics ควบคุมระบบกำลัง



รูปกระแสไฟฟ้า จะมีลักษณะที่แตกต่างไปจาก Sine-wave .. มีผลกระทบไปยังสัญญาณรบกวนที่เกิดจาก อุปกรณ์แสงสว่าง



ตัวอย่าง อุปกรณ์ Driver เช่น electronic transformer, electronic ballast เป็นต้น



การแพร่ของสัญญาณรบกวน


Pulse Width lighting control (PWM) for LED



Pulse Width Modulate เป็นเทคนิคที่นิยมใช้กันมาก โดยเฉพาะการดิม LED
หลักการก็คือ การทำให้ สว่าง - ดับ เป็นคาบเวลา ถ้ามีช่วงสว่างมาก เราก็จะได้แสงสว่างมาก ในทางกลับกัน ถ้ามีช่วงสว่างน้อย แสงสว่างที่ได้ก็น้อย



วงจรที่ให้กำเนิด PWM



การนำเอา LED 3.3V มาใช้กับไฟ 12VDC .. โดยปกติผู้ผลิตได้จัดทำมาแล้ว พร้อมทั้งการกลับขั้ว ทำให้เราเห็นเป็น LED 12Vac



สรุป
- อาคารในปัจจุบัน หันมาใช้หลอด FL/CFL และ LED ซึ่งเป็น non-linear load จำนวนมาก ..
-