О мерцании (пульсации) светодиодных ламп.

Развитие энергосберегающих технологий привело к появлению новых источников света. Для обеспечения того же уровня освещенности они могут потреблять на порядок меньше электроэнергии, чем традиционные. Одним из наиболее популярных устройств этого типа по праву считается светодиоды. Они приблизительно в 10 раз экономичнее обычных ламп накаливания, а работают в 50 раз дольше – около 50000 часов, что при средней интенсивности эксплуатации составит около 17 лет. Таким образом, сравнительно высокая цена светодиодных ламп компенсируется значительно большей длительностью работы. Казалось бы альтернативу им составляют люминесцентные источники света, которые хоть не настолько экономичны и долговечны как LED-лампы, но стоят несколько дешевле, что делает их привлекательными в глазах "экономного" потребителя. Многие, правда, не знают, что в люминесцентных лампах содержатся пары ртути, чрезвычайно опасные для здоровья. Кроме того, ультрафиолетовое излучение, которое генерируется между электродами лампы, также не приносит организму дополнительной пользы. Но есть один показатель, в котором люминисцентные источники освещение и лампы накаливания явно не на высоте – это так называемая пульсация.

Как известно, рабочая частота бытовой сети в России равна 50 Гц. Это значит, что в течение одной секунды ток в осветительном устройстве меняет направление 100 раз. Поэтому, если не предпринимать специальных мер, то любой осветительный прибор будет мерцать именно с этой частотой. Поскольку интенсивность излучения напрямую зависит от значения силы тока, она увеличивается и снижается вместе с ним. Теоретически, этой проблеме не подвержены светодиоды, работающие от постоянного тока, но простейшие выпрямители, обрезая нижний полупериод колебаний напряжения, все равно пропускают пульсацию. Количественно уровень такой пульсации отображается коэффициентом мерцания (пульсации), его рассчитывают по формуле:

(Емах – Емин)/(2*Еср)*100%.

Здесь Емах и Емин – соответственно минимальный и максимальный уровень освещенности за период одной пульсации, а Еср – среднее значение освещенности. Все величины измеряются в люксах.

Несмотря на то, что пульсация с такой частотой не воспринимается (точнее, не осознается) человеком, ее отрицательное влияние на организм не поддается сомнению и подтверждено многими научными исследованиями. Это касается не только органов зрения – она негативно влияет на мозг, вызывает ухудшение общего самочувствия и высокую утомляемость, снижает продуктивность физической и умственной работы. По данным, полученным в результате медицинских экспериментов, главным фактором мерцания, который оказывает влияние на человека, является его глубина, характеризующаяся коэффициентом мерцания. Кроме общего воздействия на организм, пульсации такого рода могут вызывать стробоскопический эффект мнимого движения или остановки предмета. На производствах, связанных с движущимися предметами, например, при работе на станке, это очень опасно – человек может тяжело травмироваться.

Также было доказано, что мерцание оказывает негативное влияние непосредственно на кору головного мозга и рецепторы глазной сетчатки. Особенно это ярко проявляется у детей, поскольку их зрение и нервная система еще не полностью сформирована. Именно поэтому, освещение с высоким коэффициентом мерцания очень не рекомендуется использовать в комнатах, где учатся или проживают дети. Если этого не сделать, то высока вероятность того, что у ребенка в возрасте до 14 лет будет испорчено зрение и даже нарушена нервная система. По гигиеническим нормам коэффициент мерцания в помещениях, где работают компьютеры, не должен превышать 5%, а во всех остальных случаях, в том числе при освещении детских и образовательных учреждений, он не может превышать 10%.

Нужно отметить, что это явление наблюдается даже в лампах накаливания, работающих от стандартной бытовой сети переменного тока. Ее спираль мерцает с сетевой частотой, но поскольку за время, когда меняется величина тока, она не успевает остыть за счет избыточного количества выделяемой при работе теплоты, момент мерцания несколько сглаживается, но не настолько, чтобы не оказывать воздействия на сетчатку глаза. Коэффициент мерцания для лампы накаливания составляет около 5%. Это значение является предельным для санитарных норм при выполнении работ, связанных с напряжением зрения. Поскольку в домах люди пишут и читают, занимаются вязанием, шитьем, моделированием и другими видами деятельности, требующими хорошего качества освещения, лампы накаливания могут вызывать дополнительную нагрузку на глазной нерв и весь организм. Те же проблемы возникают при освещении этими источниками офисов и производственных помещений.

Подвержены мерцанию и все люминесцентные осветительные приборы. В сети частотой 50 Гц, в периоды спада напряжения, происходит рекомбинация молекул газа, и он перестает проводить электрический ток, в результате чего разряд затухает. Если не принять дополнительных мер, коэффициент мерцания такой лампы достигнет 40%. Такую лампу, согласно новым санитарным нормам, нельзя использовать ни в одном жилом или производственном помещении. Для того чтобы избежать такой пульсации, вместе с люминесцентной лампой устанавливается электронный пускорегулирующий аппарат. Он повышает частоту тока, подаваемого на лампу до 40000 Гц. В этом случае угасания газового разряда практически удается избежать и коэффициент мерцания в них снижается до вполне приемлемых 5%. Но при выборе дешевых устройств подобного типа можно и не получить желаемого эффекта. Это связанно с тем, что кроме повышения частоты необходимо максимально сгладить скачки напряжения, иначе не удастся убрать глубину пульсации, которая и является одной из главных проблем.

Как один из наиболее экономичных источников света, светодиодная лампа требует источник постоянного напряжения малой мощности. Именно для этого к LED-системам прилагаются выпрямляющие устройства, которые стабилизируют ток и снижают напряжение. Такая потребность связанна с тем, что ток, проходя через светодиод, который обладает невысоким сопротивлением (отсюда необходимость низкого напряжения), заставляет светиться границу полупроводников, из которых и состоит этот источник света. Установка дешевого блока питания с низким коэффициентом сглаживания приведет к тому, что пульсации в светодиодах окажутся довольно большими, что вызовет проблемы при их эксплуатации. При оборудовании светодиода качественной схемой, с высокой характеристикой сглаживания, можно добиться пульсации, не превышающей 1%. Этот показатель позволяет превзойти все популярные источники света, что является еще одним аргументом в пользу установки светодиодного освещения.

Дополнительная информация: