Что такое светодиодная (LED) лампа? Как выбрать светодиодную лампу для дома: основные параметры

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

• Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
• Колбы или рассеивателя  — может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
• Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
• Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

• При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.

Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы

• Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
• Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
• Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
• При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

Виды и типы светодиодных ламп

Четкая классификация у светодиодных ламп отсутствует: изделия производятся слишком разных форм, цветов и конфигураций.

По способу применения:

1. Источники света общего назначения для освещения квартир и офисов. Характеризуются углом рассеивания от 200 до 3600.
2. Изделия направленного света. Такие лампочки называют спотами. Они используются для создания подсветок или выделения интерьерных зон в комнате.
3. Изделия линейного типа, схожие с привычными люминесцентными лампами. Изготавливаются в виде трубок. Применяются в технических помещениях, офисах, залах магазинов и в других пространствах, где важна пожарная безопасность. Создают яркую, красивую подсветку, которая подчеркнет необходимые детали.

По назначению светодиодные лампы делятся на:

1. Изделия для уличного применения. Изготавливаются в пыле- и влагозащищенном корпусе.
2. Изделия для производственных целей, коммунальных служб. Дополняются антивандальным прочным корпусом. Изготавливаются с особыми требованиями к характеристикам освещения: стабильность, срок службы, условия эксплуатации.
3. Бытовые лампы. Характеризуются невысокой мощностью, стильным дизайном, электро- и пожаробезопасностью, качеством светового потока (индекс цветопередачи, коэффициент пульсации и др.).

Исходя из потребляемого напряжения тоже выделяют три вида ламп:

1. С питанием 4 В. Маломощные светодиоды, которые потребляют от одного до 4,5 В. Излучают свет разных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.
2. С питанием 12 В. Такое напряжение безопасно для человека, поэтому эти источника света подходят для помещений с повышенной влажностью. Часто выпускаются  со штырьковыми цоколями, что усложняет процесс подключения. Дополнительная трудность может быть в необходимости специального блока питания, который снизит напряжение сети до 12 В. Удобны для использования автолюбителям и туристам: они могут организовать освещение от аккумулятора.
3. С питанием 220 В. Самый распространенный вид. Широко применяются для бытовых нужд.

Типы цоколей

Чтобы LED источники света подходили к уже применяемой схеме электроснабжения домов, их оснащают винтовыми цоколями. В качестве альтернативы светильникам галогенного типа выпускают лампы со штырьковыми цоколями. Основные типы представлены в таблице.

Тип цоколя	Назначение	Фото
Е27	Самый распространенный винтовой тип для бытовых источников света.
Е14	Винтовой цоколь для маломощных ламп.
Е40	Винтовой цоколь для мощных источников света ( в основном уличных).
G4	Штырьковые контакты для маленьких лампочек.
GU5.3	Штырьковый контакт для мебельных и потолочных источников света.
GU10	Аналогично GU5.3, но расстояние между контактами составляет 10 мм.
GX53	Штырьковый контакт для плоских светильников.
G13	Контакт, аналогичный люминесцентным трубчатым лампам.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

• Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
• Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
• Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это  уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
• Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
• Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

• В освещении открытых территорий, площадок, парков;
• Для освещения бытовых и производственных помещений;
• Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
• В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
• В автомобилях и механизации транспортных средств;
• Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

Как выбрать светодиодные лампы для дома?

В сети можно часто встретить вопросы, какие лампочки выбрать, какие светодиоды лучше и т.д. Давать конкретные ответы на такие вопросы, не зная условий технической эксплуатации, и других аспектов — неблагодарное занятие, поэтому мы позволим себе только несколько рекомендаций:

1. Индекс показателя пульсации должен быть в пределах 10-30% (чем меньше, тем лучше).
2. Интенсивность светового потока должна соответствовать используемой ранее ЛН. Например, нужна замена с Е27 цоколем на аналог 100 Вт, значит необходимо выбрать источник со световым потоком не менее 1000 лм.
3. Следует учитывать, что электронный балласт в процессе работы нагревается, поэтому устанавливать источники в закрытых плафонах не рекомендуется. От перегрева электронные компоненты могут выйти из строя.
4. В жилых помещениях рекомендуется устанавливать источники теплого желтого цвета.
5. Обращайте внимание на дату производства, если она выпущена более года назад, лучше воздержаться от покупки. Это связано с тем, что прогресс не стоит на месте, как правило, новые лампочки экономичнее и надежнее.
6. Если экономные светодиодные источники вышли из строя, а гарантия закончилась, не спешите их выбрасывать, ремонт вполне возможен (замена ленты или электронных компонентов балласта).
7. С целью совместимости выбор электрических лампочек необходимо делать с учетом используемого в светильнике цоколя.
8. Минимальная гарантия должна быть не менее года, если указан меньший период, лучше отказаться от покупки.
9. Обратите внимание, как выглядит упаковка, у контрафактной продукции часто наблюдаются проблемы с качеством материала и типографии.
10. После первого старта у источника через несколько минут работы может измениться интенсивность светового потока, это вполне допустимое явление, которое исчезнет через несколько часов работы.
11. Проверяйте, чтобы обозначения на упаковке и корпусе устроfйства были идентичными.
12. Не следует верить слухам, что применение ЛЕД источников наносит вред зрению, посоветуйте тем, кто утверждает это ознакомиться с нормами освещения.

Мощность

Мощность потребления светодиодной лампы (P, Вт) – вторая по важности техническая характеристика, которая показывает на то, сколько электроэнергии потребляет светодиодная лампа за 1 час. Суммарное энергопотребление складывается из мощности светодиодов и мощности драйвера. Наиболее востребованы в наше время led осветительные приборы мощностью 5-13 Вт, что соответствует 40-100 ваттным лампам с нитью накала.

Качественные драйвера импульсного типа потребляют не более 10% энергии от общей мощности.

В качестве рекламы производители часто пользуются понятием «Эквивалентная мощность», которая выражается в надписи на упаковке наподобие 10 Вт=75 Вт. Это означает, что светодиодную лампу в 10 Вт можно вкрутить вместо обычной «груши» в 75 Вт, не потеряв при этом в яркости. Разнице в 7-8 раз можно верить. Но если на коробке красуется надпись вроде 6 Вт=60 Вт, то зачастую это не более чем рекламный трюк, рассчитанный на рядового покупателя. Это не значит, что изделие плохого качества, но реальная светоотдача будет, скорее всего, совпадать с лампой накаливания не в 60, а гораздо меньше.

Уровень светового потока

Под данным термином подразумевается яркость источника, для ее измерения принято использовать люмены. Чтобы ориентировочно рассчитать эту величину для ЛН, достаточно его мощность увеличить на порядок. Например, имеется источник на 75 Вт, следовательно, излучаемый им световой поток будет около 750 лм. Соответственно, для замены на ЛЕД источник, необходимо приобрести устройство соответствующих параметров.

Таблица с приблизительными параметрами светового потока различных источников освещения

Обратим внимание, что в рекламных целях данный параметр также может быть завышен производителем, причем иногда реальные и задекларированные характеристики могут расходиться в два-три раза. В результате, источник, который должен соответствовать 75-ти ваттной ЛН, будет работать как лампа на 40 Вт.

Установить реальный уровень потока можно только при помощи специального прибора люксметра.

Прибор для измерения уровня светового потока

Угол рассеивания

Отличительная черта светодиодов в том, что они светят прямо перед собой. В стороны отклоняется очень небольшое количество световых волн. То есть, сам кристалл выдает узконаправленный пучок света. Но светодиодная лампа содержит некоторое количество этих кристаллов. От того, как они расположены и зависит угол рассеивания света. Это позволяет создавать как очень узкий поток света, так и очень широкий. Угол рассеивания светодиодных ламп может быть от 30° до 360°.

Так проще понять, что такое угол рассеивания света

Выбирать угол рассеивания светодиодной лампы также необходимо исходя из назначения светильника. Если это лампа общего освещения, размещенная на потолке,  угол рассеивания стоит брать от 90° и больше — вплоть до 180 градусов. Если это лампа для чтения или для освещения какой-то небольшой зоны (для подсветки картин, например), стоит выбрать более узконаправленный луч.

В декоративные светильники с прорезями стоит поставить лампу с углом рассеивания 360° или установить узконаправленные. Можно получить очень интересный эффект.

Примеры использования светодиодных ламп с разным углом рассеивания

Если у вас раньше не получалось создать подобную игру теней, теперь знаете, что надо правильно выбрать светодиодную лампу.

Параметры температуры свечения, цветопередачи и угла освещения

От спектрофотометрического параметра (цветовой температуры) напрямую зависит комфортность источника света. Ниже приведена шкала, где указывается источник света соответствующий той или иной цветовой температуре.

Упрощенная спектрофотометрическая шкала (цветность)

Теплым светом считается диапазон от 2000° К до 3000° К, он наиболее комфортный для человека. Именно в этом диапазоне работают ЛН. Если планируется освещение квартиры или комнаты в теплых тонах, то лампочки ледовские должны быть соответствующей цветовой температуры.

Для рабочих помещений (офисов, торговых залов, цехов и т.д.) светодиоды лучше подбирать нейтральной температуры. Такой свет благоприятствует повышению работоспособности.

Что касается холодного спектра, то такие лампы устанавливаются в уличные фонари, а также используются для складских или других хозяйственных помещений.

Кратко о цветопередаче.

Для данного коэффициента принято обозначение RA. Оно отображает насколько видимый цвет соответствует естественному. Чем ниже этот показатель, тем хуже человеческим зрением воспринимаются оттенки. В этом случае возникают ощущения дискомфорта, причем определить их причину удается далеко не сразу.

Пример визуализации с различными коэффициентами цветопередачи

Считается, что приемлемый коэффициент RA должен быть не менее 80, у хороших ЛЕД источников он находится в данных пределах. Качественные изделия могут похвастаться индексом, приближенным к 90. К сожалению, недобросовестные производители практикуют завышение данного параметра.

Заметим, что ЛН коэффициента RА не менее 98, именно поэтому в театрах используют такие лампочки для софитов. С другой стороны, качественные ЛЕД источники позволяют визуализировать потрясающие световые эффекты.

Софиты диодные, демонстрация эффектов

Рассеивание света.

Обычный источник с ЛН светит на 360°, галогеновые приборы формируют световой поток с малым углом рассевания, у лампочек светодиодов не все так однозначно. Конструкция недорогих LED светильников выполнена таким образом, что колба, имеющая форму полусферы, выполнена одного диаметра с корпусом (см. В рис. 7). Такой источник создает световой поток направленный только вниз. Если установить такие лампочки в люстру, то потолок комнаты будет оставаться неосвещенным.

Рисунок 7. Лампа Филипс (PHLIPS); В — дешевое китайское изделие

Такие источники лучше использовать для точечных потолочных светильников. У качественной брендовой продукции такой недостаток минимизирован. Достигнуть этого удалось благодаря моделям, у которых прозрачная или матовая колба больше по размерам, чем корпус (см. А на рис. 7). Благодаря этому удалось увеличить максимальный угол освещенности.

Отдельно необходимо упомянуть о технологии Filament, позволившей использовать светодиодные нити в качестве источника. У таких образцов угол рассеивания сравнимый с ЛН.

Лампочки бытовые Навигатор (Navigator) на светодиодных нитях

Напряжение питания

Есть лампы, которые выпускаются только на 220 вольт:

• модели с цоколем G9

• рефлекторные лампы R39, R50, R63, R80

А есть модели, которые встречаются как на 12 вольт, так и на 220В. При этом формы у них практически одинаковые.

• капсульные G4

• рефлекторные MR16 с цоколем GU 5,3

• таблетки GX 53

Диммирование

Управление яркостью освещения при помощи диммера очень полезная и удобная функция. Однако большая часть светодиодных ламп не поддерживает эту возможность.

Найти диммируемую светодиодную лампу нужной формы, размера, мощности и цвета свечения очень не просто и практически всегда дорого.

Следует учитывать, что диммирование происходит путем управления частотными параметрами питающего напряжения.

А это обязательно вызовет пульсацию на лампе.

Не хотите пульсаций, откажитесь от диммирования.

Управлять яркостью можно и другим способом – включением отключением различных групп освещения.

Это хоть и менее элегантно, но зато более эффективно и безопасно для вашего здоровья.

Тип цоколя и наличие радиатора

Цоколь выбирается просто: под имеющийся в наличии светильник. Промышленность выпускает светодиодные лампы со стандартными патронами для замены ламп накаливания (Е14, Е 27, Е40), есть варианты для замены галогенных лам (G4, GU5.3, GU10). Есть светодиодные лампы, которые встраиваются в мебель — для подсветки шкафов и шкафчиков. Они имеют цоколь типа GX53.

Таблица изображения цоколей и их названия

Один из недостатков светодиодов в том, что они греются, а при значительном увеличении температуры теряют свою яркость. При сильном перегреве они вообще могут выйти из строя. Есть две конструкции светодиодных ламп — в виде привычной нам колбы и без нее — так называемая лампа-кукуруза.  Для лучшего отвода тепла от кристаллов в колбовых лампах обычно ставят радиаторы. У кукурузы, за счет отсутствия колбы, отвод тепла происходит эффективно и без радиатора.

Для светодиодных ламп с колбой есть несколько типов радиаторов:

• Ребристый алюминиевый. Хорошо справляется с отводом тепла за счет ребристости, которая увеличивает площадь теплоотдачи. Но алюминий хорошо проводит ток, чтобы защитить от опасного прикосновения, поверхность радиатора покрыта обычно краской или лаком.
  Ребристый алюминиевый радиатор легко отличить
• Гладкий алюминиевый. Обычно это тонкий слой алюминия. Отвод тепла обычно хуже, для лучшей вентиляции могут иметься отверстия.
  Гладкий алюминиевый радиатор для светодиодных ламп покрывают лаком или краской
• Керамический. Наиболее эффективный способ отвода тепла, но такие светодиодные лампы — самые дорогие. Керамика не проводит ток, потому светодиоды часто монтируют прямо на радиатор, что способствует более эффективному охлаждению.
  Керамика наиболее эффективно отводит тепло
• Композитный. Это алюминиевый радиатор, поверх которого нанесен слой теплопроводящего пластика. Этот тип радиаторов широко распространен, так как наряжу с неплохим отводом тепла и безопасностью имеет невысокую цену. Соответственно, светодиодные лампы с композитными радиаторами — это средний или низкий ценовой сегмент.
  Композитные — средний и невысокий ценовой диапазон
• Пластиковый. Пластик используется специальный, хорошо проводящий тепло. Это самый недорогой вариант радиаторов для светодиодных ламп, который имеет среднюю эффективность. Для улучшения отвода тепла могут иметься отверстия.

Выбрать дешевую светодиодную лампу и надеяться, что в ней установлен керамический радиатор не стоит. Но и пугаться пластиковых охладителей тоже. Они имеют более чем приличный срок службы и многократно «отобьют» деньги, потраченные на их приобретение.

Лампы с керамическими или рифлеными алюминиевыми радиаторами стоит ставить в тех местах, где отвод тепла критичен. Например, во встроенных светильниках, у которых самая горячая тыльная часть лампы находится на уровне натяжного потолка или мебельного щита/древесины/ДВП. Тут сильный нагрев может привести к изменениям в структуре и цвете материала, что явно не хорошо. В менее критических ситуациях нормально работают даже пластиковые и композитные радиаторы — светодиодные лампы все равно греются в разы меньше ламп накаливания.

Рабочий ресурс и гарантийный срок

Один из наиболее важных для потребителей параметров — рабочий ресурс. Он указывается в часах и показывает, на протяжении какого времени LED лампа сохраняет работоспособность (при нормальных условиях эксплуатации). Средняя «продолжительность жизни» современных светодиодных ламп — около 30 000 часов, что эквивалентно 10 годам, максимальная- порядка 50-60 тыс — это около 15-18 лет. Но ЛЕД технология активно развивается и, скорее всего, в ближайшем будущем появятся светодиодные лампы с рабочим ресурсом в 100 000 часов или даже больше.

Данные сильно отличаются

Но не стоит особо обольщаться. Рабочий ресурс — это то время, которое кристалл способен излучать свет. К сожалению есть такое явление, как выгорание светодиодов. В результате этого явления они теряют яркость свечения. Скорость этих изменений зависит от условий эксплуатации — чем меньше перегревается светодиод и чем меньше он находится при низких температурах, тем дольше сохраняется изначальная яркость. Как понять, как долго прослужит лампа без потери яркости? По гарантийному сроку эксплуатации. Эта цифра более реально отображает положение дел, так как при проблемах прибор просто заменяется на новый. Тут производители наоборот, склонны слегка занижать цифру, чтобы гарантийных случаев было как можно меньше.

Степень защиты от влаги и пыли

Этот параметр выражается в виде обозначения IPXX, где ХХ – две цифры, указывающие на степень защиты от твёрдых предметов и воды. Его можно не обнаружить в перечне характеристик, если лампа предназначена исключительно для использования внутри помещений.

Производитель

При выборе светодиодов желательно отдать предпочтения хорошо известным маркам. Возможно Osram и Philips будут дороже Superledstar, но и уверенности в том, что характеристики будут соответствовать заявленным на упаковке больше.

Если стоимость готового изделия не является первостепенным фактором при покупке, выбор нужно делать в пользу именитых производителей.

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

• Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
• Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а  люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
• Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
• Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
• Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
• Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
• Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

FAQ

1. Почему перегорают светодиодные лампочки в ванной и на кухне? Включил свет на кухне. Небольшой хлопок и перегорела светодиодная лампочка. Заменил — работает. На второй день включаю в ванной, хлопок перегорела и там, заменил — не горит. Проверил индикаторной отверткой, в выключателе горит индикатор, а в патроне в ванной нет. Выключатель двухклавишный в ванную и на кухню. Помогите, пожалуйста, советом.Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, — в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.

   В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает «экстремальные условия» для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.

   Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:

   — Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
   — Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
   — Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
   — При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
   — Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.