Главная » Световые эффекты
Призовой фонд
на август 2017 г.
1. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 350 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Осветительная система LX-800

Brian Connell
(Редактирование, пересмотр и модернизация схем — Rod Elliott)

(Проект 62)

Введение

Существует и всегда существовало заметное отсутствие хороших недорогих осветительных контроллеров для небольших театральных групп или музыкантов. Осветительная система LX-800 была разработана с учетом применений в этих условиях.

Этот проект является амбициозным, но если вы будете анализировать его логичным и тщательным образом, у вас не возникнет проблем с его изготовлением и его работой.

ОПАСНОСТЬ! Данная система напрямую подключается к сетевому напряжению и работает от него. Это потенциально смертельно. Всегда помните, что выходные каскады, в частности, находятся под напряжением, и никогда не работайте в  системе, пока она подключена к сети. Вся электропроводка должна быть выполнена только авторизированными лицами, если это требуется. Не пытайтесь изготавливать данное устройство, если вы не полностью осведомлены о всех нормативных актах и соответствующих законах в вашей стране.

Характеристики

Примечание. Питающая сеть в Южной Африке (источник проекта) является источником питания напряжением 240 В переменного тока частотой 50 Гц, к которому внутри страны подключаются через 3-контактные розетки на ток 16А. Все ссылки на напряжение питания в тексте будут означать именно это значение. Если напряжение вашего источника питания отличается от этого значения — просто измените схемы в соответствие с требованиями. Подробности будут изложены в конце страниц проекта.

Консоль

  • Два банка по восемь канальных контроллеров, каждый банк — со своим собственным мастер-фейдером;
  • Восьмиканальный конвертер звука в свет (S2L) *;
  • Восьмиламповый коммутатор[1] с регулятором уровня *;
  • Контроллер стробоскопического осветителя *;
  • Восемь дистанционных переключателей;
  • Восемь кнопок включения полной яркости.

[1] В оригинальном тексте — “Chaser” (преследователь, бегун, гравер). По-видимому, это ошибка, т.к. по смыслу, схеме и алгоритму работы больше подходит слово “Changer” (переключатель, коммутатор).

Компоненты, отмеченные значком “*”, являются необязательными. При желании может быть изготовлен только основной блок, а они добавлены позже, когда позволят время и финансы.

В идеальной ситуации каждый модуль снабжается своим собственным блоком питания, но это может быть дороговато для начинающих музыкантов и любительских театральных трупп. Так возникла компромиссная конструкция. Самая простая система включает в себя одну консоль (очевидно) и один блок питания. Все выходы модуля связаны соединительными кабелями на задней панели. Этим достигается то, что бо́льший сигнал имеет приоритет над другими. Зачем так сделано?! Например, если у вас мастер-фейдером выставлено приятное, полутемное, мягкое освещение и вы, к примеру, поднимаете уровень коммутатора, то лампы будут радостно менять яркость, но она никогда не опустится ниже, чем настроено мастер-фейдером. Ясно? Надеюсь, что так.

Аналогично, коммутатор можно отключить и включить конвертер звука в свет. В этом случае исходная подсветка настроения определит минимальную яркость, а S2L обеспечит «подскоки» уровня освещенности соответственно музыке. Яснее? Читайте дальше, все станет ясно, когда вы углубитесь в проект. Надеюсь…

Коммутатор и стробоскоп могут быть запущены из выделителя баса, который, как следует из названия, выделяет басовый ритм из аудиосигнала. Возможно, эта схема более сложна, чем могла бы быть, но она великолепно работает без ложных срабатываний, что является проклятием более простых схем. Оба этих модуля могут также свободно работать от своих собственных генераторов.

Блок питания

  • Восемь выходов, коммутируемых симисторами с фазово-импульсным управлением, синхронизированным с моментом пересечения сетевым напряжением нулевого уровня, на 240 В/110 В переменного тока 10 А каждый;
  • Консольный источник питания.

Хотя каждый канал рассчитан на 10 А, простая математика свидетельствует, что при всех каналах, работающих на максимальной выходной мощности, электрическая сеть должна будет обеспечивать ток 80 А. Это далеко за пределами возможностей настенных розеток! В данном случае данный показатель — это мера безопасности, предполагающая максимально допустимое значение и позволяющая работать спокойно и безопасно.

Я использую обычные прожекторные лампы PAR38, которые вполне достаточны для небольших площадок. Эти лампы рассчитаны на мощность от 80 до 150 Вт, поэтому без перегрузки сети можно подключать их достаточное количество.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВАЖНО точно соблюдать все требования по безопасности. За счет своих возможностей LX-800 может перегрузить локальную сеть питания в небольших клубах и театрах. Лучше применить плавкий предохранитель, чем внезапно погасить весь свет в зале!

Описание схемы

Как я уже сказал, это амбициозный проект и, как таковой, имеет довольно много схемотехнических сложностей. Самый простой способ представить его — описать так, как я его разрабатывал: по частям и затем показать, как все это работает в целом.

Перед переходом к следующему разделу, ниже приведен переработанный чертеж консоли.

Консоль (лицевая панель)
Рис. 1  Консоль (лицевая панель)

С левого края находится столбик переключателей — тумблеров (если захотите, можете использовать нажимные кнопки с фиксацией) с индикаторными светодиодами.

Затем идет сама секция диммеров. Она состоит из двух банков по 8 фейдеров. Наверху находится ряд из 8 кнопок для полного включения яркости ламп (вспышек).

Два фейдера справа от нижнего ряда являются канальными мастер-фейдерами. Переключатель между банками “A” и “B” (расположенный над мастер-фейдерами — уточнение переводчика) инвертирует уровни управления фейдера “B” так, что его нижнее положение обеспечивает не минимальную, а максимальную яркость. Это позволяет осуществлять перекрестные переходы яркости путем одновременного перемещения обоих мастер-фейдера в одну сторону.

Столбец органов управления справа от диммеров (снизу вверх), содержит: регулятор управления уровнем звука (S2L), регулятор уровня выделителя басов, переключатели маршрутизации запуска стробоскопа и коммутатора (их самостоятельная работа задается регулятором частоты “Speed” или управляется от S2L), ручка управления уровнем запуска коммутатора и, наконец, ручка управления частотой задающего генератора для коммутатора и стробоскопа.

Я рекомендую внимательно посмотреть на компоновку консоли, так как бо́льшая часть схемы, с которой вы столкнетесь далее, будет иметь бо́льший смысл, если вы сможете точно увидеть, где она вписывается в общую схему. Недавно чертеж был обновлен, чтобы убедиться, что все, что вы видите на панели, отражено в схемах (и наоборот). Для полного понимания проекта будет иметь большое значение общее понимание оперативного управления и основных схем.

Секция управления мощностью находится в отдельном корпусе и подключена к консоли с помощью многожильного кабеля. Подробности будут приведены чуть ниже.

Следующие несколько подразделов будут посвящены описанию схемы. Подраздел изготовления покажет их всех вместе. Если вы хотите построить LX-800, то платы в конце концов будут доступны, но в настоящее время они к продаже еще не готовы. Схема может быть построена на перфорированных макетных платах (за исключением сетевого коммутатора), которые не столь аккуратны, как печатные платы, но работать будут нормально.

 

Контроллеры

Введение

Существует стандартный протокол освещения шоу-представлений для аналоговых диммеров, который я соблюдал при разработке и разработке LX-800. В схеме нет ничего необычного или сложного. Его можно разбить на разделы: мастер-фейдеры, фейдеры каналов, звуковые фильтры и т.д. В восьмиканальной системе есть восемь очень похожих блоков, составляющих консольную электронику.

ESTA E1.3, Технология развлечений — Система управления освещением — это протокол аналогового управления от 0 до 10 В, от 9 июня 1997 года (CP/97-1003r1), в котором отмечено также, что контроллеры и устройства вывода должны иметь блокирующий диод (или подобную схему), чтобы каждый выход представлял собой разомкнутую цепь для любого напряжения источника напряжения большего, чем он сам. Блокирующие диоды позволяют управлять параллельно несколькими контроллерами или выходами для управления одними и теми же диммерами или приемниками на основе «наивысшего приоритета». Проект LX-800 в его текущем варианте соответствует данному стандарту. Все выходы в системе являются либо аналоговым управляющим напряжением (изменяющимся от 0 до 10 В), либо импульсом амплитудой 10 В, направленным через блокирующие диоды.

Описание схемы

Схема содержит восемь ползунковых регуляторов на каждый банк, причем, главный фейдер управляет всем банком. Два банка регуляторов, каждый со своим собственным мастером-фейдером, обеспечивают готовой системе большую гибкость. Одно состояние освещения может быть настроено на банк “A”, другое (следующая сцена или следующая песня) на банк “B”. Сделайте банк “A” активным, подняв мастер-фейдер. В конце эпизода уменьшите “A” и увеличьте “B” — и будет выполнен плавный переход между уровнями освещения. Переключатель реверсирует мастер банка “B” так, что максимальная яркость обеспечивается в нижней части его хода и минимум вверху. При одновременном перемещении обоих мастеров могут быть выполнены очень плавные переходы.

Для каждого канала есть связанная с ним кнопка вспышки, которая доводит свой канал до максимальной яркости независимо от положения канального фейдера. Полезно для простых эффектов.

Цепь основного фейдера
Рис. 2  Цепь основного фейдера

Фейдеры и кнопки вспышек подключены, как показано на Рис. 2 и, хотя схема выглядит сложной, все восемь узлов просто повторяются. Диоды изолируют каждую секцию и обеспечивают функцию «приоритета», если какой-либо фейдер находится на более высоком уровне. Обратите внимание, что мастер-фейдеры управляют напряжением, подаваемым ко всем остальным в каждом банке. Чтобы показать, переключена ли группа “B” на нормальную или инверсную работу, используется двухцветный светодиод.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для всех схем в этом подразделе все диоды — 1N914 или 1N4148. Транзисторы — BC549 или аналогичные (например, 2N2222A), а резисторы — ¼ Вт.

Разъем P1 является основным выходом для секций фейдера и подключается к диммерной стойке через S1 на задней панели.

В этот подраздел включен также 8-канальный конвертер звукового сигнала. Если вы когда-либо видели трех- или четырехканальную системы, то эта, с восьмью каналами, поразит вас! Когда вы её построите, сделайте себе одолжение — поиграйте с ней дома «Богемскую рапсодию» Queen's, громко и с иллюминацией — Вау!

Один из читателей предложил модернизировать конструкцию фейдеров, которая значительно улучшает их кажущуюся линейность. Простым добавлением пары резисторов к каждому фейдеру получается кривая «S». Это приближает реакцию нашего зрения на напряжение нити лампы накаливания, а также фактическую светоотдачу при различных напряжениях.

S-образная кривая
Рис. 3a  S-образная кривая

Для получения этой кривой требуется добавление двух резисторов к каждому фейдеру, как показано на рисунке 3b. Недостатком этой схемы является увеличение нагрузки на источник питания. В исходной конфигурации каждый банк потребляет максимум 1 мА с мастер-фейдером в полностью поднятом положении. Эта новая схема значительно привлекательнее и система была модернизирована с ее использованием.

Дополнительные резисторы для получения S-образной кривой
Рис. 3b  Дополнительные резисторы для получения S-образной кривой

Пересмотренная версия дает дополнительную нагрузку на источник питания 10 В, показанный в подразделе Управление питанием. Каждый банк в худшем случае, при максимальном уровне выходного сигнала, будет потреблять 3 мА. С этой схемой два банка фейдеров будут иметь общий ток потребления, превышающий 60 мА, в отличие от около 22 мА для оригинала. Показанный на схеме конденсатор является опциональным — его можно исключить, если есть желание минимизировать количество компонентов.

Конвертер звука в свет (Sound-to-Light, S2L)

Секция S2L содержит каскад входного буфера, который питает восемь фильтров, разделяющих спектр звукового сигнала на восемь частотных полос. Самая низкая частота фильтруется фильтром нижних частот без ограничения полосы снизу. Он предназначен для обрезания высокочастотного диапазона. Далее следуют шесть полосовых фильтров, затем фильтр высоких частот — опять же, без никаких ограничений для полосы сверху. Каскад входного буфера показан на рисунке 2 и предназначен для высокоуровневого входного сигнала. VR1 позволяет настроить желаемую чувствительность системы S2L.

Секция конвертера звука в свет
Рис. 4  Секция конвертера звука в свет

Следующий каскад — фильтры низких и высоких частот (соответственно, каналы 1 и 8). Их схема показана ниже.

Фильтры низких и высоких частот
Рис. 5  Фильтры низких и высоких частот

Наконец, имеются три двойных полосовых фильтра для шести средних частот. Значения конденсаторов и выводов разъема показаны в таблице.

Полосовые фильтры (всего шесть)
Рис. 6  Полосовые фильтры (всего шесть)

Все диоды 1N914, 1N4148 или аналогичные

Каждый из полосовых фильтров имеет разную среднюю частоту, которая определяется емкостью конденсаторов. В таблице указаны номера каналов, значения конденсаторов и номера разъема. Значения в скобках относятся ко второй секции ОУ, поскольку каждый фильтр имеет две секции, позволяющие использовать сдвоенные ОУ.

Таблица 1

Значения конденсаторов полосовых фильтров и выводов разъема

Канал C1, C2, (C4, C5) Частота (Гц) Вывод разъема
2 18 nF 110 P3-x = P3-2
3 (6,8 нФ) 300 P3-y = P3-3
4 3.3nF 605 P3-x = P3-4
5 (1,5 нФ) 1,300 P3-y = P3-5
6 680pF 2,930 P3-x = P3-6
7 (270 пФ) 7,450 P3-y = P3-7

Схемы и таблица показывают, как выходы S2L подключаются к разъему на задней панели (P3) и как соединительный кабель подключается к секции диммера (подключается к P2) для протокола приоритета. Выходы от диммеров заканчиваются на гнезде P1 на задней панели.

Если вам нужны отдельные блоки питания, то диммеры из (P1) подключаются к одному DIM-RAK 8, а S2L, через (P3), подключаются к другому.

 

Стробоскоп и коммутатор

Введение

Контроллер стробоскопа — это, по сути, автономное устройство, хотя оно и является частью панели консоли. Он подключается через двухпроводный кабель к удаленной стробоскопической головке. Ручка регулировки уровня запуска, переключатели выбора источника входного сигнала и выходной маршрутизации находятся на консоли.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Стробоскопы могут быть ОПАСНЫМИ и способны вызывать эпилептические припадки. Используйте экономно и с осторожностью.

Вход в контроллер стробоскопа и/или прерыватель осуществляется либо через схему выделения басового ритма, либо с помощью импульсного генератора, оба из которых используются прерывателем и контроллером стробоскопа совместно.

Выделитель басового ритма

Выделитель басового ритма показан на рисунке 5 и состоит из схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), за которой следует фильтр нижних частот. Выходной сигнал этой схемы подается на следующий каскад, который преобразует ритм в импульс с крутыми фронтами, подходящий для запуска стробоскопа или коммутатора.

Выделитель басового ритмаРис. 7  Выделитель басового ритма

Эта схема использует питание напряжением только +12 В. Цепь АРУ совершенно не предназначена для получения призов за линейность или искажения, но для данной цели это не имеет никакого значения.

Диоды 1N914, 1N4148 или аналогичные, резисторы ¼ Вт. Конденсаторы должны быть рассчитаны минимум на 25 В.

Контроллер Стробоскопа/Коммутатора

Контроллер основан на паре 555 таймеров. Один используется для преобразования басового сигнала в соответствующий импульс, а второй работает, как нестабильный осциллятор (одновибратор). Максимальная частота может быть ограничена триммером и ручкой регулировки частоты на передней панели. Переключателями выбираются выходы либо выделителя басового ритма, либо генератора тактовых импульсов, описанного здесь.

Контроллер Стробоскопа/Коммутатора
Рис. 8  Контроллер Стробоскопа/Коммутатора

Первая секция используется для захвата пиков басов. Чувствительность выделителя низких частот регулируется с помощью VR1. Генератор тактовых импульсов основан на U3 (таймере 555), а частота контролируется переменным резистором VR2. Подстроечный резистор VR3 используется для установки максимальной частоты. Переключатель определяет, управляются ли стробоскоп и/или коммутатор генератором импульсов или басом и каждый из них может выбираться независимо от другого. Сигнал может быть полностью отключен. Кнопка Flash используется для создания одной вспышки — очень полезная опция для создания эффектов молнии.

Диоды 1N4148, резисторы ¼ Вт. Конденсаторы должны быть рассчитаны минимум на 25 В.

Коммутатор

Коммутатор был разработан из-за настойчивого требования одного из директоров шоу, в котором я участвовал. Он был спроектирован, отлажен и изготовлен за один вечер, потому что режиссер не внял бы никаким отказам (покажите мне режиссера, который это сделал бы!). Следовательно, это простая схема, на крайний случай, но эффективная.

Она основана на десятичном счетчике КМОП 4017, в котором счет сбрасывается на девяти и возобновляется с единицы. В каждом цикле есть восемь шагов, прежде чем он повторится. Выходы маршрутизируются через обычное соединение с приоритетом через диоды. Вход осуществляется либо от выделителя басового ритма, либо от генератора тактовых импульсов.

Регулятор уровня захвата позволяет регулировать уровень освещенности — если он не включен, то лампы будут мигать с полной яркостью, что может быть нежелательно. При показанной регулировке максимальная яркость будет фактически немного ниже, чем полной, но это вряд ли будет ограничением, т.к. как разница в уровне освещенности будет едва заметна.

КоммутаторРис. 9  Коммутатор

В схеме используются транзисторы для буферизации выходов с КМОП-счетчика. Это делается по трем причинам. Во-первых, выходной ток от микросхемы КМОП невелик и буферы обеспечивают защиту от внешних статических полей, которые могут мгновенно повредить КМОП-устройство. Последнее, но не в последнюю очередь, заключается в том, что иначе невозможен контроль уровня.

Все транзисторы BC548 или аналогичные (например, 2N2222), а диоды 1N4148, резисторы ¼ Вт. Конденсаторы должны быть рассчитаны минимум на 25 В.

Стробоскопическая головка

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Схема в стробоскопической головке работает с очень высокими значениями переменного и постоянного тока. Эти напряжения могут быть смертельными. Соблюдайте надлежащие меры предосторожности при тестировании, поиске неисправностей и т.д. Если вы не знаете, как работать с потенциально смертельными напряжениями — НЕ ПЫТАЙТЕСЬ ПОСТРОИТЬ ЭТОТ УЗЕЛ! Попросите о помощи компетентного человека.

Брайан заявил, что ему совершенно некомфортно проектировать, тестировать и строить подобные схемы. Процитирую его слова в тот момент: «Напряжения очень высокие, с некоторыми потенциально смертельными потенциалами, скрывающимися за выводами конденсаторов. Поэтому, следуя своей обычной трусости, я пошел искать решение в Интернете и нашел его. Хорошо работает, относительно просто и детали легко приобрести».

Схема стробирования не была снабжена оставшимися цепями, но вы можете либо просматривать веб-страницы, чтобы увидеть, что вы можете найти, либо посмотреть проект 65. Единственным требованием является необходимость запуска стробоскопической головки положительным импульсом с амплитудой около 12 В. Стробоскопы, основанные  на замыкании контактов (например, модифицированная фото-вспышка), не будут работать без дополнительной модификации.

Коммутируемые выходы

На главной панели консоли слева есть ряд переключателей. Они используются для полного включения любой лампы и могут использоваться на главной выходной шине (см. ниже) или отправляться на отдельный блок DIM-RAK 8, как показано выше для полной системы. Хотя схема для ряда переключателей вряд ли сложна, она все равно включена для полноты данного Проекта.

Коммутируемая выходная цепь
Рис. 10  Коммутируемая выходная цепь

Каждый выход снабжен светодиодным индикатором, что добавляет небольшую дополнительную нагрузку на источник 10 В. Каждый светодиод потребляет около 4 мА, поэтому, если все переключатели включены, то требуется дополнительные 32 мА от источника питания 10 В. С таким током легко справится переработанная версия источника питания.

Важно понимать, что общие ограничения, налагаемые номинальными выходными токами, означают, что вы должны быть очень осторожны, чтобы не превысить максимально допустимый ток. Если бы вы использовали лампы 8 x 1000 Вт, тогда вы могли бы, как правило, включить только две одновременно. Более вероятно, что коммутируемые выходы будут использоваться для освещения с низким энергопотреблением (возможно, включая специальное освещение, такое как небольшие лазеры, зеркальные шарики и аналогичные относительно слаботочные устройства).

 

Блок управления мощностью нагрузки

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Ни при каких обстоятельствах ни один читатель не должен конструировать какое-либо оборудование, работающее от сети, если он не уверен в своих способностях в этой сфере. Авторы (Brian Connell) и  Rod Elliott не несут никакой ответственности за любую травму или смерть, которые прямо или косвенно связаны с вашей неспособностью оценить опасности напряжения в сети электроснабжения. Электрические схемы были разработаны максимально точно, но предлагаются без каких-либо гарантий. Нет никакой гарантии, что этот проект соответствует любым нормам, которые могут действовать в вашей стране.

Введение в диммирование

Диммеры с дистанционным управлением для освещения театральных шоу, используют стандартный сигнал управления 0-10 В для управления яркостью лампы.

0 В = лампа выключена и 10 В = лампа полностью включена.

Любой уровень освещенности пропорционален напряжению между этими двумя крайними значениями, которое регулирует среднее напряжение, подаваемое на лампу. Уровень напряжения от контроллера сравнивается с сигналом пилообразного напряжения, генерируемого синхронно с частотой сети (50 Гц или 60 Гц в США и некоторых других странах).

Лампа включается, когда уровни управляющего сигнала и пилы уравниваются. Например, если управляющее напряжение установлено на середине диапазона 0…10 В, то указанное равенство произойдет, когда сигнал пилы достигнет уровня 50 %, включив симистор. Когда амплитуда полупериода сетевого напряжения упадет до нуля — симистор автоматически отключится. Следовательно, лампе с помощью симистора передается только половина сетевого полупериода, а лампа имеет половинную яркость.

Фазо-импульсное управление

Для регулировки освещенности почти повсеместно используется система фазо-импульсной модуляции в цепи переменного тока. Она дешево реализуется и очень надежна, но по своей сути шумна. Правильная фильтрация может снизить уровень шума до приемлемых уровней, а «световой шум» можно свести к минимуму при правильной кабельной разводке. Управление фазой работает путем включения и выключения переменного тока в течение полупериода. Симисторы легко включаются, но отключить их не так просто — сигнал переменного тока решает эту проблему за нас, обеспечивая «пересечение нуля» каждые полпериода, где приложенное напряжение изменяется от положительного к отрицательному или наоборот. Поскольку симистор не может оставаться в проводящем состоянии без тока через него, он отключается сам по себе. Все, чем мы должны обеспокоиться — это включить его.

На приведенной ниже диаграмме показана форма сигнала нагрузки для трех разных периодов запуска (после пересечения нуля). Первый (красный) был через 1 мс после пересечения нуля, второй (зеленый) — через 5 мс, а последний (синий) — через 8 мс. По мере увеличения задержки доступная мощность уменьшается. Генератор пилы в следующем разделе позволяет запускать модуль диммера в любом месте, как сразу после пересечения через ноля (полная мощность), так и вплоть до следующего перехода через ноля (минимальная мощность).

Сигналы фазового управления (фазо-импульсной модуляции, ФИМ)
Рис. 11  Сигналы фазового управления (фазо-импульсной модуляции, ФИМ)

Так как напряжение питающей сети является синусоидальным, то изменение мощности с увеличением фазового угла, не является линейноым. В приведенной ниже таблице показаны относительные уровни мощности с шагом 1 мс (18 ° для полупериода).

Таблица 2

Мощность нагрузки при разных фазовых углах (для частоты 50 Гц)

Задержка (мс) Фазовый угол Относительная мощность
0 0 ° 100%
1 18 ° 99.7%
2 36 ° 96,3%
3 54 ° 89,8%
4 72 ° 81,3%
5 90 ° 71,4%
6 108 ° 59,9%
7 126 ° 46,2%
8 144 ° 29,1%
9 162 ° 9,4%

Это, в сочетании с чувствительностью глаза и неотъемлемой нелинейностью ламп накаливания, является причиной желательности реализации кривой «S», показанной в подразделе описания канальных фейдеров. Как вы можете видеть, нет большой проблемы, если схема диммера задерживает переключение на небольшую величину. Даже 2 мс (для 50 Гц) уменьшит максимальную мощность менее, чем на 4 %. Это незначительно.

Обратите внимание, что фазовый угол работает для 50 Гц и 60 Гц одинаково, но не работает задержка (в миллисекундах). Для 60 Гц вам потребуется увеличить задержку на 0,833 мс за каждый отображаемый шаг в 1 мс.

Генератор пилы

Эта схема действительно является «кишками» системы. Здесь происходит вся синхронизация и выдается фазовое управление на выходные каскады симисторов. Электрические шумы возникают из-за переключения в случайные моменты сетевого полупериода. Мы все слышали ужасные звуки, которые через радио может издавать холодильник, когда он включается и выключается. В театральной или музыкальной среде происходит случайное переключение и, если все это вмешательство пробьет звуковое оборудование — всё, парень! Осветитель будет поджарен. Как и все диммеры, они, по сути, являются шумными, поэтому была добавлена схема фильтра, чтобы гарантировать, что система не создает чрезмерных электрических помех. Фильтр, показанный в разделе «Управления мощностью», может быть недостаточен и вам может потребоваться добавить дополнительную фильтрацию (или использовать коммерческие встроенные фильтры).

Генератор пилы
Рис. 12  Генератор пилы

Резистор R1 должен быть минимум 1/2 Вт, R4 должен быть 1 Вт, а все остальные могут быть ¼ Вт. Конденсаторы должны быть рассчитаны как минимум на 25 В, но для C1 лучше 35 В. Все диоды (кроме стабилитрона) должны быть 1N4004 или эквивалентны. Q2 и показанная система выпрямителя — сердцевина генератора пилы. Он представляет собой детектор пересечения нуля, который выдает короткий импульс (около 550 мкс), когда сигнал от сети проходит через нулевое напряжение. Выходной импульс дополнительно усиливается Q3 и, в свою очередь, включает Q4 для разрядки времязадающего конденсатора (C2).

С показанными на схеме компонентами питание 10 В будет фактически ближе к 10,7 В. Это сделано преднамеренно, потому что последовательно с выходами всех фейдеров, переключателей и т.д. стоят диоды. Поскольку на этих диодах имеется номинальное падение 0,7 В, то фактическое управляющее напряжение будет составлять 0-10 В, как и требуется. Если бы опорное напряжение действительно было именно 10 В, то диммеры не смогли бы достичь полной яркости. В любом случае он называется источником 10 В, независимо от его фактического напряжения.

Питание 10 В было модернизировано для применения дополнительных резисторов (для получения S-образной кривой) на фейдерах, а также для дополнительного потребления тока пересмотренной схемой консоли (включая управление уровнем). При желании Вы можете использовать лучший регулятор. Для этого был применен LM317 и схема была также изменена для использования трансформатора 15-0-15 В, обеспечившего достаточное напряжение для правильного управления микросхемой.

Поскольку нагрузка будет превышать 60 мА, исходная схема не смогла бы обеспечить необходимый ток. Источник питания использует очень простой последовательный транзисторный регулятор, который будет более чем достаточен для тока, потребляемого схемой от 10 В. Это позволит легко и экономно питать измененное фейдерное устройство (а также светодиоды переключателя) нужным током. Для транзистора BD139 (Q1) потребуется небольшой радиатор. Вполне достаточной должна быть алюминиевая квадратная пластинка площадью 50 мм2 (или небольшой коммерческий радиатор), хотя не повредит и что-то большее по площади.

Приведенный на рисунке график показывает, как на осциллографе должен выглядеть правильно отрегулированный пилообразный сигнал (отображается сигнал сети 50 Гц — на оси абсцисс частота вдвое превышает частоту сети). Простого способа отрегулировать схему без осциллографа нет, но нормально будет работать и семплер на базе ПК с использованием звуковой карты. Чтобы максимальное входное напряжение звуковой карты не было превышено, следует использовать аттенюатор. Если вы не можете понять, как это сделать, то я полагаю, что вы слишком неопытны, чтобы попробовать реализовать этот проект.

Пилообразная кривая
Рис. 13  Пилообразная кривая

Эта схема обеспечивает надежное и точное управление переключением и синхронизацию для цепей питания. Схема генерирует пилообразный сигнал частотой 100 Гц (или 120 Гц для 60 Гц), который синхронизирован с питающим сетевым напряжением. Сигнал пилы начинается с 10 В и линейно уменьшается до 0,7 В за 10 мс (8,33 мс для сети с частотой 60 Гц) и повторяется с каждым полупериодом сети. Напряжение возвращается к 10,7 В при каждом изменении полярности сетевого напряжения, когда С2 разряжается через Q4. Не стесняйтесь использовать BD140 для Q4, потому что ток разряда довольно высок (хотя и кратковременный).

500-омный подстроечный резистор используется для регулировки амплитуды пилы, чтобы она имела максимальный размах 10-0 В. Уровень 10 В определяется самой схемой, но уровень нулевого напряжения зависит от точного значения C2 и тока, потребляемого поглотителем тока (Q5 и Q6) — отсюда следует необходимость регулировки. Подстроечный резистор устанавливает зарядный ток конденсатора, а с конденсатором емкостью 2,2 мкФ, как показано, зарядный ток будет составлять 2,2 мА. В качестве C2 следует использовать конденсатор из полиэфира, т.к. со временем он будет намного стабильнее, чем электролитический. Когда пила откалибрована с помощью VR1, убедитесь, что подключены модули диммера (при этом им не нужно подключать к сети). Поскольку каждый диммерный модуль имеет резистор, чтобы предотвратить наличие открытого входа в компаратор, они нагружают схему пилы и меняют ее калибровку.

Входной сигнал 10 В (от фейдера или другого источника) запускает симистор в самом начале полупериода, поэтому достигается полная яркость. При нулевом напряжении симистор вообще не срабатывает, поэтому лампа (лампы) выключена(ы). На промежуточных уровнях симистор запускается где-то между началом и концом сигнала — таким образом, при входном напряжении 5 В симистор срабатывает ровно на полпути между точками пересечения нуля переменного тока, поэтому применяется обычная синусоидальная волна, дающая около половинной яркости — это не совсем верно, поскольку наши глаза имеют логарифмическую зависимость ощущения яркости от светимости источника, но на практике работает достаточно хорошо. Тот же принцип используется для всех диммеров, независимо от размера или назначения.

Источник питания

Источник питания довольно условный и показан на Рис. 12. Стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель с положительным и отрицательным трехвыводными стабилизаторами напряжения, обеспечивают питание всем частям схемы. Питание установлено в шкафу DIM-RAK вместе с генератором пилы и восемью модульными контурами диммера.

Источник питания
Рис. 14  Источник питания

Можно использовать и отдельный трансформатор, но нет причин его дублировать. Если используется отдельный трансформатор, он должен быть рассчитан, как минимум, на 25 В·А, а все конденсаторы должны быть на 25 В. Для стабилизаторов предполагаются радиаторы, чтобы обеспечить им хорошее охлаждение (что приводит к увеличению срока службы). Трансформатор, используемый для питания совместно генератора пилы и источника питания, должен быть рассчитан как минимум на 50 В·А (минимум 2 А для каждой обмотки).

Во многих случаях удобнее иметь отдельный источник питания в консоли, что экономит электропроводку и гарантирует, что напряжение, доступное для фейдеров, составляет 10,7 В, и отсутствует падение напряжения на проводах ±12 В. По сути, консоль требует как питания +10,7 В, так и ±12 В, но нет необходимости дублировать генератор пилы, потому что сигнал пилы не используется больше ни в одной из консольных схем.

Диммер

Модуль диммера показан на рисунке 11. Каждый диммер построен на операционном усилителе TL071, μA741 или аналогичном, который работает, как компаратор. Выходной уровень будет высоким (10 В или около того), когда сигнал пилы будет ниже сигнала от консоли. Например, если выходное напряжение консоли составляет 5 В, уровень выхода U1 остается низким, пока напряжение пилы не станет ниже 5 В. Затем уровень выходного сигнала становится высоким и активирует оптоизолятор (OP1), который включает симистор. На лампу поступит вторая половина каждого полупериода, т.к. симистор в первой половине полупериода выключен. Если для Вас данное описание работы не имеет смысла — обратитесь к предыдущему разделу, посвященному управлению фазой.

Цепь диммера
Рис. 15  Цепь диммера

Настоящим сердцем схемы является микросхема оптоизолятора MOC3021. Он обеспечивает запуск управляющего сигнала для симистора и, самое главное, — надежную изоляцию между электросетью и схемой управления. Эти устройства рассчитаны на напряжение изоляции 7500 В и крайне важно, чтобы между контактами микросхемы не было никаких дорожек, иначе безопасность будет серьезно нарушена.

Есть вещь, которую вы наверняка заметите, особенно при использовании ламп большой мощности — «пение нити накала». Это не ошибка диммера. Это происходит, когда нить в колбе вибрирует синхронно с измененной формой сетевого напряжения, поступающего к ней от диммеров. Использование индуктора большой индуктивности (дросселя) последовательно с нагрузкой может уменьшить пение нити накала и электромагнитное излучение (ЭМИ) — см. далее для более подробной информации.

D1 — 1N4148 или 1N914. R5 должен быть 1 Вт — не для рассеиваемой мощности, а для обеспечения адекватного допустимого напряжения на нем. Резистор R6 должен быть проволочным мощностью 5 Вт, поскольку мгновенная пиковая рассеиваемая мощность будет довольно высокой. Симисторы должны быть изолированы от радиатора (по стандарту для используемой сети), а радиатор должен быть надежно закреплен на шасси. Это важно для обеспечения электробезопасности и все работы на этом уровне должны соответствовать самым высоким стандартам.

Существует очень отдаленная возможность, что иногда симистор может не отключиться, как положен. Я не слышал об этом от тех, кто повторял эту схему, но теоретически это возможно при некоторых условиях. Если у вас возникнет проблема с симисторами, которые не будут надежно отключаться, просто добавьте пару диодов (D2 и D3) последовательно с MOC3021, как показано на рисунке 16.

Модифицированная схема диммера
Рис. 16  Модифицированная схема диммера

Эти диоды уменьшают напряжение на оптодинисторе в оптопаре. Причина, по которой вам такое может понадобиться — просто потому, что устройства MOC30xx нуждаются в токе силой только 100 мкА на 1 В, чтобы оставаться постоянно включенными. Любая индуктивность в цепи питания может вызвать достаточный сдвиг фаз, нарушающий надежное отключение MOC. Маловероятно, что это вам когда-нибудь понадобится, но два диода добавят незначительную стоимость.

Для одного 8-канального дим-рэка необходимо восемь диммеров. Терминал с надписью «0-10 В» — это вход от фейдеров, блока S2L или мигалки. С этим устройством абсолютно необходимо, чтобы вся сетевая проводка была полностью защищена от случайного контакта. Диммер (S1) должен быть на радиаторе и требуется большая осторожность, чтобы убедиться, что устройство полностью безопасно. Если используется предлагаемый симистор BF139F (BTA16), то он имеет изолированный фланец и может быть установлен непосредственно на радиатор без необходимости использования изолирующих прокладок. Это делает их монтаж гораздо безопаснее, чем неизолированных устройств. Если все же используются неизолированные симисторы, то первостепенное значение имеет целостность изоляции. Изоляцию следует проверять с помощью тестера изоляции 1000 В. Любое сопротивление на индикаторе, меньшее бесконечности — слишком низкое! Помните, что необходимо использовать теплопроводную пасту, а после окончательной сборки тщательно убедитесь, что выполненный монтаж полностью безопасен.

Убедитесь, что провода, соединяющие симистор, не касаются радиатора ни при каких обстоятельствах, включая повреждение, соскальзывание измерительного щупа или что-либо еще. Я предлагаю под проводами симистора разместить подходящий изолирующий материал, предпочтительно привинтить его к радиатору. Не полагайтесь на клей, потому что он может «отпустить», если радиатор становится слишком горячим.

Вы можете рассмотреть возможность использования вентилятора для охлаждения теплоотводов симисторов и индукторов, но убедитесь, что фильтр находится на месте, и что накопление пыли или другого вещества не может вызвать короткого замыкания. Если используется вентилятор, то он должен продувать воздух на охлаждаемые детали. Вентилятор, который засасывает воздух через радиатор, должен также поддерживать холодным и себя!

Корпус и радиаторы должны быть заземлены с помощью 3-контактной штепсельной вилки, а все цепи сетевого напряжения и проводка должны находиться на расстоянии не менее 5 мм от низковольтных цепей. Индуктор (L1) должен относиться к типу подавителей сетевых помех. Они могут быть доступны у поставщиков электроустановок, поставщиков специализированных индукторов, или вам, возможно, придется изготовить свой собственный.

Быстрое время включения симистора приведет к генерации ЭМИ, которое может помешать радио- и/или телевизионному приему. Его можно уменьшить, используя фильтр ЭМИ. Данный фильтр представляет собой индуктор (как правило, индуктивностью минимум 100 мкГн) последовательно с симистором и сетевым демпфером (0,1 мкФ последовательно с резистором 2,2 кОм мощностью 5 Вт) параллельно с симистором. При питании от сети может также использоваться дополнительный конденсатор непосредственно между клеммами Active и Neutral и/или LP1 и LP2. Сеть демпфера вызывает кольцевую волну тока через симистор во время включения, а индуктор фильтра выбирается для резонанса на любой частоте выше предела человеческого слуха, но ниже начала диапазона широковещательной передачи AM для максимального ослабления гармоник. Кроме того, важно, чтобы индуктор фильтра не насыщался, дабы предотвратить повреждение симистора di/dt[1].

[1] di/dt — Дельта (изменение) тока относительно времени.

Чтобы сделать эти индукторы, попробуйте около 10 витков изолированного провода, намотанного на кольцо из порошкообразного (распыленного) железа. Не используйте сердечник с высокой проницаемостью, такой, как феррит или сталь, поскольку они будут насыщаться и могут повредить симистор. Убедитесь, что индукторы надежно закреплены и что случайный контакт невозможен, когда система находится в режиме реального времени. При желании можно использовать более крупные дроссели и есть несколько производителей, которые делают диммерные дроссели, предназначеные для этой цели.

Многие профессиональные диммеры используют массивные индукторы. Некоторые из них настолько велики, что они доминируют на шасси и это объясняется тем, что их индуктивность настолько велика, насколько это практически возможно, чтобы ограничить время нарастания сигнала, прикладываемого к нагрузке. В Сети можно найти различные требования к оптимальному сроку службы, но на самом деле он будет меняться в зависимости от нагрузки. Диммер мощностью 1 кВт с заявленным временем нарастания 400 мкс будет иметь время нарастания 200 мкс, если нагрузка составляет всего 500 Вт. Для этого индуктор должен составлять около 10 мГн для системы 230 В или 5 мГн для 120 В — большой индуктор, который также должен иметь низкое сопротивление.

Указанное значение времени нарастания может варьироваться от 300 мкс до 800 мкс или более, но по мере увеличения времени нарастания возрастают также потери в индукторе. В некоторых случаях диммерные дроссели могут охлаждаться вентиляторами для повышения их номинальных характеристик. Вся потеря мощности в обмотках индуктора — это мощность, которая никогда не попадат на лампы, поэтому общая эффективность снижается.

Схема расположения цепей

Блок управления мощностью является модульным: блок питания и генератор пилы — на одной печатной плате, восемь симисторов на отдельных печатных платах. Это было сделано потому, что если что-то пойдет не так — обычно это пробой симистора. Если возможно, расположите платы, чтобы они подключались к выходным разъемам с помощью лепестковых разъемов, дабы их можно было быстро и легко заменить. Вы можете изготовить этот блок в соответствии с собственными требованиями, но убедитесь, что вы его изготовили так, чтобы ремонт был максимально простым. Кроме того, убедитесь, что в точности соблюдены все правила электропроводки в вашей стране.

Хотя на входе показан плавкий предохранитель на ток 10А, вы, при желании, можете использовать автоматический выключатель. Выключатель должен быть рассчитан не более чем на 10 А и должен быть термомагнитным, чтобы мгновенно срабатывал при неисправности. Использование выключателя с задержкой (D-Curve) позволит избежать кратковременных перегрузок без отключения. Например, если все лампы переключаются на полную мощность из холодного состояния, будет достаточно высокий пусковой ток, который может (и должен был бы) пропускаться без отключения выключателя.

Внутренняя разводка DIM-RAK 8
Рис. 17  Внутренняя разводка DIM-RAK 8

Каждый блок DIM-RAK 8 подключается одинаково. Это означает, что любой диммер можно использовать с любым консольным блоком без проблем несовместимости. Выбор выходных разъемов, естественно, определяется теми, которые используются в вашей стране. Вероятно, лучше всего использовать стандартные розетки настенного типа, так, чтобы для подключения к лампам можно было использовать удлинители. Это снижает вероятность того, что вы когда-либо столкнетесь с ситуацией неисправных или отсутствующих кабелей.

Главный (сетевой) выключатель (если требуется) не показан, но отображены сетевой ввод и главный предохранитель. При необходимости используйте автоматический выключатель. Если вам нужна схема, чтобы увидеть, как они подключены, то это значит, что Вы не обладаете достаточными знаниями об электропроводке для решения данной задачи. В этом случае рекомендуется найти кого-то квалифицированного для тщательной проверки вашей работы и, предпочтительно, выполнить всю электропроводку для/за вас.

Системные соединения

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВАЖНО точно соблюдать все спецификации на предохранители. Вследствие своих возможностей, LX 800 CAN может перегрузить локальную сеть, находящуюся в небольших клубах и театрах. Лучше используйте плавкий предохранитель, чем если бы весь зал внезапно погрузился в темноту!

Ниже показаны основные схемы соединений LX-800. Начните с минимальной конфигурации системы и наращивайте ее согласно возможностей бюджета. Помните, что протокол приоритета будет работать на тех блоках, у которых нет собственных DIM-RAK 8. Просто подключите 15-контактные разъемы на задней панели, как показано ниже.

На этом рисунке показана минимальная система.

Минимальная конфигурация системы
Рис. 18  Минимальная конфигурация системы

Фактически, там даже не должно быть звукового входа и стробоскопической головки. Консоль и DIM-RAK 8 — все, что требуется для простой системы освещения.

Благодаря используемой системы приоритета, каждая функция на консоли будет работать только с одним DIM-RAK 8. Выходы различных функций соединяются с показанными кабелями, чтобы все блоки были подключены.

Максимальная конфигурация системы выглядит так:

Максимальная конфигурация системы
Рис. 19  Максимальная конфигурация системы

Каждый выход подключается к собственному DIM-RAK 8. Очевидно, что максимальная мощность источника питания НЕ должна превышаться, просто этот рисунок иллюстрирует, насколько универсальным может быть LX-800.

Поскольку можно использовать любые уровни освещенности между минимумом и максимумом, то к панели можно подключить два или три модуля DIM-RAK 8, а дополнительные функции консоли перейдут на главную шину, как показано выше. Это дает очень хорошую гибкость для получения большинства функций от минимального оборудования.

Нет никакой реальной причины, запрещающей модулям DIM-RAK 8 быть подключенными на обычно доступные три фазы — это распределит нагрузку и позволит увеличить общую мощность системы.

Обозначения разъемов следующие:

Таблица 3

Обозначения разъемов

Фейдерные банки (A и B) P1
Коммутатор P2
Конвертер звука в свет (S2L) P3
Коммутируемые выходы P4
Основная шина S1, S2, S3

Все кабели подключены условно. На одном конце имеется гнездо («мама»), а на другом — штеккер («папа»). Повсеместно используются разъемы DB15, с разъемом pin1 (штеккер), подключенным к контакту 1 (гнездо) во всех случаях. Кабели взаимозаменяемы — все соединения подключаются по всем кабелям.

Хотя может возникнуть соблазн использовать упрощенные соединения для сокращения проводки, но рано или поздно это обернется, чтобы укусить вас при использовании системы. Если все кабели будут одинаковыми — это гарантирует, что в любом месте без проблем можно использовать любой кабель.

Каждый кабель подключает (и соединяет) +10 В, +12 В, -12 В и 0 В (земля/земля) от каждого диммера. Хотя это и не означает автоматически, что источники питания будут работать в режиме реального времени, параллельные соединения означают, что всегда будет много «сока»: даже если один блок не в состоянии справиться — другие будут восполнять дефицит.

 

Разное

Введение

Схемы, показанные ниже, включают в себя различные узлы, не охваченные в других подразделах, а также различные соединения, разъемы DB-15 и общие рекомендации по кабельному соединению.

Входные и выходные разъемы

Каждый из отдельных консольных элементов управления (фейдеры, переключатели, звуковые сигналы и коммутатор) имеет ссылку на разъем, а выходы фейдера считаются ведущими. В то время, как другие элементы управления имеют собственный выходной разъем, они легко соединяются с основным посредством перемычек, как показано в предыдущем разделе. Разъемы показаны ниже:

Разъемы ввода-вывода (DB15)
Рис. 20  Разъемы ввода-вывода (DB15)

Соединения шин питания, а именно +12 В, -12 В, +10 В и GND, должны быть параллельны в каждом разъеме. Хотя это может вызвать серьезные проблемы с любой аудиосистемой, в контроллере освещения проблем не будет.

Аудиовход показан в разделе «Конвертер звука в свет» и обычно это разъем для стереозвука. Вывод на стробоскоп может быть любым, но рекомендуется использовать гнездо для подключения кабеля.

Хотя у меня было несколько запросов о печатных платах для этого проекта, в настоящее время их нет. Я не собираюсь создавать ПП для этого проекта — это определяется интересом потенциальных конструкторов. Если когда-либо появится возможность, будут созданы только самые распространенные и полезные модули (в первую очередь генератор пилы, блок питания и диммеры). Скорее всего, будут некоторые незначительные изменения от первоначально опубликованных проектов. Возможны следующие кандидаты:

  • Источники питания и генератор пилы (одиночная печатная плата)
  • Модуль диммера (двойной диммер — 4, необходимый для 8-канального блока)
  • Модуль фейдера (мастер плюс 8 каналов — ползунковые потенциометры вне консоли для гибкости)

Стробоскоп, коммутатор и конвертер звука в свет (S2L) не являются обязательными для базовой консоли освещения и не ожидается, что для этих модулей будут доступны печатные платы. Я также рассматриваю (и только рассматриваю!) версию, управляемую ПК. Мне еще предстоит решить, следует ли идти на простой интерфейс параллельного порта, или DMX512 — если у вас есть какие-либо отзывы об этом — дайте мне знать. Имейте в виду, что DMX512 намного сложнее реализовать, он требует специализированного микроконтроллера и будет стоить дороже.

Одной из возможностей для дальнейшего развития является диммер по заднему фронту, основанный на MOSFETах. Они намного терпимее к электронным нагрузкам, используемым во всех светодиодных лампах, но значительно сложнее, чем симисторные диммеры.

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (1) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор для сборки - LED лампа
Набор для сборки - LED лампа
Модуль радиореле на 4 канала Мини гравер 125 Ватт
вверх