Я сам дома электрик, замена люминесцентных ламп на LED

Как заменить люминесцентную лампу освещения аквариума
в крышке Aquael светодиодной

Для того чтобы в темное время суток обитатели аквариума чувствовали себя комфортно и хорошо росли водоросли, аквариумисты над аквариумом устанавливают дополнительное освещение. Большой популярностью пользуется крышки для аквариумов с подсветкой польской фирмы Aquael, которые имеет красивый внешний вид, большой ресурс ламп и обеспечивает необходимый уровень освещения для растений.

Подсветка аквариума Aquael

В аквариумных крышках с освещением Aquael, одна из моделей представлена на фотографии, в качестве источника света применяются линейные люминесцентные лампы Aquael F15T8/D с электронным пускорегулирующим устройством. Ресурс ламп по заявлению производителя составляет 15000 часов.

Вид крышки с подсветкой для аквариума Aquael со стороны установки лампы

Для свечения ламп в крышке еще устанавливается в герметичном пластмассовом корпусе электронное пускорегулирующее устройство, которое работает в тяжелых температурных условиях и часто выходит из строя раньше, чем перегорит лампа. В результате реальный срок службы аквариумного освещения из-за возможного отказа пускорегулирующего устройства гораздо меньше.

Крышка со сгоревшим пускорегулирующим устройством и попала ко мне для ремонта. Внешний осмотр и проверка мультиметром нитей накала лампы, предохранителя, резисторов и полупроводниковых деталей пускорегулирующего устройства неисправность не выявили. Отдельно, как запчасть в магазинах торгующих аквариумами, пускорегулирующие устройства не продаются, а только в комплекте с электропроводкой, колодками и лампой за $22, что составляет половину стоимости новой крышки для аквариума. Что еще интереснее, стоимость оригинальной люминесцентной линейной лампы Aquael F15T8/D составляет тоже $22. Пришлось задуматься о том, как снизить затраты на ремонт крышки с освещением Aquael.

Анализ показал, что экономически целесообразно заменить линейную люминесцентную лампу F15T8/D светодиодной линейной лампой. Возник вопрос. А как влияет освещение, излучаемое светодиодами на рост растений и обитателей аквариума?

Анализ возможности применения светодиодов (LED)
для подсветки аквариума

В настоящее время в светильниках для освещения аквариумов широко применяются современные источники света в виде светодиодных ламп, прожекторов и линейных трубок. По отзывам аквариумистов, применение LED источников освещения вместо ламп накаливания и люминесцентных светильников позволяет не только в несколько раз снизить затраты на электроэнергию, но и улучшить рост растений и избежать дополнительного нагрева воды, что особенно актуально в летнее время года.

Существенная экономия электроэнергии и фактическое отсутствие нагрева воды аквариума очевидны. Определить степень влияния света, излучаемого светодиодами на рост растений, можно на основании Графика активности роста растений в зависимости от длины волны света и Графика зависимости интенсивности излучения LED (светодиодами) от длины волны.

Графики активности роста растений в зависимости от длины волны света

При росте, в растениях (водорослях) под воздействием световой энергии одновременно протекает три процесса – фотосинтез, фотоморфогинез и синтез хлорофилла.

При фотосинтезе происходит преобразование неорганических веществ в органические вещества с выделением или поглощением водорода или кислорода. Фотоморфогинез обычно происходит во время прорастания растения из семян и развития корневой системы. Хлорофилл является зеленым пигментом растений, окрашивающий их листья в зеленый цвет. Таким образом, на активность роста водорослей главным образом играет процесс фотосинтеза и синтез хлорофилла.

На графике, приведенном выше видно, что для активного роста растений источник света для освещения аквариума должен обеспечивать хорошее излучение только на участках спектра 400-500 нм и 600-700 нм.

Спектральная характеристика интенсивности излучения LED светодиодов

Для определения пригодности светодиодов для освещения аквариума рассмотрим График зависимости излучения LED от длины волны. Как видно на графике, максимальная мощность светового излучения светодиодов лежит в пределах 420-460 и 480-650 нанометров. Благодаря этому эффективная мощность освещения, за счет концентрации излучения в необходимом для обеспечения активного роста растений диапазоне, будет еще выше.

Результаты проведенного анализа позволяют сделать вывод, что светильники, в которых установлены светодиоды в качестве источника света, идеально подходят для освещения аквариума. Благодаря узкому спектру излучения светодиодной лампы, при замене лампы накаливания в подсветке аквариума светодиодной ее мощность можно уменьшить не в 8 раз, как при освещении помещений, а в 12. Например, для полноценной замены лампочки накаливания для освещения аквариума мощностью 25 Вт понадобится светодиодная лампа мощностью всего 2 Вт.

Как заменить люминесцентную линейную лампу
Aquael F15T8/D в подсветке аквариума светодиодной

На первый взгляд замена установленной в подсветке для аквариума люминесцентной линейно лампы не представляла трудностей. В продаже есть линейные светодиодные лампы, которые по габаритным и присоединительным размерам полностью соответствуют линейным люминесцентным лампам. Достаточно удалить пускорегулирующее устройство и напрямую подать напряжение сети на выводы светодиодной линейной лампы.

К моему великому удивлению оказалось, что светодиодных линейных ламп с цоколем G13 длиной 43,8 см, соответствующих длине F15T8, в продаже нет. В ассортименте представлены только светодиодные лампы ценой от $3 с минимальной длиной 60,5 см, предназначенные для замены люминесцентных ламп в потолочных светильниках Амстронг.

Ремонт аквариумной крышки с освещением можно было выполнить двумя способами: заменой люминесцентной лампы герметичной светодиодной лентой или установкой уменьшенной до длины 43,8 см светодиодной трубки длиной 60,5 см. Но, не хотелось, вносить изменения в заводскую конструкцию крышки Aquael и устанавливать внешний дополнительный блок питания. Поэтому было решено рассмотреть возможность реализации второго варианта ремонта.

Электрическая схема линейной светодиодной LED лампы

Электрическая схема светодиодной трубки, как видно из приведенной выше схемы, представляет собой драйвер, к которому последовательно подключены две группы триад светодиодов. Поэтому можно было при укорочении лампы сократить каждую из ветвей на несколько триад без последствий для надежной работы лампы. Трубка светодиодной лампы сделана из оптической пластмассы, и укоротить ее до требуемой длины не представляло сложностей.

В наличии имелась линейная светодиодная лампа типа G13 СЛ (Т8) мощностью 8 Вт, длиной 60,5 см, изготовленная на базе 138 светодиодов холодного белого света типа LED-HK5H4ULC-W. Расчет показал, что для укорочения длины трубки потребуется удалить 36 светодиодов. В результате мощность лампы для освещения аквариума уменьшится до 6 Вт, что вполне достаточно для полноценной замены лампы Aquael F15T8/D. Драйвер светодиодной лампы-трубки представляет генератор тока, поэтому после уменьшения количества светодиодов в лампе до 102 штук в схему драйвера вносить изменения нет необходимости.

Как уменьшить длину линейной светодиодной лампы-трубки

Для того чтобы уменьшить длину светодиодной линейной лампы ее необходимо предварительно разобрать. Разборка лампы начинается со снятия чашек-цоколей с ее торцов.

Цоколь снят с линейной LED лампы

На фотографии одна из чашек, снятая с лампы. Чашки изготовлены из тонкого листового алюминия штамповкой и приклеены к прозрачной трубке из оптической пластмассы. Для снятия чашки нужно лезвием отвертки сильно надавливать на ее торец по кругу, чтобы не было перекоса. Если усилия руки, чтобы стронуть чашку с места не хватает, то можно легонько постучать по отвертке молотком. Когда обе чашки сняты от штырьков цоколя отпаиваются провода.

Печатные платы в линейной LED лампе

Печатная плата со светодиодами вставлена в пазы, которые имеются внутри трубки и легко вынимается вместе с драйвером. Плата драйвера зафиксирована на плате со светодиодами с помощью силикона и вынимается с ней одновременно. После выемки светодиодной платы драйвер нужно аккуратно от нее отсоединить.

Разметка трубки LED лампы

На следующем шаге трубка прикладывается к люминесцентной лампе и на ней наносится отметка для отпиливания лишней части. При разметке надо учесть, что часть трубки войдет в чашки, глубина которых на 2 мм меньше, чем их внешний размер.

Нанесение линии распиливания на трубку LED лампы

Для того чтобы торец трубки после отпиливания был ровным, нужно предварительно на ней нанести линию разреза. Линию удобно наносить, обернув трубку в месте отметки листом бумаги, как на фотографии. Тогда по краю листа легко нанести маркером линию, параллельную торцу трубки.

Отпиливание части трубки LED лампы

Трубка лампы сделана из пластмассы и, отпилить ее можно любой пилой с мелкими зубьями, например мо металлу или лобзиком. Чтобы стекло не поцарапать под трубку нужно подложить ткань. Тиски тут не понадобятся, достаточно будет силы кисти руки.

Вид распила трубки LED лампы

Как видно на фотографии пил получился ровным с бахромой. Для ее удаления можно воспользоваться ножом или мелкой наждачной бумагой. Необходимо проследить, чтобы опилки не остались внутри трубки.

Разметка печатной платы с LED диодами

На следующем шаге нужно вставить печатную плату со светодиодами внутрь трубки таким образом, чтобы с обоих концов трубки плата выступала на одинаковую длину. Затем нанести маркером метки для отпиливания лишней длины. Чтобы плата не упиралась в пайку к штырям цоколя при установке чашек длина ее должна быть короче длины трубки не менее, чем на 6 мм.

Отпиливание печатной платы с LED диодами

Печатные платы обычно изготавливают из стеклотекстолита или гетинакса, которые хорошо пилятся ножовкой по металлу или лобзиком. Так как плата узкая, то ее удобно при отпиливании зажать в тисках. Для возможности отпиливания мешающий диод с части платы, которая больше не будет нужна, пришлось выпаять. С отпиленного торца печатной платы нужно с помощью наждачной бумаги или напильника с мелкой насечкой снять заусенцы.

Установка перемычки на печатной плате с LED диодами

Для подачи питающего напряжения на светодиоды необходимо восстановить перепиленные токоведущие дорожки. Для этого с дорожек соскабливается защитное покрытие, и припаиваются перемычки, как на фотографии.

Проверка работы печатной платы с LED после укорачивания

Перед сборкой светодиодной лампы для освещения аквариума нужно проверить ее работоспособность. Для этого с выхода драйвера к контактам светодиодной платы, соблюдая полярность, нужно припаять провода. На вход драйвера с помощью вилки со шнуром подать напряжение 220 В. Как видно на фотографии, лампа заработала. Потребляемый светодиодами ток составил 116 мА. Так как светодиоды подключены к драйверу двумя ветвями и соединены по три параллельно, то средний ток через один светодиод составил 19,3 мА при допустимом 20 мА. Светить светодиоды будут не на полную мощность, зато в таком режиме прослужат дольше.

Растачивание уплотнительного кольца

Примерка собранной светодиодной лампы показала, что диаметр ее трубки на миллиметр больше, чем диаметр люминесцентной трубки. Поэтому уплотнительные кольца на лампу не надевалось. Конструкция кольца позволяла увеличить его внутренний диаметр путем расточки круглым напильником.

Стачивание буртика чашки цоколя

Дополнительно пришлось еще на наждачной колонке сточить выступающие буртики на торцах чашек. После этой доработки уплотнительные кольца свободно наделись на светодиодную лампу, и настала пора с помощью супер-клея «Контакт» окончательно закрепить чашки на трубке лампы.

Примерка светодиодной трубки для правильной установки чашек

Для того чтобы свет от светодиодной лампы был направлен в воду аквариума необходимо чашки при закреплении правильно сориентировать относительно трубки. Для этого нужно надеть чашки на трубку и установить лампу в патроны крышки для подсветки аквариума. Выставив правильное направление светового потока от светодиодов нужно нанести риски на трубку и чашки, чтобы была возможность точного позиционирования их относительно друг друга при приклеивании чашек.

Внешний вид корпуса драйвера со стороны проводов

После окончания работы по укорачиванию светодиодной лампы необходимо отключить пускорегулирующее устройство, так как для работы светодиодной линейной лампы в нем нет необходимости. Пускорегулирующее устройство находится в пластмассовом корпусе, закрепленном двумя саморезами к крышке аквариума. Для обеспечения герметичности корпус закрывается резиновой пробкой, которая в нем удерживается за счет сил трения и вынимается из корпуса с незначительным усилием.

Внешний вид драйвера люминесцентной лампы

На фотографии внешний вид пускорегулирующего устройства, вынутого из корпуса. С правой стороны платы пускорегулирующего устройства подключены провода, по которым подается питающее напряжение от сети 220 В. С левой стороны, подключены провода, идущие на патроны.

Клеммная колодка в драйвере люминесцентной лампы

Для отсоединения проводов от клемм пускорегулирующего устройства необходимо утопить головку фиксатора клеммы с помощью лезвия отвертки, как показано на фотографии. Теперь если потянуть за провод, то он легко извлечется.

Соединение проводов скруткой в электропроводке подсветки

Питающее напряжение 220 В можно было подать непосредственно на патроны, к которым подключается светодиодная лампа, но я решил не менять конструкцию крышки и соединил провода скруткой с последующей их пропайкой припоем и размещением в корпусе пускорегулирующего устройства. Если есть под рукой малогабаритные клеммы Ваго, то соединение проводов можно выполнить с помощью них.

Изоляция скруток проводов в электропроводке подсветки

Для исключения короткого замыкания скрутки проводов необходимо покрыть тремя слоями изоляционной ленты. Осталось, правильно сориентировав, вставить пробку в корпус и закрепить его в крышке саморезами.

Подсветка аквариума Aquael переделана под работу со светодиодной линейной лампой

Работа по замене люминесцентной лампы на светодиодную лампу в крышке с освещением аквариума Aquael закончена. Как видно на фотографии внешний вид крышки с внутренней стороны после переделки практически не изменился, только вместо люминесцентной лампы для освещения появилась, линейная светодиодная. Настало время установки крышки на аквариум и оценки достаточности освещения для растений и обитателей аквариума.

Вид обитателей аквариума при включенной светодиодной подсветкой после модернизации крышки

Ожидаемый теоретическими расчетами результат подтвердился в полной мере. Как видно на фотографии, обитатели аквариума и растения освещены в достаточной степени. Время показало, что растения при светодиодном освещении хорошо растут и сохраняют насыщенный зеленый цвет.

Следует отметить, что освещение помещения, в котором установлен аквариум, в темное время суток при включенной подсветке после установки в крышку светодиодной линейной лампы стало на много ниже, чем с люминесцентной лампой. Это объясняется ограниченным 160 градусами углом излучения света светодиодами, в отличие от люминесцентных ламп, у которых угол составляет 360°. Но наблюдать за жизнью рыбок и ростом растений в аквариуме при таком освещении стало еще приятнее.