照明制御45年(DMX512 / Art-Net)| LEDシャンデリア 1万灯以上の実績にもとづく解説
既設の 2線式(位相制御)調光器のまま照明をLEDに替えると、深く絞ったときにちらつきます。これは製品の善し悪しではなく方式による原理的なものです。
「調光対応」と書かれたLED電球でも、現場の電源では安定するとは限りません。試験室のきれいな電源での確認は現場の証明になりません。
確実に直すには、位相制御をやめて DC24V + 高周波PWM調光に替えます。既設の電線はそのまま使えることがほとんどです。
| こんな症状 | 何が起きているか | 対処の方向 |
|---|---|---|
| 絞るとチカチカする 常夜灯まで落とせない |
位相制御は「交流波形のどこで点けるか」で明るさを決めます。電源波形が乱れると点けるタイミングがばらつき、深く絞った領域ではそれが大きな明滅になります。 | 方式を替える(DC24V + PWM) |
| ある明るさより下で 急に消える |
LEDは白熱電球と違って立ち上がりが早く、わずかな電圧で一気に点きます。段階が粗いと下限で階段状になり、消え際が破綻します。 | 調光カーブの作り込み(256段階→4096段階) |
| 器具ごとにバラバラに消える 間接照明が先に消える |
LEDは製品ごとに明るさの出方(調光カーブ)が違います。白熱電球はどれもフィラメントで特性が揃っていましたが、LEDは揃いません。 | 器具側でカーブを周囲に合わせ込む |
| 消えるときに「カチッ」と 不自然に切れる |
白熱電球はフィラメントが冷めるまでふわっと残ります。LEDは瞬時に消えるため、舞台や式場では違和感になります。 | 立ち上がりと立ち下がりで別のカーブ・遅延を持たせる |
| 「調光対応」なのに うまくいかない |
調光が可能であることと、乱れた現場電源のもとで0.1%まで安定して動くことは別です。 | 下の「調光対応の表示について」を参照 |
位相制御は、交流の波形が0を横切るタイミング(ゼロクロス)を基準にして、「波形のどこで点弧するか」で明るさを決めます。つまり電源波形そのものが基準です。
ところが現場の電源は揺れます。エレベーターが起動すれば電圧は動きますし、三相4線式で動力と照明が同居していれば動力の影響をまともに受けます。最近の高圧キュービクルは電子機器だらけで、電源波形は昔よりむしろ乱れています。
深く絞った状態では、電気を流している時間はごくわずかです。そこにタイミングのばらつきが乗ると、わずかな出力に対して相対的に巨大な変動になります。全光なら誰も気づかない揺らぎが、0.1%の常夜灯では盛大なちらつきになる。これが原理です。
「調光対応」と書かれた安いLED電球を買ってきて「大丈夫でした」という声は、いまだにあります。たしかに調光は可能でしょう。しかし可能であることと、乱れた現場電源のもとで深く絞っても安定して点り続けることは、まったく別の話です。
表示は「その条件なら動く」ことを示しているだけで、あなたの現場の電源で安定する保証ではありません。判断が難しいときは、実際に一番暗くしたい状態まで絞って確認してください。全光では違いが出ません。
ここまでは「見え方」の話でした。しかし既設の調光回路にLED電球を入れると、機器の故障・発熱・焼損につながることがあります。ちらつきは、その前ぶれとして出ていることがあります。
根本の原因はひとつです。既設の調光器は白熱電球を前提に作られているということ。白熱電球は「電気を流せば流しただけ熱くなって光る」素直な負荷(抵抗負荷)ですが、LED電球は中に電源回路とコンデンサが入った、まったく性質の違う負荷です。
市販のLED電球の大半は「非調光形(調光器では使えません)」です。調光対応品は種類が少なく、価格も高めです。白熱電球が切れたので同じ口金のLED電球を買ってきて付けた——その回路が調光回路だった、というのが典型的な事故の入り口です。
非調光形のLED電球の中身は、交流を整流してコンデンサで平滑し、定電流回路でLEDを光らせる、というシンプルな構成です。入力が正弦波であることを前提に設計されています。
そこへ位相制御で途中を切り取られた波形が入ると、内部の定電流回路は「電圧が足りない」と判断して、残っているわずかな期間に無理やり電流を取り込もうとします。結果、部品の定格を超える電流が繰り返し流れ、ドライバICと電解コンデンサが発熱します。
さらに、この状態では可聴域の「ジー」「ブーン」という唸りが出ます。LED球内部の部品が位相制御の急峻な立ち上がりで機械的に振動するためです。調光器側から鳴っていることもあります。音が出ている=異常なストレスがかかっていると考えてください。
よくある誤解です。理由は3つあります。
メーカーの禁止事項は「調光器回路に接続しないこと」であって、「絞らなければよい」ではありません。調光回路に非調光形をつないだ時点で、保証の対象外にもなります。
| 確認するもの | 見かた | 該当したら |
|---|---|---|
| LED電球のパッケージ・本体表示 | 「調光器対応」「調光可」の記載が無ければ、非調光形です。「調光器では使用できません」と明記されているものも多くあります。小さく書かれているので見落としやすい箇所です。 | 調光回路には使わない |
| 壁のスイッチ | スライド式・回転式のつまみ、明るさが連続的に変わるスイッチは調光器です。ON/OFFだけに見えても、内部が調光器の場合があります。 | 調光対応品を選ぶ |
| もとの電球 | 白熱電球・ミニクリプトン球が付いていた器具は、調光回路の可能性が高くなります。 | 回路を確認する |
| 交換後の症状 | 唸り音・ちらつき・異臭・口金の変色。いずれか一つでも出たら適合していません。 | ただちに使用を中止 |
——ここからは、「調光対応」と表示された製品を正しく使った場合でも残る危険です。
調光器の仕様書には、たいてい「最小負荷 40W以上」のような記載があります。これを下回ると正常に動作しない、という下限です。
位相制御調光器の中身はトライアックという半導体スイッチで、これは一度点弧したあと、ある程度の電流が流れ続けていないと勝手にOFFに戻ってしまう性質があります。白熱電球なら電流が滑らかに流れ続けるので保持できますが、LEDは消費電力が約1/10なうえ、電流の流れ方が途切れがちです。
1,500Wのシャンデリアも、LED化すれば150W前後。回路を分ければ数十Wになります。最小負荷はいとも簡単に割れます。これが「絞ると不安定」「ある明るさで急に消える」の隠れた原因になっていることがあります。
LED電球の入り口には平滑コンデンサが入っています。空のコンデンサは、電気的には一瞬ショートしているのと同じです。
位相制御は、正弦波の途中からいきなり電圧を叩き込む方式です。そこへコンデンサがつながっていると、瞬間的に定格の数十倍の電流が流れます(突入電流)。1灯なら耐えても、シャンデリアで何十灯が一斉にとなれば合算されます。
トライアックは交流のプラス側とマイナス側を交互に点弧して、バランスを取っています。素子が劣化したり、最小負荷割れが片側で先に起きたりすると、片方の半波でしか点弧しない状態になることがあります。
こうなると、負荷に流れる電流に直流成分が乗ります。純粋な抵抗負荷ならまだしも、系統に調光トランスや絶縁トランスが入っていると危険です。直流分はトランスの鉄心を一方向に磁化させ(偏磁)、励磁電流が跳ね上がって異常発熱・焼損に至ります。
LED電球の弱点は熱、特に中の電解コンデンサです。位相制御で切り刻まれた歪んだ波形は、LED内部の電源回路にとって想定外の入力で、そのぶん余計に発熱します。
これが密閉型のダウンライト(SB形・SGI形などの断熱施工対応器具)で起きると、熱の逃げ場がありません。カタログ寿命4万時間の製品が、数千時間で暗くなったり点かなくなったりします。樹脂部が変形・変色していたら、かなり進んだ状態です。
調光器の内部にはノイズ対策の回路(スナバ)が入っており、OFFのときもごくわずかな電流が流れています。ホタルスイッチ(暗いところで緑に光るスイッチ)も同じです。
白熱電球ならこの程度の電流では光りませんが、LEDはわずかな電流で光ります。コンデンサに少しずつ充電されては放電し、数秒おきにピカッと光る、という現象も起きます。
見た目の問題に思えますが、「切ったつもりの回路に電圧が残っている」ということでもあります。器具の交換作業では必ずブレーカーを落としてください。
位相制御は電圧を急峻に立ち上げるため、電源ラインにノイズを撒きます。LED電球側のスイッチング電源と干渉して、音響設備にハムノイズが乗る、無線機器やセンサーが誤動作する、といった二次被害が出ることがあります。宴会場・店舗では実害になります。
| やること | 理由 | 優先度 |
|---|---|---|
| 調光回路に非調光形を使わない | 大前提です。メーカーの禁止事項であり、発煙・焦げに至る経路です。「調光器対応」の表示があるものを選んでください。表示が無ければ非調光形です。 | 絶対 |
| 調光器の最小負荷を仕様書で確認する | LED化後の総ワット数が下回っていないか。下回っていれば、ちらつきは製品のせいではありません。 | まず最初に |
| 調光器も一緒に交換する | LED負荷に対応した調光器は最小負荷が小さく、突入電流への保護も入っています。器具だけLEDに替えて調光器を残すのが、いちばん危ない組み合わせです。 | 高い |
| 白熱電球とLEDを同じ回路に混ぜない | 混在すると負荷の性質が読めなくなり、症状の切り分けも不可能になります。 | 高い |
| 系統にトランスが入っていないか確認する | 直流分による焼損の経路になります。入っているなら位相制御での深絞りは避けてください。 | 高い |
| ダミー負荷(疑似負荷抵抗)で最小負荷を稼ぐ | 成立はしますが、その抵抗が発熱します。せっかくLED化した意味も薄れます。応急処置と考えてください。 | 最後の手段 |
| 方式そのものを替える(次章) | ここまでの危険は、すべて「白熱電球用の調光器でLEDを切り刻んでいる」ことから来ています。方式を替えれば根本から消えます。 | 本命 |
むしろ問題になるのは逆で、太すぎる電線のインピーダンスと反射です。1/4096のごく細いパルスが反射でふらつくため、現場によっては1/2000、1/1000が限界になります。そのため器具側に最小デューティやカーブの現場調整(DIPスイッチ)を持たせ、カーブを何種類も用意しています。