LED隧道照明的技術指標
發布時間:2008-10-24
中心論題:
- LED隧道燈具在隧道照明工程總的應用已取得突破性進展,但是仍有很多具體問題存在
- 光學部分的問題主要存在於LED發光效率、配光分布形式及其設計、配光麵型的選擇以及照明效果的預判方麵
- 電氣部分的問題集中在功率因數、諧波幹擾、電磁幹擾以及電磁兼容、控製係統和散熱等方麵
解決方案:
- 要根據不同的情況仔細選擇配光麵型、配光分布形式及配光設計,同時要做好照明效果的預判
- 要考慮功率因數校正,降低諧波及電磁幹擾,提高電磁兼容能力及散熱能力,同時要有良好的控製係統進行調控和故障檢測
LED隧道燈具在隧道照明工程中的應用已經取得突破性進展,但是仍然存在問題,例如沒有專門針對以LED為光源的隧道燈具的設計與施工規範、產品性能參差不齊等。
光學部分
LED光效
LED單瓦流明輸出是決定LED隧道燈是否具有實用價值的基本指標,根據LED隧道燈的實際使用中的要求,LED隧道燈所用LED的單瓦流明數應達到90流明。在經過2006年、2007年LED的發光效率的高速發展後,CREE、Lumileds、以及香港真明麗等著名品牌都相繼推出了最新的LED型號。
二次配光的配光分布形式
目前常見的配光分布形式有聚光型配光、側射型配光、朗伯型配光。不同的應用場合適用不同的配光形式,例如:道路照明宜選用蝙蝠翼型配光、射she燈deng宜yi選xuan用yong聚ju光guang型xing配pei光guang。由you於yu隧sui道dao照zhao明ming的de特te殊shu性xing,隧sui道dao照zhao明ming中zhong燈deng具ju的de排pai布bu密mi度du非fei常chang高gao,所suo以yi在zai隧sui道dao照zhao明ming中zhong對dui燈deng具ju的de二er次ci配pei光guang形xing式shi不bu同tong於yu一yi般ban的de道dao路lu照zhao明ming。在zai隧sui道dao照zhao明ming中zhong蝙bian蝠fu翼yi型xing配pei光guang、朗伯型配光都可以滿足照度均勻度的要求,這主要是由於隧道照明中燈距比較小,例如國內一隧道照明工程的中間段燈距也隻有5米。
香港真明麗75隧道燈采用的是目前道路照明以及隧道照明中比較常用的蝙蝠翼型配光,而國內某LED隧道燈為朗伯型配光。
配光設計的特殊性
suiranshuosuidaozhaomingzhongduipeiguangfenbuxingshideyaoqiuxiangduikuansong,danshibixuyoupeiguangsheji。youyupeiguangshejishijianlizaiguangyuandeyicipeiguangfenbudejichushangde,suoyibutongdeguangyuanzhongleiyoubutongdefenbu,xiangyingdipeiguangshejiyehuigaibian。suoyisuiranyouzhuanyezuofanguangbei、透鏡設計和生產的廠家,但是他們提供的產品隻是以某一種LED光源為設計依據,當然也隻能是適合於某一種LED光源。而且現在LED光源的種類在迅速地增加,在LED更新換代的同時也必然要求反光杯、透鏡做更新換代。所以,二次配光設計必須由隧道燈廠家自己完成。但是,目前能夠獨立地開展配光設計的廠家還不是很多。
配光麵型的選擇
一般較常用的麵型有:球麵、橢球麵、雙曲麵、拋物麵、自由曲麵,其中以自由曲麵應用最廣泛、適用範圍最廣。另外在配光中也有使用平麵的,不過平麵通常隻起過渡性作用———擴展光源,而不能起到真正的配光作用。例如,國內某LED隧道燈的配光就是選擇平麵作為配光麵型,所以最終的配光分布其實就是LED的配光分布,在這款LED隧道燈中並不存在嚴格意義上的二次配光。
照明效果的預判
為了對燈具在隧道照明中的照明效果和安裝方式有一個預判,通常我們有必要根據施工現場的基本參數、燈具的光電測試數據(例如,IES格式的文件)先在專用照明軟件中做模擬分析,評估燈具照明效果、確定安裝的最佳參數。
如果說模擬分析的結果不理想,那麼就有必要修改配光設計、或者調整燈具功率。目前香港真明麗已經具備了完成從配光設計、光學級模具製作、光電測試分析到工程效果設計與分析全過程的能力。
電氣部分
功率因數
在節能與環保的要求下,世界各地正在公布電源工作效率的新標準。例如,專門針對功率因數校正(PFC)或降低諧波電流的強製標準要求IEC1000-3-2的出現。
目前功率因數校正主要有兩大類:有源功率因數校正、無源功率因數校正。
有源功率因數校正精度高,性能穩定,PFC值最高可以做到0.99;無源功率因數校正電路簡單、成本低。但是無源PFC缺點也很明顯:由於很多燈具都有尺寸限製,所以巨大的電感限製了實用性;為了能在全球通用,需要一個線路電壓範圍開關。增加該開關會增加因操作失誤帶來的風險;未穩壓的電壓軌提高了PFC段後直流-直流轉換器的成本,並降低效率。隧道照明一般都需要大量的燈具,電力消耗巨大。所以,必須考慮功率因數校正。
諧波
諧波作為一種幹擾量,使電網受到“汙染”。我國已於1993年頒布了限製電力係統諧波的國家標準《電能質量:公用電網諧波》,規(gui)定(ding)了(le)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)諧(xie)波(bo)電(dian)壓(ya)限(xian)值(zhi)和(he)用(yong)戶(hu)向(xiang)公(gong)用(yong)電(dian)網(wang)注(zhu)入(ru)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)的(de)允(yun)許(xu)值(zhi)。諧(xie)波(bo)增(zeng)加(jia)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)的(de)熱(re)損(sun)耗(hao),幹(gan)擾(rao)其(qi)功(gong)能(neng)甚(shen)至(zhi)引(yin)發(fa)故(gu)障(zhang),而(er)且(qie)諧(xie)波(bo)可(ke)對(dui)信(xin)息(xi)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)頻(pin)率(lv)藕(ou)合(he)幹(gan)擾(rao)。正(zheng)因(yin)為(wei)諧(xie)波(bo)的(de)危(wei)害(hai)性(xing),在(zai)隧(sui)道(dao)照(zhao)明(ming)中(zhong)同(tong)樣(yang)要(yao)考(kao)慮(lv)對(dui)諧(xie)波(bo)的(de)抑(yi)製(zhi)。
但是,目前國內LED隧道燈市場上對功率因數、諧波等電氣參數的控製還存在良莠不齊的問題。
電磁幹擾&電磁兼容
一個好的電子產品,既要保證能在其它設備的電磁幹擾下還能正常工作、又要保證在工作時不對其它設備產生電磁幹擾———這也就是我們通常要求的電磁兼容。電磁兼容的設計水平對產品的質量和技術性能指標起到非常關鍵的作用。
電磁幹擾一般分為兩類:傳導幹擾和輻射幹擾。傳導幹擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。輻射幹擾是指幹擾源通過空間把其信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。
目前國內LED隧道燈在電磁幹擾、電磁兼容設計這一塊還沒有完全成熟,並且不同廠家產品性能參差不齊。
控製係統
在隧道照明中通常要求基於洞外亮度、洞內交通量和行車速度等因素對燈具亮度和洞內亮度進行無級調控。所以,LED隧道照明燈具的驅動電源應可以接受調光控製信號,並能夠調整輸出電流以調整LED光通量。另外,由於隧道照明中燈具使用數量巨大。所以,必須建立燈具的故障檢測機製。
散熱
LED是個光電器件,以目前處於世界前沿的香港真明麗NP7F12TW-C1Z1係列大功率LED來說,其工作過程中也隻有小部分的電能轉換成光能,其餘大部分的電能轉換成熱能,使LED的溫度升高。另一方麵,LED的流明輸出隨著LED結溫的升高而降低,而LED壽命隨著結溫升高而縮短。所以,LED的散熱處理得好不好將直接關係到隧道燈具的使用效果和壽命。
目前大功率LED的散熱主要有幾種形式:自然散熱、加jia裝zhuang風feng扇shan強qiang製zhi散san熱re及ji熱re管guan技ji術shu。自zi然ran散san熱re利li用yong自zi然ran對dui流liu和he熱re輻fu射she,加jia裝zhuang風feng扇shan強qiang製zhi散san熱re主zhu要yao利li用yong強qiang製zhi對dui流liu實shi現xian散san熱re,熱re管guan散san熱re當dang然ran主zhu要yao利li用yong熱re管guan作zuo為wei散san熱re器qi件jian。自zi然ran散san熱re散san熱re成cheng本ben最zui低di,結jie構gou可ke靠kao、易於做防水,但是對燈體本身的結構設計要求高;加裝風扇強製散熱散熱快,但是成本高、噪音高、難做防水、壽命短;熱管散熱無運動部件,係統穩定,但是成本高,也不美觀。
所以幾種散熱方式應優先選擇自然散熱方式,在自然散熱難以解決問題的時候我們才會考慮其它的散熱途徑。以香港真明麗75隧道燈為例,這款隧道燈就是采用自然散熱的方式。
結束語
目前的LED隧道燈在工程實際中的技術要求,主要是參照以高壓鈉燈為光源的隧道燈具相關規範,還暫時沒有建立以LED為光源的隧道燈具相關規範。隨著大功率LED技術的成熟,包括LED隧道照明在內的各類LED燈具的相關規範需盡快編寫。
當前國內的LED隧道燈具的研製已經取得了長足的進步,但是仍然沒有完全成熟。在配光設計、電磁幹擾&電磁兼容、燈具效率等方麵還有改進的空間。需要廣大研發人員的不懈努力。
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