+7 495 no skype addon926-56-50 (многоканальный)

+7 495 no skype addon797-34-52 (факс)

Корзина
Корзина заказа пуста
Октябрь 2009

Светодиодное освещение

Сейчас существует два основных источника света, использующихся для освещения: лампы накаливания и газоразрядные лампы. И те и другие обладают некоторыми достоинствами и недостатками.

В последнее время у ламп накаливания и люминесцентных ламп появился конкурент – светодиоды. Развитие последних задерживает высокая цена, а также отсутствие рациональных конструкций. Разработав практичные виды светильников, их можно будет использовать прежде всего в промышленном секторе, где эффективность более важный фактор, чем стоимость.

Светодиодные светильники обладают, по сравнению с предшественниками, многими достоинствами: монохромность света, малые размеры, стойкость к механическим повреждениям. Кроме того, светодиоды слабо греются.

То, что светодиоды питаются малыми напряжениями, позволяет свести на нет опасность коротких замыканий, а также избавиться от крупных проводов, которые являются неотъемлемой частью систем освещения газоразрядных ламп.

Светодиодные светильники не только будут более эффективными и экономичными, но и смогут принципиально решать проблемы экологической, пожаро- и взрывобезопасности, то есть светодиоды не требуют громоздких защитных конструкций, как, например, газоразрядные лампы.

В работе проведен анализ рынка освещения, а также определение главных критериев оценки рентабельности освещения различными потребителями. Этот анализ показал, что в сектор промышленного освещения светодиодные световые приборы могут успешно внедряться уже сейчас.

На сегодняшний день светодиоды применяются для узкого спектра работ – рекламное освещение и подсветка.

Это не только ограничивает в действии уже существующие достоинства светодиодов, но и не позволяет им развиваться по многим направлениям.

Идеи по созданию светодиодных светильников не новы, и сегодня существует достаточно много моделей светодиодных световых приборов. Они имеют множество недостатков.

Например, их несовершенная и нерациональная конструкция приводит к тому, что светильники эти дороги, обладают низким КПД, неподходящей для освещения кривой распределения силы света, а также сильнейшим слепящим эффектом. Для промышленного освещения это недопустимо, поэтому вопрос разработки рациональных конструкций светодиодных светильников остается открытым.

Перед нами была поставлена задача по разработке светодиодных светильников для промышленного освещения, в первую очередь для таких областей, как шахтное, аварийное и судовое освещение. Для начала следовало определить основные требования к таким светильникам. Это взрывобезопасность, пожаробезопасность, низкий слепящий эффект, ударостойкость, экономичность, эффективность.

Одним из важных недостатков всех существующих источников света является слепящий эффект, который снижает производительность рабочих. Несмотря на узкий пучок света светодиодов, именно благодаря этому свойству несложно уменьшить слепящий эффект. Направленный слепящий свет можно рассеять с помощью менее сложных оптических систем и с меньшими потерями энергии, чем рассеянный слепящий свет газоразрядных ламп.

Вопрос о материале для корпуса светильника был решен в пользу поликарбоната или оргстекла, потому что эти материалы очень прочны, просты для обработки, сравнительно недороги, имеют различные светопропускные способности. Большинство поликарбонатов при горении не выделяют вредных химических веществ, что немаловажно для шахтного и судового освещения.

В результате исследований был создан первый опытный образец светодиодного светильника. На двух гранях прямоугольного листа поликарбоната толщиной 10 мм расположены две светодиодные линейки. Созданием полукруглых скосов мы добиваемся максимально равномерного рассеяния света с минимумом потерь.

Светодиодные линейки состоят из кластеров, включенных параллельно. Внутри кластера расположены три светодиода, включенных последовательно. Эти параметры были подобраны как наиболее удобные при подключении к блокам питания.

Были определены основные параметры светильника. В первую очередь был определен т. н. КПД светильника, т. е. отношение выходящего светового потока к световому потоку источников света. Он оказался равен 60 %. Реальный КПД может быть меньше на 10‑20 %, т. к. не учтен КПД светодиодов.

Главнейшей характеристикой светильника в светотехнике является кривая распределения силы света – график зависимости силы света от направления в полярных координатах. Была проведена серия экспериментов, позволившая построить кривую распределения силы света, а также освещенности и яркости в зависимости от направления. Сравнение полученной кривой с аналогичными характеристиками у газоразрядных ламп показало, что достигнуто сильное рассеяние света, а визуальная оценка и оценка изменения яркости от направления показали, что слепящий эффект очень мал.

Характерен участок кривой распределения в направлениях больше 90 °С. Сила света в этих направлениях больше нуля и постепенно убывает до нуля в направлении около 110 градусов. Это позволяет избежать резких теней на потолках, благодаря чему глаз не должен адаптироваться при переводе взгляда.

Также был проведен эксперимент по определению зависимости освещенности белого экрана от высоты светильника над ним, а затем построен график. Анализ эксперимента показал, что из‑за большого рассеяния света освещенность быстро убывает, однако при этом светильник не дает светового пятна на поверхностях и равномерно освещает помещение.

Светодиоды питаются постоянным током, что вынуждает к использованию блоков питания. Однако это имеет и свои преимущества. В первую очередь, расположить в комнате или цехе блок питания и тонкие провода гораздо безопаснее, чем проводку под 220 В. 

Следующий образец позволяет нам обойтись без перехода линза – воздух – стекло, что делает выше КПД, а также принципиально позволяет использовать любые светодиоды. Эта конструкция проста в сборке и обладает малой себестоимостью.

Светильник состоит из системы отражателей и корпуса. Корпус представляет собой одну большую и две малые оси, на которые надеты кластеры. Оси крепятся к верхнему отражателю – тонкой пластине поликарбоната, покрытой отражающим слоем, рассеивающей свет и отражающей его в необходимом направлении. Кластеры могут вращаться около оси, а малые оси – еще и вокруг своей оси, что позволяет немного регулировать направление лучей от светильника. Отражатели сделаны таким образом, чтобы отраженный от них свет не попадал на источники. При необходимости можно монтировать нижний отражатель под главной осью, для уменьшения потерь света.

Любой источник света может быть лишь в двух состояниях – включенным или выключенным. При наличии дополнительного солнечного – естественного – освещения на производстве это может приводить либо к нарушениям норм освещения, либо к нерациональному использованию электроэнергии. Поэтому решено создать систему, которая будет регулировать яркость светильника.

Такие технологии далеко не новы, однако в силу простоты работы светодиода в нашем случае будут проще. Фотометр фиксирует освещенность, компьютер сравнивает ее с ГОСТом и, при необходимости, изменяет ток, благодаря чему яркость светильника изменяется на разницу между стандартом и результатом измерений.

Система позволяет в любое время суток и при любой погоде поддерживать одинаковую освещенность в помещении.

Светодиодные светильники принципиально могут обладать свойством конструктора, то есть мы можем создавать так называемые элементарные модули освещения, а затем предоставлять потребителю возможность монтировать свою индивидуальную систему освещения.

Светильник состоит из трубки или пластинки из молочного поликарбоната. Длина корпуса подбирается так, чтобы в середине корпуса свет каждого светодиода рассеялся на вкраплениях практически до нуля. Это позволит создать равнояркость. В процессе дальнейшей работы была разработана табличка для аварийного освещения, которая имеет множество преимуществ в сравнении с ныне существующими, использующими лампы накаливания.

Использование светодиодов позволило в два раза сократить толщину таблички. А также существенно понизить напряжение питания и питаемую мощность, что значительно повышает ее жизнеспособность и надежность при аварийных ситуациях. К тому же она обладает большой ударостойкостью в отличие от табличек с лампами накаливания.

Состоит она из листа поликарбоната, в котором размещаются 6 светодиодов в два кластера. На другой стороне листа напротив светодиодов располагаются линзы, которые рассеивают свет. На некотором расстоянии от линз закрепляется на болтах непосредственно светящаяся часть таблички – лист молочного поликарбоната, на который наклеена полупрозрачная цветная пленка с вырезанными на ней символами. Номинальная мощность таблички – 18 Вт, номинальное напряжение – 12 В.

Расстояние от молочного листа до линз подбиралось из геометрических расчетов, чтобы достигалась максимальная равнояркость листа.

Таким образом, в данной работе не только глубоко рассмотрена современная ситуация на рынке освещения. Были проанализированы потенциал светодиодов, области, в которых они могут применяться сейчас и в будущем.

Также было предложено несколько конструктивных моделей светодиодных светильников, модель светодиодов, а также таблички для аварийного освещения, которые позволяют решить множество существующих проблем в освещении и увеличить степень безопасности систем освещения. Также были предложены системы авторегулировки освещения и питания от солнечных батарей, что позволит в будущем светодиодным светильникам стать гораздо более функционально богатыми, чем другие виды освещения сейчас.

Ярослав Сагань

Комментарии посетителей

Комментариев к этой статье еще нет.

Вы можете первым добавить свой комментарий к этой статье. Форма добавления комментариев находится ниже



Ваше имя:

Заголовок комментария:

Осталось симв.:
Текст:

Введите Цифры с картинки: