¿A qué debes prestar atención al comprar lámparas de bajo consumo?

A qué se debe prestar atención al utilizar fuentes de luz LED para luminarias viales

Yu Anqi

Centro Nacional de Inspección y Supervisión de Calidad de Fuentes de Luz Eléctrica (Shanghai) Centro Nacional de Inspección y Supervisión de la Calidad de la Iluminación (200012)

Resumen: Debido a la influencia del diseño industrial de la economía planificada de mi país, la falta de popularización del conocimiento profesional LED y el conocimiento integral de los aparatos de iluminación entre los profesionales ha resultó en el diseño real

y en las aplicaciones, no existen aplicaciones que exploten las fortalezas y eviten las debilidades de los LED en función de sus características, y han surgido muchos productos de aplicaciones irrazonables y no calificados. Este artículo analiza los problemas actuales en la aplicación de luminarias LED en carreteras

y también proporciona ideas y ejemplos para resolver los problemas como referencia para la industria.

Palabras clave: enfoque en el diseño de iluminación vial con fuente de luz LED

Como fuente de iluminación sólida novedosa, el LED casi no contamina el proceso de producción ni los productos, no teme a las vibraciones y puede logra fácilmente una atenuación continua de 0 ~ 100%, puede funcionar bajo voltaje extra bajo seguro, puede funcionar continuamente en el estado de conmutación y su salida de luz es direccional: muchas ventajas únicas, actualmente es un tema candente en la industria de la iluminación en mi país. e incluso el tema mundial. Gracias a los esfuerzos continuos de los profesionales, la eficiencia actual del sistema de LED de luz blanca para iluminación (incluidos los circuitos de accionamiento) en condiciones de trabajo de iluminación normales ha alcanzado los 40 lm/w. Además, el costo de fabricación de los LED de iluminación se ha reducido significativamente, por lo que la luz blanca. para iluminación LED ya tiene las condiciones comerciales para su aplicación en algunos campos de iluminación.

Sin embargo, debido a la situación causada por la distribución de la estructura industrial durante muchos años desde la era de la economía planificada de mi país, los grupos industriales actuales que fabrican LED de iluminación a menudo carecen de comprensión de los conocimientos y requisitos básicos de la iluminación. electrodomésticos e iluminación tradicional El grupo de producción de iluminación a menudo también carece de una comprensión profunda de las características de los LED para iluminación. No utilizan completamente las características de los LED en el diseño y la aplicación y no utilizan sus fortalezas y evitan sus debilidades. Errores irrazonables al aplicar LED de iluminación a dispositivos de iluminación. Este artículo presenta las siguientes ideas sobre algunos de los principales problemas que se encuentran actualmente en la aplicación de iluminación LED en accesorios de iluminación vial.

1. Ventajas del LED utilizado en luminarias viarias

1. El estado actual y los defectos de los dispositivos de iluminación vial comunes

Las fuentes de luz comúnmente utilizadas en los dispositivos de iluminación vial son lámparas de sodio de alta presión o lámparas de halogenuros metálicos. La característica más importante de estas dos fuentes de luz es el tubo de arco. que emite luz es de tamaño pequeño y consta de un tubo de arco de tamaño pequeño que produce una gran salida de luz y tiene una alta eficiencia lumínica. El primero, incluidos los aparatos eléctricos de apoyo, puede alcanzar los 110 lm/w, y el segundo, incluidos los aparatos eléctricos de apoyo, puede alcanzar los 80 lm. /w. Sin embargo, cuando se utiliza este tipo de fuente de luz en dispositivos de iluminación vial, sólo alrededor del 40% de la luz llega a la superficie de la carretera directamente a través de la cubierta de vidrio, y la otra luz se proyecta fuera del dispositivo a través del reflector del dispositivo actualmente. , el método tradicional de utilizar este tipo de fuente de luz es generalmente Las lámparas tienen básicamente dos deficiencias. Primero, la iluminación en la dirección iluminada directamente por la lámpara es muy alta, que puede alcanzar más de 50 lx en la carretera secundaria. sobreiluminado, y la iluminación en la intersección de las dos lámparas es solo del 40% al 20% de la iluminación debajo de la lámpara. En segundo lugar, la eficiencia del reflector de este tipo de lámpara es generalmente sólo del 50% al 60%, por lo que aproximadamente el 60% de la salida de luz está en la lámpara y se proyecta a la carretera después de una pérdida del 40% al 30%.

La eficiencia global de estas lámparas suele rondar el 70% (sólo las farolas de marcas reconocidas internacionalmente pueden alcanzar una eficiencia del 80%), y la iluminación excesiva en las zonas sobreiluminadas antes mencionadas también se incluye desperdiciar. Un análisis exhaustivo de los accesorios de iluminación vial tradicionales mencionados anteriormente arroja una eficiencia de iluminación efectiva integral (excluyendo la iluminación excesiva) de solo el 50%. Por las razones anteriores, los efectos de iluminación actuales (iluminación de la vía y uniformidad de la iluminación) de las arterias arteriales secundarias de mi país básicamente no cumplen con los requisitos de las normas CJJ45-2006, CIE31 y CIE115.

2. El estado actual de la distribución de la luz de las luminarias viales que utilizan fuentes de luz LED

En la actualidad, existen dos tipos principales de las formas más comunes de LED utilizadas en las luminarias viales. Una es el uso de luminarias viales tradicionales. carcasa, que sólo se utiliza en la lámpara. En el interior, se instala una matriz LED sobre una superficie de montaje casi plana (también es una superficie reflectante. Es imposible obtener una buena distribución de la luz de la lámpara con este método de diseño).

El otro tipo consiste en integrar varios LED en un área circular (el diámetro del área es de aproximadamente 30 mm ~ 40 mm), de modo que la densidad de salida de luz de esta pequeña área sea cercana a la de una lámpara de descarga de gas de alta intensidad, y luego usar el lámpara para reflejarla para la distribución de la luz, pero la distribución de la luminosidad de las lámparas con este método de diseño no será mejor que la de las lámparas de alumbrado público tradicionales, y debido a la integración de LED de alta densidad en un área pequeña, la disipación de calor de Los LED son obviamente deficientes, lo que no solo afecta la eficiencia luminosa, también afecta a menudo la vida útil de los LED.

3． Características y aplicaciones de los LED de iluminación

La característica más importante de los LED de iluminación actuales es su capacidad de emitir luz direccionalmente, porque la mayoría de los LED de potencia actuales están equipados con reflectores, y la eficiencia de dichos reflectores es obviamente mayor que la del reflector. Eficiencia de la luminaria. Además, en la detección de la eficiencia lumínica del LED se ha incluido la eficiencia del propio reflector del LED. Los dispositivos de iluminación vial que utilizan LED deben aprovechar al máximo las características de emisión de luz direccional de los LED, de modo que cada LED en los dispositivos de iluminación vial emita luz directamente a cada área de la superficie de la carretera iluminada y luego utilice la distribución de luz auxiliar del reflector. de la lámpara para lograr una distribución de luz integral muy razonable de los dispositivos de iluminación de carreteras. Cabe decir que las luminarias viales deben cumplir verdaderamente con los requisitos de iluminación y uniformidad de iluminación de los estándares CJJ45-2006, CIE31 y CIE115. Se debe incluir la función de tres distribuciones de luz en las luminarias para lograr una mejor implementación. Los LED con reflectores y ángulos de salida de haz razonables tienen buenas funciones de distribución de luz primaria. En las lámparas, se puede lograr una buena función de distribución de luz secundaria diseñando la posición de instalación y la dirección de la luz emitida de cada LED de acuerdo con la altura de la farola y el ancho de la superficie de la carretera. El reflector de este tipo de lámpara sólo se utiliza como método auxiliar de distribución de luz tridimensional para garantizar una mejor uniformidad de la iluminación de la carretera.

A finales de septiembre de 2006, el autor participó en la inspección de aceptación de la carretera de prueba utilizando lámparas con fuente de luz LED en las carreteras secundarias de la ciudad de Weihai organizada por la Sociedad de Iluminación de Shanghai. Las lámparas y el diseño de la carretera de prueba. fueron diseñados utilizando los principios anteriores de. A juzgar por los resultados de las mediciones in situ, esta sección de la carretera de prueba aprovechó al máximo la función de iluminación direccional adecuada del LED y adoptó un método de distribución de luz tridimensional. La dirección de iluminación principal evita la sobreiluminación local. Debido al pleno uso de las características del LED y al método razonable de distribución de la luz, la salida de luz del LED se utiliza por completo, compensando así las deficiencias del propio LED de que la eficiencia de la luz no es tan buena como la de la fuente de luz HID, por lo que toda el área de la unidad de carretera puede cumplir con los requisitos estándar. El consumo de energía es solo aproximadamente el 70% del consumo de energía del diseño de iluminación original que utiliza lámparas de sodio de alta presión, logrando efectos obvios de ahorro de energía.

Actualmente, los gobiernos de todos los niveles están promoviendo vigorosamente la conservación de energía y la reducción de emisiones en la iluminación interior, y se han aplicado límites a la densidad de potencia de iluminación (LPD). La norma técnica de mi país para la certificación de ahorro de energía de iluminación vial "Requisitos técnicos para la certificación de ahorro de energía de lámparas de iluminación vial" se completará a principios del próximo año. Los requisitos técnicos proponen requisitos de evaluación para la densidad de potencia de iluminación vial (LPD). para cumplir con las condiciones de iluminación y de iluminación de la superficie de la carretera. Bajo la premisa de uniformidad de iluminación, la densidad de potencia de iluminación (unidad: W/m2) se puede reducir tanto como sea posible para lograr el propósito de ahorrar energía.

Las ideas de diseño mencionadas anteriormente de luminarias LED para iluminación vial satisfacen los requisitos de evaluación de los "Requisitos técnicos para la certificación de ahorro de energía de luminarias viales". En la actualidad, el gobierno canadiense ha implementado sus trabajos de ahorro de energía en iluminación vial de acuerdo con los requisitos de densidad de potencia de iluminación vial (LPD). Se estima que en un futuro cercano, más países implementarán sus trabajos de ahorro de energía en iluminación vial. de acuerdo con los requisitos de LPD.

En el diseño real de luminarias viales, cada LED se puede fijar en la luminaria con una junta universal esférica con la premisa de establecer básicamente la dirección de proyección de cada LED cuando la luminaria se usa en diferentes momentos. Al ajustar la altura y el ancho de la iluminación, el cardán esférico se puede ajustar para lograr resultados satisfactorios en la dirección de iluminación de cada LED. Al determinar la potencia y el ángulo de salida del haz de cada LED, los parámetros de selección básicos de cada LED se pueden calcular en función de E(lx)=I(cd)/D(m)2 (la ley del cuadrado inverso de la intensidad de la luz y la distancia de iluminación). ). La potencia que debe tener el ángulo de salida del haz y la salida de luz de cada LED pueden alcanzar el valor esperado ajustando la potencia de cada LED y la salida del circuito controlador de LED a cada LED con diferente potencia.

Estos métodos de ajuste son exclusivos de las luminarias viales que utilizan fuentes de luz LED. Aprovechar al máximo estas características puede reducir la densidad de potencia de iluminación y lograr ahorro de energía al mismo tiempo que se satisface la iluminación y la uniformidad de la superficie de la carretera.

2. Otros problemas y soluciones en el diseño de lámparas mediante LED

1. Las condiciones de trabajo de disipación de calor y la protección IP de los LED

Las condiciones de trabajo y la disipación de calor de los LED no solo están directamente relacionadas con la eficiencia luminosa de los LED durante el funcionamiento real, sino también con la vida útil de los LED. . Debido a que la iluminación vial utilizada en exteriores debe tener un cierto nivel de IP a prueba de polvo y agua, una buena protección IP a menudo dificulta la disipación de calor de los LED. Resolver estos dos problemas contradictorios pero necesarios es un aspecto importante al que se debe prestar atención al diseñar luminarias viales. En este aspecto, existen los casos más incondicionales e irrazonables en los que se utilizan LED en la iluminación de carreteras en China. Las situaciones actuales no calificadas e irrazonables en el uso doméstico incluyen básicamente:

Se utiliza un radiador para los LED, pero el diseño de los terminales de cableado del LED y el radiador no puede alcanzar IP45 o superior, y no puede cumplir con los requisitos de GB7000. 5/IEC6598-2-3 estándar.

Utilice una carcasa de lámpara normal y utilice un LED rectangular en la superficie de salida de luz de la lámpara. Aunque este diseño puede cumplir la prueba IP, debido a la falta de ventilación en la lámpara, provocará temperatura. La temperatura de la cavidad interna de la lámpara aumenta durante el funcionamiento hasta 50 ℃ -80 ℃, a una temperatura tan alta, la eficiencia luminosa del LED no puede ser alta y la vida útil del LED también se reducirá considerablemente.

Se utiliza un ventilador de instrumento en la lámpara para disipar el calor del LED y el radiador. La entrada de aire está diseñada debajo de la lámpara para evitar la entrada de agua de lluvia, y la salida de aire está diseñada alrededor del emisor. Fuente de luz LED. Esto también puede evitar eficazmente la entrada de agua de lluvia. Además, el radiador y el LED (cavidad de la fuente de luz) no están en la misma cavidad. Si este diseño se realiza bien, puede pasar los requisitos de prueba IP de la lámpara sin problemas. (Una empresa adoptó las ideas de diseño anteriores y sus productos también pasaron la prueba IP65 de VDE). Esta solución no solo resuelve el problema de disipación de calor de los LED, sino que también cumple con los requisitos del nivel IP. Sin embargo, este diseño aparentemente bueno en realidad tiene una irracionalidad obvia.

Debido a que en la mayoría de las ocasiones de uso de luminarias viales en nuestro país, la cantidad de polvo que vuela en el aire es relativamente grande, llegando en ocasiones a una gran cantidad (como en las tormentas de arena que pueden ocurrir con este tipo de lámparas). se utilizará durante un período de tiempo en condiciones normales. Después de un período de tiempo (entre tres meses y medio año), los espacios en el radiador interno se llenarán de polvo, lo que reducirá en gran medida la eficacia del radiador. la vida útil del LED se reducirá significativamente debido a una temperatura de funcionamiento excesiva. Las deficiencias de esta solución impiden que la lámpara se utilice bien y durante mucho tiempo.

Para tener en cuenta la disipación de calor y la protección IP de los LED en las farolas de carretera, la cuestión clave de la disipación de calor es un diseño más razonable. Utilice una placa conductora de calor y tubos delgados para que el flujo de refrigerante fluya de manera uniforme. distribuido dentro de la placa de metal. Y el tubo delgado se llena con refrigerante Cuando una cierta parte de la placa de conducción de calor se calienta, el refrigerante en el tubo delgado fluirá rápidamente para conducir el calor rápidamente. La conductividad térmica de una buena placa termoconductora puede alcanzar de 8 a 12 veces la de una placa de cobre del mismo espesor. Aunque el precio es mayor, si se utiliza en piezas clave tendrá un resultado doble con la mitad de esfuerzo en calor. Disipación de LED. El segundo es diseñar la carcasa de la lámpara en forma de radiador. En la actualidad, la mayoría de las carcasas de las farolas están hechas de aluminio. El uso directo del exterior de la carcasa de la lámpara como radiador no solo puede garantizar los requisitos del nivel de protección IP, sino también obtener una gran área de disipación de calor. La carcasa de la lámpara se puede utilizar cuando hay polvo y se puede lavar con el viento y la lluvia naturales, lo que garantiza la eficacia continua del radiador.

2. Eficiencia y características de salida del circuito de control LED

El requisito del LED para el circuito de control es garantizar características de salida de corriente constante porque el área de cambio relativo del voltaje de unión del LED es muy pequeña cuando el LED está encendido. funcionando, la corriente del controlador LED está asegurada. La constancia básicamente garantiza la potencia de salida constante del LED. Debido al voltaje de suministro de energía inestable en mi país, es muy necesario que el circuito de accionamiento de los LED de iluminación vial tenga características de salida de corriente constante, lo que puede garantizar una salida de luz constante y evitar el funcionamiento excesivo de los LED.

Para que el circuito de control LED muestre características de corriente constante, mirando hacia adentro desde el extremo de salida del circuito de control, su impedancia interna de salida debe ser alta.

La corriente de carga también pasa a través de esta impedancia interna de salida durante el funcionamiento. Si el circuito de accionamiento está compuesto por una reducción, rectificación y filtrado de voltaje seguido de un circuito fuente de corriente constante de CC o una fuente de alimentación conmutada general más un circuito de resistencia, también consumirá. mucha potencia activa, por lo que la eficiencia de estos dos tipos de circuitos de accionamiento no puede ser alta bajo la premisa de cumplir básicamente con la salida de corriente constante. La solución de diseño correcta es utilizar circuitos de conmutación electrónicos activos o utilizar corriente de alta frecuencia para controlar los LED. El uso de las dos soluciones anteriores puede hacer que el circuito de activación tenga una alta eficiencia de conversión y al mismo tiempo mantenga buenas características de salida de corriente constante.

3． Inducción de protección contra rayos de circuitos de accionamiento electrónicos en accesorios de iluminación para exteriores

Actualmente, los accesorios de iluminación vial de mi país adoptan básicamente el modo de fuente de luz HID con disparador y balastro inductivo. Aunque este modo tiene baja eficiencia energética y problemas de parpadeo, pero su confiabilidad es muy alta. Cuando se utilizan lámparas LED que utilizan circuitos de accionamiento electrónico en situaciones de iluminación exterior, un aspecto importante que amenaza su confiabilidad es la inducción de rayos.

Lo que controla los rayos es emitir un amplio espectro de ondas de radio, y las líneas aéreas de suministro de energía son buenas antenas receptoras. Las ondas de radio emitidas por el mismo rayo recibido por las dos líneas eléctricas son señales de interferencia en modo *** para el circuito impulsor. Esta interferencia en modo *** puede alcanzar cientos o miles de voltios a tierra y se descompone fácilmente. La capacitancia de conexión a tierra EMC en el circuito de accionamiento o el pequeño espacio eléctrico a tierra (a la carcasa) provocan daños en el circuito de accionamiento.

Además, dado que la línea de alimentación de mi país es una fuente de alimentación trifásica de cuatro hilos con polaridad y la línea neutra conectada a tierra, en el momento en que se detectan ondas de radio de rayos en cada sección de las dos líneas eléctricas aéreas Líneas de suministro, debido a que la impedancia instantánea de las dos líneas de suministro de energía a tierra es diferente, lo que provoca que se genere un voltaje de interferencia de modo diferencial entre las dos líneas de suministro de energía. Este voltaje de interferencia de modo diferencial instantáneo también puede alcanzar cientos de voltios a más. de 3000 voltios, este voltaje a menudo dañará el controlador. La brecha eléctrica entre el diodo rectificador de potencia del circuito y los electrodos de diferentes polaridades en la placa de circuito impreso también dañará el circuito del controlador.

Para resolver este problema, se debe instalar un varistor en el extremo de entrada del circuito controlador de LED y responder rápidamente para garantizar la descarga de la interferencia del modo diferencial.

Dado que la interferencia inducida por los rayos se repite muchas veces, cuando el voltaje de interferencia es alto, la corriente descargada por la conducción instantánea del varistor puede ser muy grande, por lo que el varistor utilizado no solo debe tener una velocidad rápida. También debería tener la capacidad de conducir instantáneamente decenas de amperios sin sufrir daños. Además de usar varistor, el extremo de entrada del circuito de control LED también debe combinarse con protección contra interferencias conductoras (EMI) y diseñarse con una red LC compuesta, de modo que estas redes LC no solo puedan evitar que la EMI interna se filtre a la red eléctrica. , pero también evita que la EMI interna se filtre a la red eléctrica. La señal de interferencia del rayo juega un papel inhibidor importante.

Además, la separación eléctrica entre cada circuito del circuito de control LED y la tierra debe mantenerse en más de 7 mm. El condensador de tierra para protección EMI y la resistencia del aislamiento de tierra del circuito de control deben reforzarse. Requisitos de aislamiento (4V+2750V), de modo que el circuito de accionamiento LED tenga buena resistencia al modo diferencial y a la inducción de rayos en modo máximo.

Conclusión

Como nueva fuente de luz sólida, el LED casi no contamina el proceso de producción ni los productos, no teme a las vibraciones, puede lograr una atenuación continua del 0 al 100 % y se puede utilizar en condiciones de iluminación especiales. Funciona con bajo voltaje, puede funcionar continuamente en estados de conmutación y parpadeo y tiene muchas ventajas únicas, como la luz de salida direccional. En los últimos años, los avances significativos en la eficiencia de la luz y el color de la luz le han permitido ingresar a aplicaciones comerciales. Sin embargo, al diseñar y utilizar LED, se deben comprender completamente las características de los LED y maximizar sus fortalezas y evitar debilidades para lograr lo esperado. resultados de la aplicación.

La aplicación actual de LED en accesorios de iluminación vial debe aprovechar al máximo su función de salida de luz direccional y utilizar el ángulo de salida del haz específico y la salida de intensidad de luz diferente de cada LED, así como el diseño razonable. y dirección de instalación La función de las lámparas es lograr una distribución de luz tridimensional, maximizar el uso de la luz directa y la direccionalidad de los LED para mantener la plena utilización de la luz emitida por los LED, mantener la uniformidad de la iluminación vial y evitar la sobreiluminación de las áreas locales. y compensar la falta de su propia eficiencia luminosa. La eficiencia del sistema se ha mejorado significativamente en la vía arterial secundaria, el consumo de energía de iluminación por unidad de área puede ahorrar aproximadamente un 30% de energía en comparación con las lámparas que usan alta iluminación. lámparas de sodio a presión bajo la premisa de que la iluminación cumple con los requisitos estándar. Sin embargo, todavía existen muchas lagunas en el nivel actual de eficiencia energética y el nivel de intensidad de la luz de salida de los LED cuando se utilizan como iluminación principal en las carreteras principales.

Además, las luminarias viales que utilizan LED como fuente de luz deben diseñarse para garantizar una disipación de calor efectiva, continua y confiable bajo la premisa de cumplir con la protección IP. El circuito de accionamiento LED debe tener una alta eficiencia y una EMI completa. y Propiedades protectoras de EMS. Las luminarias LED para carreteras con estas características no solo tienen buenos indicadores de densidad de potencia de iluminación (LPD), sino que también tienen la ventaja de emitir luz sin parpadeo, lo cual es muy beneficioso para la iluminación de objetos en movimiento.

(Extraído de "China Lighting" 2008.No.7)