Светодиодный фонарь, эксплуатирующийся разных температурных режимах

Основные преимущества светодиодных светильников

1. При оптимальной схемотехнике источников питания и применении качественных компонентов, средний срок службы светодиодных систем освещения может быть доведен до 100 тысяч часов - 25 лет эксплуатации при 10 часовой работе в день (в настоящее время производители заявляют срок службы 50 тысяч часов), что в 50-200 раз больше по сравнению с массовыми лампами накаливания и в 6-15 раз больше, чем у большинства обычных ламп. С течением времени такие его основные характеристики как световой поток и сила света практически не претерпевают изменений. Все элементы светильника долговечны, в отличие от ламп, где применяются нити накала.

2. Экономично используют энергию по сравнению с предшествующими поколениями электрических источников света — дуговых, накальных и газоразрядных. Так, световая отдача светодиодных систем уличного освещения с резонансным источником питания достигает 120 люменов на ватт, что сравнимо с отдачей натриевых газоразрядных ламп — 120-150 люмен на ватт. Люминесцентные лампы имеют световую отдачу 60-100 люмен на ватт, а лампы накаливания — 10-24 люмен на ватт (включая галогенные).

3. Отсутствие ртутных паров (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутью при переработке и при эксплуатации. Светодиодные светильники являются экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации.

4. Высокая надежность, механическая прочность, виброустойчивость светодиодных светильников. Конструкция светильника состоит из корпуса, выполненного из алюминиевого сплава и позволяет добиться степени защиты IP67, а отсутствие нити накаливания дает высокую виброустойчивость. Поликарбонатное стекло выдерживает значительные ударные нагрузки.

5. Отсутствие необходимости замены светодиодов и обслуживания светильников в течение всего срока эксплуатации позволяет значительно экономить на обслуживающих мероприятиях и персонале.

7. В светодиодном освещении КПД использования светового потока на много больше, чем у устарелых вариантов освещения. Другим важным преимуществом использования светодиодной продукции высочайшего качества – это возможность направлять световой поток, за счет специальной оптики.

8. Полное отсутствие вредного эффекта низкочастотных пульсаций в качественных светодиодных светильниках. Это позволяет исключить усталость глаз при работе в таком освещении, что немаловажно для таких сфер как школьное и вузовское обучение, проектная и офисная деятельность.

9. Отсутствует опасность перегрузки городских и муниципальных электросетей в момент включения светодиодных светильников (потребляемый ток равен 0,6-0,9А, в отличии от традиционных светильников с газоразрядной лампой, где потребляемый ток около 2,2А, а пусковой ток 4,5А).

10. Мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и стабильная работоспособность при низкой температуре (в том числе в условиях крайнего Севера). Экономически неэффективные и устарелые, но используемые в настоящее время светильники с лампами ртутными для уличного освещения крайне неудовлетворительно запускаются при низких температурах от – 20°С. В отличие от них, светодиоды прекрасно зажигаются и работают при минусовых температурах до -50°С.

11. На практике зафиксировано значительное снижение светового потока газоразрядных ламп в процессе их эксплуатации. Снижение светового потока ламп дуговой натриевой лампы, ртутной лампы достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 100-200 часов эксплуатации лампы, т.е. в течение первых месяцев работы. Одной из основных причин, влияющих на спад светового потока газоразрядных ламп и уменьшения их срока службы, является момент включения или кратковременного обесточивания, потому, что при подаче напряжения возникает моментальный рост пускового тока, разрушающий элементы конструкции лампы. С каждым включением лампы наблюдается ее ускоренное старение, объясняемое усиленным распылением материала электродов большими пусковыми токами, возникающими при установлении дугового разряда, что связано с переходными процессами, происходящими в горелке лампы. В результате перечисленных факторов электрические параметры лампы выходят за пределы возможностей пускорегулирующей аппаратуры, и лампа перестает работать. Заметьте, что нагрузка на кабели при этом повышается более чем в два раза.

12. При оценке экономии электроэнергии необходимо учитывать потери на проводах линий питания светильников. Потребляемый лампами дуговыми натриевыми и ртутными ток составляет 2.1-2.2А, потребляемый ток светодиодного светильника составляет 0.7-1.1мА в зависимости от режима работы. Таким образом, достигается экономия на техническом обслуживании и при монтаже светодиодных уличных систем, где используется кабель меньшего сечения.

Для охлаждения пластины светодиодов (их самих) используются охладительные отверстия, которые располагаются вокруг каждого светодиода на плате, через них проходит теплоноситель (окружающий воздух) с помощью свободной или вынужденной конвекции и отбирает тепло, тем самым охлаждая светодиоды.

Представим ниже некоторые элементы светодиодного осветительного прибора:

1. Пластина с отверстиями 2 шт.: верхняя и нижняя, Предназначенные для крепления и расположения светодиодов, а так же для отвода теплого воздуха от диодов через отверстия.

2. Сетка диодов, предназначенная для преобразования электрической энергии в энергию светоизлучения.

3. Отражатель, предназначенный для защиты диодов, концентрирования и направления светового потока.

Для модели светодиодного прожектора выбираем  сверхяркие круглые светодиоды с диаметром 5 мм с цветом «холодный белый» 116 штук одинаковые.

После анализа рынка производителей светодиодов, я остановился на американской фирме “CREE”, и именно светодиод  “Cree  5-mm Round LED C543A-WMN” я буду использовать в светодиодном прожекторе.

Приведем основные расчетные значения системы охлаждения фонаря в таблице 1.

Таблица 1- Основные значения системы охлаждения фонаря.

Рассмотрели возможность правильной работы светодиодного фонаря, безе перегорания, перегрева с заявленными характеристиками и схемой охлаждения.

 Разработана методика подсчета количества теплоты, которое можно отвести с помощью свободной конвекцией. Рассмотрели различные погодные условия возможные в городе Казани. Получили что при температурах окружающей среды -20 ͦ с, 0 ͦ с, +20 ͦ с, +40 ͦ с, отвести необходимое количество тепла свободной конвекцией воздухом через охладительные отверстия в пластине не возможно.

Для того, чтобы фонарь работал во всех температурных параметрах окружающей среды, необходимо произвести интенсификацию теплообмена. Выбрали способ вынужденной конвекцией.

При расчетах охлаждения светодиодов, вынужденной конвекцией, получили значения скорости потока воздуха через охлаждающие отверстия, которая обеспечит нормальную работу светодиодному фонарю. То есть, если обеспечить необходимые скорости воздуха в системе охлаждения фонарь будет работать во всех климатических условиях города Казань. Это возможно обеспечить с помощью установки вентилятора в корпус светодиодного фонаря.