Cấu tạo đèn led nhà xưởng

Đèn chiếu sáng công nghiệp thường là hệ thống chiếu sáng lumen cao, hệ số suy hao ánh sáng cố định cao có thể đồng nghĩa với việc lãng phí năng lượng lớn làm mất đi lợi ích hiệu quả năng lượng của đèn LED. Dạng phát xạ định hướng của đèn LED cho phép khai thác hiệu quả cao quang thông phát ra từ nguồn sáng. Tuy nhiên, cường độ định hướng cao của đèn LED làm cho việc kiểm soát độ chói trở nên cần thiết khi nguồn sáng tập trung và sáng trực tiếp trong tầm nhìn.

Ở nhiều nơi làm việc, sự phân bố ánh sáng trên bàn làm việc phải tương đối đồng đều để bóng không che khuất các chi tiết quan trọng. Độ rọi ngang đồng đều có tầm quan trọng thiết yếu trong nội thất công nghiệp, nơi các công việc được bố trí gần nhau. Không được tồn tại sự khác biệt về độ chói quá mức ở các khu vực lân cận vì điều này sẽ đòi hỏi mắt người phải liên tục thích ứng giữa hai mức độ chói đáng kể và dẫn đến mỏi mắt. Hệ thống chiếu sáng đồng bộ cũng làm giảm nhu cầu di dời các bộ đèn khi bố trí lại các vị trí công việc hoặc máy móc sản xuất. Hầu hết các ứng dụng công nghiệp yêu cầu tỷ lệ đồng nhất tối đa / tối thiểu là 3: 1 hoặc nhỏ hơn. Các thiết bị HID có tỷ lệ đồng nhất tối đa / tối thiểu điển hình là 6: 1. Để đáp ứng yêu cầu về tính đồng nhất, mật độ cố định cao là cần thiết.

Trong các cơ sở công nghiệp, không chỉ độ rọi ngang là quan trọng, độ rọi dọc thường xuyên và độ rọi ở các mặt phẳng khác giữa phương ngang và phương thẳng đứng cũng cần thiết như nhau. Công việc thực hiện sâu bên trong các hốc của thiết bị sản xuất thường cần ánh sáng chiếu vào thiết bị. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng đèn điện có phân bố rất rộng. Nhưng nên cẩn thận để đảm bảo không tạo ra ánh sáng chói ở góc cao. Thông thường, một khúc xạ lăng trụ được sử dụng để kiểm soát các hướng mà ánh sáng rời khỏi đèn, do đó che khuất hình ảnh của nguồn sáng trong khi cung cấp độ rọi thẳng đứng. Trong các môi trường không gian hạn chế như nhà kho có giá đỡ, các tuyến đường giao thông hẹp và các kệ cao yêu cầu độ rọi thích hợp trên bề mặt sàn nằm ngang, mà còn chiếu sáng dọc hai bên lối đi có giá đỡ. Khi đó, hiệu suất trắc quang yêu cầu sử dụng quang học chính xác để phân phối ánh sáng dọc theo lối đi trên sàn và chiếu sáng các bề mặt thẳng đứng của giá.

Hiệu suất trắc quang của đèn điện LED hiện đại đạt được thông qua quang học thứ cấp chuyên biệt được kết hợp với các gói LED riêng lẻ hoặc quang học truyền thống như gương phản xạ, khúc xạ, bộ khuếch tán cung cấp điều chỉnh quang học cho cụm đèn LED. Quang học truyền thống cung cấp một cách tiếp cận đơn giản hơn và tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với việc chế tạo quang học đặc biệt cho mỗi đèn LED. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu bộ đèn LED cung cấp ánh sáng chung phân bố rộng. Bộ phản xạ tiếp tục đóng vai trò của chúng trong điều khiển quang học cho đèn điện LED nhưng chúng thường được sử dụng để điều chỉnh công suất ánh sáng từ mô-đun LED có LES nhỏ hoặc hẹp. Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống đèn LED công suất cao đều có bề mặt phát xạ lớn nhằm mục đích phân phối ánh sáng đồng đều trên một khu vực rộng lớn. Một gương phản xạ nằm trên một dãy đèn LED lớn như vậy sẽ chỉ kiểm soát ánh sáng tới trên bề mặt phản xạ. Đối với các cụm đèn LED có bề mặt phát xạ lớn, quang học thứ cấp có thể là một mảng thấu kính hoặc một lưới các gương phản xạ nhỏ điều chỉnh quang thông từ các gói LED riêng lẻ. Việc thiết kế quang học riêng biệt cho mọi đèn LED cho phép khai thác ánh sáng hiệu quả hơn và kiểm soát chùm tia chính xác cao hơn so với khả năng có thể có với một phần tử điều khiển quang học duy nhất.

Mảng thấu kính là một hệ thống thấu kính đúc phun một mảnh bao gồm một số thấu kính đơn hoặc thấu kính ghép. Thấu kính ghép là thấu kính phản xạ toàn phần bên trong (TIR). Thấu kính TIR là sự kết hợp của thấu kính khúc xạ và thấu kính phản xạ có trục chung. Mảng thấu kính có thể được làm bằng acrylic (PMMA) hoặc polycarbonate (PC). Tuy nhiên, từ góc độ độ tin cậy, thấu kính nhựa có thể không phải là lựa chọn tốt cho một số ứng dụng công nghiệp. Trong các hệ thống đèn LED công suất cao, nhiệt Stokes tạo ra trong quá trình chuyển đổi bước sóng xuống có thể khiến nhiệt độ phosphor tăng từ 30 ° C đến 50 ° C so với nhiệt độ điểm giao nhau. Điều này tạo ra ứng suất nhiệt rất cao đối với các thấu kính nhựa nằm khít trên các đèn LED. Quá trình đổi màu và lão hóa nhanh có thể xảy ra ở nhiệt độ cao. Trong môi trường hoạt động với nhiệt độ xung quanh cao, các thấu kính nhựa dễ bị suy giảm nhiệt hơn. Hơn nữa, quang học nhựa thu hút bụi và sự mất giá trị bụi bẩn trở thành một vấn đề. Phản xạ nhôm và thấu kính thủy tinh đáng tin cậy hơn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Trình điều khiển đèn LED

Trình điều khiển đèn LED là phần phức tạp nhất của đèn LED. Nó xử lý sự phức tạp của nguồn điện dòng AC đến và cung cấp đầu ra dòng điện không đổi để đèn LED hoạt động tối ưu. Tuy nhiên, việc không ngừng theo đuổi việc giảm chi phí trong ngành công nghiệp chiếu sáng khiến trình điều khiển đèn LED trở thành đối tượng chính cần thỏa hiệp về hiệu suất và độ tin cậy. Do đó, trình điều khiển là điểm hỏng hóc được quan sát thấy nhiều nhất trong hệ thống đèn LED. Trong các ứng dụng công nghiệp, hiệu quả và độ tin cậy là những yếu tố quan trọng nhất phải được đánh giá kỹ lưỡng trong quá trình cân nhắc trước khi mua. Để chiếu sáng cho trần cao, không gian rộng, các thiết bị chiếu sáng công nghiệp thường tiêu thụ một lượng điện năng lớn. Điều này thúc đẩy nhu cầu về trình điều khiển LED với hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.

Trình điều khiển được sử dụng trong đèn điện LED công nghiệp thường được thiết kế như một bộ nguồn chế độ chuyển đổi (SMPS). Một SMPS điều chỉnh đầu ra của nó bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc của công tắc nguồn bão hòa. Công tắc nguồn hoạt động dựa trên các tín hiệu điều khiển được điều chế tần số xung (PFM) và / hoặc điều khiển độ rộng xung (PWM). So với nguồn cấp điện tuyến tính, mạch chuyển mạch có những ưu điểm cơ bản là hiệu suất cao hơn, ứng dụng điện áp đầu vào rộng hơn, chất lượng đầu ra tốt hơn, khả năng làm mờ phạm vi rộng hơn và mượt mà hơn, bảo vệ tốt hơn các thành phần hạ nguồn khỏi áp suất điện quá mức (EOS) và cho phép cách ly điện từ mạch đầu vào. Những ưu điểm này của việc sử dụng các mạch chuyển mạch vượt trội hơn hẳn những nhược điểm của việc phải tính đến việc lọc và sàng lọc nhiễu điện từ (EMI). Hoạt động chuyển mạch tần số cao của mạch SMPS tạo ra bức xạ EMI gây nhiễu tín hiệu vô tuyến cũng như các thiết bị điện tử khác.

Không giống như đèn sợi đốt là một tải điện trở đơn giản, các trình điều khiển SMPS bao gồm các thành phần phản kháng làm cho tải tạo thêm dòng điện phản kháng lệch pha với điện áp đường dây. Sự hiện diện của tải phản kháng làm cho cần phải thực hiện hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) để tối đa hóa công suất thực truyền đến tải và giảm thiểu méo hài. Yêu cầu hệ số công suất tối thiểu (PF) là 0,95 đối với trình điều khiển đèn LED AC-DC có định mức công suất lớn hơn 25W. Trình điều khiển LED AC-DC có thể được chia thành loại một giai đoạn hoặc loại hai giai đoạn. Trình điều khiển LED một giai đoạn kết hợp các chức năng hiệu chỉnh hệ số công suất và bộ chuyển đổi DC-DC (ví dụ: bộ chuyển đổi tăng cường, bộ chuyển đổi buck hoặc bộ chuyển đổi flyback) trong một mạch, trong khi trình điều khiển LED hai giai đoạn có giai đoạn chuyển đổi thứ hai sau PFC hoạt động sân khấu. Thiết kế hai giai đoạn làm tăng số lượng thành phần, tổn hao bên trong và độ phức tạp của mạch nhưng cho phép trình điều khiển cung cấp khả năng miễn nhiễm cao đối với sự tăng điện, độ gợn sóng tối thiểu trong đầu ra và độ mờ toàn dải ở hầu hết mọi dải dòng điện đầu ra. Trình điều khiển một giai đoạn về cơ bản có ít thành phần hơn và chi phí thấp hơn khi so sánh với trình điều khiển hai giai đoạn. Tuy nhiên, các gợn sóng lớn ở hai lần tần số dòng có thể được đưa vào đầu ra do sự triệt tiêu không hoàn toàn của dạng sóng xen kẽ sau khi chỉnh lưu.

Các chỉ số hiệu suất chính của trình điều khiển không chỉ tập trung vào khả năng chuyển đổi hiệu quả nguồn điện đường dây AC thành đầu ra tương thích với các gói đèn LED, mà còn khả năng bảo vệ các thành phần hạ nguồn khỏi sự cố điện áp, chất lượng điện đầu vào kém và các điều kiện hoạt động bất thường. Biến động điện áp và dòng điện trong đường dây điện là tình trạng phổ biến ở các cơ sở công nghiệp nặng. Mặc dù chúng không tạo ra quá độ cao áp khổng lồ, thời gian ngắn đi kèm với sét đánh, nhưng quá độ liên quan đến chuyển mạch (do khởi động động cơ hoặc máy biến áp, hoạt động của cầu chì và bộ ngắt mạch, chuyển mạch nguồn điện, v.v.) có biên độ thấp hơn , nhưng kéo dài hơn và xảy ra thường xuyên hơn. Sử dụng điện bẩn liên tục theo thời gian có thể đẩy nhanh các cơ chế hỏng hóc trong đèn LED cũng như các thành phần hạ nguồn khác. Trong khi việc bảo vệ đèn điện khỏi sự gia tăng điện áp cao là quan trọng, thì khả năng điện áp đầu vào rộng là cần thiết để trình điều khiển có thể thích ứng với thời gian dài hơn, quá độ dao động biên độ thấp hơn. Ngoài khả năng bảo vệ chống đột biến, nhiều phương án bảo vệ cũng được tích hợp trong phần cứng trình điều khiển. Các biện pháp bảo vệ được thực hiện trên bộ nguồn và bộ chuyển đổi DC / DC bao gồm bảo vệ quá áp, quá dòng, ngắn mạch, hở mạch và quá nhiệt.

Thông thường, tụ điện là thành phần đầu tiên của trình điều khiển bị lỗi. Hiệu suất và tuổi thọ của tụ điện bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiệt độ hoạt động của nó vì sử dụng chất điện phân có độ ổn định nhiệt kém. Nhiệt độ hoạt động của tụ điện được xác định bởi hiệu suất của trình điều khiển, nhiệt độ môi trường xung quanh và sự phát nóng bên trong tụ điện do dòng điện gợn chạy qua nó gây ra. Cứ tăng nhiệt độ hoạt động lên 10 ° C thì tuổi thọ của tụ điện bị rút ngắn đi hệ số 2. Sự bay hơi của chất điện phân trong tụ điện gây ra sự gia tăng điện trở nối tiếp tương đương (ESR) và giảm điện dung. Điều này dẫn đến gợn sóng lớn trong đầu ra, tạo ra tiếng ồn, giảm thời gian giữ, và trong một số trường hợp sự cố hoặc điều kiện không khởi động của mạch điều khiển. Trong môi trường công nghiệp có nhiệt độ môi trường cao, hoạt động đáng tin cậy của trình điều khiển LED đòi hỏi trình điều khiển quản lý nhiệt tốt, chuyển đổi năng lượng hiệu quả cao (để ít tản nhiệt hơn) và sử dụng các tụ điện có khả năng điện phân ở nhiệt độ cao.