科技小論文：地鐵LED照明系統設計及節能分析
經數十年技術改良，LED有著諸多特點:首先其發光效率高，同等照明效果下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，一般熒光燈管的二分之一。下面是小編收集整理的科技小論文：地鐵LED照明系統設計及節能分析，希望對您有所幫助！
[摘要]隨著當前科技的不斷髮展，照明系統中LED節能燈逐漸代替了普通用的白熾燈，LED等在我們生活中有著廣泛的應用，地鐵照明系統中也採用了LED燈進行照明，本文就地鐵LED照明系統設計及節能技術進行分析。
[關鍵詞]地鐵；LED；照明系統；設計；節能分析
一、前言
在地鐵照明系統中目前普遍使用的是LED照明，在LED系統設計的過程中要考慮節能設計，減少能源的浪費。根據地鐵使用的條件選擇合適的照明裝置。
二、LED介紹
發光二極體LED(lighte呱t噸diode)是一種能夠將電能轉化為光能的固態的半導體器件,具有體積小、耗電量低、使用壽命長、亮度高、熱量低、環保、耐用等優良的特點。第一枚LED於20世紀60年代初期誕生於美國,顏色為紅色。隨著半導體材料、工藝、製造、封裝等一系列技術的發展,作為第四代光源的LED已從光色、功率及亮度方面有了開創性的進展,目前LED己有紅、橙、黃、綠、藍、紫、白等各種光色,型別不僅有高亮度、低功率、中功率的,還再向高功率型轉變。單個LED晶片功率也越來越豐富,從0.03W至IW都漸漸俱全。相較其他照明方式,發光效率提高了很多,白熾燈、滷鎢燈可見光效率為12一24耐W,熒光燈可見光效率為30一701而W,鈉燈可見光效率為90一1401耐W,至2012為止,LEn的發光效率從0.llln/w已發展到208lm/w。
三、LED節能燈具的主要分類
目前，供人們生產、生活所使用的燈具種類很多，一般可以分為稀土三基色緊湊型、熒光節能型以及日光型等。其中稀土三基色緊湊型熒光節能型是我們日常生活中，室內使用的主要燈具。三基色熒光節能燈按照燈管的外形進行分類，一般使用英文表示為H、2H形、U、2U、3U形、2D形、O形、T形和螺旋形等。燈具的設計成不同的形狀，主要是為了滿足不同的裝配。而其中技術最先進最環保的要數LED型節能燈，LED節能燈具發光的角度大，多用於室內。從功率角度出發，LED節能燈具可以分為：大功率和小功率兩種型別，大功率主要是指單顆光源功耗1W及其以上，現有的大功率LED節能燈具的常用型號有1W、3W、5W。與之相對應的小功率是指單科光源功率在1W以下，電流量也較小，只有幾十毫安。小功率的LED節能燈在很早的時候開始使用，但是質量和壽命無法保證。而大功率的LED節能等是最近三年才逐年使用的，比小功率LED燈具，壽命長、效率高。
四、LED燈設計
大功率LED照明燈具成像光學在成像光學設計中，光學系統是作為主要的成像工具，主要通過幾何光線的概念來研究光線傳播的規律，對於光線傳播中能量的傳遞產生的變化缺乏相應的研究，然而非成像光學則與成像光學是不同的，其從物理學的角度認為，光線在傳播的過程之中攜帶著相應的輻射能，那麼光線傳播的方向也就是所對應的輻射能的傳播方向。因此，當從研究能量變化的角度出發，光學系統本身也是傳遞對應的輻射能量的介質，光線的傳播過程本身也就是是對應的能量的傳輸過程，非成像光學理論主要從這種能量傳播的規律的角度對整個光學系統進行研究。非成像光學理論應用的主要目的是研究整個照明系統，但是這個照明系統本身是對光線傳播過程中的光能的傳遞起到一種控制作用，而不是類似於成像光學理論中起到成像的作用，但是成像問題並不能被排除在非成像設計之外，非成像光學理論是主要是為了解決兩大類問題而產生的，一類是如何使所傳遞的能量最大化，另一類是如何在目標平面上得到符合照明要求的照度分佈，此兩個問題在通用照明領域通常被稱作集光和照明。聚光器通常可以分為兩類，一類稱為三維聚光器，另一類是二維聚光器，二維聚光器又可稱為線性聚光器，線性聚光器的匯聚比通常用橫斷面上的輸入與輸出尺寸的比值表示。對於二維聚光器和三維聚光器(具有軸對稱特性)來說，可以求得c的最大值，假設輸入和輸出媒介都有相同的.折射率，當圓形光源在無窮遠處以iθ的發散角發射光線。當透過光學系統的時候，匯聚比的最大值maxC達到21/siniθ，當出射光的角度和出射面匯聚成像二次配光。光學擴充套件量具有一定的物理意義：光學擴充套件量可以用來評價光學元件對於整個光學系統的能量利用率的影響，也可以用來描述光束本身的特性，對於具體的光學元件而言，光學擴充套件量則代表了光學元件對於光束的收束能力，利用光學擴充套件量的概念，
五、LED燈特點
經數十年技術改良，LED有著諸多特點:首先其發光效率高，同等照明效果下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，一般熒光燈管的二分之一。一個LED燈在理想情況下可以使用50年，而且沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，非正常報廢率很小。在LED的壽命期內，LED一般都能穩定地工作，維護工作量較小，有較好的電氣安全效能。LED具備瞬時啟動、無頻閃、光色純、無重影的特點，在使用時不會對人眼產生傷害，而且LED顯色效能良好，耐震、耐衝擊性能都超過了目前所有其它型別的電光源產品。此外，LED產品燈體內不含汞等對人體有害物質及各類有害惰性氣體如納、鹵族元素等，使用時不會有碳排放、光源沒有紫外線輻射，是真正意義上的綠色環保產品。未來應用於軌道交通照明的LED照明產品形式將多種多樣。王鋼認為，目前車廂內照明以日光燈管為主，今後可能會使用一些LED室內照明產品替代，車廂外用燈可能會出現LED筒燈等形式。LED在地鐵照明氛圍營造方面會發揮很大作用，新產品會出現，但總體會與LED的模組化、個性化等大方向一致。“應用於軌道交通的LED燈具，特別是車廂內照明燈具將向一體化整合光源模組方向發展，這種一體化整合光源模組是多晶片整合光源與具有擴散、配光功能的光學薄膜一體化封裝的光源形態，用這種光源順次排列，形成無縫連線的條狀光源，可從封裝層面解決光源亮度均勻性問題。”
六、LED節能燈元器件的選擇
1、LED節能燈一般選用高亮度白光二極體，電壓保持在3.0-3.6之間。圖1以40顆LED節能燈為了，每盞燈的電壓數為3V，總電壓數為120V。
2、R1為電源進線中的一個300Ω/2W-5W的串聯電阻，可以有效減少電路短路故障，避免故障擴大化，還可以便於測量電壓計算電路消耗功率。
3、C1為整個LED燈運作帶去電容降壓，利用電容在交流訊號的一定頻率下產生的容抗來限制LED等的最大工作電流，如在50Hz的工頻下，11uF電容產生的容抗大約為3180Ω，當220V的電壓在電容器兩端進行流通，其最大電流可產生至70mA，儘管有電流透過，但在電容器上不會進行消耗，電容達到理想度，其流動電流為虛部電流，所做功則為無功功率。
4、R3為限流電阻，一般在5K左右，防止電路電壓和溫度升高，限制LED電流。C2為濾波電容，能夠對從C1透過的充電電流產生緩衝作用，減少電流對LED電路的損耗，要採用耐壓250V以上的電容。C2是濾波電容，開燈的瞬間因為C1的存在會有一個很大的充電電流，該電流將會對LED產生損傷,有了C2的介入，開燈的充電電流完全被C2吸收起到了開燈防衝擊保護，濾波電容要用耐壓250v以上。
七、LED照明技術在地鐵照明系統應用的優勢
1、壽命長
常用的鹵素燈、HID燈使用壽命在2000小時或3000小時左右，但是LED的使用壽命則可以達到100000小時以上，並且採用LED光源的燈具的使用壽命可達20000小時以上，減少了地鐵更換燈具的次數，提高效率。在地鐵長期使用中，在環境惡劣的情況下，照樣可以正常工作，不易損壞，因此LED使用壽命較長。
2、安全、可靠性
鹵素燈裡面含有燈絲，在高強度震動的情況下特別容易發生損壞，而LED燈內沒有易損、易爆的部件，因此LED燈的抗震強度效能很好，比較有安全、可靠性。
3、高效、節能環保
航行燈常用的鹵素燈發光的效率是20~33lm/w，滑行燈、著陸燈譜表採用的HID燈發光的效率是80~100lm/w.而白光的LED燈發光效率則已經達到了120lm/w以上，節省了20%的電能。
4、光學設計的先進性
地鐵照明系統對光的分佈要求非常高，大面積的光源，光的利用率就很低。而LED採用了先進的光學設計，發光面積很小，是一種高效能的照明燈具。
5、可調顏色，顯色性極好
熒光粉可以改變發光光譜，透過調整熒光粉的成分，因此白色的LED顯色性很好，並且還可以調換不同色度的LED來適應各種場合的不同需求。
6、響應速度快
LED光源的燈具響應速度非常快，響應時間可以在納秒量級，還可以對亮度進行方便控制，在地鐵的照明系統中，比如頻閃燈、防撞燈這些都需要閃光的頻率一定要快。
八、結束語
由於LED燈具有長壽命、高效、節能等特點在地鐵照明系統中被廣泛的採用，但是，在設計安裝的過程中要綜合考慮地鐵的執行情況，保證地鐵執行的安全。
參考文獻
[1]王希娟.LED照明智慧控制系統設計[J].製造業自動化,2010
[2]謝豔生.基於TCP/IP&DMX512協議的LED裝飾照明系統[J].照明工程學報,2012
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