автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Многопараметрический метод контроля светодиодных светильников, питаемых от гальванических батарей, для использования в аварийных и полевых условиях

На правах рукописи

АЛХАМСС Ясер С.А.

МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ, ПИТАЕМЫХ ОТ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ, ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АВАРИЙНЫХ И ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность: 05.09.07 - светотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ОКТ 2013

Саранск - 2013

005536594

005536594

Работа выполнена на кафедре «Светотехника и медико-биологическая электроника» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Тукшаитов Рафаил Хасьянович.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Козлов Владимир Константинович кандидат технических наук, доцент Ашрятов Альберт Аббясович

Ведущая организация: ГУП РМ «Научно-исследовательский институт

источников света им.А.Н. Лодыгина» (г. Саранск)

Защита состоится « 20» ноября 2013 г. в 14 :00 часов в аудитории 243 второго корпуса на заседании диссертационного совета Д 212.117.13 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева»

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, Мордовский государственный университет. Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.117.13.

Автореферат разослан « 18» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

С.Д.Шибайкин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последние десятилетия по ряду причин участились техногенные аварии и природные катаклизмы, в результате которых десятки и сотни тысяч людей оказываются в обесточенных жилых домах, на производстве и социальных учреждениях на многие дни и недели. Так, в результате колоссальных затоплений город Крымск и поселок Новая Михайловка в Краснодарской области в июле и августе 2012 года оказались обесточенными; более 50 тысяч человек в Московской области в 2011 году остались без энергоснабжения на две недели. Наводнение, вызванное проливными дождями на Дальний Восток, привело к подъему уровня воды в реке Амур на 6-8 метров (август-сентябрь 2013 г) и обесточиванию тысячи жилых домов и предприятий.

Часто происходящие крупнейшие техногенные аварии требуют длительного аварийного освещения. Так, авария на Чернобыльской АЭС (1984), затем еще 2 аварии в Кемеровской области на шахтах «Ульяновская» (2007) и «Распадная» (2010), привели к гибели несколько сотен человек и заблокированию немало людей в штольнях на многие сутки. В конце марта 2013г. произошёл пожар на Углегорской ТЭС, который грозил длительному обесточиванию всего Донбасса, а также возник оползень в Тибетском автономном районе Китая, в результате которого оказались изолированными в золотодобывающей шахте 119 человек. Длительное изолированное пребывание в завалах в условиях полной темноты оказывает большое негативное воздействие на физическое, психическое состояние людей и сказывается на сроках их выживания.

Для обеспечения выживания людей в экстремальных условиях необходимо иметь аварийные энергоэффективные светильники с временем непрерывной наработки в десятки, а иногда и в сотни часов. Потребность в таких источниках имеется у геологов, шахтеров и специалистов аварийных служб. Перспективным является применение светодиодных светильников, поскольку энергоэффективность светодиодов превосходит энергоэффективность ламп накаливание в 5-10 раз.

В связи с этим, является актуальной проблема разработки энергоэффективных портативных светодиодных светильников (СДС), питаемых от гальванических батарей, с большим сроком непрерывной работы даже при меньшем уровне освещенности..

Следует отметить, что во многих портативных светильниках и фонарях полный разряд гальванических батарей происходит практически всего за несколько первых часов. Это обусловлено тем, что питание их осуществляется напряжением существенно большим номинального значения светодиодов, а это в первые 10-20 минут его работы вызывает значительную силу тока. За счет этого, снижение начального освещения уже в первые сутки происходит почти в 50-100 раз. Большая сила тока в электрической цепи вызывает не только значительное снижение освещенности, ресурса гальванических элементов, но и существенную деградацию светодиодов.

Изыскание способов увеличения светоотдачи светодиодов позволит увеличить энергоэффективность и ресурсосбережение светодиодных портативных источников света, и, соответственно, время их наработки.

Поэтому разработка многопараметрического метода контроля параметров' выпускаемых и более совершенных светодиодных светильников с большим сроком службы является также актуальной задачей.

Объект исследования - маломощные белые светодиоды, светодиодные кластеры и светодиодные светильники.

Предмет исследования - светотехнические и электротехнические характеристики маломощных светодиодов, светодиодных светильников и гальванических элементов.

Цель исследования - разработка многопараметрического метода контроля светодиодных светильников, предназначенных для длительной их эксплуатации в аварийных и полевых условиях. Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо:

— Собрать и апробировать лабораторную измерительную установку для проведения светотехнических измерений в области минимальных, номинальных и запредельных значений силы тока светодиодов и светодиодных светильников.

— Исследовать светотехнические характеристики маломощных светодиодов, светодиодных светильников в широком диапазоне изменения силы тока и определить параметры, пригодные для их многопараметрического контроля.

— Разработать ряд методик определения параметров светодиодов, светодиодных кластеров и светильников и методик выходного и входного многопараметрического их контроля: срока службы, кратности повышения светоотдачи при уменьшении силы тока, времени стабилизации светового потока, времени непрерывный наработки светильников, максимально допустимого значения тока светодиодов и светильников и др.

— Разработать метод многопараметрического контроля качества светодиодных автономных светильников при питании их минимальным, номинальным и запредельным значениями силы тока.

— Разработать методики повышения длительности наработки светильников и оптимального сопряжения их с гальваническими батареями.

Научная новизна:

- Разработан многопараметрический метод контроля светодиодных светильников, питаемых от гальванических батарей, предназначенных для использования в аварийных и полевых условиях.

- Разработан ряд методик определения параметров светодиодов и светодиодных светильников: срока службы, кратности повышения светоотдачи при уменьшении силы тока, времени стабилизации светового потока, времени непрерывной наработки и др.

- Разработана методика повышения светоотдачи светильников, изготовленных на основе маломощных светодиодов, при использовании силы тока значительно меньше номинального и компенсации снижения светового потока.

- Определены пути повышения рабочего тока при проектировании светильников для повышения значения их максимального светового потока. Практическая значимость:

- Разработанный метод позволяет осуществить многопараметрический контроль ряда параметров светодиодных светильников, предназначенных для эксплуатации в аварийных и полевых условиях, и оценить их качество.

- Разработанные методики и представленная измерительная установка позволяют проводить контроль основных параметров светодиодных светильников в условиях малых и средних предприятий, при питании их минимальными, номинальным и запредельными значениями тока.

- На основе полученных результатов можно оперативно совершенствовать ряд технических параметров автономных светодиодных светильников (время непрерывной наработки, срок службы, уровень освещенности и др.).

-Результаты исследований внедрены в учебный процесс КГЭУ и ООО «НИТЕОС» и ООО «Диодные технологии».

Достоверность полученных результатов обеспечена применением современных методов измерения и приборов с погрешностью, удовлетворяющей решению поставленных задач, а также предварительным определением погрешности применяемых методик.

Полученный большой экспериментальный материал обработан с использованием общепринятых методов математической статистики. Научные положения, выносимые на защиту.

Применение многопараметрического метода контроля создает научно-практическую основу для повышения технических параметров автономных светодиодных светильников, предназначенных для работы в аварийных и полевых условиях, на стадии их производства и эксплуатации.

- Использование силы тока значительно меньше номинального повышает в несколько раз светоотдачу (лм/Вт) светодиодных светильников и соответственно, длительность их непрерывной работы от одного комплекта гальванических батарей в аварийных и полевых условиях.

- Использование запредельных значений тока позволяет расширить технические возможности светодиодных светильников, а в отдельных случаях -снизить их стоимость за счет использования меньшего количества светодиодов. Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных научных и научно-технических конференциях:

XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011);

XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2012);

- V, VI Международных молодежных научных конференциях студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2010, 2011, 2013);

- XVI аспирангско-магистерском научном семинаре КГЭУ, посвященном «Дню энергетика» (Казань, КГЭУ, 2012).

- Расширенных заседаниях кафедры «Светотехника» КГЭУ и кафедр «Светотехника» и «Источники света» светотехнического факультета МГУ им. Н.П.Огарева. Публикации.

Основные научные результаты диссертации отражены в 9 опубликованных работах, в том числе в 3 научных журналах, входящих в Перечень ВАК. Личный вклад автора.

Эксперименты, обработка результатов, представленных в диссертации, и их анализ выполнены автором самостоятельно. Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.09.07 - светотехника. Представленные в ней результаты соответствуют:

• п.1. «Разработка научных основ, исследование процессов, происходящих в газоразрядных и нахальных источниках света, с целью оптимизации параметров существующих и создания принципиально новых источников света».

• п.З. «Разработка методов расчета и проектирования светооптических систем световых приборов, обеспечивающих заданные светотехнические и экономические параметры приборов».

• п.6. «Разработка научных подходов и аппаратуры для контроля параметров источников света, световых приборов и осветительных установок».

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объём диссертации -146 страниц, включает 48 рисунков и 16 таблиц. Список литературы охватывает 112 источников, в том числе 17 иностранных.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертации, научная новизна, защищаемые положения, практическая ценность, изложен личный вклад автора, структура диссертации и ее соответствие научной специальности.

В первой главе диссертации приведен анализ публикаций, посвященных снижению квантового выхода с повышением силы тока, применяемым методам контроля и используемым техническим параметрам. Изложен краткий обзор стационарных И портативных светодиодных устройств (светильников, светодиодных устройств), питаемых от гальванических элементов и аккумуляторов, приведены их технические характеристики и недостатки.

Вторая глава диссертации посвящена разработке и усовершенствованию методик определения времени стабилизации, светового потока при разных значениях силы тока, зависимостей освещенности, обеспечиваемой светодиодами разного цвета свечения, светоотдачи, коэффициента вариации силы тока светодиодов при изменении силы тока в диапазоне от 5 мкА до 200

мА, спектральной характеристики при повышении силы тока, время-люксовых и ампер-люксовых характеристик светильников с разным типом гальванических элементов, а также ампер-вольтовых характеристик разного типа источников питания. Представлены методы статистической обработки экспериментального материала.

Для проведения исследований и решения поставленных задач собрана и апробирована лабораторная измерительная установка, схема которой представлена на рис

Рис.1. Структурная схема измерительной установки

В экспериментах использовали маломощные светодиоды белого цвета свечения, однотипные по конструкции (круглые, диаметром 5 мм) разных производителей (Foryard Optoelectronics, Edison, Seoul Semiconductor, Светлана-оптоэлектроника и др.), светодиодные кластеры, а также несколько светильников для изучения их характеристик. Решение одной задачи исследования осуществлено с использованием светодиодов разного цвета свечения (белый, красный, синий, зеленый и оранжевый).

Значение ограничительного резистора Rorv в зависимости от решаемой задачи устанавливали от 5,1 до 15000 Ом. Для предотвращения выхода из строя СД от ошибочных действий экспериментатора предусмотрен ограничительный резистор с сопротивлением, равным 5,1 Ом.

Сила тока в цепи светодиодов в разных серях опытов повышали от 5 мкА до 200 мА, а в светодиодных кластерах светильников - до 300-400 мА. Величина светового потока косвенно оценивалась по значению освещенности рабочей поверхности, обеспечиваемой на разных фиксированных расстояниях. Фотоприемная головка люксметра, светодиод и светодиодный кластер размещались в небольшой темной камере для устранения влияния колебания фоновой засветки. В опытах по изучению времени стабилизации светового потока и величины его спада вначале включался люксметр и определялось требуемое значение силы тока. Затем заново включался источник питания и быстро начинался отсчет показаний люксметра по истечении 5, 10, 15, 30 с и далее - через 1, 2, 4, 6, 8 и 10 минут. Расстояние между светодиодом и фотоприемной головкой составляло 3-4 см. Через 10 минут достигалась полная

стабилизация светового потока даже при максимальной силе тока, равной 100 мА. Величина спада светового потока вычислялась по формуле:

где Е0 и Ею значения освещенности, измеренные сразу после подачи на СД напряжения питания и через 10 минут.

Поскольку при проведении многих исследований, в том числе метрологических, допустимо проведение результатов с погрешностью в 1%, то для ускорения начала проведения последующих исследований, за окончательное время стабилизации света приняли то значение, при котором регистрируется световой поток с завышением на 1%. Для экспресс-анализа измерение коэффициента спада и значение времени стабилизации предложено осуществлять с погрешностью до 5%.

С целью определения характера и механизма зависимости светоотдачи от силы тока 11= { (1) проведено 7 серий экспериментов на отдельных светодиодах, на светодиодных кластерах светильников с 4, 22 и 24 СД и светодиодах мощностью 1 Вт. Минимальное значение силы тока уменьшалось от серии к серии опытов от 20 мА до 5 мкА. В ходе проведения экспериментов определение светоотдачи осуществлялась на основе измерения освещенности Е, силы тока /, напряжения источника питания V, далее вычисляли напряжение питания СД и потребляемую им мощность Р.

Поделив Е на Р, получили относительные значения пропорциональные светоотдаче светодиодов. Далее определялись приведенные относительные значения светоотдачи по формуле:

/Р» п,

где Ео и Р0 - величины освещенности и мощности при максимальном значении светоотдачи.

Для исследования уровня деградации светодиодов в зависимости от силы тока проведены три серии опытов при запредельных значениях силы тока с маломощными светодиодами белого цвета свечения. В первой серии испытан один светодиод в течение 200 часов при силе тока 200 мА и установлено, что срок службы светодиода составил 25 ч. Во второй серии при уменьшении силы тока в 2 раза срок службы составил 1500 ч. В третьей серии с целью повышения производительности труда осуществлялось одновременное питание двух СД с силой тока 100 мА. Эксперимент также продолжался более 1500 ч непрерывной работы. В четвертой серии 3 СД питались тремя значениями тока: 90, 75 и 70 мА. Длительность эксперимента более 8000 ч.

В процессе длительных измерений комнатная температура фиксировалась, что позволило в последующем внести определенные коррективы в результаты

измерений, предварительно установив температурный коэффициент тока, который оказался равным 1,5 %/град.

Проведено изучение спектральной характеристики светодиодов разного цвета свечения при повышении силы тока от 10 до 100-200 мА. Измерение спектральной характеристики осуществлялось с шагом 10 нм, что вполне удовлетворяло задаче исследования. На основе результатов исследований определялось положение максимальной длины волны -^яая при разных значениях тока и степень увеличения полуширины спектральной характеристики СД ДА при повышении силы тока.

В третьей главе представлены следующие этапы исследований:

- определение времени стабилизации светового потока и величины его спада;

- определение зависимости освещенности от силы тока светодиодов разного цвета свечения;

- определение зависимости светоотдачи от силы тока у маломощных светодиодов, светодиодных кластеров и мощных светодиодов;

- разработка методики ускоренного определения срока службы светодиодов на основе запредельных значений тока;

- применение показателя «удельная площадь светодиодного светильника» для характеристики его качества и надежности;

- исследование коэффициента вариации силы тока светодиодов в зависимости от силы тока;

- способы повышения светового потока в светильниках, предназначенных для использования в аварийных условиях.

- изучение зависимости спектральной характеристики от силы тока у светодиодов разного цвета свечения.

Для устранения влияния периода температурной стабилизации светодиодов на результаты исследований, прежде всего, были изучены зависимости времени стабилизации показаний при подаче тока разной силы. Получено, что время полной стабилизации светового потока СД (с погрешностью +1%) увеличивается по мере повышения силы тока и составляет порядка 5 мин при силе тока 100 мА. При этом величина спада светового потока достигает 21 %.

В литературе ресурс СД большое количество авторов принимает равным 50-100 тыс. часов. Однако такой ресурс нередко не реализуется в силу различных конструктивных и тепловых их характеристик.

Ресурс светодиодных светильников (СДС), с точки зрения снижения их стоимости, на данном этапе должен составлять порядка 5 лет при 5 часовой эксплуатации, то есть порядка 10000 часов. Что касается световой рекламы и наружного освещения проекционной и туристической техники, то срок службы светодиодных источников вполне может быть уменьшен до 2000-3000 часов. Все это открывает возможности использования запредельных значений тока, сократив, таким образом, количество СД в светильниках и, соответственно, снизив их цену.

В техническом паспорте маломощных СД в качестве предельно допустимого значения силы тока приводится 30 мА. Вместе с тем следует отметить, что световая реклама и устройства декоративной подсветки морально устаревают значительно раньше (за 1,5-2 года). Поэтому для успешного ведения бизнеса в ряде случаев силу тока можно выбрать значительно выше номинального.

В экспериментах с использованием 7 типов светодиодов разных цветов й производителей показано, что у каждого типа светодиода максимальный световой поток регистрируется при разных значениях силы тока (табл.1).

Таблица 1. Максимально допустимые значения силы тока _для разных типов светодиодов (и = 5)_

Фирма производитель Тип СД Цвет Imax. мА

HONGLITRONIC HL-503U3YC-4B Желтый 75 ±3,0/4,1

HL-508H238WC Белый 90 ±3,5/3,9

HL-508H203BC Синий прозрачный 115 ±3,9/3,4

HL-508H203BD Синий матовый 154 ±6,4/4,5

LIGHTING LED TECHNOLOGY GNL-5033PGC Зеленый 155 ±9,4/6,4

BT-122GIK-31-520GB6 Зеленый 135 ±8,2/6,1

FORYARD FYL- 5484UWC1A Белый 118 ±7,3/7,5

ARL ARL-5613UWC Белый 97±4,8/4,5

Характер изменения зависимости светового потока от силы тока представлен на рис. 2.

Рис.2. Зависимости относительных значений освещенности от силы тока у светодиодов разного цвета свечения

При превышении значения силы тока порядка 100-110 мА у белых СД начинается с высокой скоростью снижение квантового выхода. Поэтому эксплуатация светильников при значениях тока более 100 мА просто нецелесообразно. Данная зависимость может быть аппроксимирована следующей функцией

5П = - 0,0001 I2 + 0,02 1 - 0,003. (3)

В 7 сериях опытов, проведенных на маломощных (0,06 Вт) и средней мощности (1 Вт) СД, а также двух типах кластеров с маломощными светодиодами (22 и 24 СД) изучена зависимость светоотдачи от силы тока по мере уменьшения ее значения относительно номинальных их величин. Впервые получено, что значение тока, при котором проявляется максимум светоотдачи, определяется количеством СД в кластере и их мощностью (рис.3).

и

м

м <м оз

0.0

0Л s,а 1(М> 15,0 ;о,о j „д ад

Рис.3. Зависимость относительного значения светоотдачи от силы тока и количества светодиодов в кластере (24 СД)

При наличии как одного маломощного СД, так и светодиодного кластера максимум светоотдачи tj наблюдается в диапазоне 100-200 мкА. Если при использовании одного светодиода кратность увеличения светоотдачи при 200 мкА составляет порядка 2, то при использовании светодиодного кластера светильника с 24 СД эффективность перехода на малые токи может достигать 6-8. Все это свидетельствует о том, при использовании малых токов ресурс гальванических источников может быть существенно увеличен.

Согласно сведениям зависимость светоотдачи от силы тока, приведенная на рис.3, при наличии одного светодиода в кластере описывается уравнением

5? _ i n I • _ -0,021 5тК1)= 1,01 е

где I- сила рабочего тока, мА, п- число светодиодов в кластере.

При наличии 24 СД в кластере изучаемая зависимость уже описывается другим выражением

5*24)= 0,957 е-0''51 . (5)

На основе выражений (4) и (5) может быть предложена эмпирическая формула, описывающая зависимость ij = Щ) при любом количестве СД в кластере

8t,= 0,98e(M"4(,+<Wn,\ (6)

где п - количество СД в кластере.

Определив значения 5П при рабочей силе тока 1( и при уменьшенном значении тока 12 , можно вычислить значение коэффициента кратности повышения светоотдачи Кп по формуле:

К = = e-0,0I4(l+O,4 n) (h- It) ^

где 5П| и 5п2 - относительные значения светоотдачи светильника при силе тока I, и 12.

Поскольку световой поток пропорционален силе тока, то при уменьшении силы тока уменьшается и световой поток. Для его компенсации следует увеличить количество светодиодов в кластере светильника в Kj / Кп раз. Это аналитически можно записать в виде:

Мсд-и'сд-а, (8)

где N'c - первоначальное количество СД в кластере. При этом в силу увеличения количества светодиодов сила рабочего тока 12 снизится в Кп раз относительного начального значения.

Поскольку максимум светоотдачи нередко имеет определенную пологость, то целесообразно в качестве минимаксного значения тока выбрать силу тока, порядка 500 мкА, при котором снижение светоотдачи еще не будет превышать 5 %.

Для выяснения характера деградации СД при длительной подаче определенных значений тока проведены измерения уровня снижения светового потока СД во времени при приложении значений тока, равных 200, 100, 90, 75 и 70 мА (рис.4).

При подаче тока в 200 мА срок службы светодиодов составил всего 25 ч. Под сроком службы источника света в светотехнике принято понимать время, по истечение которого световой поток уменьшается на 30%. Уменьшение силы тока в 2 раза, с 200 до 100 мА, позволяет увеличить срок службы светодиода в 64 раза или 26 степени.

Поскольку при дальнейшем двукратном уменьшении силы тока требуется очень большое время наблюдения, то решили ее значение в следующем эксперименте уменьшить лишь до 70, 75 и 90 мА, то есть всего на 15-25 %. Спад светового потока СД при силе тока 70, 75 и 90 мА через 8000 ч составил, соответственно, 2,7 и 15%.

Расчеты показывают, что при силе тока 70 мА срок службы достигает порядка 15000 ч, то есть также возрастает в (1тах/1раб)6 раза, что при 5 ч эксплуатации СД в сутки эквивалентно 10 - летней его эксплуатации.

Рис.4. Характер спада светового потока светодиодов во времени при разной силе тока

Данные эксперименты позволяют срок службы разных типов светодиодов, а, соответственно, и светильников определять по формуле:

*пих ( ¡рц| ) »

где /тах - срок службы светодиода при максимальном значении силы тока (1щал). 1раб - значение рабочей силы тока, п- степенной показатель характерный для каждого светодиода и светодиодного светильника, и определяемый экспериментом.

Таким образом, в результате этих исследований разработан экспресс-метод по определению одного из важных параметров светильников - срока его службы.

При исследовании спектральной характеристики СД сила тока была увеличена до максимально допустимого значения (100 мА), что было обусловлено необходимостью качественного выявления динамики спектральной характеристики. При увеличении силы тока от 10 мА до максимально допустимого значения происходит существенное увеличение полуширины спектральной характеристики синего изучения с 25 до 45 нм, то есть в 1,8 раза.

Отношение максимума излучения на доминантной длине волны и к максимуму синей области уменьшается с 0,50 до 0,20, то есть в 2,5 раза. Такие величины изменения обоих параметров позволяют рекомендовать использовать их для контроля температуры р-п перехода СД.

На рис. 5 представлен характер снижения освещенности в процессе непрерывной эксплуатации разных типов светильников.

Рис. 5. Зависимость относительного значения освещенности от времени в течение 24 часов

Как следует из представленных графиков, световой поток у многих марок светильников уже по истечении 6 часов снижается в 10-20 раз. У светильника JAZZWAY при подключении всех 48 СД световой поток снижается в 10 раз уже через 2 часа после его включения.

Светильник STERN в отличие от рассмотренных типов питается от гальванических батарей R20 с электроемкостью в 2,5 раза большей и содержит в цепи питания ограничительный резистор в 6 Ом. По этим причинам спад светового потока у него по истечении 12 ч составляет лишь 30 %.

Вышеизложенное свидетельствует о целесообразности использования времени непрерывной наработки светильника в качестве одного из информативных показателей, причем отсчет времени наработки целесообразно осуществлять при снижении светового потока в 10 раз, а для экстремальных условий при уменьшении освещенности до 1 лк.

В четвёртой главе изложенные исследования включают следующие этапы:

- определение проблемы оптимального сопряжения модулей светодиодного светильника с источником тока;

- определение энергосберегающего эффекта светодиодных светильников при выборе разных значений рабочего тока;

- разработка входного контроля напряжения и электроемкости гальванических элементов, предназначенных для питания светодиодных светильников;

- разработка электрической схемы сетевого источника тока для питания светодиодных аварийных светильников;

- методики многопараметрического метода контроля светильников, питаемых от гальванических элементов.

Для основных испытаний в качестве модели СДС взяли светодиодный фонарь с семью СД торговой марки ERA, питаемый от трех гальванических

источников типа R03 AAA, а для дополнительных - фонари с И и 21 светодиодом.

В работе проведен ряд серий опытов с обеспечением разных режимов работы СДУ, однако для наглядности представлен лишь восемь основных. В первых четырех сериях опытов определялась зависимость освещенности, обеспечиваемое СДУ, от времени его работы при питании от трех и двух гальванических элементов (ГЭ) типа R03 AAA (мизинчиковые), а также от двух ГЭ типа R6 АА (пальчиковые) и R14. В этих опытах использовались ГЭ в основном DAEWOO и PANASONIC со сроком службы не менее двух лет.

В последующих трех сериях опытов определялся характер снижения освещенности во времени, обеспечиваемый СДС, при допустимом ограничении начального значения силы тока в цепи СД резисторами с сопротивлениями 91 и 62 Ом и использовании ГЭ типа R03 AAA и R6 АА. Сопротивление ограничительных резисторов выбиралось таким образом, чтобы обеспечить большее время наработки при практически допустимом уровне снижения освещенности.

При проектировании светильников, питаемых от гальванических элементов и предназначенных для эксплуатации в аварийных условиях, необходимо знать ампер-вольтовые характеристики (АВХ) светодиодных кластеров светильников и разрядных кривых гальванических элементов с разной электроемкостью. Разрабатывая автономный СДС, следует в каждом из них выбрать оптимальное значение ограничительного резистора, для чего в свою очередь, необходимо иметь достаточное представление прежде всего об ампер -вольтовой характеристике СД.

На рис. 6 в качестве примера представлена ампер-люксовая характеристика (AJIX) светильника JAZZWAY, позволяющая установить по требуемому уровню начальной освещенности необходимое значение силы тока, на основании которой можно рассчитать значение сопротивления ограничительного резистора по предложенной в работе методике. 160

Е,лк

140 120 100 80 60 40 20 0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

I, мА

Рис. 6. Ампер-люксовая характеристика СДС IAZZWAy Т1-24

Наличие точек перегиба на графике рис. 6 при силе тока более 250-300 мА обусловлено повышенным протеканием тока через отдельные светодиоды, вызывающим соответствующее снижение их квантового выхода.

В следующих экспериментах первоначально были изучены значения напряжения на разных типах гальванических элементах при разных значениях нагрузочных сопротивлений. В результате определены значения нагрузки резисторов, позволяющих оценить начальную электроемкость разных типов гальванических элементов. Затем проведены определения АВХ характеристик разных типов гальванических элементов с целью оптимального их сопряжения с СД кластерами светильников (рис. 7).

Рис. 7. Нормативные ампер-вольтовые характеристики солевых и щелочных основных типов гальванических элементов

Представлены графики зависимостей напряжения от силы тока для шести основных типов гальванических элементов, имеющие разные исходную электроемкость и разрядные кривые. Данные графики могут быть использованы в качестве нормативных и пригодны для расчетов также режимов работы светильников со сравнительно большим токопотреблением или большим числом (до 50) светодиодов. Нередко для расчетов можно также воспользоваться результатами аппроксимации графиков, представленных на рис. 8. Графики, отражающие зависимость напряжения гальванических элементов от силы тока, аппроксимируются с достаточной точностью линейными уравнениями.

Так, для солевых гальванических элементов типа R03 ААА (мизинчиковые), R6 АА (пальчиковые), R14 и R20 они могут быть описаны следующими соответствующими выражениями:

U БДТ = 1 >69 - 0,00081, (R1 = 0,96); U бат= 1,68 - 0,0005 /, (R1 = 0,98); {/бат= 1,61-0,0002/, (Я2 = 0,97); */БАт = 1,61 -0,0003 /, (R = 0,99)

Выходное напряжение гальванической батареи определяется величиной сопротивления нагрузки или силой тока в её цепи. Полученные высокие

коэффициенты дискриминации свидетельствуют о достаточно высокой точности аппроксимации экспериментальных зависимостей.

При проектировании светильников также необходимы сведения об их вольт-люксовых характеристиках, с их помощью определяется значение напряжения (С/Бат). необходимого для обеспечения выбранного уровня освещенности.

Следует отметить, что исходное напряжение на солевых маломощных ГЭ типа ЯЗААА и Я6АА немного выше, чем на ГЭ Я14 и Л20. Поскольку воспроизводимость АВХ достаточно высокая, то их можно в дальнейшем использовать в качестве нормативных графиков для определения напряжения на том или ином типе ГЭ при обеспечении соответствующего значения силы тока в цепи светодиодного кластера.

Первоначально была изучена в непрерывном режиме включения работа светильника промышленного производства (7 СД), питаемого от 3 гальванических батарей марки 1103 ААА. Измерения показали, что в момент включения светильника сила тока составляет 440 мА. В силу этого, через каждый светодиод протекает ток (63 мА), в 3 раза превышающий номинальное его значение.

Установлено, что при эксплуатации светильника в обычном режиме в первый час его работы освещенность уменьшается в 3 раза, а по истечении 10 часов — в 100 раз. Это обусловлено тем, что в начальный период пуска сила тока составляет 400-600 мА при электроемкости батарей 1000 мАч, то есть сила тока, протекающая через один СД, в 4-5 раз превышает его номинальное значение. В силу этих факторов происходит не только быстрый износ батарей, но и повышается деградация светодиодов, что ведет дополнительно к снижению светового потока светильника.

В заключении дано обобщение полученных результатов, приведен перечень 12 разработанных и предложенных параметров для многопараметрического контроля светодиодов и светильников, а также описаны методики их определения.

Таким образом, в результате проведенных исследований характеристик светодиодов и светодиодных кластеров, определен ряд параметров и разработан многопараметрический метод контроля портативных светодиодных светильников, питаемых от гальванических батарей, и предназначенных для применения в аварийных и полевых условиях.

Выводы по результатам исследования

1. Разработан ряд параметров и методик, составляющих определенную научно-практическую основу для многопараметрического контроля светильников и выбора необходимого режима питания при проектировании различных портативных светодиодных устройств, предназначенных для эксплуатации в аварийных и полевых условиях.

2. Установлены максимально допустимые значения силы тока для светодиодов светильников разного цвета свечения. Они находятся в пределах

80-155 мА. Белые светодиоды имеют максимально допустимые значения силы тока соответственно на 35 % больше желтых и на 30 % меньше зеленых и синих. Максимально допустимое значение силы тока светодиода белого цвета свечения равно 102±3,2 мА (Р > 0,999).

3. Предложена методика определения коэффициента кратности увеличения световой эффективности при уменьшении силы номинального тока в 10-20 раз.Коэффициент кратности увеличения светоотдачи возрастает с увеличением числа светодиодов в кластере и принимает значения в пределах 3-6. Максимальное значение световой эффективности маломощных светодиодов в светодиодном кластере имеет место при силе тока 100-200 мкА.

4. Разработана методика определения срока службы светодиодов и светильников при использовании силы тока больше номинального. При увеличении силы рабочего тока в 3,5 раза относительно номинального срок службы светильников составляет порядка 15000 часов.

5. Для энергосбережения и существенного повышения длительности непрерывной работы портативных светильников в аварийных условиях гальванические батареи и светодиоды в светильнике следует эксплуатировать при силе тока в 10-20 раз меньше их номинальных значений.

6. Для повышения максимально допустимого значения силы тока в светильнике с целью получения большего светового потока необходимо использовать светодиоды с малым разбросом по току, с большей светоотдачей и металлической пластиной для отвода тепла.

7. На основе результатов экспериментальных исследований разработан метод многопараметрического контроля и предложены аналитические выражения, описывающие зависимость светоотдачи, срока службы светодиодов от силы рабочего тока и разрядные кривые гальванических источников питания.

8. Предложенные способы увеличения времени наработки светодиодных устройств, питаемых от гальванических элементов, могут найти применение в экстремальных условиях, а также для обеспечения освещения жилья во многих сельских районах развивающихся стран Африки и Южной Азии, где до настоящего времени отсутствует электроснабжение.

Список основных публикаций, отражающих содержание диссертации:

1. Тукшаитов Р.Х. Обеспечение энергоресурсосбережения при питании светодиодных светильников от гальванических элементов / Р.Х. Тукшаитов, Я. Алхамсс, В.Р. Иванова, P.P. Шириев // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2010. № 11-12. С. 108-114.

2. Тукшаитов Р.Х. Проблема оптимального сопряжения модулей светодиодного светильника с источником стабилизированного напряжения

и способы ее решения / Р.Х. Тукшаитов, Я. Алхамсс, В.Р. Иванова, // Энергетика Татарстана. 2010. № 2. С. 49-54.

3. Тукшаитов Р.Х. Методика обеспечения энергосберегающего режима работы портативных светодиодных светильников в экспериментальных условиях их эксплуатации / P. X. Тукшаитов, Я. Алхамсс, Р. М. Нигматуллин, Р. Р. Шириев // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2013. № 3-4. С. 89-94.

4. Алхамсс Я. Сравнительная оценка электроемкостей разных типов гальванических элементов / Я. Алхамсс // Материалы докладов V Международной молодежной науч. конференции «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: КГЭУ, 2010. С. 251.

5. Иванова В.Р. Определение прямого предельного напряжения тепловой деградации и электропробоя маломощных светодиодов / Я. Алхамсс, А.Н. Константинов // Материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011. С. 233-234.

6. Алхамсс Я. Определение запредельных значений и световых потоков маломощных светодиодов разного цвета свечения / Я. Алхамсс // Материалы докладов XVIII Международной научно-технич. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Т. 1. Москва: МЭИ, 2012. С.180.

7. Алхамсс Я. Способ повышения светового потока светодиодных светильников в экстремальных условиях их эксплуатаций / Я. Алхамсс // Материалы докладов XVI аспирантско-магистерского научного семинара КГЭУ, посвященного «Дню Энергетика» Казань: КГЭУ, 2012. С. 304-305.

8. Алхамсс Я. Определение уровня смещения максимума длины волны излучения маломощных светодиодов при поэтапном повышении силы тока до 200 мА / Я. Алхамсс // Материалы докладов VIII Международной молодежной науч. конференции студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: КГЭУ, 2013. С. 246-247.

9. Алхамсс Я. Определение удельной площади светодиодного светильника для характеристики его качества и надежности/ Я. Алхамсс А.Н. Константинов Л.И. Иванова P.P. Шайдуллин // Материалы докладов XVII Международной научно-технич. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Т. 1. Москва: МЭИ,

2011. С. 180-181.

Подписано к печати Гарнитура «Times» Физ. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз._

11.10.2013 Вид печати РОМ Усл. печ. л. 1,22 Заказ № 4679

Формат 60 х 84/16 Бумага офсетная Уч.-изд. 1,23

Издательство КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

}

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АЛХАМСС Ясер С.А.

МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ, ПИТАЕМЫХ ОТ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ, ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АВАРИЙНЫХ И ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

05.09.07 - светотехника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

СО

см

ГО Научный руководитель

О Д. б. н., профессор Тукшаитов Р.Х.

* * СМ

^ СМ

О -

см «з

Казань 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Классификация и типы светодиодных светильников и их основные технические характеристики 13

1.2. Роль портативных светильных устройств и сроки их службы в аварийных и полевых условиях 21

1.3. Светодиодные светильники и устройства, питаемые от гальванических батарей 24

1.4. Зависимость внешнего квантового выхода светодиодов от силы и 31 плотности тока

1.5. Типы гальванических источников и проблема оптимального сопряжения их со светодиодными кластерами светильников 37

1.6. Состояние метода контроля параметров светодиодов и автономных светодиодных светильников и их метрологическое обеспечение 38

2. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ РЯДА ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДОВ И СВЕТИЛЬНИКОВ

2.1. Разработка установки для исследования электрических и светотехнических характеристик светодиодов и светильников 43

2.2. Методики изучения времени стабилизации светового потока светодиодов и величины его спада в зависимости от силы тока 45

2.3. Методика исследования зависимости светоотдачи светодиодов от силы тока, их количества и мощности 46

2.4. Методика исследования уровня деградации светодиодов в зависимости от силы тока в диапазоне 70-200 мА. 48

2.5. Методика изучения спектральной характеристики светодиодов при

номинальных и запредельных значениях силы тока 50

2.6. Методика изучения обеспечения энергоресурсосбережения при питании светодиодных светильников от гальванических элементов 51

2.7. Методика выбора оптимального режима работы системы «кластер - 53 источник напряжения питания»

2.8. Методы статистической обработки результатов измерений 54

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ, СВЕТИЛЬНИКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ИХ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 3.1 Определение времени стабилизации светового потока и величины его спада 58

3.2. Определение зависимости освещенности от силы тока при питании светодиодов разного цвета свечения 60

3.3. Сравнительная характеристика максимально-допустимого значения силы тока у светодиодов разного цвета свечения 64

3.4. Определение зависимости светоотдачи от силы тока у маломощных светодиодов 66

3.5. Определение зависимости светоотдачи от силы тока у светодиодных кластеров и светодиодов большой мощности 72

3.6. Определение кратности энергосбережения при питании кластеров

от гальванических батарей малыми токами 81

3.7. Исследование коэффициента вариации силы тока светодиодов в зависимости от силы тока и способы его снижения 83

3.8. Разработка способа повышения светового потока светодиодных светильников, предназначенных для использования в аварийных и полевых условиях их эксплуатации 85

3.9. Изучение зависимости спектральной характеристики светодиодов

от силы тока 88

3.10. Разработка методики ускоренного определения срока службы светодиодов на основе использования запредельных значений тока 91

3.11. Применение показателя удельная площадь светодиодного светильника для характеристики его качества и надежности 95

3.12. Способы повышения светового потока светильников, предназначенных для использования их в аварийных условиях 98 4. МЕТОДИКА ОПТИМАЛЬНОГО СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТИЛЬНИКОВ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ

4.1. Определение ампер-вольтовой характеристики гальванических элементов 100

4.2. Определение энергосберегающего режима питания светодиодных светильников от гальванических батарей 101

4.3. Разработка методики входного контроля электроемкости гальванических элементов по уровню их выходного напряжения 107

4.4. Разработка методики оптимального сопряжения кластера светодиодного светильника с источником стабилизированного напряжения 110

4.5. Определение номинального значения силы тока у разных типов гальванических элементов 115

4.6. Перечень параметров для контроля качества светильников 118

4.7. Алгоритм многопараметрического контроля портативных светильников 119

4.8. Методики многопараметрического метода контроля качества светодиодных светильников, питаемых от гальванических батарей, и их метрологическое обеспечение 120 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124

ВЫВОДЫ 130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 132

ПРИЛОЖЕНИЯ 144

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

В последние десятилетия по ряду причин участились техногенные аварии и природные катаклизмы в мире, в результате которых десятки и сотни тысяч людей оказываются в обесточенных жилых домах, на производстве и социальных учреждениях на многие дни и даже недели. Так, в результате колоссальных затоплений в 2012 года оказались обесточенными города Крымск и поселка Новая Михайловка в Краснодарской области, в Московской области в 2011 году остались без энергоснабжения более 50 тысяч человек на целых две недели, в Калининградской области в том же году оказался обесточенным военный городок более, чем на сутки и др.

Немало подобных событий происходит и за рубежом. Так, в результате наводнения в 2011 году пострадали целые регионы в Пакистане, Индии, Таиланде и Китае. В 2011 году произошла большая авария в Японии на Фукусимской АЭС; в штате Нью-Йорк до 500 тысяч человек в июне и августе 2012 года оказались надолго без электроэнергии после пронесшихся двух ураганов, а в мае 2013 в результате пронесшейся торнады оказались обесточенными дома в городе Оклахома-Сити США, в которых проживало более 350 тыс. человек.

Часто происходят крупнейшие техногенные аварии, когда требуется длительное аварийное освещение на протяжении многих дней. Так, случилась авария на Чернобыльской АЭС (1984), затем произошло еще 2 аварии в Кемеровской области на шахтах «Ульяновская» (2007) и «Распадная» (2010), в результате которых люди оказались заблокированными в штольнях на многие сутки. В конце марта 2013 произошли пожар на Углегорской ТЭС, которой грозил длительному обесточиванию всего Донбасса и оползень в Тибетском автономном районе Китая, в результате которого оказались изолированными в золотодобывающей шахте 119 человек. Длительное изолированное пребывание

в завалах и полной темноте оказывает большое негативное воздействие на физическое, психическое состояние людей и даже ставит под риск их выживание.

В связи с этим является актуальной проблема обеспечения длительного освещения с помощью энергоэффективных портативных светодиодных светильников, питаемых от гальванических батарей.

Для длительного выживания людей в экстремальных условиях необходимо иметь аварийные энергоэффективные светильники с временем непрерывной наработки в десятки и иногда и в сотни часов. Потребность в таких источниках имеется у геологов, шахтеров, спелеологов и специалистов аварийных служб. Поэтому разработка многопараметрического метода контроля параметров выпускаемых светодиодных светильников и обеспечение большой длительности их непрерывной работы является достаточно актуальной задачей.

Следует иметь в виду, что для экстремальных условий основным требованием к светильникам должно быть обеспечение большой длительности работы даже при меньшем уровне освещенности. Перспективным является применение светодиодных светильников, поскольку их энергоэффективность в 5-10 раз превосходит источники света с накальными и галогенными лампами.

Многие выпускаемые портативные светильники и фонари являются низкоэффективными. Это обусловлено тем, что питание их осуществляется напряжением, существенно большим номинального значения (3,2-3,5 В), в результате чего снижение начальной освещенности уже в первые сутки происходит почти в 50-100 раз.

Большая сила тока в электрической цепи светодиодов, протекающая в пределах первого часа, вызывает не только значительное снижение освещенности, но и существенную их деградацию. После смены нескольких

комплектов батарей, происходит полная потеря квантового выхода отдельных светодиодов.

При снижении силы тока происходит уменьшение температуры р-п-псрехода светодиодов и некоторое повышение их светоотдачи. Использование этого свойства может способствовать увеличению энергоэффективности и ресурсосбережения и времени наработки светодиодных портативных источников света.

Таким образом, вопрос разработки методов контроля портативных светодиодных светильников на основе применения маломощных светодиодов, повышения их энергоэффективности и срока службы является актуальным.

Объект исследования - маломощные белые светодиоды типа «пиранья», светодиодные кластеры и светодиодные светильники.

Предмет исследования - светотехнические и электротехнические характеристики маломощных светодиодов, светодиодных светильников и гальванических элементов.

Цель исследования - разработка многопараметрического метода контроля светодиодных светильников предназначенных для длительной их эксплуатации в аварийных и полевых условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие

задачи:

- собрать и апробировать лабораторную измерительную установку для проведения светотехнических измерений в области минимальных, номинальных и запредельных значений сила тока светодиодов и светодиодных светильников;

- исследовать светотехнические характеристики маломощных светодиодов, светодиодных светильников в широком диапазоне изменения сила тока и разработать параметры, пригодные для их многопараметрического контроля;

- разработать ряд методик определения параметров светодиодов, светодиодных кластеров и светильников, пригодных для входного и выходного многопараметрического контроля: срока службы, кратности повышения светоотдачи при уменьшении силы тока, времени стабилизации потока, времени непрерывный наработки, максимально допустимого значения тока светодиодов и светильников и др.;

- разработать метод многопараметрического контроля качества светодиодных автономных светильников при питании их минимальным, номинальным и запредельным значением силы тока;

- разработать методики повышения длительности наработки светильника и оптимального сопряжения их с гальваническими батареями.

Научная новизна:

- разработан многопараметрический метод контроля светодиодных светильников с питанием от гальванических батарей, предназначенный для использования в аварийных и полевых условиях.

- разработан ряд методик определения параметров светодиодов и светодиодных светильников: срока службы, кратности повышения светоотдачи при уменьшении силы тока, времени стабилизации светового потока, времени непрерывной наработки и др.

- разработана методика повышения в несколько раз светоотдачи светильников, изготовленных на основе маломощных светодиодов, при использовании силы тока значительно меньше номинального и компенсации снижения светового потока.

- определены способы повышения рабочего тока при проектировании светильников для повышения значения их максимального светового потока.

Практическая значимость:

- Разработанный метод позволяет осуществить многопараметрический контроль ряда параметров светодиодных светильников, предназначенных для эксплуатации в аварийных и полевых условиях, и оценить их качество.

- Разработанные методики и представленная измерительная установка позволяют проводить контроль ряда параметров светодиодных светильников, в условиях малых и больших предприятий, при питании их минимальными, поминальным и запредельными значениями тока.

- На основе полученных результатов можно оперативно усовершенствовать ряд технических параметров автономных светодиодных светильников (время непрерывной наработки, срок службы, уровень освещенности и др.).

Достоверность полученных результатов

обеспечена применением современных методов измерения и приборов, с погрешностью удовлетворяющей решению поставленных задач, а также предварительным определением погрешности применяемых методик.

Полученный экспериментальный материал обработан с применением типовых методов математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту.

- Применение многопараметрического метода контроля создает научно-практическую основу для повышения технических параметров автономных светодиодных светильников, предназначенных для работы в аварийных и полевых условиях, на стадии их производства и эксплуатации.

- Использование силы тока значительно меньше номинального повышает в несколько раз светоотдачу (лм/Вт) светодиодных светильников и, соответственно, длительность их непрерывной работы от одного комплекта гальванических батарей в аварийных и полевых условиях.

- Использование запредельных значений тока позволяет расширить технические возможности светодиодных светильников, а в отдельных случаях снизить их стоимость за счет использования меньшего количества светодиодов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных научных и научно-технических конференциях:

- XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011);

- XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2012);

- V, VI Международных молодежных научных конференциях студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2010, 2011,2013);

- XVI аспирантско-магистерском научном семинаре КГЭУ, посвященном «Дню энергетика» (г. Казань, КГЭУ, 2012).

- Расширенном заседании кафедры «Светотехника и медико-биологическая электроника» КГЭУ

- Расширенном заседании кафедр «Светотехника» и «Источники света» светотехнического факультета МГУ им. Н.А.Огарева.

Публикации.

Основные научные результаты диссертации отражены в 9 опубликованных работах, в том числе в 3 научных журналах, входящих в Перечень ВАК.

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.09.07 — светотехника. Представленные в ней результаты соответствуют:

- п.1. «Разработка научных основ, исследование процессов, происходящих в газоразрядных и накальных источниках света, с целью оптимизации параметров существующих и создания принципиально новых источников света».

- п.З. «Разработка методов расчета и проектирования светооптических систем световых приборов, обеспечивающих заданные светотехнические и экономические параметры приборов».

- п.6. «Разработка научных подходов и аппаратуры для контроля параметров источников света, световых приборов и осветительных установок».

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объём диссертации составляет 146 страниц, включает 48 рисунков и 16 таблиц. Список литературы охватывает 112 источник, в том числе 17 на иностранном языке.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Классификация и типы светодиодных светильников, питаемых от электросети, и их основные технические характеристики

Высокая светоотдача, возможность управления диаграммой измерении, большой срок службы светодиодных светильников открывают путь для широкого их признания пользователями во всем мире.

Светодиодные источники света активно внедряются в нашу жизнь и вытесняют традиционные источники света. Светодиодные источники света экономически выгодны по сравнению с традиционными светильниками и источниками света. Они потребляют значительно меньше энергии, чем их многие аналоги, и служат примерно в 10 раз дольше [1-9].

Офисные светодиодные светильники. Это наиболее экономичные на сегодняшний день вид осветительного оборудования, практически не нагреваются в процессе работы и в то же время способны обеспечить хороший уровень освещения. КПД таких осветительных приборов по световому потоку значительно выше КПД аналогичных ламп накаливания и люминесцентных ламп [1, 5, 10-14,].

Офисные светодиодные светильники призваны обеспечить качественное освещение рабочих мест, которое позволит избежать повышенную утомляемость и проблемы со зрением у людей. С их помощью в любом помещении можно создать максимальный зрительный комфорт.

На рис. 1.1 представлено графическое изображение офисного светодиодного светильника.

Рис. 1.1. Офисный светодиодный светильник

Преимущества офисных светодиодных светильников заключаются в следующем:

- значительная экономия; сокращаются затраты на электроэнергию в офисе до 10 р�