СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ОСВЕЩЕНИЯ
Рубрики: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
Тип:
Статья
Страницы:
с 30
по 34
Статус:
Опубликован
Получено:
10.04.2013
Одобрено:
15.04.2013
Опубликовано:
15.04.2013
Классификаторы:
УДК 621.385.6:621.565.004.18
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
холодильная камера, гасящий конденсатор, защитный резистор, отсутствие нагрева светильника, повышенная надежность, срок эксплуатации
Аннотация (русский):
Рассмотрены недостатки эксплуатации холодильников и варианты снижения потерь электроэнергии за счет применения сверхэкономичного светодиодного источника света, выполненного на основе схемы с гасящим конденсатором. Для улучшения качества работы и продления срока службы холодильников, имеющих внутренний объем холодильной камеры V вн = 0,133 м3, предлагается использовать простую и проверенную на практике конструкцию светодиодного светильника. Приведены расчетные и технические параметры элементов, входящих в схему, найдены их оптимальные соотношения. Приведены фотографии деталей конструкции светодиодного светильника, находящегося в эксплуатации около года. Полученные данные могут быть успешно использованы для других подобных систем освещения.
Рассмотрены недостатки эксплуатации холодильников и варианты снижения потерь электроэнергии за счет применения сверхэкономичного светодиодного источника света, выполненного на основе схемы с гасящим конденсатором. Для улучшения качества работы и продления срока службы холодильников, имеющих внутренний объем холодильной камеры V вн = 0,133 м3, предлагается использовать простую и проверенную на практике конструкцию светодиодного светильника. Приведены расчетные и технические параметры элементов, входящих в схему, найдены их оптимальные соотношения. Приведены фотографии деталей конструкции светодиодного светильника, находящегося в эксплуатации около года. Полученные данные могут быть успешно использованы для других подобных систем освещения.
Ключевые слова:
холодильная камера, гасящий конденсатор, защитный резистор, отсутствие нагрева светильника, повышенная надежность, срок эксплуатации
холодильная камера, гасящий конденсатор, защитный резистор, отсутствие нагрева светильника, повышенная надежность, срок эксплуатации
Экономия электроэнергии в России является актуальной задачей, что предопределяет постепенный переход на светодиодные источники освещения в быту, на производстве, на транспорте и т. п. Однако применительно к некоторым устройствам ситуация далеко не так благополучна, как хотелось бы. В настоящее время в большинстве холодильников как отечественного, так и зарубежного производства для освещения холодильных камер используются лампы накаливания мощностью 15 Вт. Применение подобных, морально устаревших источников освещения неэффективно как минимум по двум причинам: сравнительно большая потребляемая мощность, используемая для освещения малого объема холодильной камеры, и нагрев внутреннего объема холодильной камеры. Последнее обстоятельство приводит к более частому включению компрессора холодильника, что в конечном итоге также увеличивает потребляемую мощность. Для решения этих вопросов мы предлагаем использовать компактный светодиодный источник света, выполненный на основе вышедшей из строя энергосберегающей лампы, который, без каких-либо конструктивных изменений в холодильной камере, ставится вместо лампы накаливания. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает реактивным сопротивлением, зависящим от частоты этого тока. Это свойство было использовано для гашения напряжения сети, при этом активная мощность на конденсаторе не выделяется и он не нагревается в процессе работы. Принципиальная схема светодиодного источника света показана на рис. 1. Сетевое напряжение 220 В через гасящий конденсатор С1 подается на диодный мост VD. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С2 и поступает на последовательно включенные светодиоды НL1–HL5. Резистор R2 выполняет защитную функцию. Рис. 1. Принципиальная схема устройства Если напряжение в нагрузке не превышает 20 В, емкость гасящего конденсатора С1 с достаточной точностью можно определить по формуле [1, с. 182]: , где С – емкость гасящего конденсатора, мкФ; Iн – ток, потребляемый нагрузкой, А; Uс – напряжение сети, В. Количество светодиодов, суммарное падение напряжения на них, равное 16 В, и потребляемый ими ток были определены экспериментально по оптимальной освещенности холодильной камеры «Stinol-107» RF NF 255 (рис. 2), имеющей размеры 45 × 53 × 56 см и внутренний объем Vвн = 0,133 м3. Рис. 2. Светодиодный светильник в работе Расчеты показали, что при напряжении сети 220 В и токе, потребляемом светодиодами, равном 13 мА, емкость конденсатора С1 равна 0,22 мкФ. Рабочее напряжение конденсатора рассчитано по формуле Uраб = (1,2 ~1,4) Uс; (1) Uраб = 1,4 ∙ 220; Uраб = 308 В. где Uс – напряжение сети, В. Для повышения надежности в качестве С1 был использован малогабаритный керамический конденсатор серии КМ5 на напряжение 400 В. Шунтирование С1 резистором R1 не является обязательным, но учитывая, что на нем падает почти все напряжении сети, позволяет быстро разрядить С1 при монтажных работах. Защитная функция R2 состоит в создании определенного тока через этот резистор при перегорании одного из светодиодов (рис. 2), т. к. при отсутствии R2 ток нагрузки Iн = 0 и напряжение на С2 близко к напряжению сети. Величина R2 рассчитывалась по формуле R2 = Uдоп.С2 / Iн, (2) где Uдоп.С2 – допустимое напряжение на С2. Рис. 3. Схема устройства при перегорании любого из светодиодов Напряжение на С2 может быть в пределах 70–80 В, исходя из допустимых габаритов конденсатора. Рассчитанное по формуле (2) и уточненное экспериментально по минимальному шунтированию нагрузки (отсутствию заметности снижения яркости свечения HL1–HL5), значение R2 равно 7,5 кОм. При этом учитывалось суммарное внутреннее сопротивление светодиодов HL1–HL5: Rвн vd = Uvd / Iпр.vd, где R вн vd – суммарное внутреннее сопротивление светодиодов, Ом; Uvd – суммарное падение напряжения на светодиодах, В; Iпр.vd – прямой ток через светодиоды, А: R вн vd = 16 / 0,013; R вн vd = 1230,7 Ом, и связь между минимально допустимым значением R2 и рассчитанным R вн vd: R2 ≥ (5–8) R вн vd; R2 ≥ 6 ∙ 1230,7; R2 ≥ 7384 Ом. Таким образом, полученное выше (2) значение R2, равное 7,5 кОм, удовлетворяет этому требованию. Рассчитанное по формуле (1) рабочее напряжение С2 при обрыве HL равно 90 В, что позволило использовать в конструкции малогабаритный конденсатор типа К50-35 на напряжение 100 В. Емкость С2 определена экспериментально при отсутствии заметности пульсаций HL и может быть в пределах (22–47) мкФ. Увеличение емкости С2 свыше 47 мкФ дополнительного эффекта не дает. На рис. 4 конденсатор С2 находится рядом с диодным мостом VD, в качестве которого применена малогабаритная сборка КЦ407 со следующими параметрами: Uпр.ср = 2,5 В; Uобр = 400 В; Iср.выпр = 0,5 А; Токр.ср = (–60…+85) ºС [2]. Рис. 4. Компоновка и монтаж элементов устройства Светодиоды HL1–HL5 с защитным резистором R2 установлены на алюминиевом основании толщиной 2 мм (рис. 5). Последовательное включение светодиодов обусловлено удобством компоновки всей конструкции. Рис. 5. Конструкция светодиодов с защитным резистором R2 На рис. 4 показан пример компоновки элементов светодиодного светильника, а на рис. 6 – его внешний вид. Для повышения надежности все проводники со стороны сетевого напряжения изолированы. При разработке и отладке конструкции были выявлены следующие свойства схемы с гасящим конденсатором: 1) изменение напряжения сети в пределах (195–235) В не приводило к заметному изменению яркости свечения светодиодов; 2) с уменьшением сопротивления нагрузки выделяющаяся на ней мощность не увеличивается, а уменьшается; 3) схеме не опасны короткие замыкания на выходе, т. к. в этом случае все напряжение сети падает на гасящем конденсаторе, а мощность на выходе равна нулю. Рис. 6. Внешний вид светодиодного светильника Мощность, потребляемая светодиодами HL1–HL5 по постоянному току равна: P = Iн Uvd; P = 0,013∙16; P = 0,208 Вт. Таким образом, данный светодиодный светильник потребляет в 75 раз меньшую мощность по сравнению с базовым вариантом и не нагревает внутренний объем холодильной камеры. Находясь в эксплуатации около года, светильник показал высокую надежность, которая обусловлена не только повышенным сроком эксплуатации светодиодов, но и оптимально рассчитанными режимами работы элементов схемы, а также достаточную освещенность (рис. 2) для холодильников вышеуказанного типа.
1. Верховцев О. Г. Практические советы мастеру-любителю по электротехнике и электронике / О. Г. Верховцев, К. П. Лютов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 200 с.
2. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / под ред. А. В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1988. - 528 с.
