CC BY
47
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, электрификация и автоматизация сельского хозяйства
УДК 628.9:636.083.39
О.Ю. Коваленко, канд. техн. наук, доцент В.В. Афонин, канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва»
программный синтез светодиодного модуля
В настоящее время широкое распространение получили световые приборы на основе светодиодов. Сборки светодиодов используют для создания модулей различной геометрической конфигурации. Определенный интерес представляют модули на базе светодиодов и ультрафиолетизлучающих диодов для систем освещения и облучения в сельскохозяйственном производстве в качестве энергосберегающих и экологических устройств [1, 2].
Одним из требований к осветительным приборам, в частности к светодиодным модулям, является обеспечение ими заданной кривой силы света (КСС). Этот показатель относится к числу важнейших.
В статье рассматриваются результаты программной реализации синтеза модуля по задаваемой КСС. Наиболее перспективна для получения желаемой КСС геометрия светодиодного модуля в виде полусферы или ее части. Размеры светодиодного модуля задаются пользователем. Основная задача синтеза заключается в расчете числа светодиодов по зонам, располагаемых на сфероподобной поверхности и кратных числу секторов. Эту задачу можно решить на основе расчетных соотношений метода элементарных отображений — одного
52
из методов расчета световых приборов и облучателей [1]. Реализация алгоритмов расчета осуществлена в ядре системы Matlab с помощью разработанного программного комплекса.
Основные задаваемые параметры: КСС светодиода, желаемая КСС модуля, геометрические размеры светодиода (d—диаметр основания, h — высота цилиндрической части), световой поток одного светодиода, число секторов, радиус полусферы, угловые градусы, определяющие долю полусферы (угол модуля), угловые градусы между зонами на поверхности модуля (угол зон).
Угол модуля не превосходит 90°. Часто КСС приводится для углов от нуля до 90 градусов угловых. Поэтому решается задача интерполяции КСС модуля для заданного угла модуля. Для расчета телесных углов каждой зоны модуля использовали соотношение
юj = 2n(cos ф;+1 - cos фj),
где ф; — угол между фронтальной осью симметрии модуля и средней точкой между зонами; i = 1, 2, ..., n, n — число зон.
Важным моментом является определение номера зоны с максимальной силой света Io max. По-
сле этого определяют ^ тах, телесный угол ют
о тах’
. и максимальный по-
ток F
Расчет светодиодов в каждой зоне при условии определения номера зоны, где КСС модуля максимальная, производится по формуле
F ю п
і у тах
F ''
где Fi — интерполированная КСС, йшах — число светодиодов в зоне, в которой КСС модуля имеет максимальное значение.
На рис. 1 приведен интерфейс программного комплекса с представлением результатов расчета КСС светодиодного модуля по заданной косинусной КСС.
В разработанном модуле диоды расположены на полусферической поверхности с соблюдением круговой симметрии на концентрических окружностях с фиксированным угловым размером зон Дф = 5°, образованных пересечением полусферы плоскостями, перпендикулярными оси симметрии модуля. Угол излучения диодов составлял 2©0 5 = 30°. Минимальный радиус сферической поверхности
R =
d /2 + h tg( Аф /2)
^( АФ/2)
По принципу круговой симметрии область расположения светодиодов была разбита на шесть секторов.
На рис. 2 показана приведенная погрешность расчетной КСС модуля по отношению к заданной.
Рис. 1. Пример синтеза КСС светодиодного модуля
Из рис. 2 видно, что средняя приведенная погрешность равна 1,1 %, а максимальное текущее значение погрешности не превышает 3,5 % для косинусной КСС модуля.
В программе предусмотрена опция изменения количества светодиодов на усмотрение пользователя. Правда, это может привести к ухудшению светотехнических показателей модуля.
Распределение светодиодов симметричное, кратное в каждой зоне числу секторов (рис. 3). Это позволяет обеспечить технологичность изготовления подобных модулей.
Результаты расчета модуля (например, координаты расположения светодиодов на поверхности модуля) записываются в текстовые файлы. Результаты светотехнических характеристик разработан-
Рис. 2. Диаграмма приведенной погрешности расчетной КСС
100 80 60 40 20 3 0 ;-20 -40 -60
Число секторов т = 6, зон п = 16 Радиус модуля К = 110 мм Общее число светодиодов: 403
-150
0
X, мм
150
Рис. 3. Распределение светодиодов по зонам
ных модулей формируются в файлы в соответствии с международным стандартом 1Б8№Л:ЬМ-63-1995. Полученные файлы с расширением .ієб могут быть использованы в качестве базы данных для расчета осветительных установок посредством современных компьютерных программ.
Программный комплекс может быть использован предприятиями-изготовителями светодиодных модулей для создания энергоэкономичных и экологических осветительных приборов с заданными светотехническими характеристиками для приме-
УДК 621.311:64
Т.Б. Лещинская, доктор техн. наук, профессор М.М. Таранов, аспирант ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
исследование токов эмиссии бытовых электроприемников
энергии. Для реализации эффективных мероприятий по улучшению качества напряжения и повышения эффективности распределения электроэнергии в сетях 0,38 кВ необходимо знать амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики узлов нагрузки.
Один из эффективных путей получения такого рода информации — экспериментальные исследования.
В узле нагрузки при поочередном включении различных электроприборов сертифицированным измерителем показателей качества электроэнергии НюЫ 3196 зарегистрированы амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики тока и напряжения до 40-й гармоники включительно.
Состав бытовых электроприборов и их установленные мощности сведены в табл. 1.
Присутствие высших гармонических составляющих в токе нагрузки ламп накаливания (рис. 1) объясняется приложенным к узлу нагрузки напряжением, у которого из-за наличия высокочастотных гармоник вершины синусоиды «уплощены» (рис. 2), а спектр действующих значений гармонических составляющих представлен на рис. 3.
Если активную нагрузку принять как линейную, которая не генерирует гармоники тока в сеть, то группа таких бытовых электроприборов, как морозильная камера и холодильник (рис. 4-6) уже более чем в 2.. .3 раза искажает синусоидальность токов по 3-й и 5-й гармоникам.
Коллекторные машины, входящие в состав вентилятора и пылесоса (рис. 7-9), увеличивают гармоники в токе нагрузки: коэффици-
Вузлах нагрузки современных сельских электрических сетей 0,38 кВ, обеспечивающих электроэнергией общественных и коммунальнобытовых потребителей, остается все менее электроприемников с линейными вольтамперными характеристиками.
Преобразование электроэнергии у большинства современных электроприборов сопровождается генерацией в электрическую сеть 0,38 кВ высших гармонических составляющих токов (эмиссия высокочастотных токов). Эти высокочастотные токи создают падения напряжения на продольных элементах сети, что ухудшает форму кривой сетевого напряжения и увеличивает потери электро-
Таблица 1
Электроприемник Установленная мощность, Вт
Сплит-система (обогрев/охлаждение) 7200/6300
Утюг 2400
Электрочайник 2300
Стиральная машина 2200
Холодильник 2000
Микроволновая печь 650
Музыкальный центр 334
Морозильник 130
Лампы накаливания 100
Телевизор средней мощности 88
Ноутбук 65
Вентилятор 40
Усилитель спутниковой антенны 30
Энергосберегающие лампы 20
БУБ плеер 12
нения в том числе в сельскохозяйственном производстве.
Список литературы
1. Коваленко, О.Ю. Расчет модуля с ультрафиолетиз-лучающими диодами для облучения животных / О.Ю. Коваленко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2008. — № 12.
2. Казаков, А.В. Перспективные СИД-источники света для сельскохозяйственного производства / А.В. Казаков, А.В. Чурмасов, А.В. Половинкин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. — 2008. — Вып. № 3 (28).
