CC BY
54
3. Круг П.Г. Нейронные сети и нейрокомпьютеры: учебное пособие по курсу «Микропроцессоры». М.: МЭИ, 2002. 176 с.
4. Круглов В.В., Борисов В.В., Харитонов Е.В. Нейронные сети: конфигурации, обучение, применение. Смоленск, 1998. 275 с.
Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доцент, erschov. serrg@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Поляков Артем Андреевич, магистр, Kafelene@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE DEVICE REDUCE THE INFLUENCE OF SURGE AND CURRENTS
S.V. Ershov, A.A. Polyakov
A scheme of a device designed to reduce the influence of surge surges and currents is proposed and implemented.
Key words: pulse current, short circuit, overvoltage, capacitive current, transformer substation.
Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical sciences, docent, erschov. serrg@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Polyakov Artyom Andreyevich, magister, Kafelene@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 628.9.041.9
СВЕТОДИОДЫ КАК СОВРЕМЕННАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ТРАДИЦИОННЫМ ИСТОЧНИКАМ СВЕТА
С.В. Котеленко, А.В. Чижкин
Рассмотрена альтернатива классической лампы накаливания, произведено сравнение с другими источниками света, проанализированы недостатки и преимущества светодиодов.
Ключевые слова: светодиод, LED-устройство, фотон, цветовой спектр, напряжение.
На сегодняшний день существует несколько альтернатив классической лампе накаливания (люминесцентные лампы, галогенные лампы, све-тодиоды). В отличие от светодиодов стоимость галогенных ламп примерно в 3 раза меньше, однако долговечность светодиодных ламп гораздо выше. Люминесцентные же лампы в отличие от светодиодных нагреваются в среднем на 10 °С, КПД светодиодных гораздо выше - около 90 %,
92
в случае с люминесцентными лампами имеем всего 25 %. Сравнительно недавно светодиоды использовались как световые индикаторы, но на данный момент это неплохая альтернатива лампам накаливания. Спектр использования LED-устройств безграничен и открывает новую эру в сфере искусственного освещения. Существуют разные обозначения светодиодов (СИД, LED, СД). В основании устройства лежит синтетический полупроводниковый кристалл, через который при пропускании электрического тока наблюдается испускание световых безмассовых частиц - фотонов, вследствие чего появляется свечение, спектр которого достаточно узок, цветовой спектр зависит от материала, из которого изготовлен полупроводник. По назначению светодиоды дифференцируются на используемые в индикации или декоративных целях включения в сеть электрических модулей и в освещении. Первые представляют собой цветные модули с просвечивающимся корпусом. Приборы с инфракрасных световым излучением задействованы в дистанционном управлении техническими приборами. В качестве источника света используются LED-модули преимущественно светлых тонов. Основные характеристики LED-источников - это ток потребления и разность потенциалов на выходе светодиода. Приборы, стабилизирующие электрический ток в светодиоде, необходимы. Даже незначительные колебания силы тока станут причиной значительных изменений излучения, соответственно светового цвета на более тусклый. Резкое возрастание силы тока приведет к сгоранию модуля. В среднем для кристаллика достаточна сила тока 0,02 А, тогда для трех кристалликов соответственно 0,06 А. То есть светодиоды LED будут исправно и долгосрочно служить только при наличии ограничителя силы тока. Под напряжением понимается величина разности потенциалов, остающаяся после прохождения электрического тока, то есть на выходе, по ней и фиксируют напряжение непосредственно на кристалле. Если имеется желтый или красный спектр свечения, значит, разность потенциалов на кристаллике находится в интервале 1,7...2,5 В, если синий спектр - около 3 В. Чтобы подобрать светодиод требуемой мощности, нужно мощность лампы поделить примерно на 8. Вместо традиционной лампы накаливания мощностью 64 Вт рекомендуется использовать светодиод с мощностью 8 Вт. Если сравнивать с лампой накаливания, эффективность светодиодов гораздо выше, находится делением светового потока на мощность, так, в лампе накаливания 11.13 лм/Вт, в светодиодах LED 150 лм/Вт. Если нужно включить светодиод в сеть, рекомендуется использовать сопротивление - резисторы. Рассчитать сопротивление резистора следует исходя из закона Ома для участка цепи:
R = U / I, (1)
где U - напряжение в вольтах; I - сила тока в амперах.
Допустим в результате расчета имеется сопротивление 135 Ом, так как такой резистор не является типовым, подключаем резистор с наиболее близким к этому значению сопротивлением. Целесообразно подключать
светодиоды последовательно, потребление энергии будет более экономным, то есть вся цепь будет потреблять ток, численно равный току единичного светодиода исходя из свойства последовательного соединения проводников (рисунок).
Применение светодиодов вместо классических ламп накаливание имеет ряд преимуществ:
малое потребление электрической энергии, примерно в 10 раз меньше, чем у традиционной лампы накаливания;
долговечность, светодиоды могут исправно работать до 50 тысяч часов;
температура цвета у лампы накаливания достигает 2800 K, светодиод может излучать свет с широким диапазоном температуры цвета 2000... 6000 K;
разнообразие, компактность модулей LED позволяют реализовывать множество светотехнических решений;
модули LED обладают устойчивостью к механическим деформациям по причине отсутствия стеклянной колбы или нити накаливания как у лампы накаливания;
экологичность вследствие отсутствия токсичных элементов в составе (фосфора, ртути);
отсутствие нагрева вследствие работы на низковольтном напряжении, обеспечивающее высокую пожарную безопасность; относительно быстрая окупаемость.
Использование светодиодов также связано с определенными проблемами:
высокая стоимость светодиодов относительно традиционных источников света;
использование мощных модулей требует специализированного источника питания;
светодиоды не могут работать в условиях высоких температур, чем выше температура, тем меньше срок службы устройства;
сложность в управлении яркостью модулей. Если применяются импульсные устройства с большим диапазоном напряжений на входе, то обычные схемы диммеров не используются, требуется регуляция параметров каскадов драйверов на выходе, что значительно затрудняет питание светодиодов;
+ о-
SpSb, D1 SZ-Sb, D2 SZs^ D3
- О
Электрическая схема последовательного подключения
светодиодов
со временем, приблизительно 4-5 лет, отмечается деградация кристаллика, в процессе чего медленно уменьшается яркость и необходима его замена;
некомфортные цветовые характеристики. Холодные светлые тона негативно влияют на здоровье человека, подавляя выработку гормона мела-тонина.
Известны отечественные технические решения, которые решают проблемы внедрения в массовое использование светодиодных ламп, связанных с некомфортными цветовыми характеристиками. Одним из них является «Светодиод белого света с улучшенной фотобиологической безопасностью» [8]. Сущность и техническая польза модели заключается в том, что в светодиоде белого света, который содержит источники, генерирующие излучение дающие суммарно белый свет, при этом светодиод включает два источника, которые генерируют излучение синего цвета и спектральные характеристики лежат в разных диапазонах длин волн. Техническим результатом, который достигается при реализации данной модели, является понижение синей фотобиологической опасности, которая связана с понижением концентрации мелатонина в крови.
Еще одним примером может служить «Осветительные устройства на светодиодах с питанием от нестабильной сети и источником тока малой мощности» [9]. Изобретение позволяет решать одну из проблем, связанную с необходимостью особых требований к источнику питания для мощных модулей. Устройство состоит из двух частей. Первая часть включает в себя - выпрямитель, устройство компенсаций пульсаций, конденсатор, датчик напряжения, компаратор, управление переключателем тока, переключатель тока, пассивный источник тока. Вторая часть это первая группа светодио-дов, переключаемые группы светодиодов, измерительный резистор, датчик тока, переключатель управления количеством светодиодов. Мощность источника тока может быть в 10-30 раз меньше общей мощности осветительного устройства с условием, что уровень пульсации минимум в 5 раз меньше напряжений в группе переключаемых светодиодов, долговечность может составлять более 100000 часов.
Область применения светодиодных ламп постоянно расширяется. Изначально ЬББ-модули использовались в электронной аппаратуре в качестве индикаторов, на сегодняшний день это полноценный источник света. Основные направления применения светодиодов: в быту, светодиодные лампы, использующиеся в быту, делятся на декоративные источники света и для непосредственного освещения жилых помещений;
в производстве, используется для освещения зданий, относящихся к промышленным объектам, а также сооружений архитектуры;
в качестве уличного освещения, светодиодные фонари обеспечивают освещение на автотрассах, тоннелях, в частных секторах;
в рекламе, дизайнерских решениях, светодиодные лампы получили широкое распространение в дизайнерском освещении, многие современные проекты включают в себя светодиодное освещение, преимущественно для наружного освещения.
Для наглядности сравнения характеристик светодиодных ламп по отношению к традиционной лампе накаливания приведем следующий расчет. На протяжении 6-часового светового режима очевидна экономичность светодиодных ламп. Так, традиционная лампа накаливания мощностью порядка 60 Вт за год потратит примерно в 6 раз больше электроэнергии, чем светодиодная, экономия составит около 100 кВт-ч электроэнергии с одного устройства. Энергопотребление при этом: классическая лампа накаливания будет стоить 526 руб./год, светодиодная - всего лишь 44 руб./год, то есть экономия составляет 482 руб./год, в среднем получается около 500 руб./год, в процентом соотношении экономия за счет светодиодных ламп достигает 92 %.
Таким образом, массовое внедрение светодиодов в качестве средств освещения вместо традиционных источников света имеет определенные перспективы, но имеет ряд проблем, связанных с дороговизной, их особых условий работы и оборудования, сложностью управления и другими проблемами. Тем не менее, в связи со значительной экономией электроэнергии, относительно высокой долговечностью, компактностью и разнообразием LED-модулей светодиодные лампы являются достойной альтернативой традиционным источникам света в отдельных областях применения.
Список литературы
1. Голицын М.В., Голицын А.М., Пронина Н.В. Альтернативные энергоносители. М.: Наука, 2004. 159 с.
2. Алфёров Ж.И. Физика и техника полупроводников, 1998. Т. 32. №1. С. 3-18.
3. Лебедев О. А., Сабинин В.Е., Солк С.В. Полимерная оптика для светоизлучающих диодов // Светотехника, 2001. №5. С. 18 - 19.
4. Коган Л.М., Гальчина Н.А., Рассохин И.Т., Сощин Н.П., Варешкин М.Г., Юнович А.Э. Спектры излучения осветителей белого свечения и осветители на их основе // Светотехника. М., 2005. № 1. С. 15 - 18.
5. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: учебное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1983. 384 с.
6. Шашлов А.Б. Основы светотехники: учебник. М.: Логос, 2011.
7 с.
7. Светодиод [Электронный ресурс]. URL: https: // ru. wikipedia.org/wiki/Светодиод. (дата обращения: 10.09.2019).
8. Патент на изобретение 136239 РФ. Светодиод белого света с улучшенной фотобиологической безопасностью / А.В. Аладов, А. Л. Закгейм, А.Е.Черняков. Опубл. 27.12.2013. Бюл. №36.
96
9. Патент на изобретение 127513 РФ. Осветительное устройство на светодиодах с питанием от нестабильной сети и источником тока малой мощности / Соколов Ю.Б, Стрельников М.В. Опубл. 12.01.2018. Бюл. №2.
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чижкин Алексей Владимирович, студент, neizvestnyj. aleksej00@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LEDS AS A MODERN ALTERNATIVE TO TRADITIONAL LIGHT SOURCES.
S. V. Kotelenko, A. V. Chizhkin
An alternative to the classical incandescent lamp is considered, a comparison with other light sources is made, the disadvantages and advantages of LEDs are analyzed.
Key words: led, LED device, photon, color spectrum, voltage.
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhkin Aleksey Vladimirovich, student, neizvestnyj. aleksej00@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3.07
ЭЛЕКТРОПРИВОД ПИТАТЕЛЯ ДРОБИЛОК И МЕЛЬНИЦ НА БАЗЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Г.И. Бабокин
Разработан электропривод ленточных, пластинчатых и скребковых питателей дробилок и мельниц на базе высокомоментного синхронного двигателя с постоянными магнитами, обеспечивающий снижение потребления электрической энергии на 15...20 %, повышение надежности и ресурса питателя за счет безредукторного исполнения привода. Получена математическая модель электропривода питателя и синтезированы регуляторы тока по продольной и поперечной оси вращающегося ротора двигателя и регулятор скорости исполнительного органа питателя с демпфирую-щейобратной связью. В результате моделирования переходных процессов в электроприводе показана работоспособность электропривода и эффективность демпфирования колебанийупругого момента исполнительного органа.
Ключевые слова: электропривод, синхронный двигатель с постоянными магнитами, математическая модель, система управления.
В горной, металлургической, энергетической и строительной промышленности при переработке полезных ископаемых - руды, угля, известняка и других материалов - широко применяются процессы дробления и измельчения с использованием различных типов дробилок и мельниц [1-4].
97
