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工厂照明系统的设计.docx
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工厂照明系统的设计
摘要
照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断,或通过回路中串入接触器,实现远距离控制。
而今出现的建筑物自控(BA)系统,是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。
由于照明控制系统在BA系统中并非独立,同时控制功能简单,因此使用上有一定的局限性。
故当BA系统出现故障时,照明系统亦受到影响。
随着微电子技术与数字化技术的发展,开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统,从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。
根据使用单位的经验,不仅在照明管理与设备维修的简单及降低费用外,还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。
系统设置抑制电网冲击电压和浪涌电压装置,并人为地限制电压以提高灯具寿命。
采取软启动和软关断技术,避免灯具灯丝的热冲击,以进一步使灯具寿命延长。
“智能建筑”的出现,对照明部分提出新的要求,“智能照明”技术相应出现。
其良好的使用效果与社会、经济的效应,推动了智能照明的技术迅速向前发展,并形成照明发展的一个重要趋势。
智能照明由电子计算机进行控制与管理,因而开发照明方面的计算机硬件和软件工作是今后照明设计中的一项重要任务。
关键词:
工厂照明系统;LED技术;节能减排照明系统
摘要······································································1
目录······································································3
第一章绪论·······························································4
1.1论文背景说明···························································4
1.2工厂照明系统的类型、特点···············································4
1.2.1植物光照技术简述··················································4
1.2.2LED照明系统的构成·················································4
1.2.3大功率白光LED与阵列···············································5
1.2.4PWM可控LED恒流驱动···············································7
1.2.5LED灯板控制单元···················································9
第二章工厂天然照明系统及其内部结构照明设计······························11
2.1工厂内外部设计决定照明系统分配····································11
2.2工业厂房的特点及其分类·············································12
2.3工厂照明设计的一般要求和质量·······································13
第三章工厂照明系统的未来方向············································14
3.1LED照明技术的选择和推广··············································14
3.2太阳能储电照明系统···················································15
结束语···································································16
参考文献·································································17
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第一章绪论
1.1论文背景概述
工厂是大型的技术生产空间和基地,随着大小型工业的兴起,工厂的生产能力不可估量,而支撑其大力开展生产的强劲后盾电力系统中的照明技术非常讲究,要做到节能、环保、强劲、稳定、安全等指标,工厂照明系统的设计为重中之重,起种类普遍为以下几大类技术:
植物光照;LED阵列;照度LED驱动;CAN总线,在此展开探讨。
1.2工厂照明系统的类型、结构与特点
1.2.1植物光照技术简述
植物工厂是国际上公认的设施农业高级发展阶段,作为自然界象征的植物和人类工业文明的标志[1]。
植物工厂给植物提供合适生长环境的系统设备。
是一种多学科结合、高技术应用,几乎不受自然条件制约的全新生产方式。
工厂通过人工自然条件提供温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度等生长环境的同时对工厂内环境要素进行自动实时监控,高精度调整控制。
工厂为植物提供光照的光源[2]主要有高压鈉灯、日光灯。
近来随着大功率白光LED的技术突破以及在很多高照度场合的成功应用,以LED为主光源成为在农业生产中替代传统照明的新趋势。
植物工厂的每个栽培架上,都装有一块或几块灯板。
灯板的光源可以由LED阵列组成,其中以高亮度大功率白光LED为主,灯板上按一定距离插入红光、蓝光和紫外光LED,并且以不同比例均匀分布。
由于太阳光对于植物光照而言是全波段的,红光、蓝光、紫外线、红外线等都包括,因此,灯板的光谱也应接近自然光。
设计一种以白光LED为主光源辅以其它光色LED组成的可控光源并按照植物的生长特征合成光谱,这种光谱综合特性更有利于植物的生长需求。
1.2.2LED照明系统的构成
LED照明系统是由LED阵列组成的光源、LED驱动电路、光板管理电控单元[3]ECU、温度传感器、亮度和光色传感器以及通信接口构成,系统结构如图1所示。
多种颜色的LED按照一定的间隔阵列在灯板上,不同颜色的LED配以相应的驱动电路,LED驱动电路受光板电控单元ECU管理。
灯板背面的ECU根据光色传感器和亮度传感器采集的LED灯板发光特征,控制不同光色LED的发光强度,以获得近似太阳光的综合光谱。
电控单元ECU对灯板LED阵列独立点亮管理的同时还可以在灯板与灯板之间、灯板与植物工厂的中央总控系统之间通过局域网交换数据,接受中央总控系统对不同植物在不同生长期对光谱合成的控制指令。
中国照明网技术论文·LED照明
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1.2.3大功率白光LED与阵列
LED灯板是植物工厂的关键设备,灯板上的主光源使用PHILIPS公司生产的LUXEONLAFLC4S大功率白色LED(如图3所示),其主要技术参数如下:
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工作电压:
12~16V;工作电流:
1.0~1.2A;色温CCT:
5200~6000K;显色性CRI:
70;光通量:
1000~1200流明;发光角度:
60!
。
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光谱特征见图2所示。
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大功率白色LED的电流、电压参数具有典型的PN结伏安特性,正向压降(V)和正向电流的(I)以及它们与芯片底座温度的关系曲线如图3所示。
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从图3中的V-I曲线可知,正向压降(V)随PN结的温度升高而降低,同时又随着结温度升高正向电流的(I)变大。
V的微小变化会引起较大的I变化。
由于大功率LED的散热是应用技术的关键,当电流受到控制时,正向压降(V)的变化不再影响电流变化而导致温度的恶性循环。
因此,大功率LED必须采用恒流源驱动。
控制LED驱动电流可以避免温升[4]对正向压降(V)的影响。
由LUXEON规格书可见,当LAFLC4S的恒流驱动至1000mA时,光通量可达1200流明。
LED阵列的排列方式根据照射场合的不同可以是条形或圆形。
阵列上白光LED的数量可以按照实际所需的总光通量和单个LED的光通量之比,依照以下公式求出:
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式中:
NLED为LED数量;为目标光通量;为光学效率,90%;为热学效率,85%;为LED最小光通量(lm)。
电路板上分布的大功率白光和其它颜色的LED与灯壳之间保持良好的散热,灯壳通常采用散热性能较好的铝材制作,灯壳内安装了辅以通风的散热风扇。
灯板上安装了温度传感器、光照传感器,分别监测LED的工作温度和光照参数。
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1.2.4PWM可控LED恒流驱动
凌特(Linear)公司的LT3755系列IC专为驱动大功率高电流LED的恒定电流驱动而设计。
它们从IC内部的一个7.V电源来驱动外部N沟道功率MOSFET,可以获得1500mA大电流驱动LAFLC4S大功率白色LED。
LT3755电流控制模式可以在45~40V的宽输入电压和输出电压在29~70V范围内实现了恒定电流的稳定工作。
FB引脚用作LED电流检测和保护功能的输入,而且还使得转换器能够起一个恒定电压源的作用。
调节RT引脚的电阻值可以得到100kHz至1MHz的频率变化范围,改变频率设置可以优化效率、进一步提高性能。
串接在LED上端的电流检测电路是适用于驱动LED的最灵活方案,适合于升压、降压模式或降压-升压模式配置。
PWM输入端口提供了高达3000∃1的LED调光比。
图4所示白光LEDLAFLC4S的驱动电路。
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相比LUXEONLAFLC4S白光LED大电流而言,灯板上其它波长的LED驱动电流大约只有100~300mA之间,采用了AMIS公司汽车级的LED驱动系列产品,AMIS39100集成电路具有很高的抗高温和高可靠性,可以分别提供8路LED输出驱动。
驱动器的每个输出能够达350mA电流,如果端口外接MOSFET可获得更高的驱动电流。
AMIS39100外部电路简单到只需一只外接电容器。
芯片具有过热保护、过流保护、短路保护和低电压保护功能。
当芯片内部电路检测到潜在危险存在的情况下自动关闭驱动程序并将故障的诊断状态通过串口读取。
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AMIS39100可以同时驱动8个LED(如图5所示)。
每条支路的驱动电流由灯板控制单元ECU编程控制,这只IC所具备的保护功能、分控特点、很适合灯板上其它波长LED的分别受控点亮。
AMIS39100同时控制8个不同波长LED与LT3755大功率白光LED的联合驱动,可以在灯板上获得近似太阳光的综合光谱,满足植物生长的光色特性。
1.2.5LED灯板控制单元
灯板控制单元担负着对不同波长LED独立点亮、光通量和光谱色质可调控制以及温度检测、系统保护等功能。
还可根据工厂中央管理系统的调光指令,管理灯板随指令
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