Пристрій для освітлення вагонів рухомого складу

Реферат: Пристрій для освітлення вагонів рухомого складу включає в себе джерела світла, входи яких з дотриманням полярності підключені до виходів джерела живлення, вхід якого підключений до освітлювальної мережі вагона. Джерела світла виконані світлодіодними модулями, світлодіоди яких з'єднані послідовно або паралельно у потрібній кількості і встановлені на тепловідводі. UA 71804 U (12) UA 71804 U UA 71804 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі світлотехніки і може використовуватись для заміни існуючих джерел світла - ламп розжарення і люмінесцентних ламп для внутрішнього освітлення вагонів рухомого складу залізниці, у тому числі для освітлення вагонів метрополітену. Відомі світильники типу СМ-1 для вагонів метро серій Є, Єж і т.п., які як джерела світла використовують спеціальні лампи розжарення на напругу 60 В потужністю 65 вт (Э.М. Добровольская, Электропоезда метрополитена. - Москва, 2003, стр. 290). Ці світильники з'єднані у дві паралельні групи по 15 послідовно з'єднаних світильників у кожній. Ці групи живляться від контактної мережі напругою 900 в і споживають загальну потужність 1950 вт. Лампи розжарення мають дуже короткий строк служби і не можуть забезпечити загальну освітленість вагона на площині, що віддалена на 60 см від підлоги вагона, на рівні 150 лк, як того потребує СаНПіН. Відомі також світильники ЛПВО2-2 × 40-002 для вагонів серій 81-714, 81-717, в яких використовують дві люмінесцентні лампи потужністю 40 вт з відповідним пуско-регулюючим апаратом кожна (Устройство и ремонт электропоездов метрополитена. Под ред. Э.А. Сементовского. - Москва: Транспорт, 1991, стр. 164). Живлення цих світильників потребує змінної напруги 220 в, для отримання якої кожен вагон має блок живлення своїх потреб, який перетворює постійну напругу контактної мережі 750 в у постійну напругу 80 в для підзарядки акумуляторної батареї та у змінну напругу 220 в з частотою 400 гц для живлення освітлювальної мережі вагона та інших допоміжних ланцюгів. Коефіцієнт корисної дії блока живлення своїх потреб типу 5У2 біля 60 %, за рахунок того, що напруга контактної мережі спочатку перетворюється у постійну напругу 80 в, з якої другий перетворювач формує змінну напругу 220 в і частотою 400 гц. Такий же коефіцієнт корисної дії мають пуско-регулюючі апарати, встановлені в світильниках. У вагонах серії 81-717 встановлено 9 світильників, а у вагонах 81-714 встановлено 10 світильників, люмінесцентні лампи яких споживають 720 вт і 800 вт відповідно. З урахуванням коефіцієнта корисної дії блока живлення своїх потреб та пускорегулюючого апарата загальна потужність, споживана системою освітлення вагонів вказаних вище типів, досягає 2000 вт. Найбільш близьким по технічній суті до заявленого є світильник для вагонів серій 81-720, 81-721, який включає джерела світла, входи яких з дотриманням полярності підключені до виходів джерела живлення, вхід якого підключений до освітлювальної мережі вагона. Для живлення бортової мережі у вагонах серій 81-720, 81-721 (Е.Б. Данилов, Вагоны метрополитена модели 81-720, 81-721, Практическое руководство по изучению и эксплуатации, Москва, 1998, стр. 37-41) використовується блок бортового енергопостачання, який перетворює постійну напругу контактної мережі 750 в у стабілізовану напругу 80 в для живлення бортової мережі вагона, у тому числі системи освітлення, та підзарядки акумуляторної батареї. Таким чином, кожен світильник, при наявності високої напруги, живиться від блока бортового електропостачання, а коли висока напруга зникає - безпосередньо від акумуляторної батареї. Присутність у блоці бортового постачання тільки одного перетворювача напруги дозволило досягти коефіцієнт корисної дії біля 85 %, а використання у кожному світильнику індивідуального пуско-регулюючого апарата дозволило, у порівнянні з вагонами моделей 81714, 81-717, скоротити споживану системою освітлення вагона потужність до 1300-1500 вт. За рахунок наведених вище факторів вказаний пристрій більш економічний, ніж попередні. Однак, він має і ряд недоліків: недостатній світловий потік люмінесцентних ламп, що не дозволяє задовольнити вимоги СаНПіН по освітленню вагонів метрополітену; недостатньо великий строк служби - близько 10000 годин; присутність у спектрі випромінення люмінесцентних ламп ультрафіолетових променів, які шкідливі для здоров'я; відсутність можливості регулювання світлового потоку джерел світла, щоб компенсувати його падіння за рахунок старіння лампи; необхідність промислової утилізації люмінесцентних ламп, оскільки в них використовується ртуть; висока, споживана системою освітлення, потужність, що може досягати 1300 вт. Заявлений пристрій вирішує задачу удосконалення відомого пристрою з метою збільшення строку служби, зменшення споживаної потужності з одночасним збільшенням світлового потоку та отримання можливості керувати останнім тим, що як джерела світла використовуються світлодіоди великої яскравості, які живляться від керованого джерела струму, що через відповідну комутуючу апаратуру живиться від блока бортового енергопостачання або безпосередньо від акумуляторної батареї вагона, а також введенням додаткових елементів і зв'язків між ними. 1 UA 71804 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть моделі полягає в наступному. Світлодіоди, як джерело світла, мають високу інтенсивність (більше 100 лм/вт), у той час, як інтенсивність люмінесцентних ламп не перевищує 100 лм/вт, а інтенсивність ламп розжарення взагалі не більша 24 лм/вт. Таким чином, використання з'єднаних у ланки світлодіодів дає можливість отримати джерело світла із світлотехнічними характеристиками рівними або кращими, ніж у люмінесцентної лампи, при меншій споживаній потужності та набагато більшому (у 4-16 разів) строку служби. Для живлення ланок світлодіодів використовується кероване джерело струму з коефіцієнтом корисної дії близько 90 % та додатковими входами для керування та стабілізації світлового потоку. До одного керованого джерела струму можуть бути підключені, як один, так і два світлодіодних модулі. Суть моделі пояснюється кресленням, наведеним на кресленні. На кресленні зображено: 1 - світлодіодний модуль, 2 - кероване джерело струму, 3 - задатчик сили початкового струму, 4 - датчик освітленості, 5 - основний вхід для акумуляторної батареї, 6 - перший додатковий вхід для задатчика сили початкового струму, 7 - другий додатковий вхід для датчика освітленості, 8 - третій додатковий вхід для блока керування загальною освітленістю. Пристрій містить світлодіодні модулі 1, які своїми входами з дотриманням полярності підключені до виходів керованого джерела струму 2, основний вхід 5 якого через відповідну комутуючу апаратуру підключений до акамуляторної батареї вагона (на кресленні не показано). До першого додаткового входу 6 керованого джерела 2 струму підключений вихід задатчика 3 сили початкового струму, що протікає через світлодіоди модулів. До другого додаткового входу 7 керованого джерела 2 струму підключений датчик освітленості 4. До третього додаткового входу 8 джерела 2 струму може бути підключений вихід блока керування загальною освітленістю (наприклад, всього вагона і на кресленні не показаний). Світлодіодний модуль 1 являє собою групу світлодіодів великої яскравості, які з'єднані послідовно або паралельно, розміщених на алюмінієвому тепловідводі необхідної форми. Площа тепловідводу повинна бути достатньою для ефективного відводу тепла від кристалів світлодіодів. Кероване джерело 2 струму може бути виконане по схемі імпульсного перетворювача напруги із зворотним зв'язком по струму навантаження і мати додаткові ланцюги для керування останнім. Номінальна вхідна напруга джерела живлення 80±4 в, а діапазон робочих вхідних напруг має бути від 60 до 100 в постійного струму. Задатчик 3 початкового струму може бути виконаний на основі аналогового потенціометра, зміна опору якого дозволяє змінювати величину струму через світлодіоди модулів. Датчик 4 освітленості являє собою фоточутливий елемент (наприклад фотодіод) з додатковим ланцюгом, що дозволяє задати рівень яскравості світлодіодів в модулях, яка дозволить отримати заданий рівень освітленості площини, що розташована під пристроєм. Третій додатковий вхід 8 призначений для підключення виходу групового регулятора яскравості, якщо є задача одночасного регулювання яскравості кількох пристроїв, що разом освітлюють вагон метрополітену. Груповий регулятор яскравості найкраще виконати, як генератор широтно-імпульсно модульованого сигналу із своїми задатчиком начального струму через світлодіоди та датчиком освітленості. В цьому випадку датчики освітленості в пристроях не використовуються. Перед підключенням пристрою до освітлювальної мережі вагону попередньо на стенді задатчиком 3 початкового струму виставляється величина струму через світлодіоди, яка дорівнює номінальній для типу світлодіодів, що використовуються в світлодіодних модулях 1. Ці дані завжди наводяться у документації виробника. Якщо до керованого джерела 2 струму підключені два світлодіодні модулі 1, то виставляється величина струму удвічі більша за номінальну. Пристрій працює наступним чином. Після подачі напруги живлення у освітлювальну мережу вагона кероване джерело 2 струму починає перетворювати постійну напругу бортової мережі 80 в у напругу живлення світлодіодних модулів 1, підтримуючи стабільний, виставлений попередньо, струм через світлодіоди. Величина напруги живлення може змінюватись від 60 до 110 в, а струм через світлодіоди залишається незмінним. 2 UA 71804 U 5 10 15 20 25 Якщо пристрій використовується індивідуально, то після встановлення його на відповідне місце, задатчиком рівня освітленості, що інтегрований з датчиком освітленості 4, виставляється потрібний рівень освітленості заданої площини. Тепер кероване джерело 2 світла буде змінювати струм через світлодіоди таким чином, щоб рівень освітленості заданої площини був постійним. Ця якість дозволяє використовувати заявлений пристрій не тільки у складі систем освітлення вагонів метрополітену, а також для індивідуального освітлення приміщень (тамбурів, переходів, туалетів і т. п.) пасажирських вагонів рухомого складу залізниці з напругою освітлювальної мережі 50 і 110в. При використанні пристрою у складі системи освітлення вагона метрополітену треті додаткові входи 8 керованих джерел 2 струму з'єднуються паралельно і під'єднуються до виходу групового регулятора освітленості, який оснащений датчиком освітленості. Це дає можливість одночасно регулювати яскравість усіх пристроїв, що входять до складу системи освітлення і, як наслідок, освітленість всього вагона у заданій СаНПіН площині (на відстані 60 см від підлоги вагона). А фоточутливий елемент, що входить до складу групового регулятора яскравості, дає можливість підтримувати освітленість вагона на заданому рівні. Запропонований пристрій забезпечує у кілька разів менше, ніж у аналогічних пристроїв з люмінесцентними лампами, споживання електроенергії. Наприклад, 10 люмінесцентних світильників вагона моделі 81-714 споживають 800 вт (без урахування втрат при перетворенні напруги контактної мережі в напругу живлення ламп) і забезпечують освітленість площини, заданої СаНПіН близько 100 лк. Заміна штатних джерел світла пристроями, що заявлені, дозволить скоротити споживану потужність до 250 вт при рівні освітленості тієї ж площини 160170 лк. Крім того, строк служби світлодіодів досягає 100000 годин. У їхньому спектрі відсутнє ультрафіолетове випромінення і, оскільки вони не мають у своєму складі небезпечних компонентів, світлодіоди не потребують промислової утилізації. І, нарешті, можливість індивідуального або групового регулювання освітленості, дозволить зменшувати споживану системою освітлення потужність у вагонах, стіни яких обшиті пластиком світлих тонів, за рахунок меншого коефіцієнта поглинання світла у останніх. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Пристрій для освітлення вагонів рухомого складу, що включає в себе джерела світла, входи яких з дотриманням полярності підключені до виходів джерела живлення, вхід якого підключений до освітлювальної мережі вагона, який відрізняється тим, що джерела світла виконані світлодіодними модулями, світлодіоди яких з'єднані послідовно або паралельно у потрібній кількості і встановлені на тепловідводі, містить задатчик сили початкового струму та датчик освітленості площини, а джерело живлення, до першого додаткового входу якого підключений вихід задатчика сили початкового струму, до другого додаткового входу підключений вихід датчика освітленості площини, розташованої під пристроєм, до третього додаткового входу підключений вихід блока керування загальною освітленістю площини. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що джерело живлення виконане керованим. 3 UA 71804 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4