Как работают уличные фонари? Объяснение фотоэлементов, таймеров и светодиодных драйверов

Уличный фонарь не ждет, пока диспетчерская сообщит ему, что наступила ночь. Небольшой датчик освещенности в верхней части корпуса измеряет освещенность окружающей среды и при пороге от 10 до 20 люкс замыкает свои контакты и передает питание от сети драйверу внутри светильника. Драйвер преобразует переменный ток в регулируемый постоянный ток, а светодиодный модуль превращает этот ток в свет. Вся последовательность занимает несколько секунд и повторяется каждый вечер, и никто не прикасается к выключателю.

Если вы посмотрите на уличный фонарь как на три блока, работающих последовательно, вы сможете легче диагностировать проблемы реального мира. Лампа, горящая в полдень, светильник, который мерцает, прежде чем успокоиться, столб, который тускнеет наполовину в час ночи и возвращается к полной яркости, когда приближается машина. Каждый симптом указывает на уровень управления, драйвер или светодиодный модуль. Следующие разделы следуют этой цепочке по порядку, а затем перечисляют проверки, которые предотвращают дорогостоящие ошибки при заказе уличных фонарей в больших объемах.

Три квартала внутри работающего уличного фонаря

Каждый светильник, монтируемый на столб, от жилого фонаря мощностью 50 Вт до магистрального дорожного фонаря мощностью 240 Вт, содержит одни и те же три функциональных блока.

• Мощность и драйвер. На столб поступает сетевое напряжение, обычно однофазное 120 В, 230 В или 277 В, а в некоторых североамериканских коридорах - до 347 В или 480 В. Драйвер выпрямляет переменный ток, корректирует коэффициент мощности и подает на светодиоды постоянный ток, обычно от 350 мА до 1,05 А, в зависимости от конструкции модуля.
• Легкий двигатель. Светодиодные чипы установлены на металлической плате. Свет полупроводникового кристалла проходит через слой люминофора и проявляется в виде белого света. Хорошо построенные коммерческие светильники обеспечивают от 120 до 160 люмен на ватт на уровне светильника, после оптических и тепловых потерь.
• Контрольный слой. Фотоэлемент, астрономический таймер, датчик движения или сетевой контроллер решают, когда драйвер получит питание и какой ток он должен выдавать. В более старых установках это фотоэлемент с поворотным замком, расположенный в гнезде в верхней части корпуса. В более новых светильниках это может быть датчик поверхностного монтажа, подключенный непосредственно к плате драйвера.

Поскольку блоки независимы, неисправность в одном редко выглядит как неисправность в другом, что позволяет избежать большого количества догадок на месте.

Как фотоэлемент решает, что достаточно темно

Чувствительным элементом является ячейка из сульфида кадмия, сопротивление которой падает с ростом освещенности, или кремниевый фотодиод, соединенный со схемой компаратора. В обоих случаях электроника сравнивает измеренный уровень с эталонным и управляет реле или полупроводниковым переключателем.

Две цифры имеют значение. Порог включения обычно устанавливается в пределах от 10 до 20 люкс, что соответствует поздним сумеркам при ясном небе. Порог выключения намеренно выше, часто в два-три раза превышает значение включения. Этот зазор называется гистерезисом, и без него прибор выключался бы в тот момент, когда его собственная мощность повышала уровень окружающего освещения, а затем снова включался бы, работая всю ночь.

Положение датчика определяет надежность

Фотоэлемент должен видеть небо, а не прибор, которым он управляет. Когда датчик обращен к ближайшей стене, отражающему знаку или лучу от следующего столба, петля обратной связи может удерживать лампу включенной после восхода солнца. То же самое происходит, когда окно датчика покрыто пылью или паутиной, что является наиболее распространенной причиной того, что уличное освещение остается включенным в течение всего дня.

Таймеры, датчики движения и интеллектуальное управление

Астрономический таймер работает по-другому. Он сохраняет широту, долготу и дату, рассчитывает закат и восход солнца с точностью до минуты или двух и соответствующим образом переключает цепь. Он невосприимчив к грязным окнам и затененным местам, но отключение электроэнергии, которое сбрасывает часы, или переход на летнее время, о котором контроллер не знает, сдвигает расписание, пока кто-нибудь не исправит это.

Датчик движения добавляет второй уровень экономии. Микроволновой или пассивный инфракрасный детектор удерживает прибор в режиме ожидания примерно на 20–30 процентов и поднимает его на полную мощность, когда транспортное средство или пешеход входит в зону. На дорогах с низкой интенсивностью движения это может сократить ночное потребление энергии на треть. Пассивное инфракрасное обнаружение менее надежно в очень холодную погоду, и оба типа требуют тщательного прицеливания, чтобы избежать ложных срабатываний из-за движущейся листвы.

Сетевые уличные фонари идут дальше. Контроллер в розетке NEMA или Zhaga сообщает о энергопотреблении, часах работы и кодах неисправностей через беспроводную сеть или канал NB IoT. Операторы могут затемнять целые контуры, запускать отдельные профили выходного дня и обнаруживать вышедшего из строя водителя до того, как позвонят жильцы. Этот обзор Перспективы применения умных уличных фонарей рассказывает о том, что на самом деле включает в себя развертывание в масштабе города.

Для проектов, в которых графики регулировки яркости и отчеты о неисправностях должны быть встроены в прибор, а не добавлены позже, интеллектуальный уличный фонарь мощностью 240 Вт со встроенной розеткой контроллера является практичной отправной точкой в списке спецификаций.

PY-LED666-240W Умный уличный фонарь Умный уличный фонарь LED666-240W — это современное решение для дорожного освещения, сочетающее в себе энергоэффективность, интеллектуальное управление и стабильную работу. Используя высокое качество... Посмотреть продукт →

Что происходит между полюсом и светодиодным чипом

Между полюсным соединением и двигателем находится водитель, и он не только меняет напряжение. Он поддерживает постоянный ток при нагревании светодиодов, поэтому выходная мощность остается стабильной как в теплую летнюю ночь, так и в холодную зимнюю ночь. КПД драйвера от 88 до 92 процентов является нормальным, а металлический корпус за платой представляет собой тепловой путь, который поддерживает температуру перехода в пределах диапазона, установленного производителем.

Наружные светильники также несут защиту, в которой не нуждаются внутренние лампы. Встроенное устройство защиты от перенапряжения класса 10 кА поглощает переходные процессы, которые перемещаются вверх по полюсу во время ударов молнии поблизости. Прокладки и корпус из литого под давлением алюминия имеют класс защиты IP66, объектив обычно соответствует стандарту IK08 или выше, а кабельный ввод и прокладка — это детали, которые с наибольшей вероятностью могут попасть в воду после многих лет термоциклирования.

Преимущество по сравнению со старыми источниками света легко увидеть в круглых цифрах. Натриевый светильник высокого давления мощностью 150 Вт производил примерно 15 000 люмен при потреблении около 175 Вт с учетом потерь балласта. Современный светодиодный светильник мощностью 140 люмен на ватт обеспечивает такой же световой поток при входной мощности около 100 Вт, а поскольку оптика направляет луч на дорогу, а не излучает во всех направлениях, полезная освещенность дороги часто выше при том же значении люмен.

Стабильная мощность на этом уровне зависит от совместной работы светового двигателя и тепловой конструкции, на основе которых построен такой светильник, как этот светодиодный уличный фонарь мощностью 150 Вт.

PY-LED591-150W Высококачественный уличный фонарь для улицы Высококачественный наружный уличный фонарь LED591-150W — это осветительный прибор профессионального уровня, предназначенный для сложных сценариев освещения, таких как главные городские дороги, большие площади... Посмотреть продукт →

Солнечные уличные фонари используют ту же логику с другим путем питания

Уличный фонарь на солнечных батареях заменяет подключение к сети фотоэлектрической панелью, контроллером заряда и аккумулятором, а затем сохраняет ту же логику управления в конце цепочки. В течение дня панель заряжает аккумулятор через контроллер MPPT. В сумерках фотоэлемент или таймер передает водителю накопленную энергию.

Выбор размера – это арифметика, а не догадки. Ежедневная энергия равна мощности светильника, умноженной на часы работы, с поправкой на любой профиль затемнения. Прибор мощностью 60 Вт, работающий пять часов при полной мощности и пять часов при 30 процентах, потребляет около 390 ватт-часов, которые с запасом покрывает блок литий-железо-фосфата на 12,8 В, 100 Ач, а панель мощностью от 120 до 150 Вт перезаряжается в обычный солнечный день. Местам с продолжительными пасмурными периодами требуется автономная работа в течение двух-трех ночей.

В раздельных конструкциях панель и аккумулятор размещаются на отдельной стойке, поэтому опора несет меньший вес, а в интегрированных конструкциях все хранится в головке светильника, что ускоряет установку. Ни один из них не нуждается в прокладке траншей, поэтому солнечные батареи распространены вдоль парков, площадей и сельских дорог, где стоимость подключения к сети выше, чем сам свет.

Уличный фонарь на солнечных батареях высокой яркости мощностью 80 Вт демонстрирует, как панель, аккумулятор и драйвер сочетаются в одном семействе продуктов.

PY-SLST06-80W Солнечный уличный фонарь высокой яркости Солнечные уличные фонари высокой яркости мощностью 80 Вт — это высокопроизводительный энергосберегающий продукт, предназначенный для средних и крупных проектов дорожного и общественного освещения. Этот сериал... Посмотреть продукт →

Что покупатели должны подтвердить перед размещением заказа

Большинство жалоб на уличное освещение, связанных с закупками, возникают в одной из двух ситуаций. Цифра была указана на уровне чипа, а не светильника, или светильник был выбран без проверки системы управления, с которой он должен работать. В таблице ниже перечислены значения, которые необходимо подтвердить письменно.

Еще три момента заслуживают внимания в том же разговоре. Убедитесь, что монтажный диаметр и наклон кронштейна соответствуют опоре и классу дороги, поскольку вход диаметром 60 мм не подходит для кронштейна диаметром 76 мм. Запрашивайте данные о просвете LM-80 и TM-21, а не маркетинговый срок службы. Наконец, перечислите сертификаты, которые требуются на целевом рынке, например CE, RoHS или TUV, чтобы обеспечить соответствие требованиям до начала производства.

Полевые симптомы и что они обычно означают

Как только три блока будут прояснены, большинство сервисных вызовов сводятся к короткому списку причин.

• Свет остается включенным в течение дня. Окно фотоэлемента загрязнено, затенено или неисправно, или астрономический таймер потерял дату после отключения электроэнергии.
• Мерцание или кратковременное отключение. Неисправный драйвер, незакрепленная лепестковая клемма или помехи в паре регулировки яркости.
• Включение и выключение велосипеда на рассвете. Полоса гистерезиса слишком узкая, или датчик улавливает свет от соседнего полюса.
• Полная яркость в 2 часа ночи на дороге, которую следует затемнить. Профиль управления не был загружен, или сетевой контроллер отключился от сети.
• Выходная мощность ниже, чем в первый день, без команды регулирования яркости. Деградация светодиодного модуля, неисправная цепочка или драйвер, который уменьшил ток, чтобы защитить себя от тепла.

Уличное освещение представляет собой простую систему, если ее разбить на части. Что-то решает, что темно, что-то преобразует сетевую или накопленную энергию постоянного тока в управляемый ток, а что-то превращает этот ток в свет. Неисправности указывают на один из этих трех блоков, а хорошая спецификация определяет производительность всех трех до подписания заказа.

Для покупателей, реализующих проекты на нескольких площадках, практическим преимуществом производителя, который занимается проектированием, оснасткой и сборкой самостоятельно, является согласованность заказов, что означает использование одной и той же оптики, одного и того же объединения и одной и той же платформы драйвера из года в год. Poda Lighting производит сетевые и солнечные светодиодные уличные фонари мощностью от 50 Вт до 240 Вт, а также прожекторы, фонари для высоких пролетов и садовые фонари, используемые на стадионах, туннелях, фабриках и жилых улицах, и экспортирует их в более чем пятьдесят стран. Если вы готовите тендер или сравниваете образцы, вы можете отправьте спецификации вашего проекта команде за соответствующую рекомендацию.