Upload
ianthe
View
46
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Változtatható fényeloszlási testtel rendelkező közvilágítási LED-es lámpák optikai rendszerének tervezése*. dr. Szarvas Gábor, dr. Domján László, Sághy Attila, Kautny Szabolcs, Molnár András Optimal Optik Kft., Budapest Istenhegyi út 9/d [email protected] - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Változtatható fényeloszlási testtel rendelkező közvilágítási
LED-es lámpák optikai rendszerének tervezése*
dr. Szarvas Gábor, dr. Domján László, Sághy Attila, Kautny Szabolcs, Molnár András
Optimal Optik Kft., Budapest Istenhegyi út 9/[email protected]
*Az előadás az NKTH által támogatott TECH_08_A4-KOZLED PROJEKT keretében végzett kutató-fejlesztő munkát mutatja be.
Tartalom1. Bevezetés: Különböző fényeloszlások, klasszikus és
LED-es lámpák, milyen az optimális fényeloszlási test?
2. Optikai követelmények összefoglalása*3. LED kiválasztása: hogyan lehet olcsóbb a LED-es
lámpatest?4. Változtatatható fényeloszlási testtel rendelkező LED-es
optikai modul konstrukciója5. Fényeloszlás test tervezése ZEMAX optikai tervező
programmal - LED-es lámpák modellezése ZEMAX
programmal- optimalizálás ME követelményeket számító
„MAKRO”-kal.6. Eredmények* A követelmények összegyűjtésében és megfogalmazásában
a HOFEKA Kft. vezetői és munkatársai segítettek.
Bevezetés:A fényeloszlás illesztése a különböző oszlopmagasságokhoz, távolságokhoz, útszélességekhez: változtatható fényeloszlás test.- A modern lámpatestekben az optikához (tükör) képest a fényforrás két tengely mentén elmozdítható. - 5-10 különböző fényeloszlás test típusonként.
Síküveg lezárás, (2/C)Legnagyobb fényerősség iránya:65,18
HOFEKA Kft. CLAUDIA MT150W lámpatest (csőburás fém halogén lámpa), 26 fényeloszlás test (EULUMDAT fájl);Jelleg hasonló, de a csúcsintenzitás nagysága és iránya változik.
Domború lezárás, (3/A)Legnagyobb fényerősség iránya: 68,21
Domború lezárás, (5/B)Legnagyobb fényerősség iránya: 70,30
Különböző gyártmányú LED-es lámpák fényeloszlása
A CORLIGHT/EWO cégek DS32-9G jelű LED-es modulja
A HELLA cég Eco Streetline Case M LED-es lámpateste
A MODOLIGHTS cég MODO_903 LED-es lámpateste
A VALOPAA cég VP1301 M6 LED-es lámpateste
El.
Telj.Út
szél.Oszl.mag. Dőlés
Tá-volság
Gyártó/típus/ típus [W] [m] [m] [] [m] [W/m2]
ME4a
CORLIGHT, és EWO/DS32 (5 modul) 54 6,00 6,60 28,0 0,32
CORLIGHT, és EWO/DS32 (5 modul) 54 7,00 7,00 5,00 25,0 0,31
HELLA/ Eco Streetline Case M (2mod) 68 9,00 9,50 26,0 0,29
VALOPAA / VP1301 M6 50 6,00 8,50 10,00 24,0 0,35
ME5
CORLIGHT, és EWO/DS32 (3 modul) 32 6,00 6,00 5,00 25,0 0,21
HELLA/ Eco Streetline Case M (1mod) 34 6,00 5,20 23,0 0,25
VALOPAA / VP1301 M6 50 6,00 8,50 10,00 36,0 0,23
ME6
CORLIGHT és EWO/DS32 (2 modul) 22 6,00 6,20 28,0 0,13
HELLA/ Eco Streetline Case M (1mod) 34 6,00 7,00 29,0 0,20
Útvilágítási feladatok megoldása LED-es lámpákkal (fényeloszlás test „befagyasztva”)
Tervezési követelmények 1. Út menti oszlopra szerelt lámpatest (nem útközepes);
4. Olcsó ár klasszikus fényforrással szerelt lámpatesttel összemérhetőMegoldás: Kevesebb (jobb, de drágább) tok, nagyobb meghajtó áram,
nagyobb hőmérséklet, jobb hűtés.
3. Fényszennyezés mentes lámpatest: 90º felett nincs direkt fénysugárzás, vagy szórt fény.
Megoldás → vízszintesen elhelyezett lámpatest, síküveg lezárás.
2. Útvilágítási követelmények teljesítése (MSZ EN 13201-ben rögzített) tipikus útszélességek,oszloptávolságok és oszlopmagasságok mellett:
CE0 – CE5 útvilágítási köv. ME1 – ME6 útvilágítási köv.Eátl Megvilágítás közép ért.(lx) Látl Fénysűrűség közép ért. (cd/m2)U0 min/közép (min.) U0 min/közép (min.)
Ui hosszir. egyenletesség (min.)Ti káprázás korlátozása (max.)SR környezet világossága (min.)
Fényeloszlást test és az út geom. meghat. + még az út reflexiójától is függ!Megoldás → változtatható „denevérszárny” fényeloszlás, az adott
ME(CE) útkategóriára optimalizálva, tipikus út és oszlop paraméterekkel
Melyik LED-el tervezzük a lámpát?2009: CREE XP-E, 110lm/W 400-500Ft/tok; MC-E 4 chip2010: CREE XP-G 130 -140lm/W 600-700Ft/tok2011: CREE XM-L? 160 lm/W ???? Ft/tok
Olcsóbb lámpatest: XP-G, 700mA (esetleg 1000mA)- Kevesebb tok - Kisebb méret, kevesebb optika- Magasabb hőmérséklet- hatékonyabb hűtés
Élettartam mérések ENERGYSTAR előírása szerint. XP-G élettartama 1000mA esetén is eléri az XP-E 350mA-en mért élettartamát
Felépítés:A LED-ek egy „zárt” közös optikai térben helyezkednek elKét fix oldal tükör (az út hossztengelyére merőleges);
A változtatható fényeloszlású optikai modul konstrukciója (felülnézet)
Oldaltükör
Oldal tükör
Első tükörrögzítő nyílások
Hátsó tükör
Első tükör
Hátsó tükörtartó lemezek beillesztve a rögzítő nyílásokba
Hátsó tükörrögzítő nyílások
Oldalsó LED-ek hűtőcsonkja
Középső LED-ek hűtőcsonkja
Középső LED-ek (egy tengely mentén beforgatva);
Első tükörtartó lemezek beillesztve a rögzítő nyílásokba
A hűtőcsonkra szerelt LED-ek az optikai térbe befelé világítanak. Hűtőcsonkokkivezetik a veszteséghőtaz optikai térből.
Két állítható tükör, első és hátsó tükör (az út hossztengelyével párhuzamos tengely körül forgatható);Antireflexiós sík üveg lap
Oldalsó LED-ek (két tengely körül beforgatva);
Állítható fényeloszlású optikai modul lámpatestbe illesztve, alulnézet
Az oldalsó hűtőcsonk és az oldalsó LED-ek ZEMAX modellje
Az oldalsó LED-eken –a feladattól függően aszférikus - kollimátor tükör van.
Első tükör (két helyzetben)
Hátsó tükör (két helyzetben)
Oldalsó LED-ek
Középső LED-ek
Fényeloszlási test változtatása:Gyártás alatt (ME/CE)-Oldalsó és középső LED-ek száma aránya-Aszférikus tükrök száma/pozíciója (oldalanként 4 lehetőség)Szerelés alatt (Oszlop magasság/út szélesség):-Mozgatgatható első/hátsó tükör szöge(választható fix pozíciók)
Oldalsó Hűtőcsonk
2x2 LED mátrix
Négyszögletes CPC kollimátor tükör
LED-es lámpa ZEMAX modellje 1.ZEMAX optikai tervező program: Sorrendi sugárátvezetés;
Nem sorrendi sugárátvezetés; Fizikai optika.
Záró síküveg lap: törésmutató, antireflexiós réteg.Lámpaház: CAD import (elnyelés, apertúrázás ellenőrzése)
-LED: - Sugárkészlet közeltéri eloszlás, xyz+szögek, (IES, EULUMDAT távoltér 3adat/sugár)
-100K-1000K sugár/LED-Tok és lencse pontos geometriája (STL, IGES..)
-Tükrök, (sík és aszférikus felületek) hűtőcsonkok(testek):- pontos geometria, pozíciók; - komplex reflexiós tényező (valós anyag,elnyelés);- tükrös/szórt reflexió aránya, különböző szórási modellek, vagy mért adatok.
Nem sorrendi sugárátvezetés: FényforrásokFénysugarak(teljesítmény, hullámhossz, polarizáció) Nem
sorrendi objektumok Detektorok;Minden fénysugár (fehér v. színes) egy adott teljesítmény hányadot visz magával (W vagy lumen);Minden sugárra minden objektummal/detektorral lehetséges metszéspont meghat. Valós metszéspont:amihez a legrövidebb út tartoziktörés/tükrözés/szórás/sugárosztás,
teljesítmény hányad meghat.
LED-es lámpa ZEMAX modellje 2.Különböző szintű modellek:-Nincs sugárosztás (csak a továbbvezetett sugár teljesítménye változik);-Egyszerűsített sugárosztás megtört, vagy visszavert sugár (tükrös vagy szórt sugár) véletlenszerűen;-Valós sugár osztás a sugarak teljesítménye változik;
Gyorsítási lehetőségek:-Figyelembe vett objektumok;-Kihagyott objektumok;
Nincs sugárosztás
Egyszerűsített sugárosztás
Valós sugárosztás
Optikai modul optimalizálása az EN13201-ben rögzített követelményekre Út
szél.Oszlop mag.
Oszlop táv.
ME3 8m 10m 30/35m
ME4 7m 7m 25/30m
ME5 6m 7m 25/30m
ME6 6m 6m 25/30m
EN13201-ben rögzített módon: 2, 5 lámpa oszlopok; 6 megfigyelési irány, 7 megfigyelő hosszirányú helyzete, X számítási pontok elhelyezkedése hossz és kereszt irányban;
Útvilágítási helyzet beépítése ZEMAX-ba: optikai modul+ detektorok(úttest+járda)Fénysűrűséget számoló MAKRO-k tipikus elrendezésekre:
Operandus készlet; Változók: LED-ek,tükrök geom. adatai; aszférikus koll. paraméterei. Szabványos és számolt
átlagos fényesség
Szabványos és számolt egyenletesség
Hosszegyenletesség Környezeti arány
Figyelembe veendő lámpatestek: Megfigyelő felé:5H, Megfigyelőtől:12H, Oldalt 5H (H oszlop magassága)
62W-os LED-es lámpa két fényeloszlási teste; (28db. XP-G LED, 700mA)
CE4, 2 db. aszféria oldalankéntÚt szélesség:6m, oszlop magasság:10m, oszlop táv.: 30m;Tükör szögek: -51;90.
ME4a, 3 db. aszféria oldalanként;Út szélesség:7m, oszlop magasság:7m, oszlop táv. 28m;Tükör szögek: -26.9;71.65.
Összefoglaló
- A modulok fényeloszlás teste az állítható tükrök szögének változtatásával módosítható.-A LED-ek egy közös optikai térbe sugároznak, az optikai elemek nem az egyedi LED-ekre vannak illesztve, ezért a kidolgozott optikai rendszer lényegében LED független. -A modulokat vízszintesen elhelyezett síküveg lezárás figyelembevételével optimalizáltuk. A LED-ek és az aszférikus reflektor megfelelő elrendezése, és a lezáró edzett üveglapon lévő antireflexiós réteg kompenzálja, illetve csökkenti a nagyszögű sugarak veszteségét. - A síküveg lezárás alkalmazásával gyakorlatilag nincs fényszennyezés.- A lámpatestek csak üveg és alumínium alapanyagokból épülnek fel. Műanyagot még az optikai elemek sem tartalmaznak. - A lámpatestek felülete sima, a lámpatesten kívül nincsenek hűtőbordák. A lámpatestek felületét a természetes csapadék tisztán tartja: a hűtés az élettartam során nem romlik.-A kidolgozott optikai modulok és a hűtő elemek bele illeszthetők klasszikus lámpatesteibe is, ami lehetővé teszi „retrofit” jellegű LED-es lámpák kialakítását.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET.