李炳華，覃劍戈，董 青，徐學(xué)民，岳云濤，賈 佳

(1.悉地國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

LED燈啟動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用

李炳華1，覃劍戈2，董 青1，徐學(xué)民1，岳云濤2，賈 佳2

(1.悉地國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

為了研究LED燈的啟動(dòng)特性，我們對3款LED燈啟動(dòng)階段的電參數(shù)進(jìn)行了測試，并對啟動(dòng)過程的電流波形進(jìn)行了捕捉。將3款燈具分為延時(shí)啟動(dòng)和瞬時(shí)啟動(dòng)兩類，分別分析了兩類燈具的啟動(dòng)時(shí)間、峰值電流、啟動(dòng)電流與工作電流的倍數(shù)比和其在一般場所及體育場館當(dāng)中的應(yīng)用情況。結(jié)果表明，延時(shí)啟動(dòng)燈具啟動(dòng)時(shí)間長，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)電流與工作電流的倍數(shù)比小，可以不考慮過載的影響，適用于民用建筑中一般場所的照明；瞬時(shí)啟動(dòng)燈具啟動(dòng)時(shí)間短，啟動(dòng)電流大，啟動(dòng)電流與工作電流的倍數(shù)比大，必須考慮過載的影響，適用于高等級體育場館的照明。

LED燈；啟動(dòng)特性；過載特性；延時(shí)啟動(dòng)；瞬時(shí)啟動(dòng)；照明；體育場館；燈具

引言

LED 作為一種新型的固態(tài)光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、易于調(diào)控等各種優(yōu)點(diǎn)[1]，受到人們越來越多的重視。在國家“十三五”規(guī)劃中，節(jié)能減排作為重點(diǎn)內(nèi)容列入其中。作為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要抓手，LED照明技術(shù)發(fā)展備受關(guān)注。對LED燈系列參數(shù)的研究及其在不同場所的應(yīng)用情況的分析也變得很有必要。

LED 照明以其耗電量小、色品質(zhì)可調(diào)、控制靈活、能瞬時(shí)點(diǎn)燃等特點(diǎn)，較適合用于體育照明。由于體育場館要兼顧比賽和電視轉(zhuǎn)播，因此對照明的要求很高，對 LED 照明的穩(wěn)定性、眩光、頻閃等一系列問題需作進(jìn)一步的深入探討[2]。對LED燈而言，由于其啟動(dòng)性能影響到照明的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，因此本文主要研究影響LED燈啟動(dòng)階段的特性，為LED燈具在民用建筑照明和體育場館照明的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與原理

為了測量LED燈的啟動(dòng)特性，我們采用了3款不同的LED燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，3款燈的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)用燈基本技術(shù)參數(shù)

為了使LED燈能準(zhǔn)確的在220V電壓下啟動(dòng)，實(shí)驗(yàn)線路中串接了一個(gè)調(diào)壓器，將輸入電壓固定在220 V。實(shí)驗(yàn)中采用多功能測試儀FLUKE 435b對LED的電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行測量，并對LED燈的啟動(dòng)瞬變波形進(jìn)行抓取。實(shí)驗(yàn)原理圖及實(shí)驗(yàn)主要儀器如圖1和圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖Fig.1 Schematic diagram of experiment

圖2 主要實(shí)驗(yàn)儀器Fig.2 Main experimental instruments

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3和圖4是W燈具的啟動(dòng)波形和穩(wěn)態(tài)波形，從圖3中可以看出W燈具的啟動(dòng)瞬間，啟動(dòng)電流在1 ms內(nèi)上升到峰值電流9.537 A，然后電流又在1 ms內(nèi)下降到0以下形成反向峰值電流-8.392 A，接著電流波動(dòng)上升到工作電流值完成啟動(dòng)過程。從圖4中可以看出W燈具在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的峰值電流大約為12 A，則工作電流有效值約為8.48 A。我們得到W燈具的啟動(dòng)電流為1.12Ie(Ie為額定電流)，且W燈具從峰值電流到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間約為4 s。

圖3 W燈具啟動(dòng)波形Fig.3 Starting wave of W lamp

圖4 W燈具穩(wěn)態(tài)波形Fig.4 Steady state wave form of W lamp

圖5和圖6是S燈具的啟動(dòng)波形和穩(wěn)態(tài)波形，從圖5中可以看出燈具的啟動(dòng)瞬間，反向往電源內(nèi)部的大電容充電，并在1 ms內(nèi)達(dá)到反向峰值電流-11.444 A，然后電容又在瞬間放電且在1 ms內(nèi)達(dá)到正向峰值電流11.444，接著電流在0 A附近進(jìn)行很小的波動(dòng)，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)完成啟動(dòng)過程。從圖6中可以看出S燈具在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的峰值電流大約為4 A，則工作電流有效值約為2.9 A。我們得到S燈具的啟動(dòng)電流為3.95Ie，且S燈具從峰值電流到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為323 ms。

圖5 S燈具啟動(dòng)波形Fig.5 Starting wave of S lamp

圖6 S燈具穩(wěn)態(tài)波形Fig.6 Steady state wave form of S lamp

圖7和圖8是L燈具的啟動(dòng)波形和穩(wěn)態(tài)波形，從圖7中可以看出L燈具的啟動(dòng)瞬間，啟動(dòng)電流在4 ms內(nèi)上升到峰值電流46.158 A，然后電流又在4 ms后下降到0以下形成反向峰值電流-9.537 A，接著電流在0 A附近進(jìn)行很小的波動(dòng)，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)完成啟動(dòng)過程。從圖8中可以看出L燈具在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的峰值電流大約為4.4 A，則工作電流有效值約為3.1 A。我們得到L燈具的啟動(dòng)電流為15.86Ie，且L燈具從峰值電流到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為379 ms。

圖7 L燈具啟動(dòng)波形Fig.7 Starting wave of L lamp

圖8 L燈具穩(wěn)態(tài)波形Fig.8 Steady state wave form of L lamp

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到如表2所示的3個(gè)燈具的啟動(dòng)特性參數(shù)表。

表2 啟動(dòng)特性參數(shù)

從表2中可以看出，三款燈具的啟動(dòng)特性明顯不同：S和L燈具的啟動(dòng)時(shí)間短，在毫秒級，具有瞬時(shí)啟動(dòng)的特點(diǎn)；而W燈具約4 s的啟動(dòng)時(shí)間在視覺感受上能體現(xiàn)出明顯的延遲，延時(shí)啟動(dòng)特征非常明顯。在峰值電流方面，W燈具也是明顯小于S和L燈具。W燈具的峰值電流只有1.12Ie，而L燈具則高達(dá)15.86Ie。

3 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)測試及結(jié)果分析可得如下結(jié)論：

1)具有延時(shí)啟動(dòng)特性的LED燈啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)時(shí)間長。所測試的W燈具代表了延時(shí)啟動(dòng)燈具，其啟動(dòng)電流小，一般峰值電流不超過1.5Ie，對系統(tǒng)的沖擊?。坏訒r(shí)啟動(dòng)具有啟動(dòng)時(shí)間長的特點(diǎn)，通常能達(dá)到1～4 s，由于驅(qū)動(dòng)電源電路通常具有軟啟動(dòng)、軟停止功能，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，造價(jià)較高，因此這類燈具可應(yīng)用于民用建筑中一般場所的照明。這主要利用該類燈具啟動(dòng)電流小的特點(diǎn)。由于燈具使用量大，使用這類LED燈可以避免較大的啟動(dòng)電流。

2)具有瞬時(shí)啟動(dòng)特性的LED燈啟動(dòng)電流大、啟動(dòng)時(shí)間短。瞬時(shí)啟動(dòng)的燈具(例如S、L燈具)啟動(dòng)電流大，峰值電流高達(dá)15Ie，甚至更大，對系統(tǒng)沖擊大，但啟動(dòng)時(shí)間很短，達(dá)到毫秒級。這類燈具的驅(qū)動(dòng)電源電路相對簡單，因此造價(jià)相對便宜。所以這類燈具可應(yīng)用于對照明連續(xù)性要求高的場所或房間。這主要利用該類燈具啟動(dòng)時(shí)間短的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)照明和快速恢復(fù)照明，例如安全照明、重大國際比賽的場地照明等。

我們共對7款大中容量的LED燈進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文的結(jié)論。但需要說明如下：

1)LED燈過載發(fā)生在啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)完成后工作電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)，光輸出也趨于穩(wěn)定。

2)啟動(dòng)過程的峰值電流具有隨機(jī)性，與開燈的時(shí)機(jī)有關(guān)。LED燈輸入的交流電，閉合開關(guān)的瞬間如果處在0點(diǎn)與最大值，其啟動(dòng)過程的峰值電流是不一樣的。

[1] 竇林平.2016中國LED照明行業(yè)趨勢展望[J].照明工程學(xué)報(bào), 2016,27(1):I0007-I0009.

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濟(jì)南“一湖一環(huán)”景觀照明工程招標(biāo)

2017年7月27日，備受市民關(guān)注的“一湖一環(huán)”景觀照明工程在濟(jì)南市公共資源網(wǎng)掛出了招標(biāo)信息。該工程招標(biāo)人是新組建的濟(jì)南文旅發(fā)展集團(tuán)有限公司，工程包括大明湖風(fēng)景區(qū)、環(huán)城公園、趵突泉公園、五龍?zhí)豆珗@及設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的區(qū)域，項(xiàng)目總投資額為5.2億元，造價(jià)約2.42億元。

在今年召開的濟(jì)南市第十一次黨代會(huì)報(bào)告中提出要以“一湖一環(huán)”為重點(diǎn)打造“泉城夜宴”，這意味著濟(jì)南大明湖和環(huán)城公園附近，將有和杭州西湖、南京玄武湖、南昌贛江兩岸一樣別致的夜間亮化景觀。今年的濟(jì)南市政府工作報(bào)告中在提升泉城特色品味時(shí)，再次提到實(shí)施“一湖一環(huán)”景觀亮化工程，打造“泉城夜宴”?？梢姖?jì)南市對“一湖一環(huán)”景觀照明工程的重視。

27日掛出的是“一湖一環(huán)”景觀照明工程的項(xiàng)目施工資格預(yù)審公告和項(xiàng)目監(jiān)理資格預(yù)審公告，從這兩則招標(biāo)信息中，能一窺未來“一湖一環(huán)”景觀照明的模樣。

該項(xiàng)目的招標(biāo)人是濟(jì)南文旅發(fā)展集團(tuán)有限公司，資金來自財(cái)政投資，工程地點(diǎn)在明湖風(fēng)景區(qū)、環(huán)城公園、趵突泉公園、五龍?zhí)豆珗@及設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的區(qū)域，該區(qū)域也是天下第一泉風(fēng)景區(qū)，工程建成后，勢必將帶來景區(qū)品質(zhì)和景色的提升。

Experimental Research and Application of Starting Characteristic of LED Lamp

LI Binghua1， QIN Jiange2， DONG Qing1， XU Xuemin1， YUE Yuntao2， JIA Jia2

(1.CCDIGROUP,Beijing100013,China; 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitectureization,Beijing100044,China)

In this paper, In order to study the starting characteristic of LED lamp, the electrical parameters of three LED lamps in the starting phase are measured, and the current waveform of the starting process is captured.The three lamps are divided into two types: delay start and instantaneous start, and the starting time, peak current, multiple ratio of starting current to operating current and their application in general places and gymnasiums are analyzed respectively in two kinds of lamps.The results show that the starting time of the delayed starting lamp is long, the starting current is small, the ratio of the starting current to the operating current is small. This kind of LED lamp can not consider the influence of overload, which is suitable for lighting in general places of civil buildings.The starting time of the instantaneous starting lamp is short, the starting current is large, the ratio of the starting current to the operating current is large.The effects of overloading of this kind of LED lamp must be considered and applied to the lighting of Stadiums.

LED lamp; starting characteristic; overload characteristic; delayed start; instantaneous start; lighting; stadium; lamp

TM923

B

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.022