鐵道客車照明系統(tǒng)新型LED燈管的設計

劉錦輝 董 恒

(中車長春客車股份有限公司技術中心 吉林 長春 130052)

鐵道客車照明系統(tǒng)新型LED燈管的設計

劉錦輝 董 恒

(中車長春客車股份有限公司技術中心 吉林 長春 130052)

介紹了專為既有鐵道客車照明系統(tǒng)設計開發(fā)的新型LED燈管的結構和原理，為LED燈在鐵道客車上快速推廣運用提供了技術方案。

LED燈；鐵道客車；照明系統(tǒng)

隨著照明技術的進步，LED燈在節(jié)能環(huán)保、安全可靠、經(jīng)濟效益等方面具有較大優(yōu)勢，并逐漸代替了傳統(tǒng)普通熒光燈結構。為了打造節(jié)能環(huán)保、安全可靠的“綠色”鐵道客車，既有鐵道客車照明系統(tǒng)的技術升級也是勢在必行。

1 LED燈較傳統(tǒng)燈的優(yōu)點

1.1 結構原理

既有鐵路客車照明采用熒光燈管和鎮(zhèn)流器(逆變器)結構；AC220V電源通過鎮(zhèn)流器高頻激發(fā)燈管內的微量氬和稀薄水銀蒸汽，燈管內壁的熒光粉將氣體激發(fā)的紫外線柔和透射出可見的白光。

而LED燈的發(fā)光二極管主要由PN結芯片、電極和光學系統(tǒng)組成，當電子經(jīng)過半導體晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復合，電子和空穴消失的同時產(chǎn)生光子，光子能量最多的是藍色光和紫色光，通過管壁內熒光粉或配色透射出可見白光。

1.2LED燈的優(yōu)勢

(1)環(huán)保節(jié)能

傳統(tǒng)熒光燈管含有少量的水銀蒸汽，如果燈管破碎，水銀蒸汽會揮發(fā)到大氣中，瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達到10～20mg/m3，超過國家規(guī)定的1 000～2 000倍；同時還含有少量的氬惰性氣體；而LED燈管不含水銀、鉛、惰性氣體，屬于綠色照明。

既有鐵道客車使用20W熒光燈管，而LED燈管整燈功率僅為12W，按照每天工作12h，一年365天計算，則每根LED燈管1年省電35kW·h，根據(jù)每節(jié)約1kW·h等于減少碳排放量0.97kg計算，每根LED燈管1年減少碳排放量34.2kg。按照16輛編組鐵路客車計算，每年減少碳排放量5.3t。

傳統(tǒng)熒光燈管含有紫外線成分，很多蚊蟲圍繞在燈源旁，在熒光燈管上留下大量的污垢，不但降低了燈具亮度，且清洗不方便；而LED燈管不會產(chǎn)生紫外線，室內更加干凈、衛(wèi)生。

(2)維護成本低

傳統(tǒng)熒光燈管的使用壽命為8 000～9 000h(國內生產(chǎn)的燈管壽命一般為4 000～6 000h),而LED燈管的使用壽命為30 000～50 000h，是熒光燈管的5倍。在實際應用中，傳統(tǒng)熒光燈管的更換周期為8～10個月，維護頻率及費用較高，而LED燈管5年以內免更換和維護。

附屬設施費用降低。LED燈管的整體功率只有傳統(tǒng)熒光燈管的50%～60%，這樣整體布線線徑可降低，相關電氣設備功率可降低至原先的60%左右，大大節(jié)約了附屬設施費用。

(3)可靠性高

傳統(tǒng)熒光燈管的管體為玻璃，運輸不方便，使用時碰到易碎，異常超高壓時易爆炸；LED燈管為塑膠(PC)外殼或塑膠+鋁外殼，韌性好,耐摔耐碰。同時可快速安裝，施工以及外殼材料均可再生利用。LED燈管還具有非常好的抗震動性能。

(4)舒適性好

LED燈管顯示指數(shù)比傳統(tǒng)熒光燈管高，人眼區(qū)分物體各種顏色比較輕松，不易疲勞，且LED燈管不產(chǎn)生噪音。

2 既有鐵道客車LED燈管的設計開發(fā)

2.1 設計開發(fā)的必要性

2014年中國鐵路總公司運輸局組織編制頒布了《鐵道客車LED燈具暫行技術條件》(TJ/CL421—2014)，推動了LED燈在新造CRH380型高速動車組和部分鐵道客車上的安裝運用，明確了燈具照明采用LED模塊平面光源形式，電源采用電子控制裝置結構形式。這就使得LED燈具只有在新造客車上才能徹底按照技術條件執(zhí)行，而既有約5萬輛鐵道客車，如果沒有一定的成本投入就很難實現(xiàn)LED燈的推廣和運用。

2.2 設計方案

分析既有客車燈具結構，按照LED燈具技術條件的LED模塊平面光源形式延伸設計制作了LED燈管，將傳統(tǒng)的外置電源驅動裝置直接內置在燈管內，取消原交流鎮(zhèn)流器或逆變器結構。

(1)改造前燈具結構

既有鐵路客車照明采用熒光燈管和鎮(zhèn)流器(逆變器)結構，由鎮(zhèn)流器或逆變器及插頭線、燈角、導線、籠式端子、熒光燈管、反光板、燈罩組成(見圖1)，接線原理如圖2所示。

(2)改造后燈具結構

設計制作不同電壓制式的電源驅動裝置，直接內置在燈管內以取代既有鐵道客車熒光燈管，同時取消鎮(zhèn)流器和逆變器，其結構圖、內置電源原理、燈具結構圖和接線原理圖分別如圖3～圖6所示。電源驅動裝置內置在LED燈管內(燈管上有電壓制式的LOGO標識)，可實現(xiàn)兩端均能分別得電工作，但一端得電，另一端無電的安全保障。

圖1 既有客車燈具結構圖

圖2 改造前燈具接線圖

圖3 內置電源驅動裝置的LED燈管結構

圖4 內置電源驅動裝置原理圖

圖5 內置電源LED燈管的燈具結構

圖6 內置電源LED燈具接線原理圖

在既有鐵道客車改造過程中，直接取消原有燈具內的鎮(zhèn)流器或逆變器，將去往燈座的線路更改為單端，再根據(jù)不同的輸入電壓選擇配套的LED燈管替代熒光燈管即可，方案結構簡單、維護方便快捷。改造前后的實物效果如圖7所示。

改造前 改造后 圖7 實物效果圖

3 結論

設計開發(fā)內置電源驅動裝置的LED燈管，不僅能完全滿足《鐵道客車LED燈具暫行技術條件》中的各項性能指標，且在既有鐵道客車燈具上的改造方便快捷，實現(xiàn)結構優(yōu)化和技術升級，為鐵道系統(tǒng)踐行節(jié)約型社會和打造“綠色”鐵路客車提供經(jīng)驗?！?/p>

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)02-0019-02

2015-06-28

劉錦輝(1976-)，男，本科學歷，高級工程師，從事車輛檢修工藝研究工作。

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