MEAN WELL-светпром: источники питания для светильников промышленного освещения

2 января 2014

Разработка освещения любого объекта является достаточно сложной задачей, особенно это касается систем освещения промышленных объектов. Это связано с тем, что на них могут существовать особые условия труда (например, работы с высоким зрительным напряжением), особые условия окружающей среды (повышенные температуры, высокая влажность), повышенные требования к безопасности. Дополнительными критериями при выборе типа светильников являются их стоимость и энергоэффективность.

Одним из перспективных направлений развития систем промышленного освещения является применение светодиодных светильников. Они удовлетворяют не только фотометрическим и гигиеническим требованиям, но и требованиям экономичности, надежности и долговечности.

Светодиодный светильник не является неделимым прибором. Он включает в себя светодиодный модуль, источник питания и соединители (рисунок 1).

Рис. 1. Требования, предъявляемые к светодиодным светильникам

Одним из решающих факторов грамотного построения светильника является правильный выбор источника питания (ИП). Выбор этот необходимо делать с учетом существующих нормативных документов. При этом источник питания должен соответствовать не только частным стандартам устройств управления светодиодными модулями, но также иметь характеристики, которые позволили бы всему светильнику отвечать более общим стандартам.

Можно выделить несколько уровней требований к ИП для светодиодных модулей:

• общие требования к промышленному освещению (СНиП 23-05-95) и общие требования к светильникам (ГОСТ Р МЭК 60598-1-2011);
• частные требования к устройствам управления светодиодными модулями (ГОСТ Р МЭК 62384-2011 и ГОСТ Р МЭК 61347-2-13-2011).
• частные требования к ЭМС для светового оборудования (ГОСТ Р 51514-99) и общие требования ЭМС к электрическим приборам (ГОСТ Р 51317.3.2-2006, ГОСТ Р 51317.3.3-2008).

Рассмотрим требования этих стандартов, начиная с норм СНиП 23-05-95, которые определяют само понятие и особенности промышленного освещения.

Общие требования к промышленному освещению

Основной отправной точкой при проектировании систем освещения является свод строительных норм и правил СНиП 23-05-95. Документ устанавливает нормы естественного, искусственного и совмещенного освещения зданий и сооружений.

При определении норм искусственного освещения СНиП выделяет несколько типов освещаемых зон:

• помещения производственных и складских зданий;
• общественные, жилые и вспомогательные помещения зданий;
• площадки предприятий и мест производства работ вне зданий;
• селитебные зоны (улицы, дороги, площади, тоннели, пешеходные пространства и т.д.);
• зоны архитектурного освещения зданий и сооружений (в том числе- витринное освещение, рекламное освещение).

Как видно, промышленное освещение выделено в особый раздел. Целесообразность такого выделения вполне очевидна. Промышленные объекты зачастую имеют повышенную опасность и более высокие требования к нормам освещенности.

Сам по себе термин «производственное помещение» включает в себя множество различных зон и объектов, которые могут значительно отличаться друг от друга по требованиям к освещению. Например, монтажные цеха сборки РЭА или цеха обработки алмазов имеют требования, отличающиеся от требований, предъявляемых к цехам по сборке машин и инструментов. В первом случае работа идет с миниатюрными элементами, во втором — с достаточно крупными объектами. Поэтому и требования к освещенности отличаются. Для регламентации этих отличий вводится понятие характеристики зрительной работы, которые и определяют требования и нормы к освещению (таблица 1).

Таблица 1. Требования к освещению промышленных предприятий

Для каждого разряда работ установлены конкретные значения освещенности и коэффициента пульсации освещенности Кп. Кп является важным параметром освещения. Чем выше точность выполняемых работ, тем выше требования к Кп. Для работ I разряда значение пульсаций не может превышать 10%.

Однако освещенность и ее пульсации не являются единственными требованиями. Еще одним важным фактором является правильная цветопередача. Очевидно, что при оценке цвета алмазов или при подборе красок при цветной печати правильное определение цвета является одной из первостепенных задач. Чтобы выполнить эти требования, необходимо крайне ответственно подходить к выбору источников света.

В первоначальной редакции СНиП 23-05-95 для промышленного освещения разрешено было применять различные источники света: люминесцентные лампы (ЛЛ); металлогалогенные лампы (МГЛ); натриевые лампы высокого давления (НЛВД); компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). В более поздних редакциях в этот перечень были добавлены светодиоды (светодиодные лампы и модули).

Светодиодное освещение является одним из наиболее перспективных направлений развития систем освещения. Оно отличается высокой энергоэффективностью, отличными фотометрическими параметрами. СНиП 23-05-95 в редакции 2011 года допускает создание на базе светодиодов не только общего, но и комбинированного освещения. Оно подходит для высокоточных работ с самыми серьезными требованиями к цветопередаче.

Общие требования к светильникам обозначены в ГОСТ Р МЭК 60598-1-2011 [2].

Однако светильники на базе светодиодов представляют собой комплексные приборы. Они содержат непосредственно светодиодный модуль и источник питания (устройство управления светодиодным модулем).

Общие и частные требования к источникам питания для светодиодных модулей выделены в отдельные стандарты [3, 4, 5]. Стоит отметить, что одно из требований к источнику питания мы уже можем обозначить — это коэффициент пульсаций выходного напряжения/тока Кп_вых. Действительно, светодиод является практически безынерционным элементом — любое изменение напряжения/тока приведет к изменению силы света. Но Кп_вых не стоит путать с приведенным выше коэффициентом пульсации освещения Кп, хотя между ними и существует связь.

Покажем это на примере CXA2011 (рисунок 2). Для данного модуля рабочее напряжение составляет Uраб = 40 В. По графику зависимости рабочего тока от напряжения (рис. 2а) можно определить рабочий ток Iраб = 270 мА. По нему видно, что току 270 мА соответствует относительный световой поток 125%. При выполнении работ наивысшей точности значение колебаний освещенности не должно превышать ±10%. На приведенном графике (рис. 2б) изменение потока на ±10% (115…135%) соответствует изменению тока ±25 мА. Возвращаясь к ВАХ светодиодного модуля, определяем соответствующее изменение напряжения — ±250 мВ. Допустимый коэффициент пульсаций источника питания не должен превышать Кп_вых = 0,25 В/40 В = 0,6%.

Рис. 2. Определение коэффициента пульсаций выходного напряжения

Полученные значения являются ориентировочными, но можно увидеть, что Кп_вых и Кп могут отличаться на порядок.

Определим остальные требования к устройствам управления светодиодными модулями.

Обзор требований к устройствам управления светодиодными модулями (источникам питания)

Существует целый ряд стандартов, регламентирующих параметры непосредственно электронных устройств управления для светодиодных модулей.

ГОСТ Р МЭК 62384-2011 устанавливает требования к рабочим характеристикам электронных устройств управления для светодиодных модулей, питаемых от источников постоянного тока напряжением до 250 В и переменного тока напряжением до 1000 В частотой 50 или 60 Гц.

ГОСТ определяет требования к выходному току и напряжению. Для устройств с выходным током и для устройств с выходным напряжением точность выходного параметра не должна быть ниже ±10% при напряжении питания в диапазоне 92…106%.

Согласно стандарту, мощность потребления не должна превышать 110% от указанного номинального значения. Коэффициент мощности не должен отличаться от указанного значения более чем на 0,05.

ГОСТ Р МЭК 61347-2-13-2011 устанавливает частные требования безопасности к электронным устройствам управления для светодиодных модулей, питаемых от источников постоянного тока напряжением до 250 В и переменного тока напряжением до 1000 В частотой 50 или 60 Гц.

Стандарт содержит основные требования к маркировке, защите от случайных прикосновений к токоведущим частям, к выбору защитного заземления, величине сопротивления изоляции, электрической прочности, параметрам испытаний на теплостойкость и уровню стойкости к аварийным режимам.

Особое внимание уделяется определению устойчивости к аварийным ситуациям (работа без светодиодного модуля, перегрузка по току, короткое замыкание на выходе).

Стоит отметить, что данный стандарт содержит значения нормируемых параметров (сопротивления изоляции, электрической прочности), которые несколько отличаются от требований более общих стандартов [2, 3].

Стоит помнить, что электробезопасность ИП и электробезопасность светильника — это не одно и то же. Требования электробезопасности светильников [2] должны проверяться на готовом изделии. Об этом прямо заявляют производители ИП.

Как было сказано выше, источник питания светодиодных модулей должен соответствовать и общим требованиям к источникам питания, в том числе — требованиям ЭМС.

Наличие в одной питающей сети множества потребителей приводит к неизбежному появлению помех и искажений сигнала сети. Чтобы искажения не достигли немыслимой степени, потребители должны соответствовать требованиям целого ряда стандартов. Кроме того, потребитель должен быть устойчив к возникновению помех в питающей сети.

ГОСТ Р 51514-99 устанавливает требования устойчивости к электромагнитным помехам светового оборудования. Зарубежный аналог данного стандарта CISPR22. ГОСТ определяет критерий качества функционирования оборудования (A, B, C). Максимальная надежность соответствует критерию качества А. Для таких приборов в период воздействия помехи работоспособность должна сохраняться и не должны наблюдаться изменения силы света.

ГОСТ Р 51317.3.2-2006 определяет требования к эмиссии гармонических составляющих тока. Стандарт разделяет технические устройства на четыре класса (A, B, C, D), для каждого из которых устанавливаются допускаемые нормы генерируемых гармоник. Для соответствия предоставленным нормам может потребоваться дополнительная компенсация коэффициента мощности.

ГОСТ Р 51317.3.3-2008 предназначен для применения при ограничении изменения напряжения, колебаний напряжений и фликера, которые может вызывать оборудование, подключаемое к электрическим сетям. Как правило, ИП для светодиодных модулей являются импульсными устройствами и могут вызывать перечисленные негативные последствия.

Источники питания светодиодных модулей
для промышленного освещения

Компания MEAN WELL предлагает широкий выбор источников питания для светодиодных модулей (таблица 2). Серии HGB, HLG, LPF, HVGC идеально подходят для промышленного применения и отвечают требованиям приведенных выше стандартов.

Таблица 2. Источники питания производства компании MEAN WELL

Все источники имеют низкий уровень пульсаций напряжения (менее 1%), что позволяет применять их для светильников в помещениях, в которых выполняется зрительная работа высшей и наивысшей точности [1].

Модели ИП данных серий отвечают требованиям специализированных стандартов [4, 5]. Отклонение выходного напряжения для них не превышает 10% (а на деле оказывается на уровне 2%). Точность установки выходного тока для HGVC составляет 5%.

Требования электробезопасности [3, 5] включают обязательную защиту от аварийных режимов. Все представленные источники имеют защиту от короткого замыкания, перегрузки по току, перегрузки по напряжению и перегрева.

Источники отвечают требованиям к ЭМС [6, 7, 8]. Коэффициент мощности для всех моделей составляет не менее 0,95 для напряжений 230 В. Это возможно благодаря встроенной активной схеме корректора коэффициента мощности.

С точки зрения применения в промышленных условиях важным фактом является высокая степень защищенности и широкий диапазон рабочих температур. Для большинства ИП уровень защищенности соответствует IP67. Диапазон температур составляет -40…70°С.

Дополнительными плюсами являются высокая надежность и наличие моделей с возможностью дистанционной подстройкой выходного тока.

Рассмотрим отличительные особенности каждой серии.

HBG100/160/240 Серия источников питания HBG (рисунок 3) предназначена для работы в сетях переменного тока с напряжениями 90…305 В и постоянного тока с напряжениями 127….431 В.

Рис. 3. Внешний вид источника питания HBG

Источники могут работать как в режиме стабилизации напряжения (CV), так и в режиме стабилизации тока (СС) (рисунок 4).

Рис. 4. Рабочая характеристика источников питания HBG, LPF, HLG

Перечень стабилизируемых напряжений: 24, 36, 48, 60 В. Линейки HBG100/160/240 имеют номинальную мощность 100, 160 и 240 Вт соответственно.

В моделях с суффиксами «A» и «B» возможна подстройка выходного тока. В моделях без суффикса или с суффиксом «E» (HBG-xxx-xx) значение не регулируется. В моделях с суффиксом «A» (HBG-xxx-xx-A) значение регулируется внутренним потенциометром. В моделях с суффиксом «B» (HBG-xxx-xx-B) значение регулируется одним из трех способов: ШИМ-сигналом, внешним резистором, аналоговым сигналом 1…10 В (рисунок 5).

Рис. 5. Схема подстройки выходного тока HBG, HLG, LPF, HVGC

Источники с индексом «A» имеют более низкий уровень IP, это связано с наличием дополнительного доступа к внутреннему потенциометру.

Интересной особенностью ИП является их конструктивное исполнение. Источники питания выполнены в металлическом влаго- и пылезащищенном корпусе. Круглая форма позволяет использовать их, в том числе, для подвесных светильников типа High Bay. Наиболее подходящей областью применения для таких светильников будут складские и производственные помещения с высокими потолками.

Все модели HBG имеют резьбовое отверстие M10 для крепления, при этом способ крепления может быть различным (рисунок 6). Модель с суффиксом «E» имеет особый вид крепления — П-образную скобу. Это особенно удобно для точечной подсветки и для подсветки поверхностей.

Рис. 6. Способы крепления светильников HBG

Источники HGB благодаря широким диапазонам выходных напряжений и возможности подстройки тока идеально сочетаются с мощными светодиодами производства компании Cree из серии CXA. Наиболее подходящим будет режим стабилизации тока при подключении нескольких параллельных CXA-диодов. Однако возможно и подключение «один — к одному». Например, модели HGB-100-60 благодаря возможности подстройки тока могут применяться для одиночных диодов CXA3050 и CXA2540.

Особо стоит отметить высокую надежность источников питания HGB. Несмотря на диапазон рабочих температур -40…60°С, срок службы составляет 40 тысяч часов работы даже при температуре 70°С, а срок гарантии — 5 лет.

HLG60/80/100/150. Источники питания HLG60/80/100/150 предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока. Источники выпускаются в привычном металлическом прямоугольном корпусе (рисунок 7). Высокий уровень защиты от влаги и пыли (IP67), широкий диапазон температур -40…70°С, высокая мощность делают данную серию идеальной для наружного освещения.

Рис. 7. Внешний вид источника питания HLG

По сравнению с HGB номенклатура выходных напряжений расширена. Выпускаются ИП с выходным напряжением: 12, 15, 20, 24, 30, 36, 42, 48, 54 В. Выходная мощность HLG60/80/100/150 составляет, соответственно, 60/80/100/150 Вт.

HLG могут работать как в режиме стабилизации тока, так и в режиме стабилизации напряжения (рисунок 4). Стоит отметить, что существует серия HLG-C, предназначенная для работы только в режиме стабилизации тока (рисунок 9). Она подходит для тех случаев, в которых соединение светодиодов необходимо производить последовательно. Например, чтобы избежать необходимости выравнивания токов.

Величина выходного тока может регулироваться для моделей с индексом «A» и «B». Модели с индексом «A» используют ручную регулировку и имеют внутренний подстраивающий потенциометр. Модели с индексом «B» допускают дистанционную подстройку (рисунок 5).

Модели с индексом «A» имеют более низкий уровень защиты IP65.

HVGC100/150. Источники питания HVGC100/150 предназначены для работы в цепях постоянного и переменного токов (рисунок 8). Важной особенностью HVGC является возможность работы в трехфазных сетях. Диапазон рабочих напряжений составляет 180…528 В для цепей переменного тока и 254…747 В для цепей постоянного тока.

Рис. 8. Внешний вид источника питания HVGC

Основным отличием источников HVGC является возможность работы только в режиме стабилизации тока (рисунок 9). Номенклатура выходных токов достаточно широка: 350, 500, 700, 1050, 1400 мА. Выходная мощность составляет 100 Вт для HVGC100 и 150 Вт для HVGC150.

Рис. 9. Рабочая характеристика источников питания HVGC

Выпускаются источники в трех модификациях. Традиционно индекс «A» говорит о возможности ручной подстройки выходного тока при помощи внутреннего потенциометра. Необходимость доступа к этому потенциометру снижает степень защиты до IP65.

Модели с индексом «B» допускают дистанционное регулирование тока (рисунок 5).

Источники с индексом «D» предусматривают возможность временного диммирования выходного тока (timer dimming) по заданной программе. Программа диммирования записывается в источник на этапе его изготовления.

HVGC идеально подходят для питания модулей с последовательно соединенными светодиодами. Величина выходного напряжения при этом может достигать нескольких сот В.

Данные ИП могут применяться для внутреннего освещения, но более подходят для внешнего.

LPF60/90. Серия источников питания для светодиодов LPF предназначена для построения бюджетных систем освещения, для сетей постоянного и переменного тока. Модель LPF-60 имеет выходную мощность 60 Вт, для модели LPF-90 она составляет 90 Вт.

Основное предназначение LPF — организация освещения в цехах, промышленных помещениях и складах. LPF имеют точность выходного напряжения 4% и коэффициент пульсаций менее 1%. Таким образом, они пригодны для организации внутреннего освещения для проведения работ наивысшей точности. Впрочем, данный источник может использоваться и для наружного освещения, так как имеет высокий класс защиты IP67 и широкий диапазон рабочих температур -40…70°С. Однако есть и ограничения: не допускается прямое попадание солнечных лучей и погружение в воду на время, превышающее 30 минут.

Источники могут работать в режиме стабилизации тока или стабилизации напряжения (рисунок 4).

Диапазон выходных токов может регулироваться для моделей с суффиксом «D» (рисунок 5).

Корпус LPF — пластиковый (рисунок 10), это позволило снизить стоимость прибора.

Рис. 10. Внешний вид источника питания LPF

Параметры LPF соответствуют требованиям безопасности [3, 5]. Кроме того, пластиковый корпус и отсутствие заземляющего проводника делают источник питания соответствующим II классу электробезопасности по ГОСТ Р МЭК 60598-1-2011.

Срок гарантии составляет 3 года.

Заключение

Комапния MEAN WELL предлагает широкий спектр источников питания для светодиодов:

• источники для двухфазных и трехфазных сетей различной мощности;
• источники со стабилизацией тока и со стабилизацией напряжения;
• модели с фиксированным значением выходного тока и модели с возможностью ручной или дистанционной подстроки;
• модели в различных корпусных исполнениях: металлические круглые, металлические прямоугольные, пластиковые прямоугольные.

Все предлагаемые серии удовлетворяют требованиям промышленного освещения, отвечают требованиям безопасности и ЭМС. Они способны работать в системах наружного и внутреннего освещения.

Литература

1. СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95.

2. ГОСТ Р МЭК 60598-1-2011. Светильники. Часть 1. Общие требования и методы испытаний.

3. ГОСТ Р МЭК 61347-1-2011. Устройства управления лампами. Часть 1. Общие требования и требования безопасности.

4. ГОСТ Р МЭК 62384-2011. Устройства управления электронные, питаемые от источников постоянного или переменного тока, для светодиодных модулей. Рабочие характеристики. 2012 г.

5. ГОСТ Р МЭК 61347-2-13-2011. Устройства управления лампами. Часть 2-13. Частные требования к электронным устройствам управления, питаемым от источников постоянного или переменного тока, для светодиодных модулей.

6. ГОСТ Р 51514-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоустойчивость светового оборудования общего назначения. Требования и методы испытаний.

7. ГОСТ Р 51317.3.2-2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний.

8. ГОСТ Р 51317.3.3-2008. Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничения изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера в низковольтных системах электроснабжения общего назначения. Технические средства с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемые к электрической сети при несоблюдении определенных условий подключения. Нормы и методы испытаний.

9. Документация на ИП http://www.meanwell.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: lighting.vesti@compel.ru