劉錦輝 董 恒

(中車長春客車股份有限公司技術(shù)中心 吉林 長春 130052)

鐵道客車照明系統(tǒng)新型LED燈管的設(shè)計

劉錦輝 董 恒

(中車長春客車股份有限公司技術(shù)中心 吉林 長春 130052)

介紹了專為既有鐵道客車照明系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的新型LED燈管的結(jié)構(gòu)和原理，為LED燈在鐵道客車上快速推廣運(yùn)用提供了技術(shù)方案。

LED燈；鐵道客車；照明系統(tǒng)

隨著照明技術(shù)的進(jìn)步，LED燈在節(jié)能環(huán)保、安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)。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(shù)升級也是勢在必行。

1 LED燈較傳統(tǒng)燈的優(yōu)點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；AC220V電源通過鎮(zhèn)流器高頻激發(fā)燈管內(nèi)的微量氬和稀薄水銀蒸汽，燈管內(nèi)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(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成，當(dāng)電子經(jīng)過半導(dǎo)體晶片時，帶負(fù)電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)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(lán)色光和紫色光，通過管壁內(nèi)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(dá)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(nèi)更加干凈、衛(wèi)生。

(2)維護(hù)成本低

傳統(tǒng)熒光燈管的使用壽命為8 000～9 000h(國內(nèi)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(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)熒光燈管的更換周期為8～10個月，維護(hù)頻率及費(fèi)用較高，而LED燈管5年以內(nèi)免更換和維護(hù)。

附屬設(shè)施費(fèi)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(guān)電氣設(shè)備功率可降低至原先的60%左右，大大節(jié)約了附屬設(shè)施費(fèi)用。

(3)可靠性高

傳統(tǒng)熒光燈管的管體為玻璃，運(yùn)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(shè)計開發(fā)

2.1 設(shè)計開發(fā)的必要性

2014年中國鐵路總公司運(yùn)輸局組織編制頒布了《鐵道客車LED燈具暫行技術(shù)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(yùn)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shí)現(xiàn)LED燈的推廣和運(yùn)用。

2.2 設(shè)計方案

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

(1)改造前燈具結(jié)構(gòu)

既有鐵路客車照明采用熒光燈管和鎮(zhèn)流器(逆變器)結(jié)構(gòu)，由鎮(zhèn)流器或逆變器及插頭線、燈角、導(dǎo)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(jié)構(gòu)

設(shè)計制作不同電壓制式的電源驅(qū)動裝置，直接內(nèi)置在燈管內(nèi)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(jié)構(gòu)圖、內(nèi)置電源原理、燈具結(jié)構(gòu)圖和接線原理圖分別如圖3～圖6所示。電源驅(qū)動裝置內(nèi)置在LED燈管內(nèi)(燈管上有電壓制式的LOGO標(biāo)識)，可實(shí)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(jié)構(gòu)圖

圖2 改造前燈具接線圖

圖3 內(nèi)置電源驅(qū)動裝置的LED燈管結(jié)構(gòu)

圖4 內(nèi)置電源驅(qū)動裝置原理圖

圖5 內(nèi)置電源LED燈管的燈具結(jié)構(gòu)

圖6 內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便快捷。改造前后的實(shí)物效果如圖7所示。

改造前 改造后 圖7 實(shí)物效果圖

3 結(jié)論

設(shè)計開發(fā)內(nèi)置電源驅(qū)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(shù)條件》中的各項(xiàng)性能指標(biāo)，且在既有鐵道客車燈具上的改造方便快捷，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)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(yàn)?！?/p>

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)02-0019-02

2015-06-28

劉錦輝(1976-)，男，本科學(xué)歷，高級工程師，從事車輛檢修工藝研究工作。

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