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浅谈某地铁项目LED照明电路设计

2018年06月01日 交通照明技术&资讯, 照明资讯及技术 暂无评论 阅读 487 views 次

徐永江

  1. 概述

此地铁项目,全线设于地下,车辆为4节编组,并将采用无人驾驶列车运行。根据,合同要求,项目将采取LED照明技术,

针对项目要求,如何做到维持客室内正常照明和紧急照明强度和可靠性的前提下,控制成本,并尽可能的节约能源,是本文中将着重讨论的。

  1. 客室照明系统电路设计

目前地铁LED照明的电压为24V,而地铁照明线路电压一般为直流110V,这就意味这对于LED灯具本身,必然需要一个电源驱动。根据灯具电源驱动的不同,设计两种方案:分布式驱动电源方案和集中驱动电源方案。

2.1   分布式驱动电源方案

分布式驱动电源方案应用较广,以老式传统荧光灯为代表,而新型的LED光源也可采用此方案。分布式驱动方案是指在每个灯具都配有一个电源驱动,驱动电源模块可安装在灯具背部或灯体内,也可集成在LED灯管管角处。

在此次项目中,考虑到灯具空间限制,采用LED灯带式设计,电源模块集成于灯具背部。照明电路整体方案与传统荧光灯照明如出一辙,采用电源环路设置,单个灯具故障不会影响其它灯具供电和照明【1】,具体电路图如下:

图1 分布式驱动照明电路

2.2   集中驱动电源方案

相对分布式驱动电源方案,新型LED光源照明系统更多的趋向于集中驱动方案,具体的优缺点将在下文进行详细讨论。

就项目本身而言,对于客室照明设置三路控制电路,两路正常照明灯带,一路紧急照明灯带,左右两路正常照明灯具,间隔分布,只需在每路灯带设置二个电源即可保证正常照明工作,同时也可有效提高照明线路的可靠性,单个电源失效不会造成整体照明失效。与分布式驱动电源电路方案一样,单个灯具故障不会影响其它灯具供电和照明。

因紧急照明灯为门区上方光源,所以紧急照明回路仅需一个电源即可。紧急情况下,紧急照明信号将由正常的低电平切换为高电平,客室照明自动切换为紧急照明模式,通过蓄电池供电,紧急照明电路备用电源启用,紧急照明灯点亮。具体电路图如图2

图2 集中式驱动照明电路

2.3   设计方案分析

针对以上两种照明系统电路设计方案,从不同角度进行比较和分析。详见下表1:

表1 分散驱动电源盒集中驱动电源方案对比

 

项点 分布式供电方案 集中式供电方案
电源数量 每个灯具一个电源

一节车需26个电源

一节车4个电源
资源利用率 利用率低 利用率高
散热 温升高,电源多,散热存在问题,影响灯具寿命 电源和灯体分开布置,不存在散热问题
电磁干扰 电源多,干扰大 电源少,干扰小,易于控制
可靠性 可靠性较高 电源少,需特殊设计增强可靠性
安装空间 较大 最小
电气配线 配线复杂 配线简单
成本 电源多,成本略高 电源少,成本略低

 

从以上分析可以看出,集中驱动电源方案有明显优势,也有明显略势。下文将就增强集中电源的方案的可靠性进行讨论。

2.4   可靠性

对于分布式驱动方案,由于每个灯都配有一个电源,单个电源故障,仅影响单个灯,可靠性较高,过在此不做过多讨论。

对于集中驱动方案,由于电源数量的减少,虽然当这一路中的一个灯具或多个灯具不亮时,是不会影响其他灯具正常工作的。但当驱动电源故障时,其控制的一路所有灯具不亮,导致可靠性的下降,故设计出两种加强可靠性方案。

2.4.1   方案一

采用双备份电源。同一电路上的灯具均由两个驱动电源控制,一个电源正常工作,另一个电源处于备份状态,一旦一个电源出现故障,将自动切换到另一个电源工作。

电源供电系统服从指数分布,假设单个电源故障率为λ,那么单独使用一个电源的MTF为1/λ,而采取本方案后,MTBF提高为1/λ+1/2λ,由此可见,可靠性得到了显著提高。具体可参考附图2,集中式驱动照明电路电源部分。

2.4.2   方案二

采用智能检测电路。在地铁运行时,照明电路电源一旦损坏或者输出异常,智能检测电路检测到异常电源则立即切换到备用电源,也即是电源冗余系统。

电源冗余系统采用4+1+1结构,4个AC220V供电电源,1个备份AC220V电源,及1个紧急照明电源。通过电源冗余检测系统将备份电源切换到故障电源电路上,保证正常照明不受影响。电路原理图如下图3。


图3 智能检测电路电路图

  1. 结束语

本文介绍了某地铁项目车辆照明系统的两种电路设计方案,并从多个角度比较了两种照明设计方法的特点,同时针对集中控制式照明系统可靠性较低这一特点,设计出两套对应方案以增强其可靠性。多种方案的设计为日后项目设计阶段打好了基础,以便找到最适合本项目的设计方案,在成本,可靠性,乘客舒适度等多方面找到一个合理的平衡点。

参考文献

【1】       柳晓峰,上海轨道交通11号线南段工程车辆照明系统设计与研究

 

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