RU221631U1 - Светильник светодиодный с функцией аварийного освещения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к светотехническим устройствам. Светильник светодиодный, содержащий упорядоченные, размещенные на основании светодиодные источники освещения, подключенные через блок питания к централизованной сети напряжения, и дополнительный источник питания в виде аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным съемным светодиодным модулем освещения, закрепляемым на основании между светодиодными источниками освещения и включающим в себя расположенные на печатной плате светодиоды, преобразователь переменного напряжения в постоянное, BMS-контроллер и электронный блок подключения светодиодов к аккумулятору при отсутствии напряжения в централизованной сети напряжения, при этом указанный аккумулятор размещен на этой плате и через BMS-контроллер, преобразователь переменного напряжения в постоянное и указанный электронный блок подключен к линии питания светодиодных источников освещения. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к светотехническим устройствам, в частности, к автономным устройствам освещения со светодиодными источниками света с функцией аварийного освещения светодиодными источниками света непостоянного действия. Может применяться в производственных, общественных и жилых помещениях с возможностью обеспечения штатного и аварийного (резервного) режимов освещения.

Известны способы организации аварийного освещения при помощи автономных аварийных светильников постоянного типа [https://www.eraworld.ru/catalog/2657144], представленных в виде аварийных светильников в отдельном корпусе. Организация аварийного освещения при помощи аварийных светильников требует установки аварийных светильников в дополнение к светильникам штатного (рабочего) освещения.

Как вариант развития этого примера может служить устройство аварийного освещения, содержащее источник питающего напряжения, аккумулятор, конденсатор, светоизлучающий диод, выпрямитель и стабилитрон, подключенный к выходу выпрямителя параллельно осветительному прибору и аккумулятору. Вход выпрямителя соединен с источником питающего напряжения через конденсатор (RU 44790 опубл. 22.12.2004 г.).

К недостаткам можно отнести:

1. Внештатная разрядка аккумулятора через цепь питания;

2. Выход светильника из строя при резких изменениях величины питающего напряжения;

3. Отсутствие возможности ограничивать величину тока питания светодиодов и тока заряда аккумулятора.

Известны способы организации аварийного освещения при помощи дополнения светильников рабочего освещения блоками аварийного питания [https://www.ltcompany.com/ru/products/types/emergency/emergncy-kits/conversion-kit-led/avariinyi-blok-conversion-kit-led-k-301/]. Организация аварийного освещения при помощи дополнения светильников рабочего освещения блоками аварийного питания требует соответствия выходных параметров драйвера светильника с выходными параметрами блока аварийного питания, что ограничивает сферу применения блоков аварийного питания. Монтаж блоков аварийного питания требует вмешательства в электрическую схему светильников, т.к. подключение производится между драйвером и LED-модулем светильника.

Наиболее близким (принятым в качестве прототипа) является светильник светодиодный с функцией аварийного освещения, содержащий упорядоченные размещенные на основании штатные светодиодные источники освещения, подключенные через блок питания к централизованной сети напряжения, и дополнительный источник питания в виде аккумуляторной батареи, при этом введен блок контроля за напряжением в сети централизованного питания, обеспечивающий при нарушении питания подключение части светодиодов из состава штатных светодиодных источников освещения или отдельную лампу к аккумуляторной батарее (аварийный режим освещения) (см. ст.«Комбинированные аварийные светильники», выложенная в сети Интернет на сайте «PELASTUS» в 2022 г. по адресу: https://pelastus.ru/catalog/avapiynie_svetilniki/…) (копия страницы сайта прилагается).

Недостаток данного решения заключается в том, что такой тип светильников представляет собой самостоятельное изделие, в котором система аварийного освещения является штатным компонентом светильника. В связи с этим ему присущи все те недостатки, которые были описаны к рассмотренным аналогам: монтаж блоков аварийного питания требует вмешательства в электрическую схему светильников, т.к. подключение производится между драйвером и LED-модулем светильника. При этом, в таких светильниках поломка может быть и в самой лампе аварийного освещения или блок контроля подключит те светодиодные элементы, которые в процессе их штатного свечения получили дефекты или вышли из строя.

В настоящее время потеря питания штатными светильниками представляет собой проблему в необходимости получения дополнительного освещения. Это становится особенно важно для помещений производственных, общественных структур. То же самое касается и жилых помещений. Современные условия жизни и работы привели к тому, что все производственные процессы проходят в условиях искусственного освещения. Это привело к использованию большого числа осветительных приборов, имеющих питание от централизованной сети напряжения.

При этом эти светильники не имеют функции перехода в аварийный режим. Применение светильников аварийного освещения в дополнение к штатным светильникам усложняет монтажные работы, увеличивает кабельную структуру и, по сути, приводит к перегрузке сети питания. Замена штатных светильников без аварийной функции на новые современные, имеющие функцию аварийного освещения не рентабельна и требует больших затрат. К тому же, считается, что отсутствие питающего напряжения — это кратковременная авария, которую можно в короткие сроки устранить. Как правило, в производственных структурах штатно используются источники временного питания (ИБП, генераторы и т.д.), которые поддерживают жизнедеятельность механизмов и приборов. Но в отношении помещений для персонала или уличного освещения или освещения затрудненных для перемещения путей аварийное освещение не применяется.

Учитывая многообразие светильников светодиодной конструкции, применяемых в общественных местах или в производственных и рабочих помещениях предлагается модернизация таких светильников путем встраивания в них автономного блока аварийного освещения без переделки штатного светильника.

Настоящая полезная модель направлена решение технической задачи, заключающейся в создании комбинированного осветительного прибора, в котором функция освещения обеспечивается элементами штатной конструкции светильника, а функция аварийного освещения обеспечивается встроенным в свободное место в корпусе штатного светильника светодиодным модулем, представляющим собой как изделие отдельный светодиодный светильник. Это позволит модернизировать штатную осветительную систему производственных или общественных помещений без ее замены на новую осветительную систему. А также снизить суммарную себестоимость решений по организации аварийного освещения.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и долговечности осветительного прибора, выполненного с функцией аварийного освещения.

Указанный технический результат достигается тем, что светильник светодиодный, содержащий упорядоченные размещенные на основании светодиодные источники освещения, подключенные через блок питания к централизованной сети напряжения, и дополнительный источник питания в виде аккумуляторной батареи, снабжен съемным светодиодным модулем освещения, закрепляемым на основании между светодиодными источниками освещения и включающим в себя расположенные на одной печатной плате светодиоды, первую контактную группу для подключения к линии питания светодиодных источников освещения и к централизованной сети напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное, BMS-контроллер и электронный блок подключения светодиодов к аккумулятору при отсутствии напряжения в централизованной сети напряжения, при этом указанный аккумулятор размещен на этой плате и через BMS-контроллер, преобразователь переменного напряжения в постоянное и указанный электронный блок подключен к линии питания светодиодных источников освещения, а на стороне указанной платы, противоположной расположению первой контактной группы расположена вторая контактная группа для подключения устройств тестирования съемного светодиодного модуля освещения.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 представлена конструктивная схема светодиодного светильника с функцией аварийного освещения;

фиг. 2 - вид в плане на светодиодный модуль;

фиг. 3 - вид сбоку на светодиодный модуль.

Согласно заявленной полезной модели, рассматривается конструкция светильника светодиодного с встроенной функцией аварийного освещения.

Особенностью заявленной полезной модели является то, что функция аварийного освещения может быть организована в светодиодном светильнике любой конструкции, который используется в качестве штатного устройства освещения производственных, общественных или жилых помещений. Полезная модель рассматривается на примере такого штатного светодиодного светильника, который относится к категории Армстронга или ДВО - потолочного светильника, традиционно встраиваемого в полочную систему офисных и общественных помещений.

Особенностью такого светильника является выполнение его корпуса 1 квадратной формы в плане с плафоном (рассеивателем) на лицевой стороне (не показан), боковыми стенками, которые могут нести элементы закрепления в потолочной системе, и с тыльной стенкой 2 (может иметь элементы 3 закрепления в потолочной системе), являющейся основанием и на которой закреплены линейки 4 светодиодных источников освещения, подключенные к преобразователю напряжения (драйверу), имеющего связь с линией 5 централизованного напряжения 220-230 В (фиг.1).

Такой светодиодный светильник относится к категории штатных светильников, так как они обладают только одной функцией: формировать световое излучение от всех светодиодов светодиодных линеек при подаче напряжения от линии централизованного напряжения и гаснуть при отключении от этой линии централизованного напряжения.

В таких светодиодных светильниках отсутствует плотный монтаж светодиодных линеек из-за того, что светильник является закрытым, по меньшей мере со стороны рассеивателя и боковых стенок и частично с тыльной стороны. Это объясняется тем, что светодиоды излучают не только световой поток, но и тепло, которое надо отводить от светодиодов. В данном случае теплоотвод выполняется конвекционным, то есть тепловые потоки «уходят» вверх через отверстия в тыльной стенке (от нагретой зоны в зону окружающей среды с меньшей температурой). И чем больше расстояние между линейками светодиодов, тем лучше теплоотвод.

В связи с этим между линейками светодиодных источников освещения на тыльной стенке корпуса всегда имеется свободное место, либо такое место имеется между этими линейками и боковыми стенками корпуса. То же самое относится и к конструкциям светодиодных светильников, выполненных на точечных разнесенных друг от друга светодиодах или на разнесенных группах таких светодиодов.

Особенностью большинства светодиодных светильников любой конструктивной схемы и компоновки является наличие свободного места на поверхности их закрепления, через которую производится теплоотвод.

В рамках настоящей полезной модели предлагается внести усовершенствование в такие штатные светильники, которое заключается в установке в любое свободное место между светодиодными источниками освещения отдельного светодиодного модуля, который будет считаться модулем 6 аварийного освещения.

Такой светодиодный модуль освещения, в общем случае своего исполнения, включает в себя расположенные на отдельной печатной плате светодиоды, преобразователь переменного напряжения в постоянное, BMS-контроллер и электронный блок подключения светодиодов к отдельному аккумулятору при отсутствии напряжения в централизованной сети напряжения. Этот аккумулятор размещен на этой плате и через BMS-контроллер, преобразователь переменного напряжения в постоянное и указанный электронный блок подключен к линии питания светодиодных источников освещения (фиг.2 и 3).

Ниже представлен пример конкретного исполнения модуля аварийного освещения (фиг.2 и 3).

Базовым элементом модуля является печатная плата 7, которая выполняется с элементами теплоотвода. Эти элементы могут быть выполнены в виде теплоотводящего медного или алюминиевого слоя на тыльной стороне печатной платы или в сочетании с этим слоем в виде отдельных для каждого светодиода или группы светодиодов радиаторов на лицевой стороне платы. Плата выполняется в предпочтительном исполнении прямоугольной формы в плане с соотношением ширины к длине не менее 1:2, предпочтительно, 1:3-1:4. Зоны свободных мест между светодиодными линейками имеют вытянутый вид, что обуславливает применение платы вытянутой формы. Это дает преимущества не только в части возможности ее монтажа в штатном светильнике, но и то, что по длине узкой печатной платы можно разнести компоненты модуля, исключая передачу тепла от одного компонента другому, как это бывает при плотном монтаже.

Плата оснащена элементами прикрепления к тыльной стенке штатного светильника (не показаны).

На одной стороне печатной платы (на короткой ее стороне) смонтирована первая контактная группа 8 для подключения к линии штатного светильника, имеющего связь с централизованной сетью напряжения 220-230 В переменного напряжения. В состав этой контактной группы входят клеммы 9 прямого подключения к линии централизованной сетью напряжения 220-230 В и клеммы 10 подключения к линии питания светодиодных источников освещения штатного светильника.

Рядом на печатной плате расположен преобразователь AC-DC 11 для организации напряжения 5 В, подаваемого на отдельные светодиоды 12, которые так же закреплены на печатной плате. Центральное поле печатной платы используется для установки литиевой аккумуляторной батареи 13, рядом с которой монтируется BMS-контроллер 14.

Согласно Википедии BMS (Battery Management System или «Система контроля батареи») - устройство для контроля за состоянием батареи и предотвращения ее работы в нештатном режиме. BMS следит за основными параметрами литиевого аккумулятора - температурой и напряжением. Если один из них выходит за допустимые пределы, батарея отключается от потребителя или зарядного устройства. Таким образом, плата BMS в минимальной конфигурации предотвращает глубокий разряд, перезаряд или перегрев аккумулятора.

В качестве литиевой аккумуляторной батареи используется литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор (lithium-ion polymer battery); аббревиатуры: Li-Pol, Li-polymer, LIP, Li-poly и т.д.) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора, в котором в качестве электролита используется полимерный материал.

Литий-полимерный аккумулятор обладает стойкостью к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям, компактен и имеет легкий удельный вес. Его недостаток заключается в постепенной потере своей емкости - около 20% за 2 года активной работы (что является достаточно высоким эксплуатационным показателем) и перегрев при температуре выше 60°С, в т.ч. при заряде или разряде высокими токами. Практика применения светильников типа ДБО показывает, что внутри корпуса температура при длительной работе светодиодов находится гораздо ниже 45°С (см. Паспорт ИДЖЦ.676 339.079 ПС «Светильники серии ДБО06», светильник выпускается ОАО "Ардатовский светотехнический завод"). А в светильнике светодиодном полупроводниковом типа Армстронг температура предельная температура перегрева равна 50°С. В стандартном режиме длительного освещения рабочая температура находиться ниже 25°С (см. ПАСПОРТ Светильник светодиодный полупроводниковый «Армстронг-14-П-1» ССП-А-220-014-П-1-Н,Т-УХЛ «Армстронг-15-П-1» ССП-А-220-015-П-1-Н,Т-УХЛ «Армстронг-16-П-1» ССП-А-220-016-П-1-Н,Т-УХЛ, ТУ 3461-006-41677105-1).

Приведенные усредненные температуры внутри корпусов светодиодных источников света разной конструкции не отражают реальное распределение температуры по площади светильника: оно носит локальный характер, при котором главными точками (зонами) перегрева являются сами светодиоды.

Производители светодиодов тестируют и сортируют (бинуют) свою продукцию по яркости и цвету на основании фотометрических измерений в определенных условиях - при подаче 25 миллисекундного мощного импульса при фиксированной температуре в 25°С. За время действия импульса, температура чипа практически не меняется. В рабочем же режиме, при постоянном токе при комнатной температуре и применении технических мер к снижению температуры, температура светодиодного чипа, как правило, 60°С или выше. А для изделий с недостаточным теплоотводом может быть значительно выше. Но эта температура светодиода — это точечное излучение тепла, которое, во-первых, частично отводится радиатором, а во-вторых, теплый поток от светодиодов смешивается с воздухом окружающей среды, поступающим в режиме конвекции в полость корпуса. Таким образом, происходить выравнивание общей температуры внутри корпуса до допустимых значений.

Так как к системам аварийного освещения не предъявляются высокие требования по нормируемой освещенности на горизонтальной поверхности, приравниваемой к освещенности от штатного светильника, то следует руководствоваться тем, что яркость или степень освещенности должна быть не более 10% нормируемой освещенности для общего рабочего освещения (ГОСТ Р 55842-2013, СП 52.13330.2016). Кроме этого, на аварийное освещение, согласно нормативным документам, наложена функция маркерного осветителя для указания путей перемещения или зон повышенной опасности, а не замены штатного освещения. Поэтому количество светодиодов на печатной плате может быть ограничено. На примере по фиг.2 показан вариант размещения светодиодов в максимальной комплектации, то есть по всей длине платы в двух линиях.

На другой стороне печатной платы (на короткой ее стороне) смонтирована вторая контактная группа 15 для подключения к линии 12 В постоянного напряжения для подключения устройства дистанционно тестирования работоспособности модуля.

По сути, модуль аварийного освещения — это самостоятельный источник освещения на светодиодах, в котором отсутствует корпус и плафон (рассеиватель), и размеры которого существенно меньше размеров штатных светильников.

Алгоритм работы светильника со встроенным модулем аварийного освещения основывается на состоянии питающей сети 220-230 В:

1. Сеть 220-230 В исправна:

а) светильник работает в штатном режиме, питание светодиодов светильника осуществляется через драйвер;

б) модуль аварийного освещения заряжает аккумуляторную батарею в режиме работы штатных светодиодов и в режиме их отключения от питания и поддерживает 100% заряда, светодиоды модуля не светятся.

2. Сеть 220-230 В неисправна:

а) светильник не работает, питание светодиодов штатного светильника не осуществляется;

б) сигнал напряжения от линии централизованной сети напряжения не поступает в первую группу контактов, срабатывает электронный блок подключения светодиодов к аккумулятору (может быть выполнен в виде коммутационного реле или коммутатора на процессорной базе), модуль аварийного освещения переходит в аварийный режим, происходит подключение светодиодов модуля к аккумуляторной батарее, светодиоды модуля загораются, питание светодиодов модуля осуществляется напрямую с аккумулятора.

Для проверки работоспособности модуля и имитации неисправности сети 220-230 В предусмотрен интерфейс управления по протоколу ±12 В для подключения к устройствам дистанционно тестирования (УДТУ 250) и устройство тестирования, активируемое при помощи геркона.

Рассмотренный модуль аварийного освещения, выполненный в виде встраиваемого внутрь штатного светильника модуля и состоящий из печатной платы с расположенными на ней светодиодами, преобразователем AC-DC, BMS-контроллером и аккумулятором, имеет функционал аварийного светильника непостоянного действия, но, благодаря компактным размерам, может встраиваться непосредственно в корпус светильника.

Настоящая полезная модель позволяет повысить надежность и долговечность осветительного прибора, выполненного с функцией аварийного освещения. В каждый штатный светодиодный светильник при конструировании заложены особенности исполнения, которые обеспечивают ему на заданном уровне не только работоспособность, но и длительность работы и вероятность выхода из строя. Эти эксплуатационные параметры начинают снижаться, если в светильник вносятся изменения или его переводят в режим двойного назначения, как это имеет место в прототипе. Существенным в этом случае является не изменение схемного конструктива изделия. Настоящая полезная модель является примером усовершенствования штатного светильника без изменения его схемного конструктива, позволяющим придать штатному светильнику двойное назначение с сохранением первичных эксплуатационных характеристик самого светильника по параметрам надежности и долговечности. Выполнение модуля аварийного освещения в качестве отдельного изделия, функционирования которого не зависит от функционирования штатного светильника, а зависит от состояния питающей сети, позволяет встраивать такой модуль в любой по конструкции светильник, в котором есть свободное место по размерам этого модуля.

Claims (1)

1. Светильник светодиодный, содержащий упорядоченные, размещенные на основании светодиодные источники освещения, подключенные через блок питания к централизованной сети напряжения, и дополнительный источник питания в виде аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что он снабжен съемным светодиодным модулем освещения, закрепляемым на основании между светодиодными источниками освещения и включающим в себя расположенные на одной печатной плате светодиоды, первую контактную группу для подключения к линии питания светодиодных источников освещения и к централизованной сети напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное, BMS-контроллер и электронный блок подключения светодиодов к аккумулятору при отсутствии напряжения в централизованной сети напряжения, при этом указанный аккумулятор размещен на этой плате и через BMS-контроллер, преобразователь переменного напряжения в постоянное и указанный электронный блок подключен к линии питания светодиодных источников освещения, а на стороне указанной платы, противоположной расположению первой контактной группы, расположена вторая контактная группа для подключения устройств тестирования съемного светодиодного модуля освещения.