Тема: Разработка перспективных осветительных и сигнальных приборов на основе светодиодов

«Начиная с 2009 года, после принятия Федерального закона от 23.11.2009 г. № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», на территории Российской Федерация началась масштабная компания по проведению энергетических обследований крупных и малых предприятий, государственных и муниципальных учреждений (далее - объект обследования). В соответствии с выше указанным законом, в ходе приводнения энергетического обследования для каждого объекта обследования составляется Энергетический паспорт и отчет о проведении энергетического обследования, в котором содержатся мероприятия по повышению энергоэффективности (энергосбережению) и снижению затрат на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) для обследуемого учреждения» [16].
«Одним из самых распространенных и эффективных мероприятий по повышению энергетической эффективности, является реконструкция системы освещения, состоящая из светильников с лампами накаливания (ЛН) и газоразрядных ламп (HID) различных типов, на энергоэффективную систему освещения со светодиодными (СД) светильниками, в зарубежной литературе обозначаются как LED светильники. Это связано с несколькими факторами» [16]:
1. Быстрое развитие и доступность светодиодных технологий для систем освещения. В связи с тем, что стоимость светодиодов снижается, а рост тарифов на электроэнергии не прекращается, период окупаемости после внедрения систем освещения на базе светодиодных светильников, снижается. Что делает переход на системы освещения со светильниками LED экономически целесообразным.
2. Компании производители научились делать более мощные светодиоды, что расширило сферу их применения. При этом светодиодные светильники улучшают цветовое восприятие, делают освещаемый объект более четким.
3. Высокий срок службы светодиодов, от 45000 до 100000 часов при правильной эксплуатации, позволяет снизить затраты на обслуживание систем освещения со светодиодными светильниками.
Однако, несмотря на множество достоинств, светодиодные светильники имеют ряд недостатков, главный из которых является чувствительность к качеству электрической энергии в питаемой сети, так как светодиодные светильники относятся к полупроводниковым преобразователям и имеют нелинейную вольт-амперную характеристику (далее - ВАХ).
«Так как светодиодные светильники имеют нелинейную ВАХ, они создают дополнительную эмиссию высших гармоник в питающую электрическую сеть, что в свою очередь приводит к ухудшению качества электрической энергии в питающей сети системы освещения» [16].
«Высокий уровень искажений синусоидальности при работе преобразовательных электроустановок, несимметрия фазных токов и напряжений, отклонение напряжений от номинальных значений и оказывают влияние на режим работы электроприемников, в том числе и на осветительное оборудование» [16].
В основном эти влиянии отражаются только на сроках служб осветительного оборудования опосредованно, например, через перегрев электронных элементов дросселей, драйверов т. к. все это может приводить к деградации структуры светодиода и следовательно, к преждевременному выходу из его из строя.
«Таким образом, массовое внедрение энергоэффективных систем освещения на базе светодиодных ламп, может существенно повлиять на показатели качества электрической энергии у потребителей, в особенности на несинусоидальность тока и напряжения» [16], а самое главное, исходя из совокупности в местах преобладания такой нагрузки, вновь установленные энергоэффективные системы освещения, могут выйти из строя в первые годы эксплуатации из-за снижения качества электрической энергии, в связи с увеличением доли потребителей с нелинейной ВАХ.
«Необходимо отметить, что формирование мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности по результатам проведенного энергоаудита объекта не требует оценки влияния светодиодных светильников на показатели качества электрической энергии» [16].
Такой подход, в свою очередь, при масштабной реконструкции системы освещения может привести к тому, что предприятие может понести существенные финансовые потери из-за преждевременного выхода из строя вновь установленной энергоэффективной системы освещения на базе светодиодных светильников. Включение предварительной оценки влияния предлагаемых к установке LED светильников на показатели качества электрической энергии, с рассмотрением возможных мероприятий по снижению исследуемого влияния, позволит исключить подобные негативные события у потребителей.
Целью диссертационного исследования является - разработка перспективных осветительных и сигнальных приборов на основе светодиодов, которые будут оказывать минимальное влияние на качество электрической энергии в питаемой сети.
Для достижения поставленной цели в магистерской работе планируется решить следующие задачи:
1. Проанализировать существующие системы освещения на базе светодиодных светильников;
2. Проанализировать влияние существующих энергоэффективных систем освещения на базе светодиодных ламп на показатели качества электрической энергии;
3. Выбрать метод подавления гармоник светодиодных светильников.
4. Разработать для объекта исследования перспективную систему освещения на базе СД светильников.
Основные положения, выносимые на защиту.
Перспективные системы освещения на базе светодиодных светильников.
Новизна магистерской диссертации.
Разработана перспективная система освещения на базе светодиодных светильников для объекта исследования.
По теме диссертации опубликовано 3 научные статьи [13, 14, 15, 16].
1. Котов В.К., Пульцин Е.Е.. Влияние энергоэффективных систем освещения на показатели качества электрической энергии. // Электронный сборник студенческих работ всероссийской научно-практической междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество». Тольятти. 2018., с.689-690.
2. Пульцин Е. Е., Котов В. К., Неборак А. В. Освещение складских помещений// Электронный сборник студенческих работ всероссийской научно-практической междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество». Тольятти. 2018. с.705.
3. Влияние энергоэффективных систем освещения на показатели качества электрической энергии и мероприятия по повышению энергоэффективности данных систем / Котов В.К. // V Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов. //Электронный сборник. Тольятти 2019. с 96-98.
Структура и объём работы.
Структура: введение, 3 раздела, заключение, список используемой литературы и используемых источников, включающий 41 наименование.
Объем: 70 страниц машинописного текста.
Купить

В магистерской работе подробно рассмотрена конструкция светодиодной лампы и светодиодных светильников. Рассмотрены конструктивные решения светодиодной лампы для создания белого светового потока, а также применяемые источники питания.
Наглядно рассмотрен вопрос влияния конструктивных особенностей источника питания СД светильников на искажения напряжения и тока в питающей сети, а увеличение количества СД светильников оказывает существенное влияние на несинусоидальность тока.
По результатам проведенного инструментального исследования влияния количества светодиодных светильников на качество электрической энергии установлено, что при увеличении количества устанавливаемых СД светильников значения напряжения третьей и пятой гармоник уменьшаются, а значения тока третьей и пятой гармоник незначительно, но увеличиваются, что негативно сказывается на качестве электроэнергии, особенно для протяженных осветительных сетей.
Подробно рассмотрены мероприятия по снижению влияния СД светильников на качество электрической энергии, на основании проведенного анализа определено, что наиболее перспективными являются ФКУ, за счет своей простоты и возможности широкого использования.
В результате выбрана интеллектуальная система управления освещением на объекте исследования на базе модуля отечественной разработки.
Выбраны параметры ФКУ компенсации влияния СД светильников на показатели качества электрической энергии. Проведено технико-экономическое обоснование выбранной системы ИСУО СД светильников с установкой ФКУ.
Выполнено технико-экономическое обоснование разработанного варианта перспективной системы освещения на базе СД светильников.
Купить