A LED-optika elektrotechnikája Pálinkás Gábor MÁV ZRT. Technológiai Központ
A LED jellemzői If Uf nyitóirányban átfolyó áram nyitóirányban mérhető feszültség Ov fényáram
Érzékeny a túl nagy nyitóirányú áramra és a záróirányú feszültségre. Áramgenerátoros hajtást igényel, a rajta mérhető feszültség az anyagtól és annak hőmérsékletétől függ.
A LED által kibocsájtott fény mennyisége nem arányos a rajta átfolyatott árammal, a maximális áram közelében csökken a fénykibocsájtás hatásfoka.
A sok LED-ből illetve nagyteljesítményű LED-ekből összeállított jelző- és világítási célú modulok hűtése komoly konstrukciós megfontolásokat igényel. A LED chipek hőmérséklete nem mehet 100 C fölé, mert nagyon gyorsan károsoknak. A nyitóirányú feszültség változása és a fénykibocsájtás hatásfoka negatív hőmérsékleti együtthatójú. Kisebb hőt a nyák is el tud vezetni, 1W felett már hűtőfelület, 5W felett hűtőborda használata szükséges. A teljesítmény LED-eken ki szoktak jelölni egy referencia pontot, az e ponton mért hőmérsékletből a katalógus alapján meg lehet állapítani, hogy mekkora a réteghőmérséklet.
LED-ek soros és párhuzamos kapcsolása
A hagyományos izzó a referencia Fényforrások feszültség-áram karakterisztikái Előnye: áramellátási zavarokra érzéketlen, Hátránya: rövid élettartam többféle jelformával is táplálható (DC, szinuszos AC, négyszögjel)
Passzív optika meghajtó áramkör nélkül (Percept Kft.) Előnye: egyszerű felépítés, Hátránya: az áramfelvétel, a fényerő és az elegyenirányító beépítése után disszipált teljesítmény tápfeszültség többféle jelformával is táplálható függő, (DC, szinuszos AC, négyszögjel) zavaró feszültség hatására parázslik
Aktív optika lineáris szabályzóval Előnye: a kimeneti és a bemeneti áram Hátránya: a szabályzó a tápfeszültségtől arányos egymással függően melegszik
Aktív optika kapcsolóüzemű szabályzóval Előnye: jó hatásfokú, kis veszteségű Hátránya: negatív feszültség-áram szabályzó karakterisztika
Aktív optika kompenzált karakterisztikájú kapcsolóüzemű szabályzóval Előnye: nincs negatív karakterisztika Hátránya: bonyolult áramköri megvalósítás, kompenzáló áramkör melegedése
Aktív optika kompenzált karakterisztikájú kapcsolóüzemű szabályzóval, hideg izzószál szimulációval (MES Kft.)
Előnye: egytekercses áramjelfogós Hátránya: bonyolult áramköri megvalósítás, fényáramkörben is alkalmazható kompenzáló áramkörök melegedése
Aktív optika feszültségvezérelt fényerőszabályzóval (elektronikus biztosítóberendezések árbóctranszformátoros illesztéssel) Előnye: éjszakai üzemmódban csökkenthető a fényerő Magyarország területén a dimmelési funkciót nem alkalmazzuk
Aktív optika CAN buszon történő távvezérléssel, diagnosztikai funkciókkal (Scheidt & Bachmann SSB200L fénysorompó optikái) Előnye: egyszerű táp és jelkábelezés, Hátránya: berendezés specifikus, hibatűrő kommunikációs protokol, általános bevezetése teljesen új diagnosztikai funkciók gondolkokásmódot igényel
LED-es optikák használata biztosítóberendezési áramkörökben Vasúti jelzőkben való alkalmazhatóság: - Hagyományos jelfogós berendezések esetén LED-ek jelenleg csak fénysorompó fedezőjelzők esetén használhatók, egyéb helyeken izzókat alkalmaznak. Általában minden fényforrás külön áramkörről él, csak az ismétlőjelzők fényei vannak sorbakötve. Alkalmazható LED-es fényforrások gyártói: MES Kft., Percept Kft. - Siemens térközi biztber esetén a térközjelzőkön a Siemens saját gyártású optikái vannak felszerelve, egyéb berendezésekben izzót használnak. - Thales biztber esetén a jelzőkben izzók vannak, az új RaiLED160-as típusú LED optika bevezetés alatt van. - A Scheidt & Bachmann vonali fénysorompók fedezőjelzőiben a MES Kft. optikáit használják. A jelző optikát meghajtó áramkör áramgenerátoros jellegű. Az ellenörzés nem teljeskörű, mert csak az átfolyó áram értékét figyeli, a kimeneti feszültséget illetve a külsőtér felöli zárlatot nem képes érzékelni. A fenti problémák miatt 2 fény egyidejű kivezérelhetősége esetén a fények együttégését külön céláramkörrel kell ellenörizni.
Közúti jelzőkben való alkalmazhatóság: - Hagyományos jelfogós berendezések esetén mindig 2 optika van sorbakötve. A MES Kft., a Műszerautomatika Kft. és Percept Kft. optikái alkalmazhatók. - Siemens biztber esetén a sorompók fényei egyenként, áramgenerátoros jellegű meghajtással vannak táplálva, fényforrásként a MES Kft. optikáit használjuk. A rendszer ellenőrzi az optikán átfolyó áramot és a rajta eső feszültséget is. Fontos, hogy a meghajtásért felelős panelekbe megfelelő software legyen betöltve, mert régebbi verziók esetén előfordulhat indokolatlan fény kiesésre utaló hibajelzés. - Thales biztber esetén állomási sorompókban az AXON6M Kft. által gyártott LED-es fényforrások vannak használva, működés ellenőrzésük egyenként történik. A sorompó áramkörök egy önálló rack szekrényből vannak vezérelve és felügyelve. Mivel a Thales-nek nincs honosított vonali sorompója, ezért erre Scheidt & Bachmann rendszerét használják.
- A Scheidt & Bachmann vonali sorompó közúti fényeinek vezérlésére-ellenőrzésére kétféle, egymástól működési elvében is jelentősen eltérő rendszere van: - CAN buszon keresztül vezérelt és felügyelt, saját rendszerhez illeszkedő optikák. - Hagyományos izzóhoz fejlesztett, árammérésen alapuló, állandó leadott teljesítményre való szabályozással ellátott kártya. A kimeneten az előre beállított teljesítménynek megfelelő, a berendezés által változtatható kitöltési tényezőjű, 3kHz frekvenciájú négyszögjel jelenik meg. A prototípusnál Percept gyártmányú, csak passzív alkatrészekből összeállított LED-et használtak, később áttértek a MES Kft. által gyártott aktív optikák használatára. Az optikákból mindig 2 van sorbakapcsolva. Több éves üzemeltetési tapasztalat és utólagos vizsgálatok alapján megállapítható, hogy az árammérő-szabályzó algoritmus valamint az aktív optikák tranziens tulajdonságai miatt ez a berendezés párosítás nem ad megfelelő üzembiztonságot. A már üzemben levő sorompók esetén is célszerű lenne az itt alkalmazott optikákat passzív jellegűre cserélni.
Az S&B sorompó és a MES optikák párosításának jelleggörbéi
Mit hoz a jövő? A LED-ek fejlesztése nagyon gyors ütemben halad. A LED-ek fényárama néhány éven belül a mainál nagyságrendekkel magasabb lesz azonos üzemi körülmények között. A régebbi fejlesztésű LED optikák teljesítményének 60-70%-át vette fel a LED modul. Most ez 30-40% közötti érték, a közeljövőben ez lemehet 10% alá. A jobb kapcsolóüzemű konverterek hatásfoka már megközelíti a 95%-ot. Mindenki energiatakarékos megoldásokat fejleszt. Biztos hogy el kell fűtenünk 10-15W teljesítményt egy 1W-os modul ellenörzéséhez? Vezessük be a CAN buszos vagy ehhez hasonló vezérlést?
Köszönöm a figyelmet!