A LED lámpák teljesítménye és a követelmények

bevezető

A LED-ek használata a világításban gyorsan növekszik. Világszerte a kereskedelmi, ipari és kültéri világítótestek 1/3-1/2-e LED-modulokat használ.A LED-ek potenciális energiamegtakarítása meghaladja az 50%-t, ami a LED-es lámpatestek hosszú élettartamával együtt jelentősen csökkenti az üzemeltetési és karbantartási költségeket. Ez a LED-ek esetében rövidebb megtérülési időt eredményez, és a világítási projektek esetében hajlamosabbak ezt a környezetbarát világítási technológiát választani.

Az elmúlt években a LED-es világításra való piaci átállás sokkal gyorsabb volt, mint azt a kutatók előre jelezték. Néha nehéz lépést tartani az új elektronikai és világítási szabványok fejlődésével, és több szabványt folyamatosan frissítenek. Fontos, hogy a döntéshozók és a felhasználók megértsék a LED-es világítástechnológiát, a teljesítményt és a szabványokat, hogy kiváló minőségű LED-es világítást választhassanak. Ez nemcsak azt teszi lehetővé, hogy az ügyfelek gyorsabban kiválaszthassák az igényeiknek megfelelő lámpatestet, hanem azt is biztosítja, hogy a kiválasztott új világítási megoldás megfeleljen a vonatkozó világítási szabványoknak és követelményeknek.

LED-lámpák és lámpák teljesítménykövetelményekre vonatkozó szabványok

A LED-es világítástechnikában fontos a LED-es lámpatestek fő paramétereinek azonosítása és az egyes paraméterek jelentésének megértése. Az EU-ban általános szabály, hogy elektromos berendezéseket (beleértve a lámpatesteket is) csak akkor lehet forgalomba hozni és értékesíteni, ha megfelelnek a vonatkozó európai irányelvek (nemzeti jogba lefordított) alapvető követelményeinek. A fényforrásokra (lámpatestek, modulok) és a világítótestekre az alacsony feszültségről szóló irányelv, az elektromágneses összeférhetőségről (EMC) szóló irányelv, az energiával kapcsolatos termékekről (ErP) szóló irányelv és az általános termékbiztonsági irányelv vonatkozik. Ezért ezeknek a termékeknek (beleértve a közvilágítást, a reflektorokat, a stadionvilágítást és a beltéri világítást) meg kell felelniük az EMC, az EMF, a környezetbarát tervezés és egyéb követelményeknek.

A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) teljesítményszabványokat dolgozott ki a LED-es lámpatestekre és LED-modulokra.A LED-es termékek teljesítményszabványai minőségi kritériumokat határoznak meg, és meghatározzák az elfogadott közös mérési feltételeket. Így a LED-iparban érintett vagy tevékenykedő valamennyi szereplőnek van alapja a LED-es lámpatestek teljesítményének összehasonlítására és értékelésére. Ez a cikk a következő, LED-es lámpatestekre és LED-es modulokra vonatkozó szabványokon alapul.

IEC 62722-1:2014 Lámpák teljesítménye. 1. rész: Általános követelmények.

IEC 62722-2-1:2014-11 Világítótestek teljesítménye. 2-1. rész: LED-es lámpatestek speciális követelményei.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 Általános világításhoz használt LED-modulok teljesítménykövetelményei.

IEC 62031:2020 LED-modulok általános világításhoz. a LED-es lámpatestekre vonatkozó teljesítménykövetelmények közvetlenül kapcsolódnak a LED-modul szabvány rendelkezéseihez, ezért ezt a szabványt is figyelembe kell venni a LED-es világítási rendszerek értékelésénél.

IEC 62778:2014 A kék fény veszélyességének értékelése minden világítástechnikai termék esetében.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 és IEC 13032-4:2015 Fény és világítás: fényeloszlás és fényáram.

Alapvető teljesítménykövetelmények

LED-es lámpatestek névleges bemeneti teljesítménye (wattban)

Ha a lámpatest cserélhető LED-modulokat/izzókat használ, a névleges bemeneti teljesítményt és a LED-modulok számát meg kell adni. A LED-modulokat használó lámpatestek esetében a névleges bemeneti teljesítményt a lámpatest specifikációjában kell megadni.

A névleges feszültség, a Ta névleges környezeti hőmérséklet és a hőstabilizálás utáni 100% fényáram (fénykibocsátás) feltételei mellett a LED-es lámpatest mért bemeneti teljesítménye (W) nem haladhatja meg a bejelentett névleges bemeneti teljesítmény 10% értékét. Ha a névleges bemeneti teljesítmény <10W, akkor annak egy tizedesjegy pontosságúnak kell lennie. Ha a névleges bemeneti teljesítmény ≥ 10W, egész számként kell megadni.

Az állandó fényáramú technológiát alkalmazó lámpatestek esetében a LED-világítás névleges bemeneti teljesítménytényezőjét a lámpatest élettartamának kezdetén és végén LxBy, vagy a lámpatest átlagos élettartama Lx alapján kell megadni.

LED-es lámpatestek névleges fényáram (lumenben)

LED-es lámpatestek esetében a névleges fényáramot (lumen) fel kell tüntetni a termék dokumentációjában. Ez általában az új lámpatest kezdeti fényáramára vonatkozik, meghatározott üzemeltetési feltételek mellett. A lámpatestek fényáramának névleges értéke megfelelő számítási módszerrel határozható meg. A lámpatest mért kezdeti fényáram értéke nem lehet kevesebb, mint a közzétett névleges fényáram 10% értéke. A LED-es lámpatestek bejelentett összfényáram-értékei 25 °C-os környezeti hőmérsékleten alapulnak, hacsak másképp nem szerepel. A fényáramértékek beállításával (a fényerősség úgynevezett abszolút meghatározása) kapcsolatos további információkért lásd az EN 13032-4 szabványt.

Teljesítmény és fényáram

LED-es lámpatestek fényhasznosítása (egység: lm/W)

A LED-es lámpatestek fényhasznosítása a lámpatest által kibocsátott fényáram és a felvett teljesítmény (egység: lumen/watt) aránya, lumen/wattban (lm/W) mérve (lumenszámítási módszer). Ez egy fényforrás látható fényt előállító hatékonyságának mérőszáma. Általában minél nagyobb a fényhasznosítás, annál nagyobb teljesítmény mellett képes a lámpatest megvilágítani a célterületet. Egy lámpatest teljesítményének értékeléséhez azonban gyakran nem elegendő csak a fényhasznosítást figyelembe venni, mivel a lámpatest fényáramába beletartozik a szórt fény is, amely nem járul hozzá a célterület megvilágításához. Például a keskeny fénysugarú reflektorok és közvilágítási lámpák esetében fontos, hogy ne csak a fényhasznosítást, hanem a fényerősség-eloszlást is figyelembe vegyük; a részleteket lásd alább.

LED-es lámpatestek fényerősség-eloszlása

A fényerősség eloszlását Goniofotométerrel határozzák meg, és rögzítik a világítástervezési dokumentumban (IES vagy LDT dokumentum). A fényforrás vagy a lámpatest fényintenzitásának térbeli eloszlását egy fényintenzitás-eloszlási görbe ábrázolja. Az alábbi ábra balra egy beltéri lámpatest, jobbra pedig egy utcai lámpa fényerősség-eloszlását mutatja. A függőleges tengelyen a keresztmetszetet a fényerősség-eloszlási görbék (IDC) ábrázolják a C-síkban a hozzá tartozó γ sugárzási szöggel. Ezeket a görbéket polárkoordinátákban kell ábrázolni, hogy megfeleljenek az EN 13032-2 szabványnak. A fényerősség értékeket kandela (cd) vagy ezer lumenre jutó kandela (cd/klm) értékben fejezik ki.

Fényeloszlás vagy fényerősség-eloszlás

Fényáram-fenntartási arány

A fényáram karbantartása a fényáram idővel történő csökkenését írja le, amely a lámpatest normál működés közbeni öregedése miatt következik be (ez kizárja a külső tényezők, például a szennyeződés, az optika és a könnyű üveg hatásait). A fényáram-fenntartás a lecsökkent fényáram és a kezdeti fényáram arányaként van meghatározva. Kültéri világítás esetén a fényáram karbantartási arányt a lámpatest szintjén kell mérni. A fényáram-fenntartási arányt a lámpatest névleges élettartama alapján határozzák meg, és a gyártó az IEC 62722-2-1:2014 szabványnak megfelelően adja meg. Például az Lx medián élettartam megegyezik a projekt időtartamával. Az L90 = 100 000 óra átlagos élettartam azt jelenti, hogy a 100 000 óra után megmaradó fényáram a kezdeti fényáram 90%-je, ami fényáram-karbantartási arányt = 0,90 eredményez.

színkoordináták

A színkoordináta a szín minőségének objektív, a fénysűrűségtől független mérőszáma. A színtisztaság két külön paraméterből áll, amelyeket gyakran árnyalatnak (h) és színárnyalatnak (s) neveznek, ahol az utóbbit telítettségnek, színárnyalatnak, intenzitásnak vagy gerjesztési tisztaságnak is nevezik. E paraméterek mennyiségei a legtöbb ember trikromatikus látását követik, amit a legtöbb színtudományi modell feltételez.

A kromatikus diagram az összes lehetséges színt bemutató grafikon. Minden színt egy pár numerikus koordináta határoz meg: a kromatikus koordináták. A kromatikus diagram segítségével láthatjuk, hogyan keverednek a különböző fényszínek. A grafikon görbéinek szélein lévő pontok a tiszta spektrális színek: a szivárvány színei. A diagram bármely két pontja közötti vonal mutatja az összes olyan színt, amely e két szín keverésével előállítható. Így a diagramon szereplő bármely színt különböző módon keveredve lehet előállítani. Csak a diagram szélein lévő színek egyedi színek. Ha ezt az elképzelést kiterjesztjük három szín keverésére, akkor háromszöget kapunk. Ezt a háromszöget nevezzük színskálának. A színskála mutatja az összes olyan színt, amely a három sarkon lévő színek keverésével elérhető. A színskála élei azok a színek, amelyek a két végpont színének keverésével kaphatók.

Elipses de MacAdam

színvisszaadás tulajdonság

A színvisszaadást a színvisszaadási index (Ra) fejezi ki. Bár a fényforrások sugározhatnak azonos színű fényt, a fénysugár spektrális összetételének különbségei miatt a fényforrás színvisszaadásában különbségek lehetnek. Ezért bevezették az általános színvisszaadási indexet (Ra), amely egy skálát biztosít a fényforrás színvisszaadási jellemzőinek objektív azonosítására. Ez a mutató azt mutatja, hogy egy adott fényforrás mellett egy tárgy érzékelt színe mennyire egyezik meg egy referenciafényforrás mellett megjelenő színnel. Az EN 12464-1 szabvány szerint a 80 alatti színvisszaadási indexű fényforrásokat nem szabad olyan munkahelyeken használni, ahol emberek hosszú időt töltenek. A 90 feletti Ra színvisszaadási indexet általában nagyon jónak, a 80 és 90 közötti Ra értéket pedig jónak tekintik.

színteljesítmény

színtolerancia

A színtolerancia pontosan meghatározható a CIE színskála x és y koordinátáinak segítségével. 1942-ben McAdam (McAdam) tudós 25 színnel végzett kísérleteket korrelált színhőmérsékletekkel, minden egyes színpontnak körülbelül 5-9 ellentétes pontját mérte meg, és feljegyezte, hogy melyik az a két pont, amelyet színkülönbség esetén meg lehetett különböztetni egymástól. Az eredmény egy sor különböző méretű és hosszúságú elmélet volt, amelyeket McAdam-ellipszisek néven ismertek: a McAdam ellipszis elmélet. A McAdam-ellipszis a CIE színskála olyan területe, amely olyan színt tartalmaz, amelyet az emberi szem nem tud megkülönböztetni az ellipszis középpontjában lévő színtől. Az ellipszis körvonala a megkülönböztethető színt jelöli. A McAdam-ellipsziseket általában felnagyítják, például az eredeti átmérőjük három-, öt- vagy hétszeresére. Ezeket a három-, öt- vagy hétlépcsős McAdam-ellipsziseket két fényforrás megkülönböztetésére használják, ahol a “lépcsőfok” a színkülönbségek tartományát jelenti. Egy háromlépcsős McAdam-ellipszissel rendelkező fényforrás kisebb eltérést mutat, mint egy ötlépcsős McAdam-ellipszissel rendelkező fényforrás. Különös gondot kell fordítani arra, hogy a színkülönbség kicsi legyen, különösen olyan világítási alkalmazásokban, ahol a fényforrások nincsenek messze egymástól, és egyszerre láthatók.

A lámpatest megadott környezeti hőmérséklete

A lámpatest teljesítményét befolyásolhatja a környezeti hőmérséklet. A Ta névleges környezeti hőmérséklet az a maximális hőmérséklet, amelyen a lámpatest normál üzemi körülmények között folyamatosan üzemeltethető (működés közben rövid időre meghaladhatja a 10K értéket). Ha Ta = 25°C, a lámpatestre vonatkozóan nem szükséges külön nyilatkozatot tenni; más névleges környezeti hőmérsékletértékeket kell megadni. Annak bizonyítására, hogy a lámpatest hosszabb ideig képes normál üzemmódban, megemelt hőmérsékleten is működni, a 62722-2-1 szabvány bevezeti a Tq paramétert. A Tq (minőségi) hőmérséklet azt a maximális névleges környezeti hőmérsékletet jelzi, amely egy meghatározott teljesítményszint (beleértve a várható élettartamot, a világítási jellemzőket) mellett megengedett. Például egy ZGSM lámpatest hosszabb ideig 50°C-on is normálisan működhet, ezért a névleges Tq = 50°C.

A LED-lámpákra és -lámpákra vonatkozó élettartam-szabványok

Egy LED-es lámpatest élettartamát nem csak egy hirtelen meghibásodás határozza meg. Valójában a legtöbb lámpatest nem hibásodik meg teljesen egy bizonyos működési időn belül, hanem a fényereje idővel csökken (azaz a fénykibocsátás csökken), amit a fénykibocsátás fokozatos csökkenésének nevezünk. Így a LED-es lámpatest élettartamát lényegében az “x[%]” előre meghatározott minimális szint alatti fényáramcsökkenés és a hirtelen meghibásodás korlátozza. A LED-vezérlőberendezés meghibásodását itt nem vesszük figyelembe. A LED-ek hanyatlásán kívül a fényáram csökkenését vagy hanyatlását az egyes LED-ek vagy LED-modulok meghibásodása is okozhatja. A lámpatestekre vonatkozó élettartam-kritériumokat az IEC 62717 és az IEC 62722 szabványok részletesen leírják.

összefoglalja

Reméljük, hogy e cikk segítségével megértette a LED-es lámpatestek teljesítménykövetelményeit. Ezek a teljesítménykövetelmények közé tartozik a teljesítmény, a fényáram, a fényhasznosítás, a fényeloszlás, a színhőmérséklet, a színvisszaadási index, a színtűrés, az élettartam (fényáram fenntartási aránya) és egyéb (fénykarbantartási tényező és hirtelen meghibásodás). Ezek a paraméterek azok a kulcsfontosságú pontok, amelyekre egy világítási projektben összpontosítani kell, és ezek kapcsolódnak ahhoz, hogy a projekt megfelel-e a követelményeknek, beleértve az energiahatékonyságot, a megvilágítást és a rutinszerű karbantartást. Ez a cikk csak egy rövid bevezető, a mélyebb megértésért kérjük, olvassa el a vonatkozó online tartalmat.