强大的基于LED的火车头灯优化节能

时间:2018-06-11 12:35来源:未知作者:xuji 点击:
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摘要:新型火车头灯设计采用两个半圆形抛物面或杯形镀铝反射器,并在两个反射器汇合的平面上放置高效LED。 结合来自每个反射器的强光束产生符合安全准则所需的光强度

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仔细的LED放置减少了浪费的能源

华盛顿 -研究人员设计了一种新型的基于LED的火车头灯,使用传统光源的头灯所需的能量的十分之一。 如果每天运行8小时,新设计的电力节约将每年减少大约152公斤的温室气体二氧化碳排放量。

火车头灯不仅照亮前方的轨道,还在铁路运输中发挥重要作用。 因为火车很难停下来,所以必须在足够远的距离上看到前灯,以便让人或车辆在轨道上有足够的时间移动。 传统的使用白炽灯或卤素灯的火车头灯亮得足以满足安全规定,但不是非常节能,因为大部分为灯提供动力的能量都转化为热量而不是可见光。

研究人员由台湾台湾大学光电子与光电子研究所微光学器件实验室的Guo-Dung J. Su领导,由工程和设计公司Lab H2 Inc.接洽,设计使用LED的机车头灯作为光源。 除了需要更少的能源外,LED的寿命也更长,并且比传统光源更小,更坚固。

“市场上销售的一些LED前灯产品设计有许多LED,其输出在大部分区域重叠,这些设计浪费了大量能源,”微型光学器件实验室的Wei-Lun Liang说,他在设计新的火车头灯。 “我们的研究表明,通过专注于平均分配LED能量的最佳方式,可以减少用电量。”

在光学学会应用光学杂志上,Liang和Su报告了基于十个精确定位的高效率​​LED的新型火车头灯设计。 该设计使用总共20.18瓦的功率来实现与使用几百瓦的白炽灯或卤素灯相同的光强度。 例如,通过关闭一些LED以避免火车经过平台时使等待的乘客失明,新的前大灯也可以变暗。

LED布局

研究人员设计了一种火车头灯,使用两个含有高效LED的半圆形抛物线镀铝反射器(a)。 (b)中示出了每个LED在上反射器中的布置。 (c)示出了与如(b)中布置的LED 1至5相对应的照明图案,示出了来自上部反射器中的五个LED的单独照明区域和组合照明区域。 当一起使用时,两个反射器形成圆形照明图案。

 

设计节能

就像用于汽车的那样,火车头灯通常将光源与抛物面或杯形反射表面组合,将发射的光聚焦成光束。 尽管LED是节能的绝佳选择,但最节能的LED发出更小的光点。 出于这个原因,研究人员不得不将多个高效LED的小输出组合成更大的循环输出,以创建足够大的光束以用作火车头灯。

Liang说:“结合使用多个LED比使用几个单一的LED更昂贵并且消耗更多的电力。 “因此,我们需要通过分析抛物面反射LED灯的方式,确定如何最佳定位满足要求所需的最低数量的高效LED。”

研究人员的目标是提供1.25倍于美国联邦法规要求的亮度的前灯。 这些规定要求火车头灯的峰值强度至少为20万坎德拉,并且照亮车前灯至少800英尺处的人。

定位LED以节省能源并符合联邦指导方针带来了几个挑战。 研究人员必须小心重叠LED输出,以创建一个大的光束,但不要太多,以致需要更多的LED,因此需要更多的能量。 另外,LED必须放置得足够远以散热以防止电路损坏。

定位LEDS为了创建高效率的火车头灯,研究人员使用了两个半圆形抛物面镀铝反射器。 当一起使用时,来自每个反射器的强光束结合起来产生符合联邦指导所需的光强度。 这种设计还简化了为LED供电所需的电路布局,因为它们可以安装在分隔反射器的水平分隔器中。

为了确定LED在反射器中的位置,研究人员首先估算了每个LED的最佳位置,然后使用一系列测试和模拟根据相应的照明模式对每个LED的最终位置进行微调。 “其他科学家可以使用我们推导出的线性方程来确定LED在其他应用中的近似位置,”Liang说。 “这可以大大缩短确定LED定位所需的时间,然后再微调位置。”

研究人员指出,大灯通常使用完整的抛物面反射器表面。 “我们相信这是第一个使用两个半抛物面反射面组合的设计,”Liang说。 “通过系统地分析设计以确定LED在反射器中的最佳位置,我们能够最大限度地减少电力消耗,同时满足与交通安全相关的要求。”

研究人员正在努力将其设计转化为商业产品。 尽管新设计的功耗较低,但仍会产生一些废热。 在设计可以商业化之前,研究人员需要开发和测试新大灯的散热系统。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:xuji )
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