车辆客室照明方案

车辆客室照明方案

      焉军 柴华

中车长春轨道客车股份有限公司  吉林省长春市 130000

摘要：为了降低地铁车辆客室照明系统能耗,设计基于自动调光的节能控制方案.介绍控制方案要求、原理和控制电路，结合系列化中国标准地铁列车研制及试验项目统型,提出了一 种广泛适用于城轨地铁车辆的较为通用的列车照明系统控制方案，控制方案为后续地铁车辆照明系统的节能设计提供重要参考。

关键词：车辆客室；LED灯具；照明方案；

引言：随着国家对建设节约型社会的大力倡导，节能概念已经深入人心，并且迅速渗透到各个领域，“绿色照明”的概念也由此被越来越多的人所关注。LED照明发展历史已经几十年，随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高，造价逐步降低，LED的应用市场将更加广泛，特别是在全球能源短缺的背景下，LED光源在照明市场的应用前景备受瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场，将取代白炽灯、紧凑型节能灯和荧光灯，成为下一代的新型光源。传统的照明控制是在照明回路处加上开关，由开关来控制照明。再进一步者则加入调光功能，通过可控硅或PWM技术控制来灯具的亮度，客室照明实现无极调光、照度自动控制的方案。

1. LED灯具设计与结构

1.1 LED灯具设计标准：

灯具结构美观大方、线条简洁流畅，符合车厢整体设计风格的要求，灯具外侧与车厢顶部浑然一体，体现出美感。灯具拆装不需要特殊工具，单人可操作灯罩拆装清洁，便于维护。灯具的选型充分考虑在车辆使用的工作环境和电源条件，方便维修。

灯罩通常有两种形式：挤注形型和压注形型（具体形式将在设计阶段根据灯罩结构确定）。对于挤注形型的灯罩，推荐采用拜尔PC2000或PC3103为材质，该材质有良好的挤压性能。对于注塑形型的灯罩，推荐采用拜尔PC6555。以上材质中都含有紫外线稳定剂（UV），使灯罩具备抗老化性，并且有良好的阻燃性能，其防火阻燃性能完全满足DIN5510及我国铁标TB2402的相关要求；该材质吸水性和吸湿性均满足地铁客车运行环境对灯罩的要求，同时聚碳酸脂具有良好的透光性，防热、抗老化，具有高透光率。

1.2灯具结构具有下列特点：

1）灯管装入灯座立即可以正常工作；2）灯具与车体有安全保护接地措施；3）打开灯罩，能从正面更换灯管，并保证易于更换灯管、逆变器，易于清洁；4）采用特殊设计的灯座，具有灯管插入时自动啮合的保证机构，保证灯管的接触良好和可靠的抗振性；灯管可靠地固定在灯座上以避免意外坠落；5）灯罩在正常清洗时避免出现水珠和透光率的变化，且不易老化；6）所有电线、电缆及插接件、护套、线扣等均采用阻燃性材料，不使用燃烧后散发有毒气体的材料。并符合DIN5510防火标准。

1.21客室照明控制分析

客室照明分为三路控制，分别为一路照明、二路照明和故障照明。每条照明线路都由独立的断路器进行保护。

一路和二路照明的额定电压为AC220V，通过车辆辅助逆变器供电，故障照明的额定电压都为DC110V，通过蓄电池直接供电，在车辆端部电气柜之间设贯通道灯（LED筒灯）。正常情况下，正常照明和故障照明都工作，在紧急情况或无DC 1500 V供电情况下，紧急照明仍能提供足够的客室照明。

正常照明：为降低故障率，正常照明为两路交叉供电，当一路电源故障时，另一路电源仍能均匀的为客室照明。

1）光源：LED灯管；2）电源：单相  AC220V  50Hz；3） 照度：在距地板面高800mm处，高于200 Lux。

故障照明：在每一个门区（相对的两个侧门为一个门区）设一个故障照明装置，当车内正常照明失效时，故障照明装置能维持车内照明，故障照明装置与正常照明装置采用同一光源。

1）光源：LED灯管；2）电源：单相  DC110V； 3） 照度：客室内距地板面1米处≥30 Lux。

LED灯具采用贴片交叉分布方式，在单颗损坏时不会影响发光面的均匀度；特殊的LED电路设计使得串联结构的LED中有一颗LED虚焊或严重损坏开路时，只会造成单颗LED熄灭，不会出现整串LED死灯情况；当有单颗LED熄灭时，透过灯罩不会出现明显暗区。这样可确保在使用过程中不会影响照明效果及照度。贴片分布示意图：

1.2.2 LED灯具控制调光方案

LED灯具的另一大特点是具有调光性能，由于LED的光衰特性，通过调光可以延长其使用寿命，节能环保。长客股份推荐集中控制调光方案：

    客室每侧主照明分为正常照明和紧急照明两种。紧急照明配置在每一个门区（相对的两个侧门为一个门区），客室灯具采用了并联冗余集中供电方式（正常照明电压AC220V,应急照明电压DC110V)，每辆车的正常照明灯具由两个具有自动均流的功率电源并联冗余工作，两个电源正常时各承担一路照明的一半负载，其中一个电源故障时，另一个电源将全部承担对应这路照明的全部负载。另外,环境光采集器实时收集外界照度，将采集到的数据发送给调光控制器。调光控制器将照度数据与设定值进行比较运算处理后，发送指令给LED驱动电源。LED驱动电源根据收到的指令调整客室内LED光源的亮度。通过高速的反复过程，运用无级调光技术，最终达到根据外界环境光自动调节客室主照明照度。使客室距地面平均照度在有效照度范围内恒定在设定值。

该系统主要由照明控制器、LED驱动电源、LED灯管、环境光采集器四部分组成。如图所示：

（系统控制架构示意图）

   光感技术智能照明控制系统通过通信总线，将环境光传感器、照明调光控制器、大功率LED驱动电源和LED光源等组件联系在一起。将光和电在客室内形成一个闭环的控制回路。

2.控制器的工作模式

控制器的工作模式分三种，按优先级排列依次为应急模式、手动模式和自动模式。

2.1应急模式：只要应急信号为高电平就会立即进入应急模式。

在应急模式下控制器屏蔽所有环境光传感器数据，将PWM占空比值设置为固定的预设值。

2.2手动模式:当下列任意一个条件满足时就会进入手动模式：

1）照明调光控制器启动后，经系统自检通过，但没有检测到环境光传感器。2）控制器被设置为手动模式。3）激活信号为低电平。

在手动模式下控制器屏蔽所有环境光传感器数据，将PWM占空比值设置为固定的设定值。这个设定值是可以通过操作控制器的按键进行手工更改的，更改范围为0%~100%。

2.3自动模式:当下列条件全部满足时才能进入自动模式：

1）照明调光控制器启动后，经系统自检通过。检测到至少有一个环境光传感器。2）控制器被设置为自动模式。3）激活信号为高电平。4）应急信号为低电平。

在自动模式下照明调光控制器接收环境光传感器收集到的外界环境光的照度数据。经过与对比值进行对比运算后，自动调整客室内LED平面光源的亮度。

3. 结束语：

以上综述，随时科技发展快速的今天，绿色环保是是全人类所需，LED光源在照明是我们所提倡的，LED灯具是一种广泛适用于城轨地铁车辆的较为通用的列车照明系统控制方案,从设计特点、系统结构、控制器工作模式3 个方面分别对客室照明设备进行了分析和论述，系统的整体配置和控制方法具备通用性,仅需针对不同运营需求对控制逻辑相应进行适应性调整，为日后车辆客室照明提供了更好的依据。

参考文献：

[1]王雨婷,韩庆军,王恩强. 城轨地铁车辆的照明系统通用控制方案[J]. 机电工程技术,2023,52(3):304-307.