课题-双色LED灯仿真.docx

.双色LED灯仿真LED色灯信号机构大小同透镜式色灯信号机，机构采用铝合金材料，信号点灯单元由LED发光二极管构成。LED色灯信号机构及控制系统，在与现有点灯控制电路兼容、LED驱动电路与二极管供电方式的设计方面取得突破，从机械结构到电路的安全町靠以及现场安装、操作、更换等方面，经不断完善、改进，已形成系列产品。LED铁路信号显示系统作为一种节能、免维护的新型光源系统被成功运用。 一、LED色灯信号机构的优点 LED色灯信号机构采用轻便、耐腐蚀的单灯铝合金机构，组合灵活、安装简单。显示距离超过15 km，且清晰可辨、安全可靠。通过监测控制系统的电流，可监督信号显示系统的工作状态，预警异常情况，有助于准确判断故障点，便于及时处理故障。用LED取代传统的双丝信号灯泡和透镜组，具有以下显著优点： (1)可靠性高 发光盘是用上百只发光二极管和数十条支路并联工作的，在使用中即使个别发光二极管或支路发生故障也不会影响信号的正常显示，提高了信号显示的可靠性。 (2)寿命长 发光二极管的寿命是信号灯泡的100倍，改用发光盘后可免除经常更换灯泡的麻烦，且有利于实现免维修。 (3)节省能源 传统信号灯泡耗电为25 w，而发光盘的耗电量还不到信号灯泡的二分之一。 (4)聚焦稳定 发光盘的聚焦状态在产品设计与生产中已经确定，现场不需凋整，给安装与使用带来方便，并能始终保持良好的聚焦状态。(5)光度性好 发光盘除有轴向主光束外，还有多条副光束，有利于增强主光束散角之外以及近光显示效果。 (6)无冲击电流 点灯时没有类似信号灯泡冷丝状态的冲击电流，有利于延长供电装置的使用寿命，并减少对环境的电磁污染。 二、组成和工作原理 现使用的LED色灯信号机构有XSLE型、XLL型、XSZ(G、A)型、XLG(A、Y)型和XSL型等。 XSLE型由发光盘、BXZ40点灯单元和GTB隔离调压报警单元组成。XLL型由发光盘和XLL型LED信号机点灯单元组成。XSZ型的发光盘可与现有信号点灯变压器配合使用。XLG型由发光盘和减流报警单元组成。XSL型由PFL型LED发光盘和FDZ发光盘专用点灯装置组成。各种型号的LED色灯信号机的部件是配套使用的。 现以XSL型LED色灯信号机为例进行介绍。 XSL型LED信号机由铝合金信号机构、PFLI型铁路LED发光盘和FDZ型发光盘专用点灯装置组成。 1铝合金信号机构 铝合金信号机构分为高柱机构和矮型机构。 (1)高柱机构 高柱信号机构由背板总成、箱体总成、遮檐和悬挂装置四部分组成。 背板总成带有背板，并用来安装箱体总成。背板总成分为二灯位背板总成(设有两个灯位安装孔)和三灯位背板总成(设有三个灯位安装孔)两种。两种背板总成的高度不同。 把每个灯位组装成一个整体称为高柱箱体总成。箱体总成也分为二灯位箱体总成(XSLG2型)和三灯位箱体总成(XSLG3型)两种。两种机构除背板总成不同外，其余均相同。用两个箱体总成分别固定在二灯位背板总成上，即构成二灯位高柱信号机构。用三个箱体总成分别固定在三灯位背板总成上，即构成三灯位高柱信号机构。箱体总成的玻璃卡圈换上透镜组用双丝信号灯泡点灯，也能作为色灯信号机用。 遮槽用螺钉装在机构箱体上的玻璃卡圈上。 悬挂装置将背板总成固定在信号机水泥机柱上。悬挂装置采用现有的上部托架、下部托架等设备，并经特殊的喷涂表面处理，以增强其抗锈蚀能力。(2)矮型机构 矮型机构分为二灯位矮型机构(XSLA2型)和三灯位矮型机构(XSLA3型)两种，其安装方法与透镜式信号机构相同，即厂家已按二灯位(或三灯位)组装成一个整体。LED色灯信号机机构的技术标准要求。1. LED机构不能改变现有信号点灯电路和相关电路。2. 机构发光二极管损坏数量达到30%时，不能影响信号显示的规定距离，并及时报警。3. 遇强光、雷电、电磁干扰，不应导致信号错误显示和发光盘损坏，发光盘及点灯电路短路、点等装置损坏等造成信号机灭灯时，灯丝继电器应可靠落下。4. 机构灯光之间不串光，机构门盖开启灵活。5. 机构的正常绝缘电阻应不小于50m。6. 灯光颜色在寿命周期内符合TB/T2081铁路灯光信号颜色的规定。7. 机构光轴方向的发光强度应满足下列要求：1. 机构光轴方向的发光强度应不低于规定数据的90%2. 机构水平方向光束散角应不小于212，垂直方向光束散角应不小于110。3. 带有偏散功能的机构光强度不低于规定要求。8. 高柱信号机构的发光面直径180mm，灯间距为300mm；矮型机构的发光面直径125mm，灯间距为215mm.9. 高柱信号机构安装后，应能在左右各90，前俯5范围内任意调整；矮型机构的仰角应为3-5.铁路通信与信号课程作业 5 本就会很高。目前单个高亮度大功率LED价格很昂贵并且一只高亮度LED也就5000左右的烛光亮度。 3)光照距离短 虽然多LED的方法能提高光源亮度，但是并不能增加光照距离。因为LED发出的光线发散，即使聚光调节良好，其照明距离在过去的技术水准下也仅仅能只有几十米，LED光源适合用于近距离的照明，并不适合远距离的探照性活动。不过，随着技术力的提昇，LED的光照距离也能够拉长，短期内来看，LED较大的问题还是产品平均单价要降低。 4)易出现黄圈问题 由于白光LED本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差，容易造成黄圈问题。主要表现在光斑周围出现黄圈，不易消除。白光LED顏色偏差还有色斑、顏色偏蓝或偏红等现象。近来，业界使用混合萤光粉，能获得理想的白光LED，并高显色指数。 比如说采用蓝色LED激发YAG萤光粉与绿色（或红色）萤光粉的混合物得到白光。如果蓝色LED+YAG萤光粉获得的白光LED偏红或有黄圈，可以加入波长为500nm530nm以稀土元素作成的绿色萤光粉，便可补偿多餘的黄光，使LED顏色向绿光区域靠近，从而达到消除黄圈的目的。假设，蓝色LED+YAG萤光粉产生的LED顏色偏蓝，便加入不含硫化物的红色萤光粉调整。这些方法可以调整LED的色座标和色温，并不会影响到LED的寿命。 5)散热问题 LED产品另一项问题就是散热，如果不能够有效散热，产品的使用寿命就会缩短。业界正努力开发更多有效的高散热系数材质来应用在LED领域。 三LED信号机在铁路上的使用 1国外铁路LED信号机1.1发展状况及其技术特点 美国GELcore公司是GE照明与EMCORE公司的合资公司，创建于1999年1月，是全球著名的LED产品供货商。GELcore公司生产RM425、RM475、RM485三种类型的铁路LED发光盘，其中RM485型采用窄光束，其光强和散角指标与我国铁路TBT2353基本接近。盘面和现有的灯丝信号系统完全兼容。单个LED故障，其光损失小于1。RM4型LED发光盘的供电电压有10V(ACDC)和120 铁路通信与信号课程作业 6 V(AC)两种类型，电压范围较宽，设关闭电压，抗浪涌能力强，功率因数90，总谐波小于20，工作温度4074C，抗振能力符合1999AREMA和MILSTD-833Method2007标准，抗电干扰能力符合AREMASectionl151和FCCTitle47Section15ClassA标准，抗潮湿能力符合IP65标准。 瑞士ACOL公司是专业生产LED大功率灯具的厂家，长期致力于LED研发和生产，产品品质优良，价格优惠。该公司专为高速铁路研制了窄光束LED发光模块。 英国VariableMessageSignsLimited公司生产的VMSL型铁路LED信号机，符合英国铁路路网公司的RTES10062标准，发光盘采用RIGEL公司的LED技术，光利用率高达90，独特的盖板和透镜设计，无需遮掩也不会产生灯光幻影。3。散角窄光束设计，确保显示距离大于800m，并且可内部调节成宽角度，以适合短距离显示的需要。宽电压范围输入(AC78131V)，亮度不变，灭灯后在20ms内即可迅速关闭。采用机械和电子鉴别装置，有效防止发光盘的错误安装。轴向光强为：红灯850cd，黄灯2600cd，绿灯850cd。非亮灯状态的平均故障间隔时间(MTBF)大于l5年。当一条或多条支路故障时，产生非紧急报警。当发光盘电流大于75mA时产生紧急报警。其维护方法简便，每年只需清洁透镜。 英国Roxboro集团下属的Diallight公司曾专为我国设计892系列LED铁路发光盘，其光强和散角符合我国铁路标准，可提供红、绿、黄、蓝、白5种颜色，供电电压AC12V，具有功率因素校正、有效减低谐波干扰等功能。发光为集束面式结构，光线聚焦利用现有信号机透镜，灯丝检测采用LOD兼容方式(虚拟继电器)。由于各种原因，此产品并未在我国得到使用。 英国西屋铁路系统公司(WestinghouseRallSystemsLimited)生产的Westled3000系列LEDge-灯有200inln、125inln两种直径，输入电压AC78131V，显示距离大于800m，与现有的双灯丝灯泡兼容，采用双电源供电，全盘88个LED分成两组，由两个独立电源供电。当LED发生50故障时，可产生输出报警信号，也可向联锁电路输出故障信号。灯盘安装有测试按钮，可对每个LED供电电路进行检测，通过电阻调节，确保回路电流和灯泡相同。当电流小于50mA时，输出报警信号。每年只需维修检查一次。 德国西门子公司生产的LED信号机主要与城市轻轨系统配套。其中LED70型在隧道内使用，整个发光盘采用30个LED，与具有透镜的ClassicSt70型光学机构配合组成信号机。LEDl36型则适合在隧道外使用，适用速度可达l20kmh或l60kmh，发光盘由60个LED组成。LED发光盘设计与双丝灯泡兼容，并设有白天夜间开关，可根据时间和天气变化调节发光亮度。控制电 铁路通信与信号课程作业 7 路具有闪烁工作模式，可产生闪光信号，满足城市轻轨对信号的控制要求。 英国SignalH0use公司开发的铁路干线LED信号机，采用亮度反馈控制技术，满足英国铁路信号机的亮度标准，其信号色坐标可在整个温度范围内达p际准要求。它设有检测电路，当显示偏离标准时，电路自动关闭。电路关闭后，具有很小的空载电流。发光盘可设计成适合任何交流电压，其装置元件少，可靠性高，具有恒功率控制功能和寿命告警功能，适合在标准基座上安装。1.2应用状况 加拿大运输部运输发展中心专门就平交道口LED信号显示技术立项进行深入研究，并制定了技术标准，美国、英国也制定了相应的LED道口信号技术标准。2004年lGELcore公司为美国铁路客运公司Amtrak)在东北走廊的宾夕法尼亚纽约、德拉瓦、马里兰等地安装了像3和RM4型LED信号机。同年，英国TubeLines铁路客运公司向西屋公司订购了数十套125mm规格的EE1)信号机，安装在伦敦地铁Jubileej4N：线上，替代灯丝信号机。 目前，已有数以万计的LED信号机在美国、英国、法国、德国、澳大利亚等国投入使用。 2.我国LED信号机发展状况 我国铁路有约20万台高柱或矮型色灯信号机，这些信号机是以双灯丝白炽灯泡为光源，灯泡的寿命只有1000小时。由于LED具有众所周知的耗电少、寿命长、安全可靠的优点，一些单位98年开始进行这种新型光源在铁路信号领域的试验与研制，取得明显进展。 总的形势是发展速度快。三年前发光强度只能做到几百cd，两年前红、绿颜色能达到2000cd以上，黄色、月白色的光强度及颜色还不能达到铁标要求，近一年来发光强度明显提高，红光、绿光已能做到5000cd以上，达到国外西门子产品的光强度水平，五种颜色经过改进也能满足现有铁道行业标准规定的颜色范围。目前至少已有八家生产或研制LED色灯信号机构，有多家进行了产品的检测，有的经过铁道部技术审查。有约一千多台LED色灯信号机在秦沈客运专线、北京局、青藏线等铁路现场投入使用，受到用户的欢迎。 铁道部科技司于2003年组织有关单位制定了LED铁路信号机构技术条件（暂行），统一了技术要求，为进一步推广打下了基础。铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站做了大量产品检验工作。 不仅地面信号机，而且手信号灯、客车床头阅读灯、安全标志灯等铁路信 铁路通信与信号课程作业 8 号及照明产品上也开使用LED，LED手信号灯已在铁路现场大量应用，使产品性能明显提高，铁科院通号所于2010年完成适用于LED手信号灯和床头阅读灯的铁道部行业标准制定工作。 四信号机在铁路上应用的主要问题 早期LED信号机的主要问题反映在LED的光学参数上，英国专家HBarton在第六届“铁路线路、信号及构筑物维护与更新”国际会议上指出，黄色LED的色坐标随温度变化较大，可能超出铁路标准规定范围。LED的发光原理和灯泡不同，对LED显示效果的评估不能沿用原有的方法。随着LED的技术发展，LED光学问题已基本得到解决。目前，LED在铁路应用中主要存在以下问题。 (1)功率匹配。由于LED的发光效率高，在同等光强下，LED发光盘需要的功率比白炽灯泡小。如用LED替换25W灯泡时，大约需要48W。电压和电流决定功率的大小，当控制电路的输出电压一定时，由于灯丝继电器的工作需要，电流不能减小。因此，直接替换遇到了困难，为了与既有设备直接接口，可能要人为增大LED发光盘的功耗。这不仅丧失了LED节能的优点，也增加了发光盘的发热，缩短了发光盘的使用寿命。 (2)灯丝检查。铁路信号机应具备的基本功能是在灯点亮时进行热丝检查，用于确认信号已正确显示示。在灯熄灭时进行冷丝检查，用于检查灯丝是否完整，预防信号不能开放。考虑到设备兼容，同样需要对LED信号机的灯丝检查功能。但对LED发光盘进行灯丝检查时，情况和灯泡不同，冷丝检查一般可用脉冲电流进行。由于脉冲检查电流小，不会点亮灯泡信号机。而在LED信号机中，脉冲检查可使LED产生可见光。灭灯状态下产生可见光，在铁路信号中是绝不允许的。 (3)灯丝安全。灯泡由灯丝发热而亮灯，具有明显的两值特性，灯丝正常状态亮灯，断丝而灭灯。而LED发光盘本身不具有明显的两值特性，当LED部分短路时，其电流增加而亮度减小。而且LED还容易受干扰或感应而亮灯，存在安全问题。 五推广LED铁路信号机的几点建议 虽然LED信号灯具有上述优点，但是在铁路上推广的速度还是较慢，在此提出影响LED信号机推广的原因和建议： 铁路通信与信号课程作业 9 1铁路运输生产以安全为前提，特别是指挥列车运行