Обчислення перетину струмопровідної жили
Розрахунок перерізу проводів є обов'язковим і дуже важливим пунктом при розрахунку схеми будь-якої електричної установки. При розрахунку електричної монтажної схеми, в якій задіяні світлодіодні вироби, наприклад, світлодіодні модулі, необхідно обчислити, як перетин жил проводів, через які буде здійснюватися підведення електрики до блокам живлення світлодіодів, так і перетин жил проводів, що йдуть від блоку живлення безпосередньо до світлодіодних модулів .
Напруга в мережі досить висока (220 Вольт), тому падінням напруги на довжині лінії до блоку живлення світлодіодів можна знехтувати. Вибір перетину жили для живильної лінії блоків живлення світлодіодів може бути зроблений лише з точки зору відповідності даного перетину інтенсивності протікає струму.
Розрахунок зводиться до підсумовування споживаної потужності всіх блоків живлення, які планується підключити до даної лінії, і обчисленню сили струму, який буде протікати в даному провіднику при максимальному навантаженні даних блоків живлення під час робочого циклу.
Знаючи ймовірну максимальну силу струму в лінії живлення, і знаючи також, що допустима сила струму для мідної жили перетином 1 кв. мм становить приблизно 10 А, можна легко обчислити необхідну перетин провідника для даної лінії. Як правило, перетин провідника вибирається з запасом, економити в даному випадку не варто.
Зазвичай на етикетці вказані як споживана сила струму блоку живлення, так і сила струму навантаження. Якщо значення споживаної сили струму відсутня, то його можна обчислити самостійно.
Припустимо, наприклад, що потужність одного блоку живлення становить 100 Вт, а його ефективність дорівнює 0,78. Звідси отримуємо 100 Вт. 220 В = 0,45 А; 0,45 А. 0,78 = 0,58 А - це максимальна сила струму, яка буде протікати в лінії живлення одного блоку живлення. Якщо нам потрібно живити 10 таких блоків живлення, то загальна сила струму в ланцюзі складе 5,8 А. Таким чином, отримуємо, що перетин кожної жили проводів для харчування даних 10-ти блоків живлення має бути не менше 1 кв. міліметра (а краще 1,5 кв. мм).
Наступний крок - обчислення перетину жили для живлення світлодіодних виробів. Схема розрахунку, яка викладена вище, в даному випадку не підходить, так як нам важливо не тільки те, чи буде грітися провідник і чи витримає нагрів його ізоляція, а також і те, чи буде світіння всіх підключених світлодіодних модулів однаково яскравим і рівномірним.
Щоб світіння всіх світлодіодів було однаковим, до кожного світловому світлодіодному елементу повинно приходити однакове напруга живлення. Допустиме відхилення від нормованого напруги (12 Вольт) в даному випадку становить не більше 0,5 Вольта. При такій різниці напруги (12 В і 11,5 В) світіння світлодіодів буде практично однаковим на всіх ділянках вивіски.
Нижче зображена стандартна схема підключення світлодіодних модулів до блоку живлення світлодіодів, яку можна вважати певним стандартом для світлодіодних виробів з послідовно-паралельним з'єднанням світлових елементів, таких як світлодіодні шлейфи, світлодіодні лінійки і стрічки.
Оптимальна кількість світлових елементів в світлодіодному виробі (модулів або кластерів в шлейфі, світлодіодів в лінійці або стрічці і т.п.) визначається виробником. Таким чином, виробник гарантує, що при підключенні даного вироби до джерела живлення, все світлові елементи вироби будуть світитися рівномірно і з однаковою яскравістю.
Якщо блок живлення світлодіодів розташований в безпосередній близькості від світлодіодних світлових елементів (модульних світлодіодних шлейфів, світлодіодних стрічок або лінійок) і всі вони підключені правильно, то проблем з рівномірністю світіння, викликаних падінням напруги на лінії, як правило, не виникає.
Обчислити необхідну перетин провідника для лінії живлення світлодіодних
модулів, що йде від блоку живлення, досить просто. Розберемо це на прикладі.
Таблиця для підбору кількості світлодіодних модулів
1. Визначаємо опір лінії.
Допустиме падіння напруги на лінії "блок живлення - світлодіоди", в нашому випадку, становить 0,5 вольта. Ділимо його на максимальний струм, який буде протікати в лінії: 0,5 В / (150 Вт / 12 В) = 0,04 Ом. Таким чином, загальний опір лінії "блокпітанія - світлодіоди" має бути не більше 0,04 Ом.
2. Обчислюємо перетин провідника.
Перетин жили провідника обчислюється за формулою: S = (r * L) / R. де r - питомий опір міді (0,0175 Ом * кв.мм / м), L - довжина жили (м) і R (Ом) - опір жили.
Підставивши значення в формулу отримаємо необхідну перетин однієї жили: S = (0,0175 * 8) / 0,04 = 3,5 кв. мм. Таким чином, для лінії "блок живлення - світлодіоди" буде потрібно кабель з двох жил перерізом 3,5 кв. мм кожна. Такий перетин струмопровідних жил гарантує, що падіння нормованого напруги на кінці лінії не перевищить 0,5 Вольта.
Якщо використовувати провід меншого перетину, наприклад, 2,5 кв.мм. то падіння напруги на кінці лінії складе вже 0,7 Вольт.
3. Визначаємо реальний діаметр проводу.
Він буде відповідати обчисленому нами перетину. Так як провідники, як правило, мають в перетині окружність, то скористаємося формулою для обчислення геометричної площі кола :. таким чином, . Підставивши дані в формулу, отримуємо значення радіусу r = 1,06 мм. і діаметра d = r * 2 = 2,12 мм.
Як наочний приклад втрати яскравості світіння світлодіодних виробів при зменшенні напруги живлення, розглянемо стандартний короб розміром 1 х 1 метр і глибиною 140 мм з різними світлодіодними виробами в якості світлових елементів.
Різниця в освітленості поверхні при візуальній оцінці не дуже добре помітна, але, тим не менш, вона є і може бути дуже істотною. Про це свідчать показання люксметра зі спеціально налаштованої (виборчої) чутливістю фотоелемента, який інтерпретує видимий спектр випромінювання майже так само, як сприймає його людське око.
Як світлових елементів в коробі використані (зверху вниз): 2-х діодні smd-модулі (78 шт.), Гнучкі герметичні стрічки PL-99 (7,5 шт.), 4-х діодні модулі LedexPro (126 шт.) і 3-х діодні smd-модулі (80 шт.). Кількість світлодіодних виробів підібрано таким чином, щоб загальна освітленість поверхні була досить високою.
Показання, запропоновані для порівняння, також були отримані шляхом вимірів люксметром. Вони не можуть претендувати на понад-точність і, зрозуміло, не можуть бути використані в будь-яких точних розрахунках, так як прилад має похибку вимірювань (+/- 5%).
У той же час, загальна інформативність даних є цілком достатньою для того, щоб, по-перше, отримати уявлення про ступінь втрати яскравості світіння у різних світлодіодних виробів при падінні напруги на якусь величину, що перевищує допустиму норму, по-друге, оцінити відмінності світлодіодних виробів у відношенні один до одного, і, по-третє, використовувати отриману порівняльну інформацію в подальшому для найбільш доцільного використання світлодіодних виробів в тих чи інших конкретних випадках.