ما هي متطلبات الطاقة والتبريد التي يحتاجها مصباح شعاع LED؟

ما هي متطلبات الطاقة والتبريد التي يحتاجها مصباح شعاع LED؟

إن شراء مصابيح إضاءة المسرح بتقنية LED (المصابيح المتحركة، والمصابيح الثابتة، ومصابيح COB الموضعية/الشعاعية) يتجاوز مجرد مواصفات شدة الإضاءة أو زاوية الشعاع. فإمداد الطاقة، وسلوك التيار عند بدء التشغيل، والإدارة الحرارية هي أكثر ثلاثة أسباب محتملة للأعطال التي قد تؤدي إلى مشاكل في الموثوقية أو السلامة أو الأداء أثناء التركيب. فيما يلي سبعة أسئلة محددة وشاملة يطرحها المشترون ومهندسو الإنتاج عادةً، مع إجابات لكل منها تتضمن خطوات عملية، ومعادلات، وفحوصات للمشتريات.

1) كم عدد تركيبات شعاع LED التي يمكنني وضعها بأمان على دائرة واحدة - وكيف يمكنني حساب ذلك؟

لماذا هذا مهم: إن تحميل الدوائر الكهربائية فوق طاقتها أو تجاهل قاعدة الحمل المستمر بنسبة 80٪ يتسبب في انقطاعات مزعجة، وارتفاع درجة حرارة الكابلات، وانتهاكات قانون الكهرباء الوطني (أو القانون المحلي).

كيفية الحساب:

• احسب القدرة الكهربائية المقدرة للمصباح (P_rated، بالواط). إذا كانت القدرة الكهربائية لمحرك LED فقط (مصابيح LED فقط) مُعلنة، فاستخدم كفاءة المُشغّل للحصول على القدرة الكهربائية الكاملة: P_input = P_rated / Driver_efficiency. إذا كانت كفاءة المُشغّل غير معروفة، فافترض أنها تتراوح بين 90 و92% للمُشغّلات الاحترافية الحديثة.
• حساب التيار: I = P_input / V_line (استخدم 230 فولت أو 120 فولت حسب المنطقة).
• تطبيق قاعدة الحمل المستمر بنسبة 80٪ (NEC): التيار المستمر القابل للاستخدام في الدائرة = تصنيف القاطع × 0.8.
• الحد الأقصى للتجهيزات لكل دائرة = الجزء الصحيح من (التيار القابل للاستخدام / I).

مثال عملي:

• الطاقة المُدرجة للجهاز = 250 واط (كامل طاقة الإدخال للجهاز). يُفترض أن كفاءة المُشغّل مُضمنة بالفعل في المواصفات.
• منطقة 230 فولت: I = 250 / 230 = 1.09 أمبير. في دائرة 16 أمبير، التيار القابل للاستخدام = 16 × 0.8 = 12.8 أمبير → 12.8 / 1.09 ≈ 11 تركيبًا.
• منطقة 120 فولت: I = 250 / 120 = 2.08 أمبير. في دائرة 20 أمبير، يكون التيار القابل للاستخدام = 20 × 0.8 = 16 أمبير → 16 / 2.08 ≈ 7 تركيبات.

قائمة التحقق الخاصة بالمشتريات:

• حدد دائمًا مقدار الطاقة المدخلة للتركيبات (وليس فقط مقدار الطاقة المدخلة لمحرك LED) ومعامل القدرة (PF) للسائق من الشركة المصنعة.
• اطلب مواصفات تيار البدء (الاندفاع) - فهو مهم أثناء التشغيل ولتنسيق تيار البدء.
• حدد الموصلات (مثل موصلات Neutrik PowerCON أو المقابس المناسبة للمرحلة) ولاحظ ما إذا كان التوصيل التسلسلي مسموحًا به.

2) كيف يمكنني حساب الحمل الحراري الناتج عن تركيبات شعاعية متعددة ومعدل تدفق الهواء (CFM) اللازم لتبريد صندوق نقل أو رف طيران؟

لماذا هذا مهم: يمكن أن ترتفع درجة حرارة التركيبات المثبتة على الرفوف أو صناديق النقل المعبأة بسرعة - يجب عليك التخطيط للتهوية القسرية أو التبريد النشط.

معادلات أساسية لحساب الحرارة وتدفق الهواء (تحويلات التكييف والتهوية القياسية في الصناعة):

• الحرارة (واط) = مجموع قدرة الإدخال للتركيب (واط). (جميع المدخلات الكهربائية التي لا تتحول إلى طاقة مخزنة تتحول إلى حرارة في الغلاف).
• وحدة حرارية بريطانية/ساعة = واط × 3.412
• معدل تدفق الهواء المطلوب (CFM) للحفاظ على ارتفاع درجة الحرارة المستهدفة: CFM = BTU/hr ÷ (1.08 × ΔT°F)
  حيث 1.08 = (كثافة الهواء × الحرارة النوعية × 60) ثابت تقريبي، و ΔT هو الارتفاع المسموح به في درجة الحرارة بوحدة درجة فهرنهايت.

مثال عملي: ١٠ وحدات إضاءة × ٣٠٠ واط لكل منها = ٣٠٠٠ واط ← وحدة حرارية بريطانية/ساعة = ٣٠٠٠ × ٣٫٤١٢ = ١٠٢٣٦ وحدة حرارية بريطانية/ساعة. إذا سمحت بارتفاع درجة الحرارة داخل الخزانة بمقدار ١٠ درجات فهرنهايت، فإن معدل تدفق الهواء = ١٠٢٣٦ ÷ (١٫٠٨ × ١٠) ≈ ٩٤٧ قدم مكعب في الدقيقة (ما يعادل تقريبًا زوجًا من مراوح الخزانة عالية السعة أو عدة مراوح هادئة). يتطلب انخفاض فرق درجة الحرارة معدل تدفق هواء أعلى.

قائمة التحقق الخاصة بالمشتريات:

• استخدم طاقة الإدخال المنشورة للجهاز (بالواط) لحسابات الحرارة - وليس الطاقة الكهربائية لرقاقة LED فقط.
• حدد درجة الحرارة المحيطة المستهدفة في الرف/العلبة (على سبيل المثال، الحفاظ على درجة حرارة أقل من 35 درجة مئوية) واطلب من البائع حدود درجة حرارة العلبة أو درجة حرارة Tc.
• اطلب من الشركة المصنعة معدل تدفق الهواء القسري الموصى به (CFM) أو منحنى المروحة المدمج للتركيب على الرف.

3) ما هي حدود درجة حرارة الوصلة/العلبة وتخفيض القدرة التي يجب أن أصرّ عليها عند تحديد تجهيزات الشعاع؟

لماذا هذا مهم: تؤدي درجة حرارة الوصلة أو الغلاف المفرطة إلى تقصير عمر مصابيح LED (انخفاض اللومن) ويمكن أن تتسبب في إيقاف التشغيل الحراري أو تغير اللون.

المعايير والحقائق الأساسية المطلوبة:

• تعتبر LM-80 و TM-21 الطرق المعترف بها للإبلاغ عن صيانة لومن LED؛ اطلب بيانات اختبار LM-80 لحزم LED المستخدمة في التركيب واطلب من البائع توقعات TM-21 المستمدة من تلك الاختبارات.
• ينشر المصنّعون الحد الأقصى لدرجة حرارة وصلة LED (Tj_max) والحد الأقصى لدرجة حرارة الغلاف (Tc_max). اطلب نقطة قياس Tc وقيمة Tc_max التشغيلية. توفر العديد من مصابيح LED الاحترافية معيار LM-80 حتى 85 درجة مئوية، وتنشر حدود Tc للمحرك/الدائرة - اطلب هذه الأرقام في ورقة المواصفات.
• تخفيض القدرة: اطلب منحنى تخفيض قدرة الجهاز (التيار أو شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة). في حال عدم توفره، اطلب ضمان الأداء عند درجة الحرارة المحيطة المخطط لها (مثلاً، 35 درجة مئوية أو 40 درجة مئوية). تجنب افتراض ميل تخفيض قدرة عام، واعتمد على منحنى المورّد.

قائمة التحقق الخاصة بالمشتريات:

• اطلب تقارير LM-80 وتوقعات صيانة اللومن TM-21 لحزم LED المستخدمة.
• يتطلب الأمر تحديد موقع نقطة اختبار درجة الحرارة الحرجة (Tc) والحد الأقصى الموصى به لدرجة الحرارة المحيطة للتشغيل المستمر.
• بالنسبة للمنازل المؤجرة، حدد درجة حرارة التشغيل وشروط الضمان إذا تم استخدام التجهيزات فوق هذا الحد.

4) التبريد السلبي مقابل التبريد بمساعدة المروحة - أيهما يجب أن أختار لأضواء المسرح؟

أهمية ذلك: تقلل المراوح من حجم المشتت الحراري ووزنه، لكنها تُسبب الضوضاء، ودخول الغبار، وظهور أعطال، وزيادة دورات الصيانة. أما التصاميم السلبية فهي صامتة، وغالبًا ما تكون أكثر متانة، لكنها أثقل وزنًا وأقل كفاءة في استهلاك الطاقة.

المفاضلات:

• السلبي (مشتت حراري/توصيل/أنبوب حراري): المزايا = صامت، موثوق، صيانة منخفضة، جيد للتركيبات المغلقة/المصنفة IP؛ العيوب = أثقل، أكبر حجماً، قد يحد من الحد الأقصى للواط لكل حزمة.
• نظام التبريد النشط (المراوح + المشتت الحراري): المزايا = كثافة طاقة أعلى، حجم أصغر، مشتت حراري أرخص؛ العيوب = ضوضاء مسموعة، عمر المروحة واستبدالها، خطر دخول المزيد من السوائل ما لم يتم استخدام ترشيح محكم الإغلاق.

قائمة التحقق الخاصة بالمشتريات:

• بالنسبة للمسارح واستخدام التلفزيون حيث يكون الضجيج الصوتي مهمًا، حدد منحنى ضوضاء المروحة (ديسيبل عند 1 متر) وأجهزة الإنذار/أوضاع النسخ الاحتياطي في حالة فشل المروحة.
• بالنسبة للعمل في الهواء الطلق أو في المهرجانات المتربة، يُفضل التبريد السلبي أو التصاميم المغلقة مع مشتت حراري خارجي؛ وإذا تم استخدام المراوح، فيجب أن تكون وحدات المراوح سهلة الصيانة ومزودة بمرشحات.
• اطلب بيانات متوسط ​​الوقت بين الأعطال للمراوح وجدول الصيانة الموصى به (فترة استبدال الفلتر / ساعات الخدمة).

5) كيف تؤثر تيارات البدء ومتطلبات التشغيل التدريجي على رفوف التعتيم وتوزيع الطاقة واللوحات البعيدة؟

أهمية ذلك: تحتوي العديد من مشغلات مصابيح LED الاحترافية على مكثفات إلكتروليتية كبيرة عند المدخل، مما يُنتج تيارات بدء تشغيل عالية ولكنها قصيرة. قد يؤدي ذلك إلى فصل قواطع الدائرة أو التأثير على أجهزة التحكم في إضاءة مصابيح LED وتسلسل الطاقة في الدائرة الكهربائية.

أهم إجراءات المشتري:

• اطلب تيار البدء (ذروة أمبير) والمدة (مللي ثانية) من ورقة بيانات الجهاز، واسأل عما إذا كان المشغل يستخدم الحد من تيار البدء (NTC) أو بدء التشغيل الناعم النشط.
• خطط لتشغيل الطاقة بشكل متدرج للعديد من التركيبات على نفس المحسن/الموزع لتجنب انقطاعات التيار المفاجئة (تحدث معظم المشاكل عند التشغيل).
• عند تحديد معدات التحكم في التعتيم أو LED، تحقق من التوافق مع مشغلات LED ذات التيار الثابت وأن الأجهزة الموجودة في اتجاه التيار تدعم ملف تعريف بدء التشغيل (أو استخدم محددات NTC/بدء التشغيل على مستوى التوزيع).

التخفيف العملي:

• استخدم أجهزة الحد من تيار البدء أو ابدأ التشغيل التدريجي في اتجاه التيار إذا تجاوز تيار البدء في التركيبات الكهربائية قدرة تحمل قاطع الدائرة.
• ضع في اعتبارك استخدام وحدات التحكم في تسلسل الطاقة في الحفارات الكبيرة واستخدام لوحات التوزيع المزودة بقواطع فردية مصممة لتيار الحالة المستقرة، وليس لتيار الذروة.

6) بالنسبة للاستخدام الخارجي أو أثناء الجولات، كيف يؤثر تركيب الإضاءة المصنف بمعيار IP على قرارات التبريد والطاقة؟

لماذا هذا مهم: لا يمكن للتركيبات المغلقة/المصنفة وفقًا لمعيار IP الاعتماد على تدفق الهواء الحراري عبر الهيكل؛ يجب نقل الحرارة من خلال الغلاف الخارجي أو عبر أنابيب الحرارة، مما يغير الميزانية الحرارية ويمكن أن يزيد من درجات حرارة السطح.

ما يجب التحقق منه في المواصفات:

• تصنيف الحماية الفعلي (IP) وما يشمله (مثلاً، IP65 = مقاوم للغبار ورذاذ الماء). عادةً ما تعمل المصابيح المغلقة بدرجة حرارة أعلى، وغالبًا ما يكون لديها تصنيفات طاقة قصوى أقل للتشغيل المستمر لمصابيح LED لنفس العمر الافتراضي.
• تخفيض القدرة المحدد من قبل الشركة المصنعة للتركيبات المغلقة أو المعرضة لأشعة الشمس المباشرة - اطلب ضمانًا لخرج اللومن ودرجة حرارة اللون عند الاستخدام في الهواء الطلق في التعرض لأشعة الشمس.
• إرشادات الحمل الشمسي: إذا تم تركيب التركيبات في ضوء الشمس المباشر، فيجب طلب بيانات البائع للتشغيل عند مستويات الإشعاع الساقط تلك، لأن التسخين الشمسي يمكن أن يدفع درجة الحرارة الحرجة (Tc) فوق المواصفات حتى لو كان التبديد الداخلي ضمن الحدود.

قائمة التحقق الخاصة بالمشتريات:

• بالنسبة للجولات، يفضل استخدام تجهيزات محكمة الإغلاق مصممة للاستخدام الخارجي؛ أما بالنسبة للتجهيزات الداخلية الضيقة (مثل مجموعات الجمالونات)، فيفضل استخدام تجهيزات مزودة بتبريد نشط وفتحات وصول واضحة للمراوح وفلاتر.
• حدد تصنيف IP واطلب منحنيات الأداء عند درجات الحرارة المحيطة والأحمال الشمسية ذات الصلة.

7) ما هي مواصفات مقياس الكابل والموصل التي أحتاجها لتجنب انخفاض الجهد وارتفاع درجة الحرارة عبر مسارات التوزيع الطويلة؟

لماذا هذا مهم: يؤدي انخفاض الجهد إلى تقليل خرج المصباح ويمكن أن يجهد مشغلات الطاقة؛ كما أن الموصلات ذات الحجم الصغير ترتفع درجة حرارتها وتخلق خطر نشوب حريق.

قواعد عملية:

• للحصول على أفضل أداء، يجب ألا يتجاوز انخفاض الجهد 3%. انخفاض الجهد V_drop = I × R_cable. استخدم مقاومة الموصل لكل وحدة طول من الجداول القياسية (مثل جداول AWG).
• مثال: لمصباح بقدرة 250 واط عند جهد 230 فولت، يكون التيار (I) حوالي 1.09 أمبير. لعشرة مصابيح متصلة (حوالي 11 أمبير)، باستخدام سلك قياس 16 AWG (حوالي 0.004016 أوم/قدم) على مسافة 50 قدمًا في اتجاه واحد، تكون المقاومة الكلية (R_total) حوالي 100 قدم × 0.004016 = 0.4016 أوم، وبالتالي يكون انخفاض الجهد (V_drop) حوالي 11 أمبير × 0.4016 ≈ 4.4 فولت، ونسبة الانخفاض (% drop) حوالي 4.4 / 230 = 1.9% (مقبولة). للحصول على تيارات أعلى أو مسافات أطول، يُنصح باستخدام سلك ذي قياس أثقل.
• في أنظمة 120 فولت، تؤدي نفس القدرة الكهربائية إلى مضاعفة التيار - أعد فحص المقاييس للتأكد من زيادة التيار.

قائمة التحقق من الموصل والتوزيعة:

• حدد موصلات عالية الجودة مناسبة للمسرح (PowerCON، أو موصلات ذات دبابيس، أو موصلات IEC قابلة للقفل) وفقًا لممارسات المكان. أصرّ على استخدام موصلات قابلة للقفل أثناء الجولات لتجنب الفصل العرضي.
• اطلب أحجام الكابلات الموصى بها من قبل الشركة المصنعة وحساب انخفاض الجهد بشكل صريح لأي مسارات طويلة مخطط لها.

ملاحظة إضافية: مؤشرات تحذيرية في مجال المشتريات يجب تجنبها

• لا توجد طاقة دخل منشورة (واط) - إذا كانت ورقة المواصفات تسرد فقط واط رقاقة LED، فاطلب طاقة دخل التركيب الكاملة.
• لا توجد بيانات عن تيار البدء أو معامل قدرة المحرك - كلاهما ضروري لتصميم التوزيع الصحيح.
• عدم وجود بيانات اختبار حراري (مراجع Tc أو LM-80/TM-21) - علامة تحذير رئيسية لمطالبات العمر الافتراضي.
• عدم وجود ضوضاء للمراوح أو متوسط ​​الوقت بين الأعطال عند استخدام المراوح - أمر غير مقبول لأعمال البث/المسرح.

ميزة LiteLEES - لماذا تختار تجهيزات LiteLEES للتركيبات الحساسة للطاقة والتبريد؟

صُممت منتجات LiteLEES خصيصًا للاستخدام في الجولات والتركيبات الثابتة، مع بيانات كهربائية وحرارية واضحة وموثقة (قدرة الإدخال بالواط، ومعامل القدرة، ومواصفات تيار البدء، ونقطة قياس درجة الحرارة الحرجة، ومراجع LM-80/TM-21). توفر LiteLEES نماذج سلبية ذات مساحة سطحية كبيرة لتشتيت الحرارة، ورؤوس شعاعية مدمجة مزودة بمراوح، مع وحدات مراوح قابلة للصيانة ومداخل هواء مُفلترة للبيئات المتربة. بالنسبة للتركيبات الخارجية/على أسطح المسارح، توفر LiteLEES نماذج محكمة الإغلاق بمعيار IP، مع منحنيات تخفيض القدرة المحددة من قبل الشركة المصنعة للظروف المحيطة والشمسية الشائعة، بالإضافة إلى وحدات تحديد تيار البدء ووحدات تسلسل الطاقة لتسهيل تصميم التوزيع. هذا المزيج من الأداء الحراري المُختبر، والمواصفات الكهربائية الواضحة، والتصميم القابل للصيانة الميدانية، يقلل من المخاطر أثناء الشراء والتشغيل في الموقع.

قائمة مراجعة سريعة للمشتريات (صفحة واحدة)

• احصل على بيانات كاملة عن القدرة الكهربائية المدخلة (للجهاز)، ومعامل القدرة، وتيار البدء (بالأمبير والمللي ثانية)، وكفاءة المحرك أثناء الكتابة.
• احصل على تقارير LM-80 وتوقعات صيانة اللومن TM-21 لمصابيح LED المستخدمة.
• اطلب نقطة اختبار Tc (العلبة) وأقصى درجة حرارة محيطة موصى بها؛ اطلب منحنيات تخفيض القدرة إذا كانت درجة الحرارة المحيطة المتوقعة >30-35 درجة مئوية.
• قم بإجراء حسابات الدائرة البسيطة باستخدام قاعدة 80% وتحقق من تنسيق تيار البدء عند التشغيل.
• احسب الحرارة (واط → وحدة حرارية بريطانية/ساعة) و CFM المطلوب للرفوف/الصناديق باستخدام صيغة CFM؛ قم بتوفير المراوح أو المنفاخات وفقًا لذلك.
• حدد الموصلات، وقياس الكابل، وأقصى انخفاض في الجهد (≤3%).

اتباع هذه الإجراءات خلال طلبات عروض الأسعار والمسوحات الميدانية سيجنبكم معظم المفاجآت غير السارة المتعلقة بمصابيح LED الشعاعية. إذا رغب فريقكم، يمكن LiteLEES تزويدكم بجدول بيانات خاص بالموقع للطاقة والتبريد، بالإضافة إلى عرض مقارنات مباشرة بين تجهيزات الإضاءة حسب القدرة الكهربائية ونوع التبريد.

مراجع(المصادر المستخدمة للتوصيات الفنية وقواعد الصناعة المشتركة):

• وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) - نظرة عامة على برنامج الإضاءة بالحالة الصلبة واتجاهات كفاءة مصابيح LED. تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.energy.gov/eere/ssl/solid-state-lighting
• جمعية هندسة الإضاءة (IES) - إرشادات LM-80 وTM-21 لاختبارات صيانة تدفق الضوء لمصابيح LED. تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.ies.org/standards/
• الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA) - إرشادات NEC بشأن الأحمال المستمرة بنسبة 80% (NFPA 70). تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.nfpa.org/
• شركة Mean Well وغيرها من الشركات المصنعة لمحركات LED - كفاءة المحرك النموذجية، ومعامل القدرة، وملاحظات تطبيق تيار البدء (الصفحات الفنية للشركة المصنعة). تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.meanwell.com
• نيوترك - موصلات طاقة عالية الجودة وإرشادات المواصفات. تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.neutrik.com
• أساسيات جمعية مهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE) (معادلة تدفق الهواء الأساسية لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وتحويل وحدة الحرارة البريطانية إلى واط) - تُستخدم في معادلة تدفق الهواء/قدم مكعب في الدقيقة. تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://www.ashrae.org
• برنامج معايير التكنولوجيا التابع لـ PLASA - موارد تقنية لتكنولوجيا الجولات والترفيه. تاريخ الوصول: 1 يونيو 2024. https://tsp.plasa.org