子母型交流航空障礙燈系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　子母型交流航空障礙燈系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘要：分析了頻閃燈管的基本工作原理，結(jié)合了航空障礙燈的環(huán)境要求與安裝使用條件，給出了子母型航空障礙燈的設(shè)計方法，包括了燈具外殼與透鏡的選擇，整流器的選擇與電容容量的計算，控制器以及系統(tǒng)控制方式的選擇等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：子母型；菲涅爾透鏡；同步閃亮；系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　

2、Abstract: This paper analyzes the basic principle of stroboscopic lamp, combination of aviation obstacle light environment requirements and installation conditions, gives the design method for composite aviation obstacle

3、 lights, including a shell and the lens light selection, calculation and choice of capacity of rectifier, controller and system control mode selection. </p><p>　　Key words: cluster; Finel lens; synchronous f

4、lashing; system design </p><p>　　中圖分類號： E274.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號： </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展提高，經(jīng)濟的巨大騰飛，中國的城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，城市高樓大廈不斷涌現(xiàn)。城市擴大和經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大的電力需求，西電東送等電力工程的投

5、入，電力輸送線路途中的跨江線路承托高壓電纜線的許多高大電力鐵塔。為了標(biāo)示這些城市中高層建筑物如高層樓宇，野外的電力高塔，工廠片區(qū)的高大煙囪等突出物的位置和形狀，以引起夜晚空中飛行器的注意，有效避免事故的發(fā)生而造成人員傷亡與財務(wù)的損失。國內(nèi)許多公司紛紛開發(fā)各種各樣的指示燈：如北京方圓，上海航標(biāo)廠四分廠、深圳建興等都開發(fā)了相關(guān)的產(chǎn)品。有些指示燈存在亮度低，壽命短的缺點。有些采用鹵素?zé)艄?，發(fā)光方式不顯眼，警示效果一般。布線方式也不一致，給施工

6、方面帶來很多不必要的麻煩，沒有采取優(yōu)良的布線方式。 </p><p>　　為了做好航空障礙燈起到更好警示作用的工作和提高市場競爭力，本人綜合了許多同類產(chǎn)品的優(yōu)點，提出開發(fā)子母型交流航空障礙燈系統(tǒng)。 </p><p>　　二、頻閃燈管的基本工作原理 </p><p>　　本產(chǎn)品采德國海曼生產(chǎn)的頻閃燈管作為航空障礙燈的發(fā)光部件。該燈管壽命長，閃亮次數(shù)可達(dá)到1×

7、108次。亮度高，可達(dá)到幾萬CD，甚至更高。它一種脈沖觸發(fā)的氣體釋放設(shè)備。燈管由石英玻璃制作而成，形狀有U形，螺旋形，圓形等，采用銀絲纏繞在燈管的周圍。管子里面充滿氙氣，氣體的釋放持續(xù)時間一般在10us～10ms。密封在管子里面的兩個極性端子采用耐高溫、高壓材料制成，分別為陽極和陰極。在兩個端子連接相應(yīng)的直流電源時，一個脈沖高電壓驅(qū)動到觸發(fā)極，燈管就發(fā)出高強度光。 </p><p>　　1、頻閃燈管的觸發(fā)電路 &

8、lt;/p><p>　　觸發(fā)電路給燈管負(fù)載的觸發(fā)端施加一個高達(dá)幾千伏的正電壓，使燈管里面的氣體電離產(chǎn)生通路，并聯(lián)在燈管兩端的高電壓電容瞬間釋放出能量，產(chǎn)生出高溫、高亮的弧光。發(fā)光的時間一般為10us～10ms，它與電容能量釋放的時間有關(guān)系，可通過在釋放通路上串聯(lián)一定的電感和并聯(lián)一定的電容適當(dāng)延長發(fā)光時間。 </p><p>　　下圖是采用可控硅為觸發(fā)關(guān)鍵元件的電子觸發(fā)電路，如下圖1所示： &l

9、t;/p><p>　　2、頻閃燈管的主要釋放電路 </p><p>　　由于燈管的管直徑、長度、充氣氣體的壓力等決定了燈管的參數(shù)。因此不同的燈管具有不同的技術(shù)參數(shù)。負(fù)載的工作電壓和工作功率應(yīng)根據(jù)所采用的燈管設(shè)計。通過對電容存儲能量的瞬間釋放，使燈管發(fā)出強光。 </p><p>　　以下是燈管負(fù)載的工作功率和電容存儲能量的計算公式。 </p><p&g

10、t;　　E=0.5×CBV02E[WS]：存儲在電容的能量 </p><p>　　V0[V]：電容兩端的電壓 </p><p>　　CB [F] ：電容的容量 </p><p>　　P=E×f P[W] ：負(fù)載工作平均功率 </p><p>　　E[WS] ：存儲在電容的能量 </p><p>　　

11、f[F]：負(fù)載工作頻率 </p><p><b>　　1）基本電源電路 </b></p><p><b>　　倍壓電源電路 </b></p><p>　　倍壓電源電路一般連接到交流220V的市電電路上。通過兩個二級管分別對上下兩個串聯(lián)的電容充電，充電后的參數(shù)如下計算。 </p><p>　　負(fù)載電壓

12、V0和電容存儲的能量E計算公式如下： </p><p>　　V0 = 2√2Vmains </p><p>　　E= 2CV2mains </p><p>　　三、子母型交流航空障礙燈的系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　1、使用環(huán)境條件 </b></p><p>　　交流航空障燈一般安裝于城

13、市高樓大廈的頂部和中部的外墻上，或者野外高壓輸送變電跨江高塔的頂端和中間部位的鋼鐵結(jié)構(gòu)上，或者大型電力生產(chǎn)、石油煉化的大型煙囪上。環(huán)境條件惡劣，常處于高空、高壓、電磁輻射、高溫等。 </p><p>　　交流航空障礙燈通過晚上閃亮形成指示燈作用，能夠標(biāo)示出建筑物的最高端和其大概的立體形狀，對過往的飛行物給予警示的作用。并且標(biāo)示的亮度應(yīng)該使飛行物在很遠(yuǎn)的安全距離就能觀察到前方障礙物。 </p><

14、;p>　　因此，需要一種能夠發(fā)出集中、高亮度的發(fā)光設(shè)備。它采用的燈殼為高強度、透光性強的亞伽力材料，為了防止長期在紫外線照射下發(fā)黃影響透光度，在材料中加入了防紫外線分子材料，并且采用了能夠使光線更集中的菲涅爾透鏡構(gòu)造。 </p><p>　　2、現(xiàn)場的安裝要求 </p><p>　　1）施工現(xiàn)場電源提供有兩種情況，一種是有AC220V交流電，工頻50～60Hz，這種情況可以直接連接航

15、空障礙燈系統(tǒng)，如城市中的樓宇、大型煙囪。另外一種是野外電力高塔上，這時需要應(yīng)用太陽能電源供電系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)通過逆變提供交流電。 </p><p>　　2）由于安裝位置處于高空、高溫甚至高壓電輻射環(huán)境下，安裝條件比較危險。因此系統(tǒng)的連接采用了單總線并聯(lián)方式即子母型結(jié)構(gòu)布線，安裝簡單，方便。 </p><p>　　3、航空障礙燈具外殼的選擇 </p><p>　　燈具

16、外殼由三部分組成：透光罩、燈體、燈座。透光罩與燈體的連接，燈體與燈座的連接分別采用6個不銹鋼螺絲固定，連接面采用橡膠密封。燈座下面預(yù)留3個&Oslash;14mm的孔，便于航空障礙燈的安裝固定。 </p><p><b>　　1）透光罩的選擇 </b></p><p>　　燈具的上部分是透光罩，材料使用滲透了防紫外線分子的亞加力工程塑料，即有機玻璃。透光性強，

17、硬度高，長期在污染空氣中和強烈陽光照射下，不會變黃影響透光性。采用的菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，使發(fā)出的光線更加集中，大大提高了光亮度，跟其他透光罩相比，發(fā)光管采用較小的功率就可達(dá)到同樣的可視效果。 </p><p>　　2）燈體和燈座的選擇 </p><p>　　燈具的燈體和燈座都采用不銹鋼制作而成，高質(zhì)量的不銹鋼材料耐腐蝕、強度大，并且造型美觀。長期處于高熱、酸雨等條件下不易生銹，不會變形，能很好

18、地保護(hù)器件。 </p><p><b>　　4、控制器的設(shè)計 </b></p><p>　　控制器包括光電開關(guān)、電感器、電源電路、同步接收電路、同步發(fā)送電路、主控制電路、觸發(fā)電路、負(fù)載等。其原理如下圖4所示： </p><p>　　1）光電開關(guān)的選擇 </p><p>　　通過光電開關(guān)和輔助電路對白天與黑夜的的識別，主控

19、電路接收到識別信號后，確定控制器的工作狀態(tài)，是否驅(qū)動負(fù)載燈管閃亮。 </p><p>　　光電開關(guān)采用電阻式的，兩端電阻值與照度成直線關(guān)系。在強烈陽光照射下，其兩端電阻幾乎為零，而在沒有光的地方，其兩端電阻可以到達(dá)幾兆甚至無窮大。 </p><p>　　從經(jīng)驗值得出，在VDD=10V，參考電壓V+=5.9V，在黃昏切換點的照度為100Lx，其兩端電阻值為Rv=145K，則需選擇的分壓電阻R

20、=100K。 </p><p>　　2）主功率電路設(shè)計及電感器的選擇 </p><p>　　該部分電路提供給整個系統(tǒng)的工作電壓：一種為DC5V，對交流電AC220V通過阻容降壓，穩(wěn)壓后為5V，提供給主控制電路工作。另一種為DC550V，提供給負(fù)載燈管和同步發(fā)送電路工作。 </p><p>　　選取的燈管工作電壓V0：450V~600V左右，取550V電壓。工作功率P

21、max：60W。電容量選取CB：440uF/450V。主功率電路是交流電AV220V電壓通過電感限流，對電容充電，兩個電容通過串聯(lián)蓄能后提供給負(fù)載工作，串聯(lián)后電壓是單個的兩倍，最大可承受900V，電容量則為單個的一半，即220uF。 </p><p>　　根據(jù)公式 E=0.5×CbV02 =0.5×220×550×550×10-6＝33.275WS。 </p

22、><p>　　頻率為30/min，則：P=E×f＝33.275×0.5＝16.6375W≈16.7W。 </p><p>　　通過實際電路測試：交流電AC220V對電容充電，要在一個閃光周期2S內(nèi)使電壓V0為550V,則選取的電感為40W。電感采用普通家用的燈管鎮(zhèn)流器，市面有40W、30W、20W等。若需要不同的功率，可通過改變電容量或者電感來改變電容兩端的電壓和存儲的能量

23、，則燈管功率改變，亮度也隨著改變。 </p><p>　　3）主控電路的設(shè)計 </p><p>　　主控制電路通過檢測光電開關(guān)的狀態(tài)決定是否驅(qū)動負(fù)載閃亮。自身產(chǎn)生頻率或同步信號決定了負(fù)載的閃光頻率，并產(chǎn)生同步發(fā)送信號給其他航空障礙燈，達(dá)到整個系統(tǒng)負(fù)載同步閃亮的功能。自身產(chǎn)生的頻率是由IC14093與阻容電路產(chǎn)生。 </p><p>　　4）同步接收和發(fā)送電路設(shè)計 &

24、lt;/p><p>　　同步接收電路采用高電壓300V，小電流1.5mA的信號，盡量減少小信號干擾，負(fù)載的閃亮跟隨同步信號。發(fā)送電路是母燈開始閃亮夠，發(fā)送同步的信號，使其他航空障礙燈跟隨母燈同步閃亮，信號的電壓為300V/1A，理論上可驅(qū)動幾百套航空障礙燈同時閃亮。 </p><p>　　5）觸發(fā)電路的設(shè)計 </p><p>　　觸發(fā)電路原理圖與圖1一樣，采用可控硅10

25、0-6觸發(fā)，升壓線圈型號為ZS 1052，升壓比例為1:36，觸發(fā)電容為0.22uF，初級最大電壓為300V。 </p><p><b>　　5、系統(tǒng)的組成 </b></p><p>　　子母型交流航空障礙燈由一個母燈和若干個子燈組成一個同步閃亮的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的閃光頻率由母燈決定，其他子燈在接收到同步信號后，跟隨母燈閃亮。系統(tǒng)中采用一條總線方式，母燈和子燈并聯(lián)在同一條

26、電纜線上。具體如下圖5所示： </p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p>　　通過對交流航空障礙燈的使用環(huán)境和安裝需求條件的分析以及航空障礙燈原理和子母型系統(tǒng)的組成設(shè)計，得出該系統(tǒng)應(yīng)該注意以下幾點： </p><p>　　負(fù)載發(fā)光部件的選擇上采用了高壓氙氣燈管，具有壽命長，亮度高的優(yōu)點。 </p><p

27、>　　2、采用不銹鋼的燈體和燈座，耐腐蝕，抗高溫不變形。采用的工程塑料具有透光性好，不會因太陽輻射變色、變黃影響亮度。菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)更能使光線集中，減少能耗。 </p><p>　　電源中采用的阻容降壓和穩(wěn)壓及電感限流作用，有效地控制系統(tǒng)自身溫升，使對系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到很多的提高，也對整體空間的設(shè)計提供了方便。 </p><p>　　4、采用一根電纜線就可把所有燈具連接并同步閃亮的功能