Прогнозирование срока службы светодиодных ламп по спаду светового потока

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП ПО СПАДУ СВЕТОВОГО ПОТОКА

Кожушко Г.М., д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой товароведения непродовольственных товаров, Высшее учебное заведение Укоопсоюза "Полтавский университет экономики и торговли"

Басова Ю.А., старший преподаватель кафедры товароведения непродовольственных товаров, Высшее учебное заведение Укоопсоюза "Полтавский университет экономики и торговли"

В статье приведены результаты оценки срока службы светодиодных ламп по измерениям спада светового потока до 6 тыс. ч. горения и методика прогнозирования этого параметра

Расширение светодиодного освещения до недавнего времени сдерживалось не только технологическими проблемами и высокими ценами, но и такой проблемой как определение срока службы светодиодных ламп и светильников [1]. Декларация производителей о сроке службы в десятки тысяч часов (до 100 тыс. ч.) без подтверждения протоколами испытаний вызывает недоверие потребителей. Главная сложность этой ситуации состоит в том, что не существовало ускоренных стандартных методик тестирования светоизлучающих диодов (СИД) на срок службы. Рекомендации относительно оценки этого параметра СИД по спаду светового потока в процессе срока службы были разработаны в США [2]. В международных стандартах МЕК [3, 4] также рекомендуется оценивать срок службы светодиодных ламп по спаду светового потока. При этом срок службы определяется как период времени, в течении которого источник света сохраняет заданную величину светового потока.

Для общего освещения критическим уменьшением светового потока считается величины, больше чем 30 % от начального значения. Для декоративного освещения, где уровень освещения является не таким критичным, предельный спад светового потока допускается до 50 %. Таким образом, продолжительность горения (в часах) к уменьшению светового потока до 70 % от начального значения и является полезным сроком службы СИД для общего освещения.

Целью данной работы была оценка срока службы партии светодиодных ламп мощностью 10 Вт по результатам исследования спада светового потока за 6000 ч.

Согласно [2-4] испытывать светодиодные модули и лампы рекомендуется не менее 6 тыс. ч. При этом первая тысяча может не учитываться, так как результаты измерений светового потока на первой тысячи часов могут внести существенную погрешность в прогноз [1]. Для прогноза используются следующие 5 тыс. часов. Испытания светодиодных источников света на спад светового потока рекомендуется проводить при температуре p-n перехода 55є С или 85є С. Рекомендуемый объем выборки ламп - 20 шт. (при уменьшении объема выборки возрастает погрешность прогноза). Прогноз спада светового потока, согласно [2], при выборке 20 модулей не может быть более продолжительным, чем на шестикратную продолжительность испытаний, то есть 6 D (где D - продолжительность испытаний). При выборке 10 модулей, для сохранения точности прогноза, величина светового потока может прогнозироваться не более 5,5 D [1]. Прогноз срока службы светодиодных ламп по спаду светового потока, согласно [3], не распространяется на время, которое превышает 4-хкратную продолжительность испытаний, то есть по результатам 6 тыс. ч. испытаний можно сделать вывод (при положительном результате), что партия ламп имеет срок службы 24 тыс. ч.

Методика прогнозирования спада светового потока СИД описана в [1]. Рекомендуемым методом прогнозирования срока службы по спаду светового потока является подбор эмпирической экспоненциальной кривой для описания полученных данных по спаду светового потока отдельно для каждого условия испытания. Дальнейшая экстраполяция этой подобранной функции до момента времени, где световой поток уменьшается до минимального приемлемого уровня (например, 70% от начального светового потока) позволяет оценить величину полезного срока службы. Эта кривая может также использоваться для того, чтобы оценить величину светового потока в определенный момент времени.

При испытаниях длительностью от 6-ти до 10-ти тыс. ч для прогнозирования должны использоваться данные последних 5-ти тысяч час. При испытаниях с длительностью более 10-ти тыс. ч для подбора эмпирической кривой должны использоваться данные последних 50% времени полной продолжительности испытания. Другими словами, должны использоваться все экспериментальные точки между D/2 и D. Например, если продолжительность испытания составила 13 тыс. ч., используются все экспериментальные точки от 6,5 тыс. до 13 тыс. ч. Если экспериментальной точки при D/2 нет, то в аппроксимацию данных необходимо включить наиболее близкий момент времени. То есть, в этом случае (для продолжительности исследований 13-ти тыс. ч.) для данных, которые получены через каждую тысячу часов, используются экспериментальные точки от 6-ти до 13-ти тыс. ч.

Экспериментальные данные, которые используются для описываемой экстраполяции, сначала нормализуются к единице (100%) при 0 ч горения для каждого образца в пределах данной выборки и затем усредняются в каждой точке измерений спада светового потока.

Подбор эмпирической экспоненциальной кривой спада светового потока Ф(t), которая имеет общий вид

(1),

осуществляется нахождением величины В - прогнозируемой начальной постоянной, и б - постоянной скорости спада светового потока по методу наименьших квадратов. После расчета постоянных В и d, искомое значение времени (срока службы L_p), необходимого для достижения заданного уровня светового потока, рассчитывается по выражению

(2)

где р - некоторый заданный уровень от начального светового потока.

Таким образом, при рекомендованном критическом уровне спада светового потока в 0,7 от первоначального потока имеем:

 (3)

Подбор по методу наименьших квадратов осуществляется следующим образом: взяв логарифм от обеих частей соотношения (1) имеем

(4).

Тогда, обозначая, m=-d, b=ln B получаем уравнение прямой линии:

(5)

Для набора n экспериментальных точек на графике (x₁, y₁), (x₂, y₂)..., (x_n, y_n), где n - общее число усредненных экспериментальных точек x_k=t_k, y_k=lnФ_k, где k = 1, 2,..., n, метод наименьших квадратов для величин m и b, даст соответственно

(7)

(8)

Проведя необходимые расчеты и обратные преобразования, находим В=exp(b), d = -m.

Нами проведены исследования спада светового потока в процессе горения партии светодиодных ламп мощностью 10 Вт в объеме 10 шт. Испытания проводили при температуре поверхности светодиодного модуля в лампе, которая не превышает 85єС. Измерения светового потока проводили через каждые 1000 часов горения лампы. Параметры лампы при измерении светового потока были стабилизированы - в течение последних 5 мин. горения перед измерениями значения мощности и светового потока не отличались более чем на 1 %. Напряжение питания во время измерения светового потока в фотометрическом шаре диаметром 1 м поддерживалась с точностью ± 0,2 %. Результаты измерения светового потока через 1000 час. и результаты расчетов приведены в таблице 1.

световой поток диод напряжение

Таблица 1 Результаты измерения светового потока и расчетов при подборе эмпирической кривой методом наименьших квадратов

Полученный прогноз полезного срока службы по стабильности светового потока, то есть к снижению светового потока на 30 %, для исследуемой партии светодиодных ламп составляет 53 тыс. ч.

Учитывая [3], прогноз срока службы по результатам испытаний до 6 тыс. ч. можно утверждать, что исследуемая партия ламп имеет полезный срок службы не меньше, чем четырехкратное время испытаний, то есть 24 тыс. ч. Для получения прогноза на более длительный период нужно проводить испытания до 0,25 задекларированного его значения. Так как для данной партии ламп производителем задекларированный средний срок службы 40 тыс. ч., то для прогнозирования этого показателя испытания необходимо продлить до 10 тыс. ч.

Выводы:

1. Полезный срок службы светодиодных ламп можно оценивать по результатам их испытаний на спад светового потока. Прогноз срока службы по результатам спада светового потока светодиодных ламп ограничивается стандартами МЭК до 4-хкратного времени испытаний.

2. Результаты прогноза срока службы испытанной партии ламп до 6 тыс. ч. позволять декларировать 24 тыс. ч.

Список литературы

1. Мальков М. Спад светового потока светодиодных сборок и долгосрочное прогнозирование их срока службы / Михаил Мальков // Lumen & expertunion. - 2012. - 01 июня. - С. 123-136.

2. ASSIST. 2005. ASSIST recommends: LED life for general lighting, 1 (1-7). Troy, N.Y.: LRC.

3. Self-ballasted LED-lamps for general lighting services - Performance requirements [Електронний ресурс]: ІЕС/PAS 62612:2009.

4. LED modules for general lighting - Performance requirements [Електронний ресурс]: ІЕС/PAS 62717:2011.

Размещено на Allbest.ru