铁道客车照明系统新型LED灯管的设计

刘锦辉 董 恒

(中车长春客车股份有限公司技术中心 吉林 长春 130052)

铁道客车照明系统新型LED灯管的设计

刘锦辉 董 恒

(中车长春客车股份有限公司技术中心 吉林 长春 130052)

介绍了专为既有铁道客车照明系统设计开发的新型LED灯管的结构和原理，为LED灯在铁道客车上快速推广运用提供了技术方案。

LED灯；铁道客车；照明系统

随着照明技术的进步，LED灯在节能环保、安全可靠、经济效益等方面具有较大优势，并逐渐代替了传统普通荧光灯结构。为了打造节能环保、安全可靠的“绿色”铁道客车，既有铁道客车照明系统的技术升级也是势在必行。

1 LED灯较传统灯的优点

1.1 结构原理

既有铁路客车照明采用荧光灯管和镇流器(逆变器)结构；AC220V电源通过镇流器高频激发灯管内的微量氩和稀薄水银蒸汽，灯管内壁的荧光粉将气体激发的紫外线柔和透射出可见的白光。

而LED灯的发光二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成，当电子经过半导体晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子，光子能量最多的是蓝色光和紫色光，通过管壁内荧光粉或配色透射出可见白光。

1.2LED灯的优势

(1)环保节能

传统荧光灯管含有少量的水银蒸汽，如果灯管破碎，水银蒸汽会挥发到大气中，瞬间可使周围空气中的汞浓度达到10～20mg/m3，超过国家规定的1 000～2 000倍；同时还含有少量的氩惰性气体；而LED灯管不含水银、铅、惰性气体，属于绿色照明。

既有铁道客车使用20W荧光灯管，而LED灯管整灯功率仅为12W，按照每天工作12h，一年365天计算，则每根LED灯管1年省电35kW·h，根据每节约1kW·h等于减少碳排放量0.97kg计算，每根LED灯管1年减少碳排放量34.2kg。按照16辆编组铁路客车计算，每年减少碳排放量5.3t。

传统荧光灯管含有紫外线成分，很多蚊虫围绕在灯源旁，在荧光灯管上留下大量的污垢，不但降低了灯具亮度，且清洗不方便；而LED灯管不会产生紫外线，室内更加干净、卫生。

(2)维护成本低

传统荧光灯管的使用寿命为8 000～9 000h(国内生产的灯管寿命一般为4 000～6 000h),而LED灯管的使用寿命为30 000～50 000h，是荧光灯管的5倍。在实际应用中，传统荧光灯管的更换周期为8～10个月，维护频率及费用较高，而LED灯管5年以内免更换和维护。

附属设施费用降低。LED灯管的整体功率只有传统荧光灯管的50%～60%，这样整体布线线径可降低，相关电气设备功率可降低至原先的60%左右，大大节约了附属设施费用。

(3)可靠性高

传统荧光灯管的管体为玻璃，运输不方便，使用时碰到易碎，异常超高压时易爆炸；LED灯管为塑胶(PC)外壳或塑胶+铝外壳，韧性好,耐摔耐碰。同时可快速安装，施工以及外壳材料均可再生利用。LED灯管还具有非常好的抗震动性能。

(4)舒适性好

LED灯管显示指数比传统荧光灯管高，人眼区分物体各种颜色比较轻松，不易疲劳，且LED灯管不产生噪音。

2 既有铁道客车LED灯管的设计开发

2.1 设计开发的必要性

2014年中国铁路总公司运输局组织编制颁布了《铁道客车LED灯具暂行技术条件》(TJ/CL421—2014)，推动了LED灯在新造CRH380型高速动车组和部分铁道客车上的安装运用，明确了灯具照明采用LED模块平面光源形式，电源采用电子控制装置结构形式。这就使得LED灯具只有在新造客车上才能彻底按照技术条件执行，而既有约5万辆铁道客车，如果没有一定的成本投入就很难实现LED灯的推广和运用。

2.2 设计方案

分析既有客车灯具结构，按照LED灯具技术条件的LED模块平面光源形式延伸设计制作了LED灯管，将传统的外置电源驱动装置直接内置在灯管内，取消原交流镇流器或逆变器结构。

(1)改造前灯具结构

既有铁路客车照明采用荧光灯管和镇流器(逆变器)结构，由镇流器或逆变器及插头线、灯角、导线、笼式端子、荧光灯管、反光板、灯罩组成(见图1)，接线原理如图2所示。

(2)改造后灯具结构

设计制作不同电压制式的电源驱动装置，直接内置在灯管内以取代既有铁道客车荧光灯管，同时取消镇流器和逆变器，其结构图、内置电源原理、灯具结构图和接线原理图分别如图3～图6所示。电源驱动装置内置在LED灯管内(灯管上有电压制式的LOGO标识)，可实现两端均能分别得电工作，但一端得电，另一端无电的安全保障。

图1 既有客车灯具结构图

图2 改造前灯具接线图

图3 内置电源驱动装置的LED灯管结构

图4 内置电源驱动装置原理图

图5 内置电源LED灯管的灯具结构

图6 内置电源LED灯具接线原理图

在既有铁道客车改造过程中，直接取消原有灯具内的镇流器或逆变器，将去往灯座的线路更改为单端，再根据不同的输入电压选择配套的LED灯管替代荧光灯管即可，方案结构简单、维护方便快捷。改造前后的实物效果如图7所示。

改造前 改造后 图7 实物效果图

3 结论

设计开发内置电源驱动装置的LED灯管，不仅能完全满足《铁道客车LED灯具暂行技术条件》中的各项性能指标，且在既有铁道客车灯具上的改造方便快捷，实现结构优化和技术升级，为铁道系统践行节约型社会和打造“绿色”铁路客车提供经验。□

(编辑：缪 媚)

2095-5251(2016)02-0019-02

2015-06-28

刘锦辉(1976-)，男，本科学历，高级工程师，从事车辆检修工艺研究工作。

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