Исследование светотехнических характеристик светодиодных аналогов линейных люминесцентных ламп отечественного производства

DOI:

Светодиодные линейные лампы набирают все большую популярность в различных областях применения благодаря своим преимуществам в энергоэффективности, долговечности и качестве освещения ( Гилс и др., 2012; Ryckaert et al., 2012; Амелькина и др., 2012; Лишик и др., 2010 ). Чтобы обеспечить оптимальную производительность и удовлетворить различные потребности пользователей, важно тщательно изучить и оценить светотехнические характеристики этих ламп.

Исследование светотехнических характеристик светодиодных линейных ламп представляет собой всесторонний анализ таких факторов, как световой поток, световая отдача, цветопередача, цветовая температура и распределение силы света в пространстве ( Микаева и др., 2013; Козлов и др., 2017; Коняев и др., 2022 ). Исследование направлено на подробное изучение этих параметров и их влияния на эффективность, качество и применение светодиодных линейных ламп.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью анализа светотехнических характеристик светодиодных линейных ламп отечественного производства фирмы AVANLED с целью замены люминесцентных ламп типа Т8 для оценки возможности импортозамещения аналогичных импортных СД ламп, которые широко распространены на отечественном рынке световой продукции, причем часто сомнительного качества.

Научная новизна исследования заключается в тщательном и всестороннем анализе светотехнических характеристик СД ламп отечественного производства, что позволит оценить их качество по сравнению с СД лампами различных производителей и принять обоснованные решения при выборе СД ламп ( Чмиль и др., 2019; Нестёркина и др., 2022а ).

Цель работы – исследование светотехнических характеристик светодиодных ламп отечественного производства фирмы AVANLED для замены люминесцентных ламп типа Т8.

Материалы и методы

Для экспериментальных исследований в розничной торговой сети г. Саранск были приобретены шесть типов СД ламп в колбе Т8 по три образца каждого типа фирмы AVANLED российского производства1.

Технические параметры выбранных СД ламп для исследования представлены в табл. 1.

Таблица 1. Технические параметры выбранных СД ламп для исследования Table 1. Technical parameters of the selected LED lamps for the study

Наименование (артикул)	AVANLED AL Т8-9-830-600	AVANLED AL Т8-9-840-600	AVANLED AL Т8-9-865-600	AVANLED AL Т8-9-830-600-М	AVANLED AL Т8-9-840-600-М	AVANLED AL Т8-9-865-600-М
Мощность, Вт	9
Диапазон рабочих напряжений, В	195–265
Световой поток, лм	1 000
Цветовая температура, К	3 000	4000	6500	3000	4000	6500
Индекс цветопередачи, Ra	>80
Цоколь	G13, неповоротный
Материал колбы (покрытие колбы)	Стекло (прозрачная)			Стекло (матовая)
Длина, мм	600
Срок службы, ч	50000

По внешнему виду, согласно технической информации, приведенной на сайте производителя2, образцы отличаются только покрытием колбы (табл. 1) и обозначением на цоколе. Внешний вид образцов представлен на рис. 1.

AVANLED AL Т8 – светодиодные лампы общего назначения. Колба лампы цилиндрическая, выполненная из прозрачного стекла. Лампы AVANLED AL Т8 повторяют форму и размеры стандартных линейных люминесцентных ламп мощностью 18 Вт в колбе Т8. В конструкции лампы используются стандартные неповоротные штырьковые цоколи G13, по одному с каждой стороны лампы, при этом на одном из них приводится бренд лампы и ее номинальные характеристики (рис. 2). На наличие матового покрытия на внутренней поверхности колбы указывает буква "М" в маркировке лампы.

Рис. 1. Внешний вид исследуемых СД ламп

Fig. 1. External appearance of the LED lamps under study

Рис. 2. Маркировка СД ламп на цоколях Fig. 2. Marking of LED lamps on bases

Ассортимент светодиодных ламп серии AVANLED AL Т8 представлен цветовыми температурами 3 000, 4 000 и 6 500 К. Лампы работают от сетевого напряжения 195–265 В с частотой 50 Гц без внешнего ПРА (лампы имеют встроенный драйвер). Схемы замены светодиодных ламп приведены в "Листовке продукта" на сайте производителя3.

В исследуемых светодиодных лампах серии AVANLED AL Т8 используется специальная светодиодная лента шириной 7 мм, длиной 610 мм, на одном ее конце располагается контактная площадка "L", а на другом – три: "+", "–" и "L". По центру ленты располагаются высокоэффективные SMD светодиоды серии 2 835 – 42 штуки, соединенные последовательно. Характеристики ленты приведены на ее поверхности (рис. 3, а ). Лента крепится к колбе с помощью специального теплопроводящего клея белого цвета, который также используется для отвода тепла от светодиодов в стеклянную колбу (рис. 3, б ).

а

б

Рис. 3. Светодиодная лента, используемая в исследованных СД лампах: обозначение светодиодной ленты ( а ) и ее крепление к внутренней поверхности колбы ( б ) Fig. 3. LED strip used in the studied LED lamps:

LED strip designation ( a ) and its attachment to the inner surface of the bulb ( b )

Внутри прозрачного корпуса лампы контакты цоколя замкнуты между собой (рис. 4), что повышает надежность подключения лампы к питающей сети и, соответственно, сетевое напряжение подводится к обоим цоколям лампы. Конец светодиодной ленты с одной контактной площадкой "L" с помощью припаянного к ней гибкого проводника соединяется с штырьком цоколя путем механического обжима проводника в штырьке (рис. 5).

Другой конец светодиодной ленты с тремя контактными площадками ("+", "–" и "L") припаивается к печатной плате драйвера, который через гибкий проводник соединяется со штырьком цоколя лампы, где располагается драйвер (рис. 6).

Исследования ламп проводились в лаборатории Центра коллективного пользования "Светотехническая метрология" (в Институте электроники и светотехники МГУ им. Н. П. Огарёва)4. Измерения электрических и световых параметров проходили при нормальных условиях, в соответствии с методикой по ГОСТ5. При этом измерения параметров всех указанных СД ламп велись с помощью фотоколориметрической измерительной установки, блока питания переменного тока DPS1060, измерителя электрической мощности АКИП-2501, гониофотометрического комплекса GO-2000A и пульсметра-люксметра ТКА-ПКМ (08) (Микаева и др., 2012).

Рис. 4. Соединение ленты с штырьком цоколя с помощью гибкого проводника Fig. 4. Connecting the tape to the base pin using a flexible conductor

Рис. 5. Механический зажим гибкого проводника с штырьком цоколя Fig. 5. Mechanical clamping of the flexible conductor with the base pin

Рис. 6. Внешний вид драйвера исследуемых ламп

Fig. 6. External appearance of the driver of the lamps under study

Вначале определялось время стабилизации – время, необходимое для достижения стабильных тепловых условий работы СД лампы согласно ГОСТ6. При этом стабилизируются электрические и световые параметры лампы. Впоследствии перед проведением исследований светотехнических характеристик испытуемых СД ламп согласно ГОСТ7 осуществлялся их отжиг в течение 15 мин непрерывного горения.

По методике ГОСТ⁸ пульсметром-люксметром ТКА-ПКМ (08) определялась зависимость коэффициента пульсации ламп ( k п ) от напряжения сети ( U c ) при изменениях последнего в пределах от минимального к максимальному, заявленному производителем (± 15 % от номинального). Измерения k п проводились в темной комнате при стабилизации светового потока в течение 15 мин и типовом размещении контрольных точек на плане помещения. В каждой контрольной точке проводилось трехкратное измерение освещенности в течение 5 мин.

Использовались также методы измерения коррелированной цветовой температуры Тцк согласно ГОСТ9.

Измерения изменений светового потока ламп в период стабилизации их электрических и световых характеристик при номинальном U _c проводились на гониофотометрическом комплексе GO-2000A. Также на данном комплексе были произведены замеры пространственного распределения силы света каждой лампы.

После стабилизации на измерителе электрической мощности АКИП-2501 проводились исследования электрических характеристик испытуемых ламп10.

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения светового потока ± 9 %, пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения Тцк = ± 25 K, относительная погрешность установки выходного тока ± 0,02 %.

Обработка результатов всех измерений осуществлялась с помощью встроенного программного обеспечения GQ-Soft с выводом результатов на ПК.

Принцип действия фотоколориметрической измерительной установки основан на измерении абсолютной спектральной плотности потока излучения, интегрировании ее и нахождении таким образом потока излучения, попадающего на фотометрическую площадку – торец оптоволоконного ввода, связанного со спектрометром с ПЗС-линейкой. Все вычисления выполнялись автоматически. Программное обеспечение установки выполняет функции отображения на экране управляющего компьютера информации и задания условий измерений11.

Результаты и обсуждение

Результаты измерения электрических характеристик исследуемых ламп представлены в табл. 2.

Таблица 2. Изменение электрических характеристик СД ламп при изменении напряжения сети U _с Table 2. Changes in the electrical characteristics of LED lamps when changing the network voltage U _с

Название лампы	U с , B	195	200	210	220	230	240	250	260	265
AVANLEDAL Т8-9-830-600	P, Bт	8,576	8,585	8,603	8,633	8,673	8,695	8,728	8,763	8,782
	I, mA	77,8	76,56	74,25	72,23	70,46	68,94	67,43	66,07	65,43
	PF	0,565	0,561	0,552	0,543	0,535	0,525	0,518	0,510	0,506
AVANLEDAL Т8-9-830-600-М	P, Bт	7,946	7,948	7,948	7,963	7,977	7,982	8,002	8,035	8,047
	I, mA	73,00	71,79	69,56	67,57	65,95	64,22	62,75	61,49	60,87
	PF	0,558	0,553	0,544	0,536	0,527	0,518	0,510	0,502	0,499
AVANLEDAL Т8-9-840-600	P, Bт	8,499	8,505	8,521	8,543	8,569	8,599	8,630	8,667	8,732
	I, mA	77,21	75,98	73,66	71,66	69,84	68,22	66,72	65,38	64,86
	PF	0,564	0,560	0,551	0,542	0,533	0,526	0,517	0,510	0,508

6 ГОСТ Р 54815–2011. Лампы светодиодные со встроенным устройством управления для общего освещения на напряжения свыше 50 В. М., 2012. 11 с.

7 ГОСТ Р 55702-2013. Источники света электрические. Методы измерения электрических и световых параметров. М., 2014. 43 с.

8 ГОСТ 33393–2015. Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности. М., 2019. 11 с.

ГОСТ Р 55702-2013. Источники света электрические. Методы измерения электрических и световых параметров. М., 2014. 43 с.

10 Технические характеристики на измерители электрической мощности. URL: manuals/

11 Федеральная государственная информационная система Росстандарта. URL:

10_tipy_si/11/qJbKqJpWgBeM/.

AVANLEDAL Т8-9-840-600-М	P, Bт	7,920	7,924	7,918	7,930	7,947	7,982	7,992	8,024	8,036
	I, mA	72,55	71,34	69,06	67,11	65,44	63,99	62,39	61,12	60,50
	PF	0,560	0,555	0,546	0,537	0,528	0,520	0,512	0,505	0,501
AVANLEDAL Т8-9-865-600	P, Bт	8,149	8,142	8,148	8,124	8,165	8,187	8,206	8,234	8,244
	I, mA	74,52	73,21	70,93	68,75	67,04	65,48	63,99	62,62	61,98
	PF	0,561	0,556	0,547	0,537	0,529	0,521	0,513	0,506	0,502
AVANLEDAL Т8-9-865-600-М	P, Bт	8,044	8,061	8,069	8,157	8,333	8,074	8,091	8,111	8,123
	I, mA	73,46	72,27	69,97	68,12	66,62	64,59	63,12	61,80	61,17
	PF	0,561	0,557	0,549	0,544	0,544	0,521	0,512	0,505	0,501

Анализ результатов измерений зависимости электрических характеристик ламп от U c показал, что:

• –    мощность (P) прозрачных ламп выше, чем у матовых; ни одна из ламп не достигла заявленной мощности в 9 Вт; при снижении U _с на 15 % мощность уменьшается на 0,05 Вт (0,45 %), при повышении U _с на 15 % мощность увеличивается на 0,09 Вт (1 %);

• –    ток (I) прозрачных ламп выше, чем у матовых; при номинальном U _с у всех ламп ток приближен к номинальному в 70 мА; при снижении U _с на 15 % ток увеличивается на 7,2 мА (10,3 %), при повышении U _с на 15 % ток уменьшается на 5,9 мА (8,4 %);

• –    при снижении U с на 15 % или повышении U с на 15 % коэффициент мощности (PF) увеличивается на 0,03 или уменьшается на 0,03 соответственно.

Таким образом, электрические характеристики СД ламп практически не зависят от изменения U с в пределах ± 15 %.

Время стабилизации электрических параметров и светового потока СД ламп составило 10–12 мин.

Результаты измерений светотехнических характеристик образцов ламп при номинальном напряжении питающей сети приведены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерений светотехнических характеристик Table 3. Results of measurements of lighting characteristics

Тип СД лампы	Значения величин	Ф, лм	Т цк , К	R a	η, лм/Вт	k п , %
Матовая 3 000 К	заявленные	1 000	3000	>80	125	<5
	измеренные	953	3057	80,03	119	0,1
Прозрачная 3 000 К	заявленные	1 000	3000	>80	125	<5
	измеренные	930	3 107	80,75	107	0,1
Матовая 4000 К	заявленные	1 000	4000	>80	125	<5
	измеренные	1 027	4180	79,71	128	0,1
Прозрачная 4000 К	заявленные	1 000	4000	>80	125	<5
	измеренные	975	4170	81,57	114	0,1
Матовая 6500 К	заявленные	1 000	6500	>80	125	<5
	измеренные	1 013	6413	79,92	125	0,1
Прозрачная 6500 К	заявленные	1 000	6500	>80	125	<5
	измеренные	1 005	6497	80,81	124	0,1

Анализ результатов измерений светотехнических характеристик ламп при номинальном U _c позволяет заключить, что:

• –    световой поток (Ф) всех исследованных ламп отличается от заявленных значений (с учетом пределов допускаемой относительной погрешности измерения светового потока ± 9 %): с цветовой температурой (Т цк ) 3 000 К у матовой лампы меньше на 48 лм (4,8 %), у прозрачной лампы меньше на 70 лм (7,0 %); с цветовой температурой 4 000 К у матовой лампы больше на 27 лм (2,7 %), у прозрачной лампы меньше на 25 лм (2,5 %); с цветовой температурой 6500 К у матовой лампы больше на 13 лм (1,3 %), у прозрачной лампы больше на 4 лм (0,4 %). Таким образом, у прозрачных ламп световой поток меньше, чем у матовых;

• –    световая отдача (η) у СД ламп с цветовой температурой 6 500 К соответствует заявленному значению; у СД ламп с цветовой температурой 4 000 К световая отдача у лампы с матовой колбой на 2,4 % больше заявленного значения, а у лампы с прозрачной колбой – на 8,8 % меньше заявленного значения; у СД ламп с цветовой температурой 3 000 К световая отдача меньше заявленного значения: у лампы с матовой колбой – на 4,8 %, а у лампы с прозрачной колбой – на 14,4 %;

• –    измеренные Т_цк матовой и прозрачной СД ламп с цветовой температурой 3000 К больше от заявленных на 57 K (1,9 %) и 107 К (3,5 %) соответственно; с цветовой температурой 4 000 К больше от заявленных на 180 К (4,5%) и 170 К (4,3 %); с цветовой температурой 6 500 К меньше от заявленных на 87 К (1,3%)

и 3 К (0,04 %); т. е. у ламп с цветовой температурой 6 500 К показания с заявленными расходятся меньше остальных (с учетом пределов допускаемой абсолютной погрешности измерения Тцк = ± 25 K);

• –    общий индекс цветопередачи ( R a ) всех исследованных CД ламп близок к заявленному, отличие составляет 0,1 %.

Анализ результатов измерений коэффициента пульсаций ( k п ) показал, что k п исследуемых СД ламп при изменении U с в пределах ± 15 % не меняется, равняясь 0,1 %, что согласно¹² и с учетом пределов допускаемой основной относительной погрешности измерений пульсации освещенности ± 10,0 % прибора ТКА-ПКМ (08) позволяет использовать их для освещения любых помещений.

Пространственное распределение силы света исследуемых СД ламп при номинальном напряжении сети представлено на рис. 7 и 8.

Рис. 7. Кривая силы света СД ламп с прозрачной трубкой Fig. 7. Light intensity curve of LED lamps with a tube

AVERAGE BEAM ANg£e (50*):153.4 DEG

Рис. 8. Кривая силы света СД ламп с матовой трубкой Fig. 8. Light intensity curve of LED lamps with a frosted tube

Исследования показали, что у СД ламп с прозрачной стеклянной колбой световой поток, излучаемый светодиодами, направляется в нижнюю полусферу (рис. 7), соответственно, двойной угол половинной яркости излучения (2 Θ 0,5 ) СД лампы в плоскости С 90/270 составляет 117,7 градуса, что характеризует косинусный тип излучения SMD-светодиодов, используемых в СД лампах ( Агаева и др., 2015; Нестёркина и др., 2022б ).

СД лампы с матированной стеклянной колбой имеют КСС, двойной угол половинной яркости излучения которой в плоскости С 90/270 составляет 208,3 градуса, что значительно превышает величину 2 Θ _0,5 у лампы с прозрачной колбой. Это происходит в результате многократных отражений излучения светодиодов от диффузно рассеивающего матового слоя на внутренней поверхности стеклянной трубки. В результате этого свечение матированной стеклянной колбы внешне приближается к свечению люминесцентной лампы Т8 мощностью 18 Вт, которые широко используются в светильниках типа Армстронг¹³. С учетом результатов исследований, приведенных в работах ( Ашрятов и др., 2012; Нестёркина и др., 2019; Коваленко и др., 2019 ), СД лампы с матированной стеклянной колбой целесообразно использовать для замены люминесцентных ламп в светильниках с зеркальной оптикой. СД лампы с прозрачной стеклянной колбой целесообразно использовать для замены люминесцентных ламп в светильниках с рассеивателем, который позволяет снизить блескость светодиодов.

Заключение

Результаты исследования показали, что

• –    время стабилизации электрических параметров и светового потока СД ламп составило 10–12 мин;

• –    электрические характеристики СД ламп практически не зависят от изменения U _с в пределах ± 15 %;

• –    световой поток при номинальном напряжении сети отличается от заявленного значения 1 000 лм (может быть меньше на 7 или больше на 2,7 %), причем у СД ламп с прозрачной трубкой световой поток меньше, чем с матовой;

• –    световая отдача только у СД ламп с цветовой температурой 6 500 К соответствует заявленному значению. Максимальное отклонение в меньшую сторону от заявленного значения было выявлено у СД ламп с прозрачной колбой с цветовой температурой 3 000 К – на 14,4 %;

• –    только у ламп с цветовой температурой 6500 К измеренные показания Т_цк с заявленными расходятся меньше остальных;

• –    общий индекс цветопередачи ( R a ) всех исследованных CД ламп близок к заявленному, отличие составляет 0,1 %;

• –    k _п исследуемых СД ламп при изменении U _с в пределах ± 15 % не меняется, равняясь 0,1 %, что позволяет использовать их для освещения любых помещений.

Анализ пространственного распределения силы света исследуемых СД ламп при номинальном напряжении сети показал, что СД лампы с матированной стеклянной колбой целесообразно использовать для замены люминесцентных ламп в светильниках с зеркальной оптикой, а СД лампы с прозрачной стеклянной колбой – для замены люминесцентных ламп в светильниках с рассеивателем, который позволяет снизить блескость светодиодов.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что отечественные светодиодные линейные лампы фирмы AVANLED для прямой замены люминесцентных ламп типа Т8 мощностью 18 Вт являются высокоэффективными и энергосберегающими источниками света с хорошими светотехническими характеристиками. Они могут успешно применяться для освещения промышленных, офисных, торговых и жилых помещений.