Новая лампа

- простая, не требует специального оборудования для изготовления. Нужно будет заказать оптовое изготовление печатных плат на стеклотекстолите и алюминиевой подложке. Это не составит труда.
- механически очень прочная, прочнее обычной светофорной лампочки.
- ремонтопригодность, корпус многоразовый.
- гибкая внутренняя система, в зависимости от потребности можно устанавливать или не устанавливать резервную нить, устанавливать или не устанавливать схему гашения засветки при контроле холодной нити, использовать как 15Вт и как 25Вт (в пересчете на обычную лампу).
- практически несгораемая, используются светодиоды модель JK2835AWT-00-0000-000C0UH227E мирового лидера фирмы CREE - заявленный срок 100 тысяч часов при номинальной мощности (причем не до перегорания, а сохранения своих параметров). Данные светодиоды в моей лампе нагружены только на треть номинальной мощности при 15ваттном использовании, и при 25ваттном - на половину мощности.
- требует минимального вмешательства в схему (кроме схемы с контролем холодной нити, где потребуется другое реле), которое делает её значительно надежнее.
- отсутствие высоких токов и напряжений, а значит безопаснее для обслуживания, нагрузка на контакты цоколя 0,14А против 1А других ламп. Также нет такого явления, как пусковой ток.
- устранена проблема синего огня - с относительно недавнего времени синий огонь стал не достаточно яркий, к тому же в нем часто примешивается красный оттенок. С этим пытаются бороться заменой синих линз, но особого эффекта это не дает, яркость остается не достаточной. Но были подобраны светодиоды с правильной температурой свечения – 2700К, все цвета, в том числе и синий, стали давать правильный цвет и иметь одинаковую яркость. Дело оказалось в современной лампе, скорее всего нить накала имеет немного другой химический состав и дает более теплый свет, что приводит к снижению яркости синего огня и часто к появлению красного ореола. Категорически нельзя использовать светодиоды неименитых фирм, тем более неизвестных.
- не слепит глаза машинистов ночью, яркость этой лампы не на много превышает яркость обычной лампы, сертифицированные светодиоды не имеют паразитного ультрафиолетового излучения, что тоже влияет на ослепление.
- отсутствует катафотный эффект.
- устранен главный враг светодиодов – высокая температура.
- не чувствительна к наводкам и помехам – в выключенном состоянии не подсвечивают. На этой лампе подсвечивание начинается с 5 вольт по переменному напряжению (7вольт по постоянному).

Лампа без оговорок подходит для маневровых и выходных светофоров, для желтого и зеленого огня проходных светофоров.

Надежность
Основные неисправности светодиодов:

1. Обрыв, легко контролируется.
2. Короткое замыкание, контролировать очень сложно – требуется специальная схема.
3. Снижение яркости вплоть до полного погашения при сохранении всех электрических параметров, здесь всё еще плачевней, требуется обратная оптическая связь с поправкой на освещенность в районе светофора.
Контролировать 2 и 3 пункты не рентабельно и не целесообразно. Значит их нужно нивелировать, свести их влияние к нулю.
Рассмотрим схему на Рис 1. Огневое реле контролирует целостность цепи до моста D1 (D3) , включая и сам мост. Обрыв же любого из светодиодов не приведет к каким либо серьезным последствиям. Каждый из светодиодов состоит из трех кристаллов соединенных последовательно. Закорочение одного из кристаллов не приведет к критическому снижению яркости. Обрыв или короткое замыкание одного из диодов диодного моста приведет к мерцанию огня, но это не помешает ним пользоваться, а для нас это будет сигнал к замене и ремонту лампы. Снижение яркости или полное погашение отдельных кристаллов не приведет к заметному снижению яркости. Все что нам остается – это по графику проверять с определенной периодичностью исправность ламп, и в случае изъянов, изымать и ремонтировать их.





Опытный образец



На фото практически окончательный вариант, будут только устранены мелкие огрехи.

Схема гашения подсвечивания при контроле холодной нити (рис 1)
Я не был оригинальным и взял готовую, используемую с светодиодных головках, пересчитал номиналы сопротивлений согласно требованиям схемы моей лампы, и перевел все в поверхностный монтаж. Стоит заметить, что эта схема в типовых решениях не редко выходит из строя, здесь же она работает в значительно более комфортных условиях (примерно в 10 раз меньшие токи), вероятность выхода из строя сводится к нулю.







Борьба с перегревом
Главный враг кристалла светодиода, кроме превышения номинального тока – это высокая температура, также ведущая к быстрой деградации и выхода из строя.
Как и все, кто создавал светодиодные лампы, большую часть времени я пытался создать полный аналог обычной ламы, без вмешательства в схемные решения, и у меня в принципе получилось. Но, как и в других ныне действующих моделях нагрев светодиода бóльший чем хотелось бы. И не мудрено, имитатор нагрузки 15Вт выделяет не меньше тепла, чем обычная лампа. А если добавить еще летнюю жару? К тому же все эти имитаторы имеют один общий недостаток – контроль целостности цепи заканчивается на них, то есть обрыв в цепи диодного моста и всё что далее уже не контролируется.

Значит нужен качественно новый подход, но с минимальным вмешательством в схему.


Для этого выполняются следующие действия:
1. понизить общее напряжение питания до примерно от 28В до 50В(в зависимости от длины кабеля к самому удаленному светофору). Достаточно в разрыв поставить трансформатор в релейной. Например трансформатора ПОБС-5А 300Вт хватит на 75 светофоров, полная цепь питания и контроля одного светофора потребляет около 4Вт. К тому же, в отличии от светофорных трансформаторов, этот трансформатор будет работать в комфортных условиях релейной. Также мы избавляемся от опасного для человека высокого напряжения в цепях светофоров.
2. трансформатор СТ-4 в светофорной головке заменяем на реостат и один или два постоянных резистора, то есть избавляемся от относительно ненадежного трансформатора в работающего в сложных условиях. Реостатом выставляем нужный ток потребления, на постоянном резисторе 1Ом контролируем ток при помощи тестера. Сопротивление 1Ом выбрано для удобства - возможности измерения тока без разрыва цепи. Для аналога 15Вт лампы ток составляет 0,14А, что соответствует падению напряжения на постоянном резисторе 1Ом – 0,14В. Для аналога 25Вт лампы ток составляет 0,24А, что соответствует падению напряжения на постоянном резисторе 1Ом – 0,24В.
3. на реле ОМШ2-40 провод с четвертой ноги следует перепаять на третью, так как ток будет составлять 0,14А, обмотка 1-3 идеально подходит по токам.
Как видно, кардинально меняется подход, а не схема. В сигнальных установках перегонов зеленый и желтый огонь не контролируются совсем (во всяком случае у нас в УСАБ), там достаточно заменить переменный резистор 1,2 Ом на 40 Ом.
В случае с контролем холодной нити, то тут изменения уже посерьезнее – придется менять огневое реле (ОЛ2-0,7/150 или АОШ-180/0,45) на НМШ2-11/1500 или аналогичное и добавляется диодный мост. Предполагаю, что реле НМШ2-11/1500 довольно редкое. Но в связи с тем, что на всех переездных светофорах головки заменены на светодиодные, менять их на мою лампу нет смысла. Остаются красные огни входных и проходных светофоров.

Расчеты и настройка
Для внедрения данной системы на конкретной станции требуются два шага подготовительных работ:
1. определяем требуемое напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТР1 (рис 4) при номинальном напряжении на первичной обмотке ~230В:

U вых = ((R каб дальн + R прм + R изм) * I) + U лампы + U рел

U вых - напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТР1 (Вольт)
R каб дальн - сопротивление жил кабеля ведущему к самому удаленному (по длине кабеля) светофору станции (Ом)
R прм – сопротивление переменного резистора в среднем положении – равняется 20 Ом
R изм – измерительное сопротивление 1Ом (Рис 4)
I – номинальный ток потребления светодиодной лампы - равняется 0,14А
U лампы – напряжение на контактах лампы при номинальном токе потребления лампы – равняется 11Вольт при номинальном токе потребления лампы
U рел – падение напряжения на обмотке огневого реле – составляет около 10В
Исходя из этого формула приобретает вид:
U вых = ((R каб дальн + R прм + R изм) * I) + U лампы + U рел

[топ] ((R каб дальн + 20 + 1) * 0,14) + 11 + 10

((R каб дальн + 21) * 0,14) + 22

Пример
Сначала измеряем R каб дальн путем замыкания между собой жил кабеля ведущего к самому удаленному светофору станции с одной стороны и измерения сопротивления с другой стороны. Подставляем полученное сопротивление (допустим это 57 Ом) в формулу:
U вых = ((R каб дальн + 21) * 0,14) + 22 = ((57 + 21) * 0,14) + 22 = 32,92В
Округляем до 33В.

2. Определяем компенсационное сопротивление для остальных светофоров, каждого отдельно.
Мы произвели расчет для самого длинного кабеля, он имеет наибольшее сопротивление. Сопротивление кабелей остальных светофоров имеют меньшее сопротивление и чтобы расчеты для них тоже были верны, следует сопротивление жил кабеля для каждого светофора привести к сопротивлению R каб дальн:
R компенсир = R каб дальн – R каб

где R каб дальн - сопротивление жил кабеля ведущему к самому удаленному (по длине кабеля) светофору станции (Ом)
R каб – сопротивление жил кабеля любого другого светофора.
Если расчетное сопротивление R компенсир получается меньше или равно 15 Ом, то его ставить не нужно.


Конструкция
Корпус состоит из:
1. круглой платы из односторонне фольгированного стеклотекстолита на котором располагаются два контакта сделанных из штырьков от семиштырки.
2. одной платы из фольгированного алюминия, на которой распаивается остальная обвязка.
Готовую плату из фольгированного алюминия следует согнуть согласно рисунка ниже. На месте изгиба оголится алюминий. На него следует наклеить не плавкий материал, например каптоновую ленту.