新型太陽能路燈熱分析與結構設計

LED作為第四代照明光源已被廣泛應用于顯示和照明系統(tǒng)設備，但由于其光電轉化率較低，大部分電能實際轉化成了熱量，所以如何提高其散熱能力是大功率LED實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化亟待解決的關鍵技術之一。我國雖有多市照明路燈，但很多是用小功率LED陣列作發(fā)光體，小功率LED光衰強，散熱問發(fā)展的趨勢。文章以某公司LED路燈為模型，采用EFDpro元軟件對其進行參數(shù)化建模及熱分析，得出了其穩(wěn)態(tài)的溫度場分布，分析了鋁制熱沉不同結構參數(shù)對其溫度場的影響情況。由最終的結果可知，采用一體化壓鑄散熱器，并在合適的范圍內使散熱器翅片的厚度和間距較小一些，可得到較為理想的優(yōu)化結構，既能控制芯片的最高溫度，又有效地減小了散熱器的質量。文章LED路燈算例得到優(yōu)化的質量為原質量的33.40%。LEDlightingsourceapoweractualturnsintoheat,sohowtoraisetheheatcapacityishighpowerLEDrealizedindustrializationurgentlytobesolvedinoneofthekeytechnology.ThoughmanyaremadewithlittlepowerLEDlights,smaUrbanlightingLEDstreetlampsusehighpowerLEDisdevelopheatsinkdifferentstructureffectivelyreducedtheradiatorquality.ArticleLEDlampsexamplefortheoriginaloptimizedthequalityofthequalityofKeywords:highpowerLEDHeats目錄第一章緒論 1第二章太陽能LED路燈 22.1LED的發(fā)展歷程與前景 2 22.1.2LED照明的發(fā)展歷程 22.1.3LED照明的發(fā)展前景 42.2太陽能路燈構成及光源 52.3新型太陽能路燈的優(yōu)缺點 82.4發(fā)展新型LED路燈的意義 第三章設計必備軟件介紹 3.1.2pro\E的特點與功能 第四章LED路燈結構設計 4.1新型太陽能LED路燈光伏系統(tǒng)設計 4.1.1新型太陽能LED路燈光伏系統(tǒng)設計要素 4.1.2控制器選擇及太陽能電池組件支架的抗風設計 4.2LED路燈燈頭設計 4.2.1LED路燈照明設計 第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計 5.1熱分析的相關材料與參數(shù) 5.2散熱結構設計 5.3LED路燈配光和結構所采用的具體技術方案 5.4模型的建立與熱分析 5.4.lproe建模 5.4.2熱分析 第六章結論與展望 第七章結束語 致謝 參考文獻 第一章緒論1第一章緒論具有省電、壽命長反應時間快等優(yōu)點，在城市景觀、LCD背光板、交通標志、汽車造成LED密集度較大。但由于LED的光電轉換效率不高，大約只有15%-20%左右量的熱量。若不能使這些熱量盡快有效地耗散，隨之而來的熱效應將會變得非常色等一系列的問題顯得更加突出，因此對該結構進行熱分析和優(yōu)化設計就變得異分析了鋁制熱沉各結構尺寸變化對其溫度場的影響情況，最終得到較為理想的優(yōu)化結構，達到了在散熱效果基本不變的前提下，降低散熱器用料，控制成本的目第二章太陽能LED路燈2.1LED的發(fā)展歷程與前景2.1.1LED概述LED(LighyEmittingDiode),又稱發(fā)光二極管，它們利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合，放出過剩的LED光源在照明領域的應用，是半導體發(fā)光材料技術高速發(fā)展及“綠色照明”的新概念，我國“綠色照明工程”的實施始于1996年。實現(xiàn)這一計劃的重要步驟就是要發(fā)展和推廣高效、節(jié)能照明器具，節(jié)約照明用電，減少環(huán)境及光污染，建進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實際應用，更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應，研究被摒棄了。二十年代晚期BernhardGudden和RobertWi國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光。再一次因發(fā)光暗淡而停止。二十世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的實驗中使用半導體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。據(jù)說在早期的試驗中，LED需要放第一章緒論3置在液化氮里，更需要進一步的操作與突破以便能高效率的在室溫下工作。第一60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光LED。磷化到70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵蕊片(一個紅色另一個是綠色)能夠發(fā)出黃色光。就在此時，俄國科學家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第到20世紀90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。第一個有歷史意義的藍光LED也出現(xiàn)在90年代早期，再一次利用金鋼砂-早期的半導體光源的障礙物。依當今的技術標準去衡量，它與俄國以前的黃光LED一樣90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED,隨即又制造出能產(chǎn)生高強度的綠熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自蕊片上的藍色光源再轉化為白光。就是利用這的聯(lián)合實驗室開發(fā)出了發(fā)紅光的磷砷化鎵(GaAsP)1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，它是用鍺材料做成的可發(fā)出紅外光的LED,當時的單價約為45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用的60至100瓦白熾燈的每瓦15流明要低上100多倍。率達到了1流明/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。1971,業(yè)界又推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED。到20世紀70年代，由于LED器件在家庭與辦公設備中的大量應用，LED的價80年代早期的重大技術突破是開發(fā)出了AlGaAsLED,它能以每瓦10流明的發(fā)光效率發(fā)出紅光。這一技術進步使LED能夠應用于室外信息發(fā)布以及汽車高位剎1990年，業(yè)界又開發(fā)出了能夠提供相當于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術，這比當時標準的GaAsP器件性能要高出10倍。今天，效率最高的LED是用透明襯底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期間，材料技術、芯片尺寸和外形方面的進一步發(fā)展使商用化LED的光通量提高了將近30倍。1994年，日本科學家中村修二在GaN基片上研制出了第一只藍色發(fā)光二極管，20世紀90年代后期，研制出通過藍光激發(fā)YAG熒光粉產(chǎn)生白光的LED,但色澤不均勻，使用壽命短，價格高。隨著技術的不斷進步，近年來白光LED的發(fā)展相當迅速，白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)達到381m/W,實驗室研究成果可以達到701m/W,大大超過白熾燈，向熒光燈逼近。2.1.3LED照明的發(fā)展前景目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%,大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實現(xiàn)這一目標業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠遠不夠，開發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%白熾燈換成LED,可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū)25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。第一章緒論5迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應用市場將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，LED在照明市場的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來10年成為最被看好的市場以及最大的市場將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。國家發(fā)改委、財政部、科技部等部門正在努力推動LED產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的白熾燈和高壓鈉燈等傳統(tǒng)光源，并確立了到2015年實現(xiàn)節(jié)能260億1.太陽能路燈基本結構太陽能路燈利用太陽能電池的光生伏電效應原理，白天太陽能電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電，設定的時間到后控制器切斷光源電源。太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池、太陽能路燈光源、燈桿及燈具外殼、線纜和連接緊固輔件，如圖2.1所示。圖2.1太陽能路燈基本結構圖2.太陽能電池組件太陽能電池組件是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽能光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池三種。在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶硅低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。單體太陽能電池一般是不能使用的，實際應用的是太陽能電池組件。太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨被樹葉等遮擋物長時間遮擋，被遮擋的單片太陽能電池在強烈陽光照射下就會發(fā)熱損壞，甚至會造成整個太陽能電池組件損壞，這就是所謂的熱島效應。為了防止熱島效應，一般是將太陽能電池傾斜放置，使太陽能電池表面不能附著遮擋物。3.太陽能控制器無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，并應具有夜間自動切換負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。對任何一個太陽能照明系統(tǒng)來說，充放電控制電路的優(yōu)劣將直接影響到系統(tǒng)應用的成敗。由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入的能量極不穩(wěn)定，光伏發(fā)電系統(tǒng)中對蓄電池充電的控制要比普通發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池充電的控制復雜。一個性能良好的光伏控制器應具有控制蓄電池充放電、溫度調節(jié)、最大功率跟蹤和過充保護、過放保護、短路保護、反接保護等多種保護功能以及自動開關和時間調整功能。從而保證系統(tǒng)可靠運行，同時使太陽能電池組件可以在不同溫度和輻照情況下智能輸出最大功率，使照明系統(tǒng)具有很高的效率。4,蓄電池由于太陽能照明系統(tǒng)蓄電池的充電直接由太陽能電池提供，得到的能量極不穩(wěn)定，所以要配置容量合理、性能可靠的蓄電池，以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常工作。在太陽能光伏照明系統(tǒng)中，通常選用的是免維護鉛酸蓄電池。免維護鉛酸電第一章緒論7安裝簡單，占地面積小，可水平和垂直安裝；期望壽命一般為5~7年。選擇蓄電池容量的一般原則是：首先夠滿足夜晚照明要求，并能把白天太陽能電池組件產(chǎn)生的能量盡量存儲下來，同時還能滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能滿足夜晚照明的需要，蓄電池容；量過大則蓄電池長期處在虧電狀太陽能路燈根據(jù)實際情況需要，可在12V直流節(jié)能燈、低壓鈉源的功率有直接關系，也直接影響系統(tǒng)配置和授資費用。在相同照明時間的條件系統(tǒng)配置降低，費用減少。太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使6.燈桿及燈具外殼燈桿的高度應根據(jù)道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標準確定。燈具一般是指用于安裝照明光源的部分，也就是通常所說的燈頭；燈桿分為變徑桿、錐太陽能燈的選擇對象。如果采用在燈桿上直接安裝太陽能電池組件的方案，需根據(jù)太陽能電池組件面積加工制作太陽能電池組件的支架，同時考慮燈桿的抗風強7.線纜和連接緊固鋪件線纜用于連接太陽能電池組件、蓄電池、充放電控制器、光源等器件。線纜的線徑標準隨系統(tǒng)配置需要確定，線纜的長度隨燈稈高度和器件安裝位置確定。連接緊固輔件用于固定各器件連線的輸入、輸出端子，固定燈桿及燈具。8新型太陽能路燈熱分析與結構設計2.3新型太陽能路燈的優(yōu)缺點新型太陽能路燈采用高效單晶(多晶)硅太陽能電池供電，采用鐵鋰蓄電池存儲電能，用LED燈照明，并采用先進的充放電和照明控制電路，具有性能可靠、發(fā)光效率高、亮度大、安裝方便、無須鋪設電纜電線、無須交流電能和電費、采用直流供電、光敏控制、安全可靠、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保、實用(根據(jù)配置和型號不同，充電一天可用3~7天)、壽命長(太陽能電池可用15~20年、蓄電池可用5~7年}。由于LED的工作電流是直流，且工作電壓較低。太陽能電池將光能轉化為直流電能，且太陽能電池組件可以通過串、并聯(lián)方式組合得到實際需要的電壓。這些特點恰好與LED相匹配，兩者結合將獲得很高的能源利用率、較高的安全性能和可靠性，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)。LED路燈燈頭如圖2.2所LED作為路燈的光源，它和傳統(tǒng)路燈光源比較的主要優(yōu)點有：①光效高、節(jié)能。LED光源色溫4500~6500K,顯色指數(shù)85以上，顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，入眼感到同樣亮度時所需的光強低許多，因此，在能耗較小，隨著技術的進步，它將成為一種新型的節(jié)能照明光源。②長壽。LED的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，放置在一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗振性能好。由于大功率LED路燈是由很多LED光源組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，大功率LED路燈壽命長達5萬小時，是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長達10年以上。③自動控制?？筛鶕?jù)時間和外部環(huán)境調節(jié)LED路燈功率，提高節(jié)能性。LED能實現(xiàn)較完美的調光功能。由于LED的工作范圍較大，其光輸出和工作電流成正比，因此可以減小電流的方法來調光。另外，由于LED進行頻繁開關對其沒有太大的損傷，LED的調光還可以采用脈沖寬度調節(jié)的方法來得到，通過調節(jié)電壓的占空比和工作頻率，能夠有效調節(jié)LED的發(fā)光強度。④顯色性好。LED路燈發(fā)出的是白色光，顯色指數(shù)達85以上，與陽光(顯色指數(shù)100)相差不多，色彩更真實，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸面有效減少眩光。目前的路燈光線呈180。散射，LED路燈通過獨特的二次光學設計，使得路燈的光線投射到路面形成一塊矩形光斑，幾乎沒有散射的眩光，對周圍不造成光污染。且光場區(qū)亮度分布均勻，光線柔和，有效減少駕駛員眼睛疲勞，使駕駛更安全。⑥無頻閃。大功率LED路燈采用直流供電，配有恒流驅動裝置，使大功率LED路燈發(fā)光恒定，徹底無閃爍。⑦發(fā)光響應時間快。LED的響應時間只有幾十納秒，遠快于白熾燈、氣體放電燈等光源，且大功率LED路燈通電即達到正常亮度，無開燈延時現(xiàn)象。便于實行智能控制，更加節(jié)能。⑧安全。LED照明是一種固態(tài)照明，可以有效防振、防爆，對于類似振動比較大的高速公路和對安全性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。⑨優(yōu)良的散熱性能。低熱阻的結構設計與良好的散熱設計，保證了LED的PN結結溫不會超過75℃,從而保證了LED的發(fā)光效率及工作壽命。⑩在燈具的光學系統(tǒng)內，LED光源的光通量損失最小。與傳統(tǒng)光源不同，LED是半空間發(fā)光的光源。LED的發(fā)光體芯片尺寸很小，在進行燈具設計時基本上可以把它看做點光源，可按點光源光通量分布模型計算，比較簡單。①直流供電。太陽能電池單體電壓為0.5~1.2V。通過串、并聯(lián)可獲得各種直流電壓的供電電源，而LED的驅動也用直流電源，單管工作電壓一般為0.8~3.8V,也可通過串、并聯(lián)使兩者非常相配，可以省卻太陽能光電照明系統(tǒng)中使用其他照明光源所必需的逆變器。這樣既可提高能源利用率，又可節(jié)約成本，還可改善系統(tǒng)可靠性。&結構牢固。太陽能電池組件是用平板玻璃和高分子材料密封而成，有的直接用高分子材料封裝，整個系統(tǒng)沒有轉動部件。LED是用有機高分子材料封裝的固體光源，其結構中沒有玻璃泡、燈絲等易損壞的部件，是一種全固體結構，因此能經(jīng)受振動、沖擊，結構牢固。2.LED路燈的缺點1.單個LED功率低。為了獲得大功率，要多個并聯(lián)使用。2.顯色指數(shù)低。LED照射下顯示的顏色沒有白熾燈真實，這要從光譜分布上來分析，屬于技術問題。3.光斑。由于白光LED本身制造工藝上缺陷加上與反射杯或透鏡的配合誤差，容易造成“黃圈”問題。4.LED照射均勻度問題。如果不進行二次光學設計，LED的照射是比較集中，所以一定要進行二次光學設計，使其光強分布圖呈蝙蝠形。5.LED的光衰問題。相比小功率LED,大功率LED路燈的光衰就會要好很多。6.大功率的LED會釋放大量熱量，而且發(fā)熱后亮度會明顯降低，所以存在散熱問題。第一章緒論11路燈照明與人們生產(chǎn)生活密切相關，隨著我國城市化進程的加快，綠色、高效、長壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野。而大量高效、節(jié)能、環(huán)保的新型LED路燈的發(fā)展是符合全球節(jié)能環(huán)保的綠色大潮流，也符合我國十二五規(guī)劃中提到的低碳生活。新型LED路燈與傳統(tǒng)路燈的對照如下表：表2.1傳統(tǒng)路燈與LED路燈數(shù)據(jù)對比9米價格(元)年用電(度)年電費(元)年繼護費(元)00年節(jié)約運行費用(元)表2.2傳統(tǒng)路燈與LED路燈五年總體費用比較公里數(shù)3公里(202蓋)5公里(33蓋)10公里(86墨)傳據(jù)路燈燈傳統(tǒng)路燈路燈Ln燈光費用(元)第00000600000五年的電費(元)第4635變壓器費用(黨)無無無幾手力零幾手力零幾手為零含計(元)節(jié)省費用(元)由此可見新型LED路燈真正地實現(xiàn)了低碳、高效、節(jié)能、環(huán)保。在能源緊缺、環(huán)境惡化的現(xiàn)狀下發(fā)展LED路燈是保護環(huán)境、保護全人類的重要舉措。12新型太陽能路燈熱分析與結構設計第三章設計必備軟件介紹3.1.1proe的簡介：1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，建模軟件的領頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEERproewildfire6.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/ENGINEER的特點及主要模塊進行簡單的介紹。主要特性有發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。3.裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)(不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性),然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。4.數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限6.易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易3.1.2pro/E的特點與功能Pro/Engineer是一套由設計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。1.參數(shù)化設計和特征功能Pro/Engineer是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給2.單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一3.Pro/EngineerPro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖(三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉)。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數(shù)改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI,ISO,DIN或JIS標準),并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP,HPGL)和黑白及彩色打印機的1.特征驅動(例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等);第三章設備必備軟件介紹152.參數(shù)化(參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等);3.通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間(如表面積等)4.支持大型、復雜組合件的設計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/的各種能用零件設計的程序化方法等)。5.貫穿所有應用的完全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展Pro/ENGINEER的基本功能。3.2EFDpro概述FloEFDpro是無縫嵌入proe環(huán)境的工程化的流體/傳熱分析件.EFDpro基于與傳統(tǒng)CFD軟件相同的理論基礎，但是卻提供全新的應用思想；②.直接應用Pro/ENGINEER模型③.自動探測固體之外的流體區(qū)域①.FloEFD有強大的求解能力②.工程化用戶界面③.智能矩形化自適應網(wǎng)格生成④.修正的壁面函數(shù)⑤.層流-過渡-湍流模擬①.自動收斂控制:收斂性非常強，求解可靠一次求解成功.設計方案2..典型電子系統(tǒng)設計所需材料.Metals,PolymersandSemiconductors.b.為典型的IC封裝提供特殊的單熱阻庫.第三章設備必備軟件介紹17第四章LED路燈結構設計4.1.1新型太陽能LED路燈光伏系統(tǒng)設計要素路燈開啟和關閉實行智能化管理的全新環(huán)保、綠色照明。太陽能LED路燈的設計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。完整的太陽能LED照明系統(tǒng)主要有以下5部分組成：①太陽能電池板。太陽能電池板是在有陽光時用來產(chǎn)生電能的，發(fā)電功率要根據(jù)照明用電的功率和照明時間來計算。②蓄電池。蓄電池的作用是把有陽光時太陽能電池產(chǎn)生的電存儲起來，供沒有陽光時使用。蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和LED燈的功率以及照③太陽能充電控制器。太陽能充電控制器的功能是在陽光充足、光照時間長時控制充電程度，電池充滿即停止充電，不便蓄電池過充損壞，以保護蓄電池，延長其使用壽命。④LED驅動器。這是系統(tǒng)的核心控制電路。它的功能有三個：●完成LED的恒流驅動控制，便流過LED的電流不隨蓄電池的電壓變化?！窬哂泄饪毓δ?，天亮時自動關燈，天黑時自動開燈?！竦碗妷罕Ｗo。當電池電壓下降到10.8V時輸出關閉，以免過放電損壞蓄電光源是由多只LED組合而成的模組結構。2.太陽能LED路燈設計所需的數(shù)據(jù)第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計19太陽能LED路燈的設計思路也可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽能電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量。但太陽能LED路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設計時需要特別注意。①太陽能供電系統(tǒng)在哪個地區(qū)使用、該地日光輻射情況，以及太陽能LED路燈使用地的經(jīng)度與緯度。了解并掌握使用地的氣象資源，比如月(年)平均太陽能輻照情況、平均氣溫、風雨等資料，根據(jù)這些條件可以確定當?shù)氐奶柲軜藴史逯禃r數(shù)(h)和太陽能電池組件的傾斜角與方位角。②太陽能LED路燈所選光源的功率(1v)。光源功率的大小直接影響著整個③太陽能LED路燈每天晚上工作的時間(h)。這是決定太陽能LED路燈系統(tǒng)中組件大小的核心參數(shù)，通過確定工作時間，可以初步計算負載每天的功耗知與之相應的太陽能電池組件的充電電流。④太陽能LED路燈使用地的連續(xù)陰雨天數(shù)(d)。這個參數(shù)決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復電池容量所需要的太陽能電池組件功率。確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)D,這是決定系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。3蓄電池組容量設計太陽能光伏系統(tǒng)采用的儲能裝置是蓄電池，與太陽能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而變化。它的容量比負載所需的電量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與太陽能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長且維護簡單。太陽能照明系統(tǒng)必須配備蓄電池才能工作，這是因為：①太陽能電池只能在白天進行光電轉化工作，電能在夜晚才能用于照明，因此必須儲各在蓄電池內。儲各的容量要足夠當?shù)剡B續(xù)幾個陰天的照明需要。②太陽能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，配備蓄電池后，太陽能燈才能正常工太陽能電池和蓄電池容量的組合，既是在保證路燈負載可靠性需要的前提下，確定使用最少的太陽能電池組件和蓄電池容量，以最優(yōu)化設計達到可靠性和經(jīng)濟性的最佳結合。4.太陽能電池與蓄電池及負載的匹配若一天要把12V/40Ab的蓄電池充滿，可選用電壓為15~18V,電流為4A的太陽能電池板，或選取電流為IA的電池板用4塊并聯(lián)使用。如果要求兩天將蓄電池充滿，那么太陽能電池板選2A的電流即可。充電時，太陽能電池的電壓要高于蓄電池電壓20%～30%。如12:V/10Ah的蓄電池充滿電后，可供12V/IOW的燈工作8h。IOW燈的工作電流為1=P/V=10/12=0.8Ao蓄電池按10小時放電率計算，正常放電電流為IA,考慮到效率間題，所以燈可以正常工作8~10h。如用40W燈，電流為40/12=3.3A,那就只能工作2~3h?；蜻@樣計算，IOW的太陽能電池給蓄電池電，供IOW的燈來用電：按理想狀態(tài)來講，充電10h就能用電10h,而實際上是達不到的，只能用7~8h。如果用40W燈照明，那能用2h。5.蓄電池組容量的計算蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的，在一年內，太陽能電池方陣發(fā)電量各月份有很大差別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份時，要靠蓄電池的電能給以補足，在超過用電需要的月份時，是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。蓄電池的容量由下列因素決定：①蓄電池單獨工作天數(shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%。②蓄電池每天放電量。對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合，目放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%。③蓄電池要有足夠的容量，以保證不會因過充電造成失水。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能電池組件峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。④蓄電池自放電率。隨著蓄電池使用時間的增長及電池溫度的升高，自放電率會增加。對于新的電池，自放電率通常小于容量的.5%,但對于舊的質量不好的電池，自放電率可增至每月10%~15%。4.1.2控制器選擇及太陽能電池組件支架的抗風設計1.控制器選擇控制器是整個路燈系統(tǒng)中充當管理的關鍵部件，它的最大功能是對蓄電池進行全面的管理，好的控制器應當根據(jù)蓄電池的特性，設定各個關鍵參數(shù)點，比如蓄電池的過充點、過放點、恢復連接點等。在選擇路燈控制器時，特別需要注意控制器恢復連接點參數(shù)，由于蓄電池有電壓自恢復特性，當蓄電池處于過放電狀太陽能充放電控制器基本功能必須具備過充保護、過放保護、光控、時控與防反接等功能。蓄電池防過充、過放保護，是當蓄電池電壓達到保護設定值后就2.太陽能電池組件支架抗風設計依據(jù)太陽能電池組件廠家的技術參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數(shù)選定為27m/s(相當于十級臺風),根據(jù)非黏性流體力的風速而不至于損壞的。所以，設計中關鍵要考慮的是太陽能電池組件支架與燈若路燈的參數(shù)為：電池板傾角A=16°;燈桿高度=5m。設計選取燈桿底部焊縫寬度錯誤!未找到引用源。=4mm,燈桿底部外徑=168mm。焊縫所在面即燈桿線的距離為1.545m。風：荷載在燈桿破壞面上的作用矩M=Fx1.545。根據(jù)27m/s的設計最大允許風速，2x30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn)=1.3x730=949N。所以：W=錯誤!未找到引用源。x(3r2錯誤!未找到引用源。+3r錯誤!未找到引式中：r是圓環(huán)內徑，錯誤!未找到引用源。是圓環(huán)寬度(焊縫寬度)。=π×(3×842×4+3×84×42+4風荷載在破壞面上作用矩引起的應力為M/W=1466/(88.768x10?)=16.54.2LED路燈燈頭設計滿足或超過目標應用的照明要求。因此，在建立設計目標之前就必須確定照明要求。對于某些應用，存在現(xiàn)成的照明標準，可以直接確定要求。對于沒有照明標準的應用，可先確定現(xiàn)有照明特性后，在確定應用的照明需求。照明燈具的光輸出和功率特性是確定現(xiàn)有照明特性的關鍵，根據(jù)照明燈具提供的技術參數(shù)，可獲第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計23照明要求確定好了之后，就可以確定LED照明的設計目標了。設計目標應根據(jù)應用照明需求而定。并應列出影響設計的所有其他目標，如特殊光要求、耐高溫要求等。與定義照明要求時一樣，關鍵設計目標與光輸出和功耗有關。設計目標應包括工作環(huán)境、材料清單(BOM)成本和使用壽命。2.估計光學系統(tǒng)、熱系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的效率設計目標會對光學、熱和電氣系統(tǒng)產(chǎn)生限制，根據(jù)這些限制對各系統(tǒng)的效率進行估計，將照明目標；和系統(tǒng)效率結合起來，就能確定照明需要的LED數(shù)量。設計過程中最重要的參數(shù)之一是，需要多少只LED才能滿足設計目標。其他的設計決策都是圍繞LED數(shù)量展開的，因為LED數(shù)量直接影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數(shù)據(jù)手冊列出的典型光通量，用該數(shù)除設計目標流明，依據(jù)此設計方法滿足不了應用的照明要求。因LED的光通量依賴于多種因素，包括驅動電流和結溫。要準確計算所需要的數(shù)量，必須首先估計光學、熱和電氣系統(tǒng)的效率。(1)光學系統(tǒng)效率通過分析光損失估計光學系統(tǒng)的效率。要分析的兩種主要的光損失為：①次級光學器件。次級光學器件是不屬于LED本身的所有光學系統(tǒng)，如LED上的透鏡或擴散片。與次級光學器件相關的損失，根據(jù)使用的特定元件的不同而不同。通過各次級光元件的典型光學效率在85%~90%。如果照明需要次級光學器件，則存在次級光損失。②燈具內的光損失。當光線在到達目標物之前，打到燈具罩上時，就產(chǎn)生了燈具光損失。某些光被燈具罩吸收，有些則反射回燈具。固定物的效率由照明的布局、燈具亮的形狀及燈具罩的材料決定oLED光具有方向性，可達到的效率比全方向照明可能達到的要高得多。(1)實際需要的流明量根據(jù)設計目標和估計的損失程度，可以計算滿足設計目標的LED數(shù)量。所有系統(tǒng)效率估算好之后，就可計算要達到設計目標需要的實際LED流明數(shù)。因電氣效率只影響總功耗和燈具效能，而不影響照明的光輸出量。另一個需要確定的是LED的工作電流，LED的工作電能和使用壽命是很關鍵的。因增加工作電流，則各LED的光輸出會變大，因而減少了所需的LED數(shù)量σ而增加工作電流的同時也帶來多個缺點：①功效降低。工作電流提高會降低功LED產(chǎn)生的功效，一般電源尺寸大小將隨著工作電流的提高而增大，因為產(chǎn)生相同的流明數(shù)需要的功率更大。②最高環(huán)境溫度降低或使用壽命縮短。電流的提高將增大LED結和LED熱通道的溫差，實際上，由于已經(jīng)確定了最高結溫，因此這樣可以降低照明的最高環(huán)境溫度，反之，如果最高環(huán)境溫度不是降低，而是升高，則在LED的使用壽命期內，光輸出下降會更快。根據(jù)應用的不同，在設計中LED使用壽命和功效是應優(yōu)先考慮的設計目標，數(shù)據(jù)手冊所列的最小工作電流(350mA)工作，可最大限度提高LED工作電流確定之后，就可以計算備LED的流明輸出數(shù)了。由于LED的熱損失已經(jīng)在實際需要的流明數(shù)計算中考慮到了，故LED供應商提供的技術參數(shù)可以直接使用。在設計中應使用LED技術參數(shù)中的最小光通量，而不是LED技術參數(shù)中給出的XLampXR-ELED,350mA時的最小光通魯為67.2(P2fluxbin)。LED的數(shù)量Sm第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計254.選擇最佳設計一個照明光源，比傳統(tǒng)照明的使用壽命要長許多，因此LED可以與新型和非常規(guī)設計元件一起集成到照明系統(tǒng)中。設計中可以充分利用LED光的方向性和大量可(1)光學系統(tǒng)①裸LED和現(xiàn)有燈反射器。現(xiàn)有CFL燈具的角度和LED的角度非常相似，因此，若選擇不使用次級光學器件，可使成本最低，并且系統(tǒng)光損失最小。使用的③不是每只LED都使用一個光學器件，整個LED陣列可以使用一個漫射器來傳播光。這種方法的優(yōu)點是光束角度比裸LED能達到的光束角度寬，并且消除了多照明陰影效應，光照度分布、多源陰影效應和美觀度通常也決定了光學系統(tǒng)的②定制散熱片。定制方案可為應用提供了優(yōu)化散熱片，在設計中需要利用熱用進行了優(yōu)化設計，這樣效率更高，并且能獲得管理部門的完全認可，但會延長LED燈具的開發(fā)時間。在目前的大功率LED環(huán)境下，總照明效率的提高受LED本身的影響比受驅動器的影響要大。4.2.2路照明燈具結構設計：a.組成結構：我們的LED路燈由鋁合金壓鑄燈體，LED模塊，鋼化玻璃透光罩，AC/DC恒流驅動器，電器室蓋板五部分組成。見圖4.1-圖4.6。圖4.1一體化壓鑄鋁制散熱器背面圖圖4.2散熱器正面圖第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計27圖4.4燈罩圖4.5路燈緊固件圖4.6控制器蓋板圖4.7燈具整體圖28新型太陽能路燈熱分析與結構設計5.1熱分析的相關材料與參數(shù)本文的分析原型為某公司的路燈(見圖5.1),所用到的主要參數(shù)見表5.1和表5.2。圖5.1某公司的路燈圖5-2原LED實體模型在實際情況中熱量沿以下路徑傳遞【5%芯片一導電膠一PCB板一導熱膠-散熱器。本文主要研究該LED的散熱器結構優(yōu)化，故建模時假設PCB板是各向同性的，并忽略導電膠和導熱膠，且由于該燈對稱，取1/2建模，模型如圖5.2所示。對與空氣中接觸的散熱器外表面均設為自然對流f6】,對流系數(shù)為10W(m2·K)一，由于燈罩的密封作用，模型其他表面均定義為絕熱。每個芯片的輸入功率1W,其中15%轉化為光能，85%轉化為熱能，所以將(3.7×109)W·m寸的生熱率載荷施加于芯片實體上，環(huán)境溫度均假設為25℃,定義各種材料屬性。對模型網(wǎng)格劃分后進行有限元計算，得出模型的穩(wěn)態(tài)溫度場，由結果可知模型最高溫度為43.84℃,出現(xiàn)在原模型中心兩列從底部數(shù)第三個芯片上，由于該芯片處在中心兩列，且底側為散熱器的固定結構，而無散熱翅片，故溫度較高。SM-RL-101路燈主要參數(shù)總功率整體外形尺寸LED芯片數(shù)量LED芯片尺寸PCB板厚度歌熱器質量100個散熱器結構翅片厚度4翅片間距翅片高度底板厚度6元件熱傳導率/W(m-℃)LED芯片PCB板鋁制散熱器水平序號翅片厚度/mm“1”5“2”4“3”3“4”2“5”1極差注：W為該因素水平對應的散熱器質量的平均值；r為該因素水平對應的芯片最高溫度的平均值，極差等于各試驗指標平均值中的最大值減最小值。水平序號“1”“2”“3”“4”“5”極差水平序號*]”“2”“3”“4”“5”極差由表5.4～表5.7和圖5.4一圖5.7可得出：隨著翅片厚度的增加，散熱器質量增加，芯片最高溫度增加，隨翅片間距增加，散熱器質量減小，芯片最高溫度增第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計31志片敬高溫度i表5.7平板厚度對試驗指標的極差分析表水平序號“1”6“2”5“3”4“4”3“5”2極差圖5-3翅片厚度-試驗指標關系曲線收情器其生k收情器其生k圖5.4翅片間距-試驗指標關系曲線在模擬的范圍內，通過對表5.4一表5.7中各因素對試驗指標的極差進行排隊，可得到散熱器各結構參數(shù)對散熱器質量及芯片最高溫度影響大小的情況。對散熱器質量的影響由大到小的因素依次為：翅片厚度、平板厚度、翅片高度、翅片間距。對芯片最高溫度的影響由大到小的因素依次為平板厚度、翅片厚度。綜上所述，在設計翅片式大功率LED散熱結構時，應在合適的范圍內使翅片的厚度和間距盡可能小一些，這樣可以同時有效地減小散熱器圖5.5翅片高度-試驗指標關系曲線第五章LED路燈熱分析及散熱結構設計33芯片最高溫度/℃圖5.6平板厚度-試驗指標關系曲線通過對以上熱分析材料與參數(shù)的參考，要有效的散熱，減小燈的體積和生產(chǎn)成本，燈體必須有合理的散熱結構。問題是怎樣合理的把發(fā)光管產(chǎn)生的熱量傳導到外殼上，怎樣有效的增大外殼和空氣的接觸面，并且有利于空氣在外殼表面上的用鋁合金型材組合的路燈，我們將一塊AA6063;305mm×500mm的平板散熱器型材和不銹鋼外框組合，將LED焊接在鋁基板上制作成模塊，在模塊的底部涂抹導熱膏用螺絲固定于鋁合金型材散熱器平板上，罩上PC光源外罩，連接驅動電源，完成LED路燈的設計制作。該款路燈的熱傳導和散熱效果均佳，能將LED所產(chǎn)生的熱量迅速的傳導到散熱器上，再由裸露在空氣中的散熱鰭片散發(fā)到產(chǎn)品一致性差，在防滲水安全上僅靠防水膠是極不可靠的，所以在防護等級上達不到(GB7000.1-2002;GB7000.5-2005)的要求。更主要的是所有的LED均安裝在一個平板上，無法對燈具進行合理的配光，在實際使用中該款路燈的照明半徑無2.傳統(tǒng)燈殼改制的LED路燈存在的問題：利用傳統(tǒng)路燈燈頭改制的LED路燈，雖然采用了鋁型材做散熱器，將整個光源和驅動電路裝入鋁合金燈殼中，雖然解決了燈具的防護等級問題，但是整個光源是在密閉的燈殼中，燈具工作中所產(chǎn)生的熱量無法散發(fā)到空氣中帶走，導致LED模塊和驅動電路在極惡劣的環(huán)境中工作，工作溫度急劇升高，LED隨著溫度的升高而出現(xiàn)死燈和光衰，驅動器也因溫度超過而燒毀，大大降低了燈具的可靠性和使用壽命。故此方案是不成熟的。要做好LED路燈簡單的用傳統(tǒng)燈頭裝入LED光源是行不通的。3.散熱材料的選擇：為了做好LED路燈，首先我們對散熱材料進行選擇，目前散熱器所采用的基本為金屬材料，這主要出于三方面的考慮：①熱性能好相對其它固體材料，金屬具有更好的熱傳導能力；②易于加工延展性好，高溫相對穩(wěn)定，可采用各種加工工藝；③易獲取雖然金屬也屬不可再生資源，但供貨量大，不需特殊工序，價格也相對低廉；依此確定了散熱片所用材料類型，具體種類的確定同樣需以此為標準。金銀銅鋁鐵上表中熱傳導系數(shù)的單位為W/mK,即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文(1K=1℃)時的熱傳導功率。熱傳導系數(shù)自然是越高越好，但同時還需要兼顧到材料的機械性能與價格。熱傳導系數(shù)很高的金、銀，由于質地柔軟、密度過大、及價格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導率過低，無法滿足高熱密度場合的性能需要，不適合用于制作高性能散熱片。銅的熱傳導系數(shù)同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利密度小、價格低而受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應用領域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金，為此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇。各種鋁合金材料根據(jù)不同的需要，通過調整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應用于熱傳導能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散鋁合金代替，可惜加工機械性能方面不及ADC1適合于沖壓工藝，多用于制造細薄的鰭片。通過以上分析我們確定了采AA1070根據(jù)道路照明燈具的功能需要及燈具的防護安全等級的規(guī)定，我們將整個燈具分成三部分來設計，整體散熱外殼，光源室，電器室，選擇AA1070鋁合金壓鑄一次性成型，如圖8所示.散熱片的散熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底和散熱片的設計。性能優(yōu)秀的散熱器，其性能吸熱快：即吸熱底與LED模塊間熱阻小，可以迅速的吸收其產(chǎn)生的熱量。為了達到這種效果，就要求吸熱底與LED模塊結合盡量緊密，令金屬材料與LED模塊直接接觸，最好能夠不留任何空隙。散熱器的整體熱阻就是由與LED模塊的接觸面開始逐層累計而來，吸熱底內部的熱傳導阻抗是其中不可忽視的一部分。為了將吸收的熱量有效地傳導到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導能力，我們在設計燈具時首先滿足吸熱底有足夠的厚度，同時考慮LED模塊的安裝孔位進行加筋，也加強了燈具的整體性和機械強度。熱阻小：為了提升吸熱能力，希望散熱到良好的導熱效果，因此，應采用具有較低熱阻及較佳適應性的材料填充其中的空隙，這便是導熱膏的用武之地。但導熱膏的熱阻始終要高于加工散熱片的金屬材料，使用它只是權宜之計，并非真正的解決之道，要想根本上提高散熱片吸熱底的吸熱能力，就必須提高其底面平整度。平整度是通過表面最大落差高度來衡量的，通常散熱片的底部稍經(jīng)處理即可達到0.1mm以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達到0.03mm,散熱片的吸熱底越平整熱阻越小，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導熱膏成為了LED模塊安裝到散熱器的必須步驟，從而達到吸熱的最佳效果。去熱快，由于我們將LED模塊的吸熱底和散熱鰭片壓鑄成一體，即能夠將從LED組吸收的熱量迅速的傳導到鰭片部分，整個燈體和散熱鰭片上部是裸露于空中的，而且我們的鰭片的方向是平行于道路，需要散發(fā)的熱氣與氣流方向一致，不會因氣流而形成渦流而造成熱氣的滯留，進而由流動的氣流順利帶走而散發(fā)，以最快是速度將熱量散發(fā)。圖5.7一體化散熱器由于我們在燈體的設計上對整個燈體的上部無任何開口，整體的加工為鋁合金一次性壓鑄成型，在整體的上部不存在滲水和防塵的煩惱，僅對燈體向下方向的光源室和電器室進行防護即可，這樣防護問題就簡單了，只需采用硅橡膠條進行防水防塵，就能達到IP65的防護等級。通過以上的研究我們開發(fā)的一體化LED路燈散熱燈頭，具有吸熱快，熱阻小，散熱順暢，防護等級高，機械強度好的優(yōu)點。能將LED模塊結溫控制在攝氏60度以下，這在LED應用照明上具有突破性意義，將LED照明從可能變?yōu)榭梢浴＂?光源室配光設計：LED光源之所以適合用于局部照明，是由于LED模塊在生產(chǎn)時就可以制作成各種發(fā)光角度和各種功率的產(chǎn)品，利用特定發(fā)光角的光源做局部照明可以使光源發(fā)出的光得到更有效的利用，和傳統(tǒng)的不便控制發(fā)光角度的光源相比，可以用比較小的功率達到同等要求的照明效果，因而實現(xiàn)節(jié)能的目的。路燈主要是為了照亮路面，因而屬于局部照明。對路燈產(chǎn)品來講，與車燈、電筒等產(chǎn)品的光照要求不同，光束要求有一定的范圍，市場現(xiàn)有的產(chǎn)品一般采用透鏡來解決這個問題，不同特性的LED管配用不同曲光度的透鏡，互換性不好。為解決這個問題，我們的產(chǎn)品獨辟蹊徑，光源室采用內置導光多角度平面合理組合的方法解決，成本低，可適用于不同LED管(不同LED管，發(fā)射角不同，只要選擇不同的導光面的安裝LED模塊即可以改變出光的角度)。另外，其出光是一規(guī)則的長方形照射面。其照射面更寬，而且亮度增大，路面照射均勻。路燈在路面照射面的照度范圍、型態(tài)和照度的均衡問題采用在不同的內置導光面安放不同功率的LED模塊，使整個照度范圍內地面的光強大至均衡。由于采用了以上光的導向思路，使得該產(chǎn)品具有更好的照明效果。散熱殼體一面上的一端設有一個光源室，在其光源室的凹口周邊配裝有鋼化玻璃透光罩，在散熱燈體的光源室內設有五個不同角度的模塊安裝面，在光源室的導光安裝面上按不同的配置需要安裝安裝3～5個不同的LED模塊單元并按”形式安裝。上述的呈“\”形式安裝可以是兩側照明單元所采用的LED模塊功率比中間照明的LED模塊功率大。用多種功率組合的LED模塊組成的LED路燈，利用其光的導向性可以有效的控制光線的分布范圍，使LED模塊發(fā)出的光成為一個長條圖5.8路燈安裝光源照射分布示意圖38新型太陽能路燈熱分析與結構設計圖5.9燈頭配光結構圖光的導向是做好LED路燈的重要環(huán)節(jié)。為了有效的利用光線，應該發(fā)揮發(fā)光管照射方向便于調控的優(yōu)勢，使發(fā)光管發(fā)出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無效方向上散射。要做到這一點，結構上的辦法是用多種功率的LED模塊組合，分別用于照射附近路面，中距離路面，遠距離路面，使LED輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照亮道路。這就需要很好的設計這幾組LED模塊的安裝角，解決光的導向。實踐證明，這樣制作的LED路燈96瓦左右的功率就能超過150瓦納燈對路面的照明效果，以128瓦左右就能達到300瓦的照明效果，節(jié)能效果顯著。表5.9.JN-96B路燈技術參數(shù)(等效150W金鹵燈)序號JN-72B路燈(等效150W金南燈)性能指標1234000K-6000K(色溫可根據(jù)需要調配)4輥色指數(shù)5照度范用40mX10m《可根據(jù)打杠間距調整)6平均照度>15勒克斯(熊明效果等同于150瓦高壓輛燈或南嘉燈)7訂村高度6-8m(可根據(jù)客廣需求定制)89適應溫度適應混度使用壽命>30000小時防護等級39序號JN-108B路燈(等效250W金南燈1性能折標1超高亮白光LED234000K-6000K(色溫可根據(jù)需漿調配)4顯色指數(shù)5照度范圍40mX10m《可根據(jù)燈桿間調整；6平均照度20勒克斯(照明效果等同)250瓦高壓鈉燈成內南燈17燈桿高度6-9m(時根據(jù)客產(chǎn)需求定制)8輸入電川交流AC:190V°--250V50HZ9適應溫度適應濕度使用導命>30000小時防護等級5.4模型的建立與熱分析proe是美國PTC引公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡稱。Pro/E(Pro/Engineer操作軟件)是美國參數(shù)技術公司(ParametricTechnology性三維軟件，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機軟件之一?，F(xiàn)在使用的版本：Pro/ENGINEERWildfire野火4.0。它與EFDpro9.15.4.lproe建模設計過程中涉及到的軟件有好多種類，要擇優(yōu)選擇，一般以簡單、易懂、易學為準。在網(wǎng)絡上找到資源鏈接將其正確下載和安裝。由于Proe的功能強大，包含的內容多，所以安裝下來比較大，相應難度也有所提升，其中要進行的破解過程要細心，嚴格安安裝教程中的步驟進行，才能安裝成功。40新型太陽能路燈熱分析與結構設計首先，打開proe,進入繪圖界面熟悉相關工具。其次，看好設計圖紙，掌握尺寸，重要的是合理規(guī)劃制圖過程。然后開始繪圖，先按照設計尺寸繪一個拉伸平面，然后在這個平面一端繪制半圓，下來用陣列在平面上繪出翅片，在半圓的對邊添加一個拉伸平面，其厚度是第一平面和翅片的總高度，接著添加肋板和固定端，翻轉在平叛的另一面進行兩個不同高度的挖空和打孔，這就形成一體壓鑄的散熱底板。下來在分別繪制蓋板、燈板與固定裝置。各部分零件到位后進行裝配，要嚴格按照匹配和對齊模式裝配，裝配圖5.10裝配圖5.4.2熱分析1.應用基礎這里介紹的尋找資源與安裝程序和5.4.1中的一樣，不同的是熱分析用的是EFDpro,它是proe的一個插件，要在proe的基礎上安裝，所以要先安裝好proe,才能安裝EFDpro,然后在進行破解與漢化，安裝成功才能投2.實際操作這時要打開EFDpro,它打開過程中實際是打開proe,進入了繪圖界面，不同的是在你選取組件時，工具欄里會出現(xiàn)Flowanalysis一窗口。它就是熱分析過程要用到的工具欄，它包含有各種參數(shù)設計與計算等功能。首先，打開ledmodule.asm文件，然后開始各項參數(shù)的設定與溫度、固體材料、熱源面等的分析分布圖。見圖5.11-圖5.14。圖5.11熱源部分圖5.12熱源邊緣散熱效果圖42