Aty 4x18 Armatür

Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi , 5(2): Araştırma Makalesi/Research Article funduszeue.info LED Işık Kaynaklı, Enerji Tasarruflu ve Yüksek Verimli Ofis Aydınlatma Armatürü Tasarımı Emre YILMAZ *,a, İsmail ŞAHİNa, Nuri Yunus KOCADAĞb a,* Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü, ANKARA , TÜRKİYE b,* Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, KIRIKKALE , TÜRKİYE MAKALE ÖZET BİLGİSİ Alınma: Son yıllarda, tüm dünyada enerji verimliliğinin artan önemi sonucunda, aydınlatmada verim Kabul: konusunda da bilinç ve çalışmalar artmış, LED aydınlatmaya geçiş başlamıştır. Dünyadaki gidişat diğer teknolojilerde olduğu gibi aydınlatma armatürlerinde de daha verimli, daha uzun ömürlü, bakım gerektirmeyen, zararlı maddeler içermeyen, gelişen ve değişen teknolojiye Anahtar Kelimeler: Aydınlatma, uyumlu ve yönetilebilen LED aydınlatma sistemlerine doğru gitmektedir. Ülkemizde yeni Aydınlatma Armatürü, projeler haricinde LED ışık kaynaklı armatürlerin yaygın olmaması, halen LED'li armatürlerin Ofis Aydınlatma, birim fiyatlarının yüksek olması, mevcut aydınlatma pazarının, bugünkü durumda bile, büyük LED Aydınlatma, çoğunluğunun bilinen geleneksel ışık kaynaklarıyla yapılmış olması, LED aydınlatma LED Panel konusunda ciddi fırsatlar olduğunu göstermektedir. * Bu çalışmada, hali hazırda genel aydınlatma armatürü olarak kullanılan 4x18 ve 4x14 floresan Emre YILMAZ: ışık kaynaklı armatürler yerine geçebilecek ve bu armatürlere göre %%60 enerji tasarrufu e-posta: sağlayacak LED ışık kaynaklı ofis aydınlatma armatürü tasarlanmıştır. Ofis aydınlatma funduszeue.info@aydinlat funduszeue.info armatürü, dekoratif görünümden öte işlevsellik, yüksek performans ve düşük maliyet esasları göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. funduszeue.info Design of Energy Saving and High Efficiency Office Lighting Fixture with LED Light Source ARTICLE ABSTRACT INFO Received: In recent years, as a result of the increasing importance of energy efficiency all over the world, Accepted: awareness and works have also been increased in lighting, and transition to LED lighting has begun. As in other technologies, the trend in the world goes towards LED lighting systems that are more efficient, longer lasting, maintenance free, free of harmful substances, compatible with Keywords: Lighting, the developing and changing technology. The fact that LED luminaires are not widespread Light Fixture, except for new projects in our country, the unit prices of LED luminaires are still high, the Office Lighting, current lighting market, even in the current situation, the vast majority of them are made with the LED Lighting, traditional light sources shows that there are serious opportunities for LED lighting. LED Panel In this study, LED light welded office lighting fixture will be designed to replace 4x18 and 4x14 * fluorescent light source luminaires which are currently used as general lighting fixtures and Emre YILMAZ provide 40% % energy saving compared to these luminaires. The office lighting fixture will e-mail: be designed considering the functionality, high performance and low cost principles rather than funduszeue.info@aydinlat funduszeue.info the decorative appearance. funduszeue.info Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Görsel konfor olasılığı (Visual Comfort Probability- VCP), IESNA (Kuzey Amerika Aydınlatma Mühendisleri Günümüzde LED teknolojisi neredeyse her alanda Derneği) tarafından geliştirilmiştir. İç mekân kendine yer edinmektedir. LED teknolojisinin aydınlatmalarında gözlemcilerin belirlenen koşullar kullanıldığı alanlardan bir tanesi de genel aydınlatma altında bir aydınlatma sistemine bakarken ki uygulamalarıdır. Dünya genelinde hem iç mekân parlamanın rahatsız etme derecesi olasılığıdır [8]. hem de dış mekân aydınlatmalarının, LED VCP değeri aralığında değişen, teknolojisiyle yenilendiği bir dönüşüm dönemi gözlemcilerden kimsenin aydınlatma konforundan yaşanmaktadır. LED aydınlatma, enerji tasarrufu, memnun olmadığında 0 iken tüm gözlemcilerin uzun ömür, aydınlatma verimliliği ve düşük bakım memnun olması durumunda ise olmaktadır. maliyetleri özelliklerinden dolayı en bilinir aydınlatma çeşidi olmuştur. Ev, ticari veya ofis İtalya'da INRIM araştırma enstitüsünde yapılan binaları, fabrika, dış mekân ve otomotiv gibi pek çok çalışmada genel olarak LED aydınlatmaların rahatsız alanda kullanılmaktadır. LED aydınlatmanın edici kamaşmaya yol açtığı ancak bu sorunun ışık performansı, güç faktörü, verimlilik, toplam kaynağının bir difüzör yardımıyla gizlenerek harmonik distorsiyon (THD) ölçümleriyle belirlenir aşılabildiği gösterilmiştir. Difüzör aynı zamanda []. daha homojen bir ışık dağılımı sağlanmasına yardımcı olmaktadır [9]. LED’ler yüksek ışık verimine sahip aydınlatma elemanları olsa da, bir sistem içine dâhil edildiğinde Tayvan'da Nan Kai Teknoloji Üniversitesi'nde ışık çıktısında bazı düşüşler görülmektedir. Işık LED'lerin soğutma performansı üzerine yapılan kaybını kontrol altında tutmak için ürün tasarımı ve çalışmada yüksek güçlü LED'lerin harcadığı malzeme seçimi son derece önemlidir. Doğru enerjinin %'unu ışığa, kalan enerjiyi ise ısıya tasarlanmış bir aydınlatma elemanı, düşük güç dönüştürdüğü ve açığa çıkan bu ısının LED'lerin tüketimiyle yüksek ışık çıktısına sahip olacak, bu jonksiyon sıcaklığını artırarak LED'in ışık sayede enerji tasarrufu sağlayacaktır. yoğunluğunu, renk dengesini ve ömrünü olumsuz Aydınlatma armatürü, başlangıç ışık akısının etkilediğini belirtmiştir. Önerilen pasif soğutma yüzde 30’unu kaybettiğinde, kullanım ömrü sisteminin ısıyı verimli bir şekilde dağıtarak, ışık tamamlanmış olarak kabul edilir [5]. Uzun kullanım kaynağının ömrünü uzatarak koruyabildiği sonucuna ömrüne ulaşabilmek için aydınlatma armatürü iyi bir varılmıştır [10]. termal yönetime sahip olmalıdır. Tayvan'da Ulusal Kaohsiung Uygulamalı Bilimler Ofis aydınlatması ve LED teknolojisi üzerine Üniversitesi'nde Jin-Cherng Shyu önderliğinde yapılan çalışmalardan bazıları şu şekilde yapılan çalışmada LED'lerde giriş gücünün büyük bir özetlenebilir; Malezya'nın ulusal uygulamalı Ar-Ge kısmının ısıya dönüştüğü, açığa çıkının bu ısının merkezi MIMOS Berhad'dan bir grup araştırmacının ciddi problemlere sebep olduğu belirtilmiştir. LED'in yaptığı çalışmada renk sıcaklığının insan üzerindeki jonksiyon sıcaklığının düşük seviyelerde psikolojik ve fizyolojik etkileri üzerine 10 ofis tutulmasının yüksek ışık verimi, sabit ışık çıktısı, çalışanı üzerinde kontrollü bir deney yapmıştır. Bu sabit dalga boyu ve daha uzun kullanım ömrü için bir çalışmayla; bilgisayar tabanlı işler yapılan ofis anahtar olduğu belirtilmiştir [11]. ortamlarında soğuk beyaz ve gün ışığı renk sıcaklıklarının sıcak beyaz renk sıcaklığına göre daha İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, faydalı olduğu sonucuna varılmıştır [6]. Enerji Planlaması ve Yönetimi Anabilim Dalı'ndan bir grup araştırmacı ofis aydınlatmalarında kullanılan Yonsei Üniversitesi, Mimarlık Mühendisliği 4x18W'lık floresan lambalı armatürler yerine LED Bölümü'nden Byung-Lip Ahn'ın önderlik ettiği panel armatürlerin uygulanması halinde aydınlık çalışmada LED aydınlatmaların ofislerde soğutma ve düzeyleri ve düzgünlük gibi parametrelerdeki ısıtma sistemlerine dolayısıyla enerji tüketimine olan değişimleri ve olası enerji tasarrufu oranlarını genel etkisi araştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda da belirlemeye çalışmıştır. Bu çalışma sonucunda, ofis aydınlatmalarında LED ışık kaynaklı aydınlatma floresan lambalı armatürler yerine LED ışık kaynaklı armatürlerinin kullanımının binanın enerji panel armatürlerin birebir değişimiyle aydınlık verimliliğini artıracağı sonucuna varılmıştır [7]. düzeyinde %1,3 oranında artış, düzgünlük değerlerinde iyileşmeler ve enerji verimliliği PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () açısından %59 oranında ciddi bir tasarruf elde edildiği belirtilmiştir [12]. Bu çalışmada mevcut durumda ofis ortamlarının aydınlatılmasında kullanılan floresan ışık kaynaklı geleneksel armatürlerin yerine geçecek, LED ışık kaynaklı, yüksek verimli ve enerji tasarruflu ofis aydınlatma armatürü tasarımı gerçekleştirilecektir. Geliştirilecek bu armatür ile ofis aydınlatmasında %%60 oranında enerji tasarrufu sağlanması ve uzun kullanım ömrüyle işletme ve bakım masrafları düşürülmesi amaçlanmaktadır. Şekil 1. Bağıl ışık akısı ve sürüş akımı grafiği (Relative Piyasada ofis aydınlatması için çeşitli firmalara ait luminous flux and forward current graph) [13] LED ışık kaynaklı panel armatürler bulunsa da, bu armatürlerin bir çoğu 1 ya da 2 yıl içerisinde arıza LMB kodlu LED, genel aydınlatma maksatlı yapmaktadır. Burada bahsedilen arıza, ışığın kullanılan diğer tüm LED’ler gibi K’den tamamen kesilmesi olarak ortaya çıkmasa da zamana K’e kadar geniş renk sıcaklığı aralığında temin bağlı ışık çıktısında düşüş olarak da edilebilmektedir. Renksel geriverim indeksi (Ra) görülebilmektedir. LED’lerin ve LED ışık kaynaklı 80’in üzerindedir. Bu da görsel konforun artmasını, ürünlerin ömrünü etkileyen en önemli faktör tüm nesnelerin özgün renklerinde görülmesini sıcaklıktır. LED’ler üzerinde oluşan ısı kontrol altına sağlamaktadır. alınırsa, ışık kaynağı uzun yıllar sorunsuz bir şekilde çalışabilir. Bu çalışmada tasarlanacak LED modül LMB kodlu mid-power LED’in zamana bağlı kartının ömür öngörüsü, yapılacak termal analiz ve ışık akısı ölçümleri (LM) üretici tarafından ve deney yardımıyla ortaya çıkartılacaktır. mA sürüş akımlarında saat süre ile yapılmış, saatten fazla ekonomik ömür 2. AYDINLATMA ARMATÜRÜ TASARIMI garantisine sahip olduğu belirtilmiştir. Şekil 1’de (LIGHTING FIXTURE DESIGN) LMB LED’e ait bağıl ışık akısı ve sürüş akım grafiği verilmiştir. LM raporuna göre, mA LED’li Işık Kaynağı (LED Light Source) sürüş akımında LED’in lehim noktası sıcaklığı 55 °C, 85 °C ve °C iken LED’in toplam ışık Aydınlatma maksatlı bir ürün tasarımı yapılması akısının başlangıç ışık akısına göre %70 seviyesine istendiğinden öncelikle bu sisteme ait ışık kaynağı düştüğü sürenin saatten fazla olduğu tasarlanmalıdır. LED’li ışık kaynağı tasarımında görülmektedir. Bu süre LED’in ekonomik kullanım kullanılmak maksadıyla yüksek ışık verimi sunan, ömrünü göstermektedir. mid-power LED ailesinin bir üyesi olan LMB kodlu 1/2W’lık yüzey monte LED’leri tercih Tablo 1. LM test raporu’na göre TM ömür edilmiştir. Bu LED uygun koşullarda lm/W’a öngörüsü (TM Lifetime estimate according to LM test kadar etkinlik faktörüne sahiptir. Yüksek verimli bir ışık 55 % > > > kaynağı tasarlanması istendiğinden, üretici tarafından 85 6, % > > belirtilen tipik sürüş akımı 65 mA veya bu değerin % > 55 % > > > altında bir akım değeri tercih edilmelidir. 85 6, % > > % Tablo 1’de görüldüğü üzere, çalışma sıcaklığı LED ışık kaynaklarının ışık akılarını, ömürlerini ve renk özelliklerini etkilemektedir. Bu noktada LED ışık kaynağı tasarımının bir sonraki aşaması olan elektronik devre kartı tasarımı öne çıkmaktadır. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () Çalışma kapsamında oluşturulan devre kartı için termal iletkenliği yüksek, düşük maliyetli FR4 malzeme seçilmiş, tasarımda LED’lerin termal yüzeyine uygun bakır soğutma alanları oluşturulmuştur. Şekil 4. LED modül 3 boyutlu panel modellemesi (LED module 3D panel modelling) LED ışık kaynağı tasarımının tamamlanmasından sonra, bu modüllerin içerisine monte edileceği, ofis ortamlarında kullanılabilecek uygun ölçülerde Şekil 2. LED modül baskı devre kartı (LED module armatür gövdesi tasarımı yapılmalıdır. printed circuit board) Aydınlatma Armatürü Gövde Tasarımı (Lighting Fixture Body Design) PCB ve dizgi maliyetlerini azaltmak için dizgi sonrası birbirinin içinden el ile kolayca kırılarak çıkartılan Şekil 2’deki tarak tipi kart tasarımı LED ışık kaynağı için geliştirilen armatür gövdesi yapılmıştır. Bir armatür içerisinde 4 tarak PCB yani 2 geleneksel aydınlatma armatürlerinden farklı panel PCB kullanılacaktır. değildir. Burada iki farklılık bulunmaktadır. Birincisi gövde üzerindeki montaj delikleridir. Bu delikler ışık kaynağını armatür gövdesine tutturmak için kullanılır. Delik konumları LED modül kartı üzerindeki montaj delikleri ile eşleştirilmelidir. Diğer bir farklılık da armatür gövdesinin iç derinliğidir. 4x18 T8 armatürlerde armatür derinliği cm Şekil 3. Bir kutuplu SMD bağlantı klemensi (One pole SMD connection terminal block) olurken, 4x14 T5 armatürlerde derinlik cm ila 5,5cm arasında değişmektedir. LED ışık kaynaklı Sürücü-LED Modül ve LED Modül-LED Modül armatürlerde de derinlik tasarımdan tasarıma arasındaki bağlantının kolayca sök-tak yapılabilmesi değişmektedir. Referans tasarımda 7 cm kasa için Şekil 3’teki SMD klemensin kullanılmasına derinliği tercih edilerek 2 boyutlu açınım ve 3 karar verilmiş; WAGO’nun modeli 1 boyutlu kasa çizimleri oluşturulmuştur. kutuplu, 4 mm bacak aralığına sahip SMD klemensin teknik çiziminde belirtilen footprint ölçülerine göre PCB üzerinde lehimleme yüzeyleri oluşturulmuştur. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () Şekil 8. Aydınlatma armatürü gövdesinin 3 boyutlu gösterimi (3D display of lighting fixture body) Optik ve Işık Açısı (Optical and Light Angle) Açı kontrolü, ışık kaynağını gizleme, ışığın homojen bir şekilde dağılması ve estetik bir görünüm sağlamak maksadıyla armatür tasarımında difüzör Şekil 5. Aydınlatma armatürü gövdesinin açınım kullanılması gereklidir. Yongtek firmasının resmi (Picture of the opening of the lighting fixture body) ürünlerinden PAS, PAS2, PAS ve PA- 92ER gibi birçok model difüzör teknik verileri incelenerek numune temin edilmiştir. Üretici verilerine göre bu difüzörler ışığı %%95 verimlilikle armatür dışına iletebilmektedir. Polistiren (PS) malzemeden üretilmiş bu difüzörler, 99 °C’ye kadar termal dayanım göstermektedir. Polistiren, katı ve saydam bir plastik ham maddedir. Polistiren, dünyada plastik üretiminde en çok kullanılan hammadeler arasında yer almaktadır [17]. Şekil 6. Aydınlatma armatürü gövdesinin form Şeffaflığı, iyi işlenebilmesi, akışkanlığı ve diğer verilmiş hali (Finished shape of lighting fixture body) birçok özellikleri nedeniyle pek çok uygulamada tercih edilmektedir. Tablo 2. 5 PS 88 90 taraflı 90S mm mat Tek PA- / PS 91 84 taraflı 85S mm mat Çift PA- PS 91 74 taraflı 75S2 mm mat Çift PA- PS 92 63 taraflı 65S2 mm mat Şekil 7. Aydınlatma armatürü gövdesinin form verilmiş halinin 3 boyutlu gösterimi (3D display of finished shape of lighting fixture body) PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () PAS2 modeli polistiren difüzör 1,5 mm kalınlıkta, ışığı minimum %74 oranında iletebilmektedir. Işık kaynağını gizlemede yüksek performans göstermektedir. 1,06 g/cm^3 yoğunluğa sahip bu difüzör oldukça hafif ve istenilen ölçülerde kolayca kesilebilmektedir. UV ışınlarına dayanıklı, yüksek termal kararlılığı ile sararma ve solmaya gibi olumsuz özellikler göstermemektedir. Şekil Kasa derinliğinin ışık kaynağının görünürlüğü üzerindeki etkisi (Effect of case depth on light source visibility) LED Sürücü Tasarımı (LED Driver Design) LED sürücü, istenilen verimlilik, THD, güç faktörü, güç değeri, maliyet ölçütlerine göre farklı devre tasarımlarına sahiptir. Temel olarak sabit gerilim ve sabit akım çeşidine sahip olan LED sürücüler AC-DC sürüş topolojisine göre de farklılaşmaktadır. Buck, boost, buck-boost, flyback, yarım köprü, tam köprü, sepic, cuk, zeta olmak üzere çeşitlendirilmişlerdir. Maliyet-performans olarak en güce bağlı değişmekle birlikte en çok tercih edilen topolojiler flyback ve yarım köprü’dür. Flyback ile yüksek güç faktörü ve çıkış akımında regülasyon sağlanabilmektedir. Yüksek frekanslı anahtarlamada oluşan kayıplardan dolayı verimlilikleri %87’den az Şekil 9. PA75S2 ve PAS modelleri difüzör olmaktadır. Yüksek güçlü uygulamalarda plakaları (PA75S2 and PAS models diffuser plates) anahtarlama yapılan trafo üzerindeki kaçak endüktans ve kapasitans değerlerinin düşürülmesi Kamaşma sorununun çözümüne yönelik; ışığın gerekir []. optik algıda yarattığı olumsuzlukları yok etmek maksadıyla kasa derinliği 7 cm seviyesinde Buck, boost, buck-boost, yarım ve tam köprü tutulmuştur. Bu derinlik PAS2 modeliyle ışık topolojilerinde devre giriş kısmında güç faktörü kaynağının gizlenmesinde de doğru bir tercihtir. 5 düzenlemesi yapılırken çıkış tarafından alınan geri cm ve daha az derinliklerde LED’ler difüzör besleme gerilim değerleri karşılaştırıcılar üzerinden arkasında tane tane belirginleşmeye başlamaktadır. değerlendirilerek anahtarlama frekanslarında Şekil 10’da farklı kasa derinliklerinde ışık değişiklikler yapılır. Böylece verimli, yüksek güç kaynağının görünürlüğü karşılaştırılmıştır. faktörü ve daha az bozunuma sahip DC çıkış ile LED yükü sürülmektedir. Bu çalışmada, yapılacak olan LED sürücü yarım köprü topolojisine sahip olacaktır. Bu topoloji gereğince iki adet güç mosfeti ile yüksek frekansta yumuşak anahtarlama amacıyla seri paralel rezonans devresi olan LLC kullanılmaktadır. Şekil 13’te kullanılacak topolojinin devre üzerinde konumlandırılmasına yer verilmiştir. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () Yarım köprü sürücü devrelerinde sıfır akım algılayıcı (ZCD) ile anahtarlama yapıldığında akım sıfıra düştüğünde anahtarlama yapılan entegre kapatılır, gerilim algılayıcı (ZVD) ile gerilim sıfıra düştüğünde tekrar açılır. Böylece yumuşak anahtarlama ile elektromanyetik enerji depolanır ve anahtarlama frekansı yükseltilerek verimlilik arttırılır [16]. Devre tasarımının giriş katında alternatif akımın inverter devresine distorsiyonsuz olarak alınabilmesi için paralel RC devresi kullanılmıştır. Devrenin AC girişinde elektromanyetik gürültüleri önleyen EMI filtresi bulunur. EMI filtresi şebekeden gelebilecek farklı frekanslardaki bozulmuş gerilimi süzmek için de oldukça faydalıdır. Bu tasarım için kullanılacak EMI filtresi endüktansı mH olarak hesaplanmıştır. AC gerilimin köprü diyotlarla DC gerilime çevrilmesinden sonra devrede 80kHz anahtarlama frekansında çalışan bir PFC şok bobini kullanılır. PFC bobini güç faktörünün aktif düzeltme Şekil Geri besleme dönüşleri ve optokuplörler (Feedback signals and optocouplers) devresinde gereklidir. Bu devrede PFC bobinin devamında PFC diyotta kullanılmaktadır. EMI filtresi ve PFC düzenleme devresinin tasarımdaki konumu Şekil 11’de gösterilmiştir. Şekil Yarım köprü mimarisi ve flyback trafo konumları (Half bridge topology and flyback transformer locations) Şekil EMI filtresi ve PFC düzenleme devresi (EMI 3. GELİŞTİRİLEN AYDINLATMA filter and PFC regulation circuit) ARMATÜRÜNÜN TERMAL ANALİZİ (THERMAL ANALYSIS OF DEVELOPED LIGHTING AC-DC-DC dönüşümü yapıldıktan sonra FIXTURE) sürücünün çıkış bölümünde sabit akım ve gerilim ile LED yükü sürülürken sıcaklık, gürültü, harmonik Geliştirilen armatürün termal analizi için gibi bozucu etkilerden kaynaklanan değişimlerle elde SOLIDWORKS Flow Simulation yazılımı edilen feedback dönüşleri devrenin girişinden kullanılmıştır. SOLIDWORKS Flow Simulation, izolasyonlu bir şekilde karşılaştırılarak anahtarlama SOLIDWORKS yazılımına bir eklenti olarak frekans değişimleri yapılır. Sabit akım ve sabit gelmektedir ve SOLIDWORKS ile birlikte gerilim çıkışlarının kontrol edildiği ve sürücünün çalışmaktadır. Flow Simulation eklentisi yardımıyla çıkış akımının değiştirilebilmesini sağlayan belirli tasarımların akış, ısı ve ısı transferi analizleri frekanstaki PWM sinyalinin girildiği optokuplörler gerçekleştirilebilir. Şekil 12’de gösterilmiştir. Analizin doğru bir şekilde gerçekleştirilmesi için, kullanılan LED ve LED’in sürüş akımına göre güç PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () hesabı yapılmalı, her bir LED için ısı yükü tanımlanmalıdır. Geliştirilen nihai tasarımda LED modül mA sürüş akımıyla beslenerek, toplamda 34W sistem giriş gücü elde edilmektedir. Modül tasarımı 6 paralel, 8 seri şeklinde yapıldığından; sürüş akımı paralel kollara eşit olarak dağılarak LED başına 58,3 mA sürüş akımı elde edilecektir. LMB kodlu LED’in veri dosyasında belirtildiği üzere, tipik sürüş akımında LED gerilimi 2,90 V-3,00 V aralığındadır. LED gerilimi ile sürüş akımı çarpılarak LED’in üzerinde harcanan güç bulunabilir (Eşitlik 1). Termal analizde maksimum ısı yükü altında analiz gerçekleştirilmesi gerektiğinden, hesaplama yapılırken gerilim aralığının en üst değeri alınmalıdır. 𝐺üç = 𝐺𝑒𝑟𝑖𝑙𝑖𝑚 × 𝐴𝑘𝚤𝑚 (1) Eşitlik 1 tasarım için uygulandığında; Şekil LED ısı yükü tanımlamaları (LED heat load 𝐺üç = 3,00𝑉 × 0,𝐴 = 0,𝑊 definitions) güç değeri elde edilir. LED'lerin, üzerinde harcadığı enerjinin %'ini Analiz için ortam sıcaklığı +25 °C olarak ısıya dönüştürdüğü bilinmektedir [10]. Bu sebeple ayarlanmıştır. Tüm hesaplamalar bu sıcaklık termal analiz yapılırken ısı yükünü %80 değerine değerinde gerçekleştirilecektir. göre hesaplamak gereklidir. Analiz yapılmadan önce, elektronik devre kartının 0,𝑊 × 80/ = 0,14𝑊 termal iletkenlik katsayısının tanımlanması ve LED ile devre kartı arasındaki iletkenin (lehim) doğru bir Hesaplama sonucuna göre LED üzerinde harcanan şekilde tanımlanması son derece önemlidir. 0, W elektrik enerjisinin 0,14 W’ı ısıya, kalanı ise görünür ışığa dönüştürülmektedir. Elektronik kart, FR-4 adı verilen cam takviyeli epoksi laminat malzemeden üretildiğinden bu Isı transfer analizi, sıvı akışı ve ısı aktarımını malzemeye ait termal iletkenlik katsayısı 0,27 gerçekleştirebilen SOLIDWORKS Flow Simulation W/(m·K) SOLIDWORKS Flow Simulation programı aracılığıyla gerçekleştirilecektir. programında ilgili ekranlara girilmiştir. LED’ler ile elektronik devre kartı arasında kontak Yukarıdaki hesaplamalara göre; LED modül direnci olarak 1 mm kalınlığında Au/Sn lehim üzerinde her bir LED için, yani 48 LED’in her birine alaşımı eklenmiştir. 0,14W ısı yükü tanımlanmıştır. Gerekli tanımlamalar yapıldıktan sonra, LED modül termal analiz için hazır duruma getirilmiştir. Hesaplamalar yüksek performanslı bir bilgisayar araçlığıyla yaklaşık 30 dakikada tamamlanmıştır. Hesaplamalarda kullanılan bilgisayar 4,2 GHz çekirdek hızına sahip INTEL Core iK modeli işlemci, 8GB GDDR5 Bit özelliklerine sahip ekran kartı, 16GB hafızaya sahip DDRMHz hızında bellek ve MBMB/s hızında GB katı hal sürücü birimi ile donatılmıştır. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () Tablo 3. Isı dağılımı gösterimi (Heat dissipation display) VG Max Temperature (Solid) 16 °C 81,87 VG Max Temperature (Solid) 17 °C 83,49 Termal analiz sonucunda her bir LED için VG Max Temperature (Solid) 18 °C 86,49 maksimum sıcaklık değeri kayıt altına alınmış ve VG Max Temperature (Solid) 19 °C 85,96 °C Tablo 3 oluşturulmuştur. Tablo 3 incelendiğinde VG Max Temperature (Solid) 20 90,51 VG Max Temperature (Solid) 21 °C 88,72 LED’lerin maksimum 90,51 °C sıcaklığa çıktığı VG Max Temperature (Solid) 22 °C 88,70 görülmüştür. DENEY (EXPERIMENT) Geliştirilen armatürün termal analizi yapılarak LED'lerin sıcaklığının güvenli sıcaklık aralığında kaldığı görülmüştür. Analiz sonucuna göre uzun ömürlü bir aydınlatma elemanı tasarlandığını PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () söylenebilir ancak bu sonuçları gerçek ortam Bir saatlik ölçüm süresi boyunca, ortam sıcaklığı koşullarında deney ile doğrulamak gereklidir. Şekil 15’te görüldüğü gibi maksimum 32,6 ℃’ye Çalışmanın bu kısmında, LED panel bir saat boyunca ulaşmış, lehim noktası sıcaklığı ise maksimum 35,8 çalıştırılacak, bu süre boyunca LED’ler üzerindeki ℃ seviyesiyle sınırlı kalmıştır. LED üzerindeki sürüş sıcaklık değerleri kayıt altına alınacaktır. Deneyde akımının mA/6=58mA gibi düşük bir seviyede analizden farklı olarak LED modül tek başına teste olması ve PCB tasarımında bakır soğutma alanlarının tabi tutulmayacak, LED modül kasaya monte düşünülmüş olması bu şekilde düşük sıcaklıkların edilecek ve armatür gövdesi üzerindeki difüzör plaka yakalanmasında faydalı olmuştur. Tüm bu ölçümler kapatılarak LED modülün sistem içerisindeki gerçekçi sonuçlar alınması amacıyla difüzör kapalı davranışı ölçümlenecektir. iken yapılmıştır. LED’ler, bir elektronik devrede kullanılan ve üzerinden akım geçen tüm devre elemanları gibi ısınırlar. Dolayısıyla, sistem performansı, lümen çıktısı ve ürün ömrü açısından sıcaklık kontrolü en kritik faktörlerden biridir. LED’lerin üreticileri tarafından öngörülen ürün eğrileri 25°C jonksiyon sıcaklığı koşullar için geçerlidir. Kabul edilmiş ticari armatürlerde bu değer °C aralığında değişiklik gösterir. Jonksiyon Sıcaklığı; LED içerisinde ışığın oluştuğu noktadaki (jonksiyon) sıcaklıktır. Bu Şekil Veri kaydedici bilgisayar arayüzü (Data sıcaklık aydınlatma üreticisi tarafından doğrudan Logger utility computer interface) ölçülemez çünkü üreticinin eline geçen LED hali hazırda yalıtımlı bir ünite içerisine yerleştirilmiş Ölçüm sonuçlarına göre; Ts lehim noktası durumdadır. LED'in jonksiyon sıcaklığı direkt olarak sıcaklığı maksimum 35,8 ℃ seviyesine ulaşmıştır. ölçülemez ancak Eşitlik 2’de görüldüğü gibi RthJ-S ısıl direnci veri dosyasında belirtildiği üzere 16 hesaplanabilir (Eşitlik 2). ℃/W alınacaktır. PD güç hesabı da LED’in giriş gerilimi ve sürüş akımı ile Eşitlik 2’deki gibi TJ = TS + RthJ − S × PD (2) doğrudan hesaplanacaktır (Eşitlik 2). Burada TJ, Junction temperature (Eklem TJ = 35,8 ℃ + 16 ℃/W × 2,91 × 0, = 38,5 ℃ sıcaklığı), Ts, Solder point temperature (Lehim noktası sıcaklığı), RthJ-S, Thermal resistance from Hesaplamalarda gösterildiği üzere 30 ℃’lik ortam junction to solder point (Eklem ile lehim noktası sıcaklığında bir saatlik çalışma sonunda LED’in arasındaki termal direnç) ve PD, Power dissipation jonksiyon sıcaklığı TJ 38,5 ℃ seviyesinde (Güç dağılımı)’dır. tutulmuştur. Şekil 17’de gösterildiği gibi Hioki LR LMB kodlu mid-power LED’in zamana bağlı isimli veri kaydedici ile LED Modül üzerinde ışık akısı ölçümleri (LM) ve mA sürüş mA sürüş akımı altında 4 noktadan 4 ayrı LED’in akımlarında saat süre ile yapılmış, lehim noktası sıcaklığı ölçülmüş, bir kanaldan ise saatten fazla ekonomik ömür garantisine sahip ortam sıcaklığı ölçümü yapılmıştır. Tüm bu ölçümler olduğu belirtilmiştir. LM raporuna göre, mA 5 saniyelik ölçüm aralığıyla 1 saat boyunca sürüş akımında LED’in lehim noktası sıcaklığının 55 sürdürülmüştür. ℃, 85 ℃ ve ℃ iken LED’in toplam ışık akısının başlangıç ışık akısına göre %70 seviyesine düştüğü Ölçüm için kullanılan beş kanal termokupl sürenin saatten fazla olduğu görülmektedir. aşağıdaki şekilde bağlanmıştır. Üreticinin LM raporunda belirttiği en düşük CH1: L1, CH2: L48, CH3: L21, CH4: L16, CH5: sürüş akımı mA ve 55 ℃ Ts sıcaklığı dikkate ORTAM aldığında geliştirilen LED modülün saatten fazla ömre sahip olduğu sonucunu çıkartabiliriz. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () büyük problem LED'ler üzerinde oluşan ısıdır. LED’ler üzerindeki ısı kontrol altına alındığında, uzun bir kullanım ömrü vaat edebilmektedir. Bu çalışmada ofis aydınlatmalarında kullanılan floresan ışık kaynaklı geleneksel armatürlerin yerine geçecek uzun ömürlü ve yüksek verimli LED ışık kaynaklı ofis aydınlatma armatürü geliştirilmiştir. Armatüre ait LED ışık kaynağı, armatür gövdesi, LED sürücü, optik ve ışık açısı tasarımı yapılmıştır. LED ışık kaynağının ısıl dağılımını incelemek için termal analiz çalışması yapılmıştır. Analiz çalışmasının çıktıları kayıt altına alınarak termal deneylere geçilmiştir. Termal ölçüm 1 saat boyunca sürdürülmüş, sıcaklık-zaman grafiği çıkartılmıştır. Tasarımı yapılan LED modül, termal analiz yardımıyla değerlendirildiğinde en yüksek 90,51 °C sıcaklığa ulaşmıştır. Gerçek ortam koşullarında deney yapıldığında ise en yüksek sıcaklığın 35,8 °C olduğu görülmüştür. Her iki durumda da LED'in jonksiyon sıcaklığı üretici tarafından belirtilen °C sınırının altında kalmaktadır. Analiz ve deney sonucunda görüldüğü üzere, gerçekleştirilen tasarımda LED’ler üzerinde açığa çıkan ısı, devre kartı yardımıyla LED’lerden uzaklaştırılmakta ve bu sayede LED’lerin sıcaklığı Şekil Veri kaydedici ve Termokupl bağlantı kontrol altında tutulmaktadır. LED’e ait veri noktalarının gösterimi (Display of Data Logger and dosyasından edinilen bilgiler ışığında, tasarlanan Thermocouple junction) LED modülün saatten fazla ömre sahip olduğu söylenebilir. Bu da günlük 10 saat kullanımda yaklaşık 10 yıl kullanım ömrüne sahip olduğu anlamına gelmektedir. Günümüzde LED aydınlatma alanında üretim yapan firmalar termal analiz yazılımlarının pahalı olması ve bu alanda uzmanlaşmış kişilerin az olması sebebiyle termal yönetimi büyük çoğunlukla ihmal etmektedir. Piyasada yer alan diğer ürünlerde , saat gibi ürün ömürleri katalog verisinde yer alsa da bu tarhminlerin büyük bir çoğunluğu teknik altyapıya dayandırılmamıştır. Belirtilen bu ömür, genellikle LED üreticisinin LED için belirttiği ömür öngörüsüdür. Ancak unutulmamalıdır ki, üretici bu Şekil Termal Ölçüm Test Düzeni (Thermal Measurement Test Layout) ömrü yalnızca belirtilen koşullarda garanti eder. Bu koşulların oluşup oluşmadığı ise termal analiz ve 5. SONUÇLAR (CONCLUSIONS) deney yardımıyla doğrulanabilir. Gelişen teknolojiye paralel LED teknolojisi her Bu çalışma ile termal yönetimin önemi alanda olduğu gibi aydınlatmada da hayatımızda vurgulanmış, sıcaklığın LED'ler üzerindeki etkisi hızla yerini arttırmaktadır. LED aydınlatmada hala en tartışılmıştır. Bu çalışma, LED'li ışık kaynaklarının PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () ömrünü tahmin edebilmek için termal analiz [10] De-Shau Huang, Tzu-Ching Chen, Liang-Te yapılması gerektiğini göstermektedir. Tsai, Ming-Tzer Lin (). Design of fins with a grooved heat pipe for dissipation of heat from high- Geliştirilen LED ışık kaynaklı ofis aydınlatma powered automotive LED headlights. Energy armatürü, iç mekân aydınlatmalarında floresan ışık Conversion and Management, pp. kaynaklı armatürlerin yerine geçecek yüksek ışık verimli, uzun ömürlü iyi bir alternatiftir. [11] Jin-Cherng Shyu, Keng-Wei Hsu, Kai-Shing Yang, Chi-Chuan Wang (). Thermal KAYNAKLAR (REFERENCES) characterization of shrouded plate fin array on an LED backlight panel. Applied Thermal Engineering, [1] M. Ali, M. Orabi, M.E. Ahmed, A.E. Aroudi, pp. Design considerations of a singlestage LED lamp driver with power factor correction, Proc. Int. Conf. [12] Emre Erkin, M. Berker Yurtseven, Önder Güler, Electr. Power Energy Convers. Syst. (), s. Sermin Onaygil (). LED panel armatürlerin ofis aydınlatmasında retrofit amaçlı kullanımının [2] B. Lee, C. Kim, K. Park, G. Moon, A new single- incelenmesi, s. stage PFC AC/DC converter with low link-capacitor voltage, J. Power Electron. 7 (), [13] LMB Middle Power LED Datasheet, funduszeue.info%20Sheets/Sams [3] S. Ahmad, N.M.L. Tan, A non-electrolytic- ung%20PDFs/LMB_MidPwrLED_Rev capacitor low-power AC-DC singlestage SEPIC- pdf (Erişim tarihi: ). Flyback LED converter, J. Telecommun. Electron. Comput. Eng. 8 (), pp. – [14]J.T. Hwang, M.S. Jung, D.H. Kim, J.H. Lee, M. H. Jung, J.H. Shin. Off-the-line primary side [4] R. Petrella, A. Revelant, P. Stocco, A novel regulation LED lamp driver with single-stage PFC proposal to increase the power factor of photovoltaic and TRIAC dimming using LED forward voltage and grid-connected converters at light loads, Proc. Int. duty variation tracking control. IEEE J. Solid-State Univ. Power Eng. Conf. (), pp. Circuits, 47 (), pp. [5] AN Padmasali, SG Kini (). Prognostic [15] B. Axelrod, Y. Berkovich, S. Tapuchi, A. algorithms for L70 life prediction of solid state Ioinovici. Single-stage single-switch switched- lighting, Lighting Res. Technol. ; Vol. pp. capacitor buck/buck-boost-type converter. IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., 45 (), pp. [6] Ashok Sivaji, Sajidah Shopian, Zulkifle Mohd Nor, Ngip-Khean Chuan, Shamsul Bahri (). [16] A new High-power LED drive power design Lighting does matter: Preliminary assessment on based on “PFC+LLC+VC, CC” topology structure. office workers, 1. Wenfang Li, Haixia Li, Jiayi Chen. International Conference on Cyberspace Technology (CCT ), [7] Byung-Lip Ahn, Cheol-Yong Jang, Seung-Bok pp. Leigh, Seunghwan Yoo, Hakgeun Jeong (). Effect of LED lighting on the cooling and heating [17] W.R. Ryckaert, K.A.G. Smet, I.A.A. Roelandts, loads in office buildings. Applied Energy, pp. M. Van Gils, P. Hanselaer (). Linear LED tubes versus fluorescent lamps: An evaluation. Energy and Buildings 49, pp. – [8] IESNA , IESNA Lighting Design Guide in The IESNA lighting handbook. Reference & application. 9th edition. New York: Mark S. Rea. [9] Paola Iacomussi, Michela Radis, Giuseppe Rossi, Laura Rossi (). Visual Comfort with LED Lighting. Energy Procedia 78, PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık Yılmaz, Şahin, Kocadağ / Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 5(2). () Emre YILMAZ İsmail ŞAHİN Emre Yılmaz graduated from Atılım University Assoc. Prof. İsmail Şahin, born in , received his Electrical and Electronics Engineering Department in BS and MS degrees and his PhD from Gazi He completed his master's degree in Gazi University, Ankara, Turkey. He became Assistant University Industrial Design Engineering Professor at Gazi University in He has been Department and started his doctorate education in the Associate Professor in Industrial Design same department in He has been working in Engineering, Gazi University since His Lighting Equipment Sales as a business partner since research areas include mechanical design, product design, computer aided design, composites materials and artificial intelligence (artificial neural network, expert systems etc.) and metaheuristic optimisation methods. PRINT ISSN: E-ISSN: © Gazi Akademik Yayıncılık

Genel kategorisinde yayınlandı

150676 150677 150678 150679 150680

çamaşır makinesi ses çıkarması topuz modelleri kapalı huawei hoparlör cızırtı hususi otomobil fiat doblo kurbağalıdere parkı ecele sitem melih gokcek jelibon 9 sınıf 2 dönem 2 yazılı almanca 150 rakı fiyatı 2020 parkour 2d en iyi uçlu kalem markası hangisi doğduğun gün ayın görüntüsü hey ram vasundhara das istanbul anadolu 20 icra dairesi iletişim silifke anamur otobüs grinin 50 tonu türkçe altyazılı bir peri masalı 6. bölüm izle sarayönü imsakiye hamile birinin ruyada bebek emzirdigini gormek eşkiya dünyaya hükümdar olmaz 29 bölüm atv emirgan sahili bordo bereli vs sat akbulut inşaat pendik satılık daire atlas park avm mağazalar bursa erenler hava durumu galleria avm kuaför bandırma edirne arası kaç km prof dr ali akyüz kimdir venom zehirli öfke türkçe dublaj izle 2018 indir a101 cafex kahve beyazlatıcı rize 3 asliye hukuk mahkemesi münazara hakkında bilgi 120 milyon doz diyanet mahrem açıklaması honda cr v modifiye aksesuarları ören örtur evleri iyi akşamlar elle abiye ayakkabı ekmek paparası nasıl yapılır tekirdağ çerkezköy 3 zırhlı tugay dört elle sarılmak anlamı sarayhan çiftehan otel bolu ocakbaşı iletişim kumaş ne ile yapışır başak kar maydonoz destesiyem mp3 indir eklips 3 in 1 fırça seti prof cüneyt özek istanbul kütahya yol güzergahı aski memnu soundtrack selçuk psikoloji taban puanları senfonilerle ilahiler adana mut otobüs gülben ergen hürrem rüyada sakız görmek diyanet pupui petek dinçöz mat ruj tenvin harfleri istanbul kocaeli haritası kolay starbucks kurabiyesi 10 sınıf polinom test pdf arçelik tezgah üstü su arıtma cihazı fiyatları şafi mezhebi cuma namazı nasıl kılınır ruhsal bozukluk için dua pvc iç kapı fiyatları işcep kartsız para çekme vga scart çevirici duyarsızlık sözleri samsung whatsapp konuşarak yazma palio şanzıman arızası