太陽能路燈抗風等級計算

　
之前有朋友不斷問我關(guān)于太陽能路燈的抗風抗壓的問題，現(xiàn)在我們不妨來做過計算。太陽能路燈在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風設(shè)計�？癸L設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設(shè)計，二為燈桿的抗風設(shè)計。依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)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)非粘性流體力學，電池組件承受的風壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至于損壞的。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。在該套路燈系統(tǒng)的設(shè)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。路燈燈桿的抗風設(shè)計路燈的參數(shù)如下：電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m太陽能路燈廠家設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ = [5000+(168+6)/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。根據(jù)數(shù)學推導，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3=88.768×10-6 m3風荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W= 1466/(88.768×10-6) =16.5×106pa =16.5 Mpa<<215Mpa其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強度。所以，太陽能路燈廠家設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。路燈資料路燈的特殊工作時間，因為天氣，環(huán)境等不同的工作環(huán)境影響，很多路燈的燈泡的使用壽命會大大影響，在我們相關(guān)人員的檢測下，發(fā)現(xiàn)路燈節(jié)能器的改變，使用效果非常好，節(jié)電非常明顯，從而為我們城市路燈，高桿燈的維修工作者的工作量大大減輕。一、電路原理目前城市道路照明光源主要是鈉燈和汞燈，其工作電路由鈉燈或汞燈泡、電感式鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器等三部分組成，功率因數(shù)不接補償電容時為0.45，接補償電容時為0.90.整體呈現(xiàn)感性負載性質(zhì)。本路燈節(jié)電器的工作原理，就是在供電回路中，串接一個合適的交流電抗器。電網(wǎng)電壓低于235V時，電抗器被短路不起作用;電網(wǎng)電壓高于235V時，電抗器投入運行，保證路燈的工作電壓不會超過235V。整個電路由電源、電網(wǎng)電壓檢測與比較、輸出執(zhí)行機構(gòu)等三部分組成，電原理圖見下圖。電源電路由變壓器T1、二極管D1～D4，三端穩(wěn)壓器U1(7812)等元件組成，輸出+12V電壓，為控制電路供電。電網(wǎng)電壓檢測與比較由運放U3(LM324)、U2(TL431)等元件組成。電網(wǎng)電壓經(jīng)電阻R9降壓，D5半波整流.C5濾波，得到7V左右的直流電壓作為取樣檢測電壓。取樣檢測電壓經(jīng)以U3B(LM324)組成的低通濾波器濾除紋波.送到比較器U3D(LM324)與基準電壓進行比較。比較器基準電壓由電壓基準源U2(TL431)提供。電位器VR1用于調(diào)節(jié)取樣檢測電壓的幅度，VR2用于調(diào)節(jié)基準電壓。輸出執(zhí)行機構(gòu)由繼電器RL1及RL3、大電流航空接觸器RL2、交流電抗器L1等組成。當電網(wǎng)電壓低于235V時，比較器U3D輸出低電平，三機管Q1截止，繼電器RL1釋放，其常閉觸點接通航空接觸器RL2的供電回路，RL2吸合，電抗器L1被短路不起作用;當電網(wǎng)電壓高于235V時，比較器U3D輸出高電平，三機管Q1導通，繼電器RL1吸合，其常閉觸點斷開航空接觸器RL2的供電回路，RL2釋放，電抗器L1接入路燈供電回路，過高的電網(wǎng)電壓由其承擔一部分，保證路燈的工作電壓不會超過235V。發(fā)光管LED1用于指示繼電器RL1的工作狀態(tài).LED2用于指示航空接觸器RL2的工作狀態(tài)，壓敏電阻MY1用于觸點滅弧。繼電器RL3的作用是減小航空接觸器RL2的功耗，因為RL2啟動線圈電阻僅4Ω，保持線圈電阻70Ω左右，加直流24V時，啟動電流為6A，維持電流也大于300mAo通過繼電器RL3切換航空接觸器RL2的線圈電壓，減小保持功耗。原理是：RL2啟動時，其常閉輔助觸點短路了繼電器RL3的線圈，RL3釋放，常閉觸點把變壓器T1的高電壓端28V接入RL2的橋式整流輸入端;RL2啟動后，其常閉輔助觸點斷開，繼電器RL3得電吸合，常開觸點把變壓器T1的低電壓端14V接入RL2的橋式整流輸入端，以50%的啟動線圈電壓，來維持航空接觸器RL2的吸合狀態(tài)。

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