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HID灯对镇流器的要求及作业电路的挑选

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HID灯是一种高气压放电灯,其放电的“伏一安”性能呈负阻特性,因此在灯的工作电路中需连

HID灯对镇流器的要求及作业电路的挑选


HID灯是一种高气压放电灯,其放电的“伏一安”功能呈负阻特性,因此在灯的作业电路中需衔接限流器材,即一般称为镇流器。HID灯大都作业在沟通状态下,选用电抗器材作为镇流器。HID灯有不同的品种,依据灯的类型及其运用的需求,可装备不同方式的镇流器电路,以求得镇流器电路和灯的最佳匹配。作为一般照明用的常用HID灯有高压汞灯、高压钠灯和金卤灯。高压汞灯是HID灯中开展最早的光源,产品功能安稳,配套的镇流器电路较老练。高压钠灯和金卤灯是近代开展的高效节能新光源,要求镇流器能和灯有很好的匹配,以获得更好的归纳作用。


1 高压钠灯和镇流器
高压钠灯和高压汞灯在功能上有所不同,高压钠灯内不只要汞,还充有钠,在灯作业期间,钠和汞以液钠汞气的方式贮藏在放电管的冷端部分。高压钠灯在寿数期间,灯功率跟着灯电压的改动而发作改动。这和高压汞灯的情况有所不同,高压汞灯在功率发作改动时灯电压相对地坚持安稳,因为高压汞灯作业时灯内的汞蒸气压处于饱满状态下。高压钠灯的灯电压和灯功率的联系是依据在放电管内包含着过量的钠汞气而构成的。在灯作业期间,只要部分的汞和钠构成蒸气压,蒸气压的凹凸也即反映在灯电压上,它取决于放电管“冷端”处的温度。冷端温度的改动构成蒸气压的改动,发作灯电压的改动,然后发作灯功率的改动。在必定的功率规模内灯电压和灯功率的联系近似于线性联系。


1.1高压钠灯的特性曲线
高压钠灯的灯功率和灯电压的线性联系曲线称为灯的特性曲线,关于一个特定的灯的特性曲线,可通过在必定规模内改动电源电压或镇流器的阻抗,然后改动灯的电压和功率得到,如图1所示。当灯电压等于规划电压时,灯功率将到达规划方针功率。对相同类型,相同功率的灯有近似平行的特性曲线,如图2所示。关于那些有较高灯电压的灯,其特性曲线斜率的陡度会减小。


1.2高压钠灯镇流器的特性曲线
当高压钠灯在安稳的输入电压下接连作业时,灯电压和灯功率的改动会遵从着镇流器的特性曲线。如图3为两种典型镇流器的特性曲线。该曲线可通过丈量一批带有不同特性曲线灯的灯电压和灯功率得到,或对同一个灯通过外部办法,使放电管的冷端温度升高来改动灯电压和灯功率得到。当电源电压改动时可得到一组镇流器特性曲线。如图4为在额外电源电压升高或下降时对镇流器特性曲线的影响。


1.3高压钠灯镇流器的四边形图
在高压钠灯的运用体系中存在着各种要素的改动,如:电源电压的改动、灯功能随时刻的改动、灯具内反射器功率的改动、运用环境的改动等等,怎么使镇流器的特性曲线习惯这些动态的改动?高压钠灯的国际规范中以鸿沟图的方式,要求镇流器能保证灯在寿数期间及任何动态改动的情况下,其电气功能参数改动约束在必定的规模内。如图5所示,高压钠灯为镇流器特性曲线规则了一个四边形图。
四边形图的上部代表着高压钠灯最大功率的极限。最大功率的极限取决于放电管最大可答应的作业温度。最大功率线一般设置在超越灯泡标称功率的20—30%左右。
四边形图的下部代表着高压钠灯最小功率的极限。设置最小功率线以保证能满意灯泡的升温特性、灯泡作业的安稳性、可接受的光的输出功率,以及光色功能等。最小功率线一般设置在低于灯标称功率的20—30%邻近。
四边形图左面的最小灯电压线为灯可接受的最小灯电压的灯特性曲线。关于每种规范的高压钠灯所认同的最小灯电压都已规则在灯的功能参数表中。
四边形图右边的最大灯电压线表明为灯可答应的最高灯电压时的灯特性曲线,该曲线考虑了灯中或许呈现的最大灯电压、灯寿数期间灯电压的上升、密封式灯具内灯电压的上升,以及其他改动要素。假如灯电压超出最大灯电压曲线之外,这时镇流器将不能保证灯能安稳地或持续地作业。
因此,上述四边形图可作为高压钠灯作业体系的一个规范,它包含了灯和镇流器两者的要求,也考虑了其他要素的影响。四边形图归纳性地规则了镇流器规划的条件,如:
a)镇流器的特性曲线应与两条灯电压线相交,并在灯的寿数期间坚持在灯功率的极限线之间。
b)镇流器的规划应使灯不只在额外电源电压下,并且在可答应的最低或最高的电源电压下,总是作业在四边形图的区域内。
c)最佳的镇流器特性曲线要能使灯在最大电压线之前到达最大功率,然后在该点外灯功率跟着灯电压的增大而减小。关于一个接近灯规划功率线的相对比较平整的镇流器特性曲线比相对峻峭上升和下降的特性曲线更可取。
d)为防止缩短灯的寿数,或作业的不安稳性,镇流器应能使灯远离四边形图右边最大灯电压特性外作业。
在高压钠灯的国际规范中,不同规范灯对镇流器规则了不同的四边形图的要求。如图6。
高压钠灯镇流器的制作并不杂乱,但往往因为在规划、工艺及选用资料上的差异,同一规范不同厂家出产的镇流器配用高压钠灯时,呈现出不同形状的镇流器特性曲线,如图7所示。质量差的镇流器会构成灯泡运用期间超负载运转,或作业的不安稳性。


2 金卤灯和镇流器
金卤灯的放电管中因充人不同的金属卤化物而构成各种不同类型的金卤灯,这些不同类型的金卤灯不只在灯的光电功能参数上有着显着的不同,并且在灯的运转和保护中对配套电器的要求也不尽相同。因此,挑选适宜的镇流器和相关的作业电路,以充分发挥金卤灯的功能优势是至关重要的。


2.1常用的金卤灯镇流器及作业电路
1)感抗型镇流器(Choke)
这是常用的普通型镇流器,其开路电压即为电源电压,需求借助于触发器来发动灯作业,作业电路的电压峰值因数和电流峰值因数较低,对保护放电管的电极有利,这种镇流器的本钱较低,但在电源电压动摇较大的情况下,操控灯功率的动摇和安稳灯功能的才能较差。
2)高阻抗自耦升压式镇流器(HX Auto)
这种镇流器运用在低电源电压(如:100V/120V)的场合,或为获得高的开路电压而使灯能直接发动的场合。作业电路的峰值电压和电流峰值因数较高,操控灯陛能安稳性的才能也较差,一般这种镇流器较少选用。
3)恒功率自耦升压式镇流器(CWA)
这种镇流器由自耦漏磁升压变压器串联电容器组 成,称为恒功率镇流器,也称为超前高峰式镇流器。该 镇流器可获得较高的开路电压,线路功率因数可达90%。在电源电压崎岖较大情况下,对安稳灯的功率,保护好灯的功能起到较好的调节作用。甚至在电源电压下跌30-40%时还能使灯持续作业。但线路的电流峰值因数较高,镇流器的本钱也相对较高。
4)恒功率升压式镇流器(CWl)
这种镇流器由漏磁升压变压器串联电容器组成,也是一种恒功率镇流器,它比上述CWA镇流器有更好的安稳灯功率及功能的调节作用。
5)调整式迟后型镇流器(Regulated Lag)
这种镇流器实际上是一个稳压式电器,保证金卤灯一直在安稳的电源电压下作业,可使灯获得最长的寿数和最佳的灯功能参数的保护。这种镇流器的本钱较高,但对金卤灯照明的长时刻运转本钱来说却是低的。
图8是上述镇流器的作业电路图,表1为首要功能参数的比较。


2.2金卤灯对镇流器作业电路的挑选
现在在国内用于一般照明用的金卤灯首要有Na-T1-In型、Sc-Na型,及稀土金属(Dy,Ho,Tm...)型等不同类型,它们别离具有不同的功能特色,并要求配用适宜的镇流器。


1)Na-TI-In型金卤灯及镇流器
Na-T1-In型金卤灯来自于欧洲的制作技能,其灯的发动功能优秀,配用一般的感抗型镇流作业电路,只需求在电源电压下(220V),加上较低峰值电压(≤750V)的触发器就能发动灯作业。灯的光电功能参数安稳,具有长寿数(平均寿数20000h),高光通保持率的特色。通过功能改进的Na-Tl-In型金卤灯,可配用同一功率类型的高压汞灯镇流器或高压钠灯镇流器作业,而金卤灯的平均寿数仍可到达规则的20000h之内。这样,这种金卤灯在没有替换原有照明设备内电器的情况下可方便地替换原有的高压汞灯或高压钠灯,它比前者进步了光效并改进了光色,也比后者大大地改进了显色功能。首要参数的改动参见表2。


2)Sc-Na型金卤灯及镇流器
Sc-Na型金卤灯来自于美国的制作技能,放电管的结构类似于高压汞灯,灯作业不选用触发器而借助于镇流器的高开路电压及灯的发动电极的作用,使灯发动作业。关于这类金卤灯(175-1500W),美国规范和我国国家规范中都引荐选用CWA镇流器作业电路,这样可进步灯作业的安稳性,保证灯的长寿数及杰出的光通保持率。假如Sc-Na型金卤灯选用上述Na-T1-h金卤灯的作业电路,不只会使灯的前期失效添加(触发器易损坏灯的发动电极),缩短灯的平均寿数,并且添加灯的光衰。如图9为选用“感抗镇流器+触发器”作业电路的不同金卤灯的光衰曲线。
在Sc-Na型金卤灯的CWA型作业电路中,自耦漏磁升压型镇流器的功能对灯作业功能的安稳性起着重要作用。要求在灯作业期间,镇流器提供给灯并保持灯能接连作业的最低保持电压Vss能到达以下值:
Vss=C1+C2(OT)-C3(di/dt) (175-1000W)
Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di/dt)] (1500W)
Vss 镇流器对灯的最低保持电压 (V)
OT 在灯电压为零时的断流时刻 (ms)
di/dt 在灯电压为零时的电流改动率 (A/ms)
Cl,C2,C3为常数,取决于灯的规范,见表3。
最低保持Vss也可在美标或国标的文件中查得。


3)脉冲发动-Pulse start型(Sc—Na)金卤灯及镇流器
关于传统的Sc-Na型金卤灯选用CWA电路时有600V峰值开路电压加到放电管的发动极上,并引起较高的峰值电流,这样会影响灯的功能。脉冲发动型金卤灯是从灯和镇流器两方面进行改进,使灯与镇流器作业电路到达最佳的组合,以获得最佳的归纳作用。
一方面改进放电管的结构,取消了发动电极,如图10b,并改进化学配方及制作工艺,改进灯的发动功能,然后全面地改进了灯的功能。另一方面改进镇流器的作业电路,选用触发器来发动灯作业,然后可下降镇流器的开路电压,也即下降了峰值电压及峰值电流。镇流器的作业温度也相应下降,添加了镇流器的寿数,削减保护本钱。灯和镇流器作业电路改进的归纳作用,使脉冲发动型金卤灯与发动极型金卤灯比较,灯的光输出进步25-50%光通保持率改进了15-25%,灯的平均寿数也进步50%以上。
表4为两品种型Sc-Na金卤灯及镇流器的首要功能参数的比较。
脉冲发动型金卤(Sc-Na)灯也能够选用功能更好的CWI和Regulated Lag的脉冲发动型作业电路,如图12。


4)小功率金卤灯及镇流器
小功率金卤灯中首要有Sc-Na型和稀土金属型(Dy,Ho,Tm...)两品种型,前者具有较高的光效和较长的寿数,后者有较好的显色功能,依据它们的特色,可挑选运用在不同场合。这两品种型灯都选用简略的 “感抗镇流器+触发器”的作业电路, 电源输入端并接补偿电容器以改进体系的功率因数。
小功率金卤灯也能够配用电子镇流器,这些镇流器的作业频率大都为低频(<200Hz),这样可防止放电管内发作声共振及光的闪烁。一般电子镇流器提供给灯的电流峰值因数<1.5,体系的功率因数>90%,总谐波重量(THD)<15%。小功率金卤灯配用电子镇流器后,能进步灯作业的安稳性,削减光衰,添加寿数。但这种低频的电子镇流器本钱很高,因此还不能很多推广运用。


5)金卤灯镇流器的近期发展
近来,国内外都在致力于中功率金卤灯电子镇流器的开发。国外已开发成功中功率高频金卤灯电子镇流器,其作业频率>100kHz,可防止发作放电管内的声共振。该镇流器还能够完成必定规模的调光。金卤灯运用这种电子镇流器后可添加灯的光输出,极大地下降光衰,进步灯的寿数,并具有节能好的归纳作用。灯和镇流器的首要功能参数比较见表5及图13。


参考文献
1 IEC 60662-1997 High pressure sodium vapour lamps.
2 ANSI C78.387-1987 American NaTIonal Standard for ElectricLamps-Metal Halide Lamps-Metal of Measuring CharacterisTIcs.

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