【文章內(nèi)容簡介】 洲是目前對諧波干擾要求較嚴的地區(qū)，因而他們的電子鎮(zhèn)流器比較復(fù)雜，成本 也較高 [1]。 二、我國電子鎮(zhèn)流器的現(xiàn)狀與問題 我國最近幾年電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已有二百多家在研制生產(chǎn)電子鎮(zhèn)流器?；仡櫰浒l(fā)展歷史已走過了三個階段 [2]。 第一階段始于八十年代初，部分單位率先開始研制生產(chǎn)電子鎮(zhèn)流器?？梢哉f那時的電子鎮(zhèn)流器只是把熒光燈點亮，根本不講其安全要求和技術(shù)性能。其代表性的表現(xiàn)為標稱為 40W的電子鎮(zhèn)流器，實測光通量只有 20W熒光燈的光通量，好一點的只能達到 3 OW光燈的光通量。顯然，不講流明系數(shù)的節(jié)電是沒有意義的。查看一下那時電子鎮(zhèn)流器的說明書，把燈一開即亮當做優(yōu)點來 宣傳的很多，現(xiàn)在大家都知道熒光燈要預(yù)熱啟動，一開即亮說明燈絲沒有預(yù)熱，燈管容易早期發(fā)黑，這不是優(yōu)點。由于缺少規(guī)劃和領(lǐng)導(dǎo)，在這幾年中，在低水平上相互重復(fù)的多，符合要求的少。直到目前為止，大多數(shù)電子鎮(zhèn)流器仍停留在第一階段初級電子鎮(zhèn)流器的水平上。由于第一階段初級電子鎮(zhèn)流器的可靠性差 ，性能價格比低是不能推廣使用的。 在實踐中，不少單位逐步認識到了預(yù)熱啟動和異常狀態(tài)自動保護的重要性，因而使電子鎮(zhèn)流器的研制生產(chǎn)進入了第二階段。在目前情況下，我國的電子鎮(zhèn)流器大多是與普通預(yù)熱式熒光燈管配套使用的。預(yù)熱式燈管如不預(yù)熱進行冷 啟動，加上電子鎮(zhèn)流器施加于燈管兩端的電壓既快又高，燈絲陰極的電子濺射很厲害，容易造成燈管兩端早期發(fā)黑 電子鎮(zhèn)流器的高頻燃點反而縮短了燈管的使用壽命。眾所周知，電感鎮(zhèn)流器熒光燈管臨近壽終時必然會出現(xiàn)下述過程：兩頭發(fā)黑 —— 比較難于啟動 —— 燈絲燒得紅彤彤的，而燈管不啟動 直到把燈絲燒斷而宣告燈管壽終。普通的電子鎮(zhèn)流器的確頂不住稱為“燈不啟動 ”異常狀態(tài)的考驗， 一旦出現(xiàn)這種異常狀態(tài)后幾十分鐘，電子鎮(zhèn)流器就要被燒毀。所以當出現(xiàn)這種現(xiàn)象時如不采取措施，普通電子鎮(zhèn)流器的壽命較難做到比燈管壽命長，如一個新的普通電子鎮(zhèn) 流器配接一支舊燈管，那么該電子鎮(zhèn)流器的壽命將會受到更大的影響。以具有預(yù)熱啟動和異常狀態(tài)自動保護功能的第二階段的電子鎮(zhèn)流器，比第一階段的初級電子鎮(zhèn)流器的安全和技術(shù)性能確實有了提高 因而目前國內(nèi)不少研制生產(chǎn)單位都在努力以此來改進第一階段的初級電子鎮(zhèn)流器。 在電子鎮(zhèn)流器的大量使用中，即使是第二階段具有預(yù)熱啟動和異常狀態(tài)自動保護的電子河海大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 3 鎮(zhèn)流器。也遇到了想象不到的嚴重挑戰(zhàn)。促使電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展進入了第三個階段。 第三階段的電子鎮(zhèn)流器是按 IEC和國家專業(yè)標準要求設(shè)計的，在第二階段基礎(chǔ)上又有了重大突破。理論和實踐都發(fā)現(xiàn) 如 達不到標準中一些主要安全和技術(shù)要求的電子鎮(zhèn)流器是不能大量推廣的。例如一度有爭議的“電源電流波形及諧波總量 ”這一技術(shù)要求．現(xiàn)在看來極為重要。照明用電必須三相平衡是每個電工眾所周知的基本常識 如果把照明用燈都接在一相上中線電流就很大，容易引起事故。當三相平衡接上白熾燈時，中線電流是接近于零的。當三相平衡接上電感鎮(zhèn)流器熒光燈時，線電流就不完全等于零了，因為第一、第二發(fā)展階段的電子鎮(zhèn)流器電源波形不是正弦而是尖脈沖，諧波含量大大超過標準規(guī)定，這不僅造成對電網(wǎng)的干擾大，線路功率因數(shù)不高 (一般只有 0． 6左右 )，更嚴重的 會影響電子鎮(zhèn)流器與供電網(wǎng)絡(luò)的安全運行。在大批量使用時，即使在三相平衡接上電子鎮(zhèn)流器熒光燈，其中線電流也無法抵消，在啟動時，加上浪涌，其中線電流大得更為驚人。往往會引起三相氣動開關(guān)跳閘 (燒保險絲 )，更嚴重的因中線電流嚴重超載而引起火災(zāi)。另一個嚴重問題是當三相同時啟動電子節(jié)能燈時，成片的電子節(jié)能燈有可能同時燒毀。電子節(jié)能燈在單相中同時啟動時就沒有這種現(xiàn)象發(fā)生。 1991年 1月在日本召開的國際電子鎮(zhèn)流器學術(shù)會議上，“電源電流的高次諧波” 是備受矚目的問題，認為對這個問題“非有解決辦法不行” ，因為這些問題不是一般的 性能好壞和指標高低的問題，而是必須強制解決的安全問題。 三、電子鎮(zhèn)流器的未來發(fā)展 我國電子鎮(zhèn)流器未來發(fā)展的首要問題是要確立正確的設(shè)計思想，設(shè)計出符合標準要求，適合規(guī)模生產(chǎn)和滿足大批量使用要求的高性能電子鎮(zhèn)流器。而電子鎮(zhèn)流器與燈管的組合最重要的課題是提高鎮(zhèn)流效率和使用壽命。解決電子鎮(zhèn)流器與燈管的最佳匹配是提高效率最基本的技術(shù)措施。采用高頻雙輝點方式點燈，適度控制點燈狀態(tài)時的燈絲電壓 (電流 )可以提高燈管的輸出功率和延長燈管的使用壽命。搭載高頻專用燈管是提高效率的有效措施。它不但可以提高燈管的功率和功率因數(shù)，而且 可以進一步提高發(fā)光效率，延長燈管的使用壽命。電子鎮(zhèn)流器的集成化可以縮小體積，減少損耗和提高其可靠性。 BSIT雙極模式靜電感應(yīng)晶體管耐壓高、速度快、保護壓降低、沒有二次擊穿效應(yīng)，是電子鎮(zhèn)流器較為理想的功率元件。 隨著熒光燈電子鎮(zhèn)流器技術(shù)的日趨成熟及電子元器件性能的提高和成本的降低，高強度氣體放電燈 (高壓鈉燈和金屬鹵素物燈等 )電子鎮(zhèn)流器、冷光束低壓鹵鎢燈和高壓霓虹燈電子變壓器將朝日用化方向發(fā)展，高頻無極熒光燈將會東山再起 。 在全功能電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上加上恒照度自動控制及時控開關(guān)自動控制等功能可以使河海大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 4 電子鎮(zhèn)流器 熒光燈朝智能化方向發(fā)展。這種燈在晚上功率全部開足，達到規(guī)定的照度要求 (例如 5 0Blx) 天逐漸亮起來，自然光射到室內(nèi) 照度超過 500 Lx時，燈自動調(diào)低功率，使照度仍保持為 5 0 0lx，當太陽光射到室內(nèi)，自然光在室內(nèi)的照度已達到或超過 5 00Lx時，燈就自動熄滅。這種燈還可根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定開燈與關(guān)燈的時間，人不在對也會自動關(guān)燈，一切都自動進行。這樣可以在滿足高標準照明要求的前提下，達到更加節(jié)能目的。 第二節(jié) HID燈簡介 HID就是 （ High intensity Discharge） 高壓氣體放電燈的英文 縮寫，可稱為重金屬燈或氙氣燈 。 HID氣體燈包括高壓鈉燈、汞燈及金屬鹵化物燈 。它的原理是在 UVcut抗紫外線水晶石英玻璃管內(nèi)，以多種化學氣體充填，其中大部份為氙氣（ Xenon）與碘化物等惰性氣體，然后再透過增壓器（ Ballast）將直流電壓瞬間增壓至 23000伏特的電流，經(jīng)過高壓震幅激發(fā)石英管內(nèi)的氙氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源，這就是所謂的氣體放電。而由氙氣所產(chǎn)生的白色超強電弧光，可提高光線色溫值，類似白晝的太陽光芒，亮度是傳統(tǒng)鹵素燈泡的三倍，使用壽命比傳統(tǒng)鹵素燈泡長 10倍。 HID燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理如 圖 1和 2。 圖 1 HID燈內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2 HID燈工作原理電路系統(tǒng)圖 一、氙氣燈 氙氣燈是一 種 含有氙氣的新型大燈 ， 又稱高強度放電式氣體燈 。 氙氣燈打破了愛迪生發(fā)明的鎢絲發(fā)光原理，在石英燈管內(nèi)填充高壓惰性 氣體 — Xenon 氙氣，取代傳統(tǒng)的燈絲，在兩 端 電極上有水銀和碳素化合物，透過安定器以 23000 伏高壓電流刺激氙氣發(fā)光，在兩極間形成完美的白色電弧 ， 發(fā)出的光接近非常完美的太陽光。 河海大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 5 二、 氙氣燈（ HID ）的發(fā)光原理 [3] HID 氙氣燈與傳統(tǒng)鹵素燈不同，這是一種高壓放電燈，它的發(fā)光原理是利用正負電刺激氙氣與稀有金屬化學反應(yīng)發(fā)光，因此燈管內(nèi)有一顆小小的玻璃球，這其中就是灌滿了氙氣及少許稀有金屬，只要用電流去刺激它們進行化學反應(yīng)，兩者就會發(fā)出高 4000K12021K色溫度的光芒。它采用一個特制的鎮(zhèn)流 器，產(chǎn)生 23000V以上的觸發(fā)電壓使燈啟動。啟動時 秒的亮度是額定亮度的 20% ，達到鹵素燈的亮度 ， 并使大燈 4秒以內(nèi)達到額定亮度的 80% 以上。在燈穩(wěn)定后鎮(zhèn)流器向燈提供約 85V 供電電壓保持燈以恒定功率運轉(zhuǎn)。 三、 氙氣燈（ HID ）的性能優(yōu)點 一般的 55W鹵素燈只能產(chǎn)生 1000流明的光，而 35W氙氣燈能產(chǎn)生 3200 流明的強光，亮度提升 300% ，擁有超長及超廣角的寬廣視野，為你帶來前所未有的駕車舒適感；讓夜晚不再黑暗，視野更清晰，可大大減少行車事故率。 HID 氙氣 燈是利用電子激發(fā)氣體發(fā)光，并無鎢絲存在，因此壽命較長，約為 3000 小時，大幅度超越汽車夜間行駛的總時數(shù) ， 而鹵素燈只有 500 小時。 節(jié)電性強：氙氣燈只有 35W，而發(fā)出的是 55W鹵素燈 ， 大 大減輕汽車電力系統(tǒng)的負荷，電力損耗節(jié)省 40%，相應(yīng)提高了性能，節(jié)約能源。 色溫性好：有 4300K12021K等 ， 6000K接近日光，深受廣大用戶的好評，而鹵素燈只有 3000K， 光色暗淡發(fā)紅。 恒定輸出，安全可靠：當供電系統(tǒng)和電池出現(xiàn)故障，鎮(zhèn)流器自動關(guān)閉停止工作。（氙燈與 鹵素燈的流明數(shù)、色溫和壽命比較 如圖 3所示 ） 圖 3鹵素燈與 HID燈視野比較 河海大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 6 四、光學的參數(shù)和基本概念 流明 流明是 光學亮度 的科學術(shù)語，是指一個物體的視覺亮度。 在外行人的術(shù)語中，它通常指的是 亮度 。 流明是國際光流量單位。所謂的流明簡單來說，就是指蠟燭燭光在一公尺以外的所顯現(xiàn)出的亮度。流明 (Lumens)是氙氣燈主要的技術(shù)指標，通常 是以光通量來表示。光通量是描述單位時間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺響應(yīng)強弱的能力，單位是流明，也叫明亮度。 色溫 色溫指的是光波在不同的能量下，人類眼睛所感受的顏色變化。在色溫的計算上，是以 Kelvin 為單位，黑體 輻射 的 0176。 Kelvin= 攝氏 273 176。C 做為計算的起點 。將黑體加熱，隨著能量的提高，便會進入可見光的領(lǐng)域，例如，在 2800 176。 K 時，發(fā)出的色光和燈泡相同，我們便說燈泡的色溫是 2800 176。K ?？梢姽忸I(lǐng)域的色溫變化，由低色溫至高色溫是由橙紅 白 藍 ， 色溫用開爾文 度（ K）表示。 光效 光效是指電能轉(zhuǎn)換成光能的效率。單位：流明每瓦 [1M/W] 燈具效率 燈具效率（也叫光輸出系數(shù)）是衡量燈具利用能量效率的重要標準，它是燈具輸出的光能量與燈具內(nèi)光源輸出的光能量之間的比例。 光強 一般來講，光線都是向不同方向發(fā)射的，并且強度各異?？梢姽庠谀骋惶囟ǚ较蚪莾?nèi)所發(fā)射的光通量就叫做光強。 單位：坎德拉 [Cd] 照度 E 照度（ E）是光通量與被照面積的比例系數(shù)。單位：勒克司 [LX] 流明系數(shù) BF（ Ballast Factor） 流明系數(shù)為 被測量鎮(zhèn)流器與基準燈配套點燃時的光輸出 /基準鎮(zhèn)流器與基準配套點燃時光輸出。 第三節(jié) 立題依據(jù)和實際意義 HID燈的優(yōu)點是顯而易見的，總體來說就是高亮度、高色溫、高壽命、低能耗、安全性能高。 HID燈的用途也非常廣泛，例如車用照明、民用照明、工程照明、商用照明、景觀照明等等。 HID燈的優(yōu)點很多用處廣泛 ,但是在使用中應(yīng)使燈的工作性能和電子鎮(zhèn)流器的工作性能相匹配，才能使燈能工作在最佳狀態(tài)，這是因為 HID燈是一種具有如圖 4示 VI特性為負阻性的電光源 ,從圖 4可以看出，當燈電流上升時，燈管的工作電壓下降，但是供電電壓不 會下降，多出的這點電壓加到燈管后會使燈電流進一步上升，如此循環(huán)，最終燒壞燈管或燈管熄滅，所以要使燈管正常工作，應(yīng)配以鎮(zhèn)流元件，用以限制和穩(wěn)定燈電流電壓 ,鎮(zhèn)流器是日光燈、節(jié)能燈的心臟，市場更廣闊。 河海大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 7 圖 4 HID氣體放電燈的 VI負阻特性曲線 目前市面上的鎮(zhèn)流器主要有電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器兩種 ,電感鎮(zhèn)流器由于其簡單．價廉和長壽命等優(yōu)點，已得到了廣泛的應(yīng)用。 由于電感式鎮(zhèn)流器工作在工頻市電頻率，體積大、笨重，還需消耗大量銅和硅鋼等金屬材料，散熱困難、工作效率低、燈發(fā)光有頻閃， 噪音 ,所以電感鎮(zhèn)流器并非是最理想的 鎮(zhèn)流裝置。電子鎮(zhèn)流器已日趨成熟，由于它高效、節(jié)能、節(jié)電、省材、無噪音、無頻閃、功率因數(shù)高和電壓啟動性能好等優(yōu)點，其性價比優(yōu)于電感鎮(zhèn)流器 ,所以 現(xiàn)在一些電光源界的科技工作者紛紛尋找新的鎮(zhèn)流方法 , 國內(nèi)外目前對于 HID電子鎮(zhèn)流器取代電感式鎮(zhèn)流器的官方呼聲也很高。我國在 “十一五 ”《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中的“節(jié)能的重點領(lǐng)域和重點工程 ”章節(jié)里明確地提出了在照