Aplikace HID elektronického balastu

Abstrakt: Tento článek popisuje princip a výhody elektronického balastu (nové zelené světelné produkty). Následně představuje elektronický balast vyvinutý naším společností, ukazuje problémy, které je třeba brát v úvahu během návrhového procesu, a zdůrazňuje praktické problémy, které je nutné vyřešit v budoucnu.

Klíčová slova: Zelené osvětlení, elektronický balast pro HID lampu

I. Úvod

Elektronický balast má výhody úspory energie, malých rozměrů, lehkosti a vysoké spolehlivosti, proto je široce používán k kompatibilitě s kompaktními fluoresecenčními lampami, slunečními lampami a integrovanými lampami. Dosáhl velmi dobrého ekonomického efektu a společenského efektu. Spolu s neustálým rozvojem elektronických technologií se zvýšila spolehlivost elektronických součástí a náklady se významně snížily. Elektronický balast bude důležitou částí zeleného osvětlení.

HID lampa je vysoce účinným zdrojem světla a široce se používá na mezinárodním trhu. Minulý rok bylo v Číně vyrobeno 14,8 milionů lamp MH & HPS. Navíc, s rostoucím počtem infrastrukturních projektů bude poptávka po HID lampách ročně narůstat. Proto je velmi důležité navrhnout rozumné elektrické doplňky pro HID lampy. Použití elektronického balastu je nejlepší volbou kvůli dobrému poměru výkon/cena. Tento článek představí hlavní technické charakteristiky a aplikace elektronického balastu a diskutuje o tom, jak rozšířit použití elektronického balastu pro HID lampy.

• Hlavní výhody elektronického balastu

  • Významný úsporný efekt:

※ Ve srovnání s tradičním elektromagnetickým balastem za stejných podmínek a stejného osvětlení bude u elektronického balastu pro HID lampu vstupní výkon nižší o více než 10%, protože elektronický balast používá proud vysoké nebo nízké frekvence a čtvercovou vlnu k zapálení lampy, což zvyšuje účinnost osvětlení systému.

※ Ztráty elektronického balastu vyrobeného naší společností jsou malé, efektivita 400 W elektronického balastu může dosáhnout 93 % nebo více.

• Výkonový faktor je vysoký a může dosahovat 0,99, což zvyšuje schopnost dodávat energii a snižuje ztráty při přenosu elektriny ze stanice.

• Díky elektronickému balastu má výstupní výkon stabilní (fluktuace výstupního výkonu elektronického balastu je méně než ±3%, zatímco hlavní napětí se mění o ±15%), za stejných podmínek bude fluktuace tradičního elektromagnetického balastu více než 10%. Proto, aby bylo splněno požadované osvětlení při změnách hlavního napětí, vždy navrhujeme nápravu na základě dolní hranice (-10%) změny napětí. Když je náprava provozována při normálním napětí, bude vstupní napětí z hlavního zdroje o 10% vyšší než nominální napětí nápravy, což může způsobit přetížení žárovky a zkrácení její životnosti. Avšak tento problém se nevyskytne, pokud je použit elektronický balast, díky jeho stabilnímu výstupnímu napětí může být vstupní napětí z hlavního zdroje sníženo o více než 10%.

2. Může šetřit spoustu zdrojů

Je dobře známo, že tradiční elektromagnetický balast potřebuje spoustu silicové oceli a lakovacích drátů a spotřebovává mnoho z omezených zdrojů Země. Použití elektronického balastu sníží spotřebu materiálů. Například balast CWA o výkonu 400 W pro halogenovou lampu vyžaduje 2,0 kg mědi a 4,0 kg silicové oceli, zatímco elektronický balast vyžaduje pouze 0,4 kg mědi.

3. Ve srovnání s tradičním elektromagnetickým balastem má elektronický balast vynikající zapalovací parametry.

※ Vstupní výkon do lampy je stabilní, variace výstupního výkonu elektronického balastu je méně než 3 %, zatímco síťové napětí se mění od 120 do 265 V. Je to užitečné pro aplikace s velkými fluktuacemi síťového napětí.

Níže uvedený obrázek ukazuje výstupní charakteristiku elektronického balastu pro halogenovou lampu o výkonu 150 W.

Z obrázku vyše je vidět, že při spouštění lampy roste napětí na lince a proud líně klesá. Spolu s nárůstem napětí na lampě roste také její výkon, který se poté ustálí po dosažení jmenovité hodnoty.

Díky stabilnímu výkonu lampy máme dva pozitivní účinky:

• Stabilní výkon lampy způsobuje, že její barva je konstantnější.

• Na základě charakteristik HID lampy se během poslední fáze životnosti rozdíl napětí uvnitř trubky postupně zvyšuje. Výstupní charakteristika tradiční elektromagnetické balastu je konstantní proud, změna proudu je velmi malá, což způsobuje růst výkonu lampy. Nárůst výkonu lampy opět zvyšuje rozdíl napětí uvnitř trubky, čímž se životnost lampy rychle ukončí. Jak je patrné z obrázku vyše, pokud použijeme elektronický balast, pak při postupném zvyšování napětí na lampě klesá i proud, výkon lampy se tedy ustálí. Proto je životnost lampy delší.

• PF>0,99, zvýší efektivitu elektřiny a sníží celkové náklady na návrh a instalaci vedení.

※ Celkové harmonické zkreslení proudu (THD) ≤10% je nižší než u tradičního elektromagnetického balastu (THD ≥15 %), což snižuje znečišťování elektrické sítě.

※ Díky tomu, že elektronický balast používá vysokofrekvenční nebo nízkofrekvenční proud k zapálení lampy, je okamžitý výstupní výkon lampy konstantní. Není žádné blikání a zlepšuje se tak osvětlovací účinek.

※ Rozžíhací obvod HID lampy obvykle používá vysoké napětí k rozžehnutí lampy. Některé lampy s chudou spouštěcí výkonností nebo lampy, které byly již nějakou dobu zapnuté, jsou těžké spustit, zejména při horkém startu. Tradiční rozžíhací obvod snadno vyvolává „blikající obloukový výboj“ a nemůže lampu rozžít po delší době. To může poškodit elektrody lampy a zkrátit její životnost. Elektronická balastka vyvinutá naším společností dokáže tento nedostatek odstranit. Používá intervalových pulzů pro rozžehnutí lampy a překonává problém se spouštěním. Zároveň, pokud dojde ke krátkému spojení výstupního obvodu, otevření výstupního obvodu nebo přílišnému horku, elektronická balastka má funkci automatické ochrany. Tím se zvyšuje spolehlivost osvětlení s elektronickou balastkou.

4. Elektronický balast může snadno provádět mnoho automatických ovládání, jako je inteligentní řízení jasu na základě vlastností žárovky. Rozsah dimování sodové žárovky je 40-100 % a MH žárovky 50-100 %. Je vyžadován pro mnoho aplikací spojených s úsporou energie při ovládání osvětlení.

Existuje mnoho způsobů, jak realizovat ovládání HID osvětlení.

a. Test signálů pohybu pomocí infračerveného senzoru, například pro supermarket, sklad, benzínovou pumpu a parkoviště atd.

b. Automatické ovládání výkonu žárovky pomocí senzoru světla, který je aktivován přirozeným světlem nebo jinými signály světla k realizaci automatického ovládání výkonu žárovky. Je vhodný pro osvětlení kanceláře, továrny, dolu, zemědělství atd.

c. Časové ovládání pro silniční osvětlení, je nakonfigurováno různými programy pro změnu výstupu svítivosti v různých časových obdobích během jednoho dne (24 hodin). Dokáže ušetřit mnoho energie pro osvětlení silnic, ulic, tunelů atd.

ruční dimování: HPS nebo MH žárovka lze také ovládat v širokém rozsahu ruční regulací vstupního výkonu žárovky pro hladkou a spojitou regulaci.

5. Malé, lehké a pohodlné montážní řešení

• Výzkum spolehlivosti elektronického balastu

Spolu s velmi rychlým vývojem elektronických technologií se kvalita elektronických komponentů neustále zvyšuje, takže spolehlivost elektronického balastu byla podstatně zajistěna. Proto je většina zapalovacích obvodů pro svítidelové lampy a úsporné lampy nahrazena elektronickým balastem. Abychom mohli používat elektronický balast pro HID lampy, musíme zvýšit spolehlivost a poměr výkonu/ceny elektronického balastu.

Ve srovnání se slunečním světelným přístrojem a energeticky úspornou žárovkou má HID žárovka složitější fyzikální proces. Musíme důkladně pochopit vlastnosti HID žárovky před návrhem spolehlivého obvodu. Například problém „akustické rezonance“ HID žárovky, který způsobuje nestabilní chod během spouštěcího procesu, dokonce může žárovku zhasnout. Uvažovali jsme následující problémy:

1) Udržování stability výstupního výkonu: Použitím čtvercové vlny proudu zajistíme stabilní charakter výstupního výkonu a odstraníme „akustickou rezonanci“.

2) Samoobrana při nepravidelném běhu elektronického balastu: Když je výstupní obvod spojený krátkým obvodem nebo je výstupní obvod otevřený, nebo dojde k selhání žárovky nebo překročení teploty okolí, elektronický balast má funkci samoobrany.

3) Stabilita výstupního výkonu znamená, že: a) Výstupní výkon balastu se nemění při změně hlavního napětí; b) Spolu s významnou změnou vstupního výkonu lampy v různých obdobích životnosti celkové HID lampy se výstupní výkon balastu nemění.

4) Použití vypínání při nulovém napětí ZVS a vypínání při nulovém proudu ZCS snižuje napěťové nebo proudové zátěže elektronických komponentů významně.

5) Omezíme zvýšení teploty produktu v rámci předepsaných mezí. Navrhneme vnitřní tepelnou strukturu elektronického balastu. Vybereme druh materiálu s reálnou tepelnou výměnou pro odvod tepel z elektronického balastu.

• Poměr výkonnosti k nákladům a aplikacím pro elektronický balast HID lampy

Teprve pochopením používání hodnoty, integrací ekonomického ukazatele a důležitosti zvyšování spolehlivosti HID lampy můžeme realizovat šíření HID lampy. Jako příklad ukazuje tabulka níže srovnání indukčního balastu s elektronickým balastem pro sodnou lampu o výkonu 400W.

Z toho, co bylo uvedeno výše, můžete každý rok ušetřit 204,00 RMB, což představuje návratnost 78 % nákladů ve stejném roce. Spojená ekonomická výhoda je významná.

Nyní existuje 4 hlavní překážky omezující šíření aplikací HID lamp. První je spolehlivost: návrhář musí úplně odstranit jevy akustické rezonance, které se objevují během startovacího procesu. Ve srovnání s balastním obvodem fluorescenční lampy je balastní obvod HID lampy složitější a obsahuje významně více součástek než fluorescenční balastní obvod. Proto je pravděpodobnost selhání jednotlivých součástek mnohem vyšší. Navíc mnoho továren (nebo firem) vyrábějících HID lampy používá různé normy. To způsobuje neslučitelnost lampy s elektronickým balastem a snižuje také účinnost aplikace. Výrobce elektronického balastu musí pečlivě vybírat součástky a zvyšovat spolehlivost produktu. Druhou je provozní podmínka elektronického balastu: vyžaduje se okolní teplota nižší než 55 ℃ a teplota jeho krytu nižší než 75℃, aby byl zajištěn životnost elektronického balastu. Proto je nutné navrhnout dobrý chladič pro elektronický balast. Třetí je odvod tepла u vysokovýkonnostních elektronických balastů: Je to důležitý faktor ovlivňující životnost elektronického balastu a čeká na dokonalejší návrh vysokovýkonnostního elektronického balastu užitkového typu. Poslední je cena: I když celková ekonomická výhoda je významná, počáteční investice je také vysoká, což těžko přijímají všichni klienti. A s rostoucí spolehlivostí se cena také zvyšuje. Věříme, že s rychlým rozvojem elektronických technologií budou postupně řešeny všechny zmíněné problémy a HID lampa s elektronickým balastem jako zelená osvětlení bude široce přijata všemi klienty.

Krátký souhrn

Elektronický balast pro HID lampu má výhody dobrého zapalovacího parametru, vysoké ekonomické úspory a snižování znečišťování hlavní elektřiny. Bude velkou měrou podporovat zelené osvětlení v Číně a je to účinný krok k dosažení cíle úspory energie 10 % co nejrychleji. Proto věříme, že stejně jako elektronický balast pro úsporné lampy a sluneční světelné lampy bude elektronický balast pro HID lampy také rozšířen velmi rychle. Aplikace elektronického balastu pro HID lampy (vyvinuté naší společností) v některých dopravních osvětleních domácích či zahraničních trzích ukazuje, že elektronický balast má výhodu významné úspory energie, ale také výhodu dlouhé životnosti.

Odkazy:

1. Elektronický balast pro HID lampy s vysokofrekvenčním čtvercovým vlnovým obalem pro vyhnutí se akustickým rezonancím

M. Ponce APEC 2001

2. <Pocket Guide to High Intensity Discharge Lamp Ballasts> ADVANCE