Anwendung von HID-Elektronischen Ballasten

Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt das Prinzip und die Vorteile des elektronischen Ballasts (neue grüne Beleuchtungsprodukte) vor. Anschließend wird der von unserem Unternehmen entwickelte elektronische Ballast vorgestellt, wobei auf einige Probleme im Design-Prozess hingewiesen wird. Einige praktische Probleme müssen in Zukunft gelöst werden.

Schlüsselwörter: Grünes Licht, elektronischer Ballast für HID-Lampe

I. Vorwort

Da der elektronische Ballast Vorteile wie Energieeinsparung, Kleinheit, Leichtgewicht und hohe Zuverlässigkeit bietet, wird er weitgehend zur Kombination mit kompakten Fluoreszenzlampen, Neonröhren und integrierten Lampen eingesetzt. Er erzielte sehr gute wirtschaftliche und gesellschaftliche Effekte. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Elektroniktechnik hat sich auch die Zuverlässigkeit elektronischer Bauelemente erhöht und die Kosten sind erheblich gesunken. Der elektronische Ballast wird zum wichtigsten Bestandteil des grünen Beleuchtungsprojekts werden.

HID-Lampe ist eine hochwirksame Lichtquelle und wird weltweit auf dem internationalen Markt eingesetzt. Im vergangenen Jahr wurden allein in China 14,8 Millionen MH- & HPS-Lampen hergestellt. Darüber hinaus wird mit dem Wachstum der Infrastrukturbau auch der jährliche Bedarf an HID-Lampen steigen. Deshalb ist es sehr wichtig, elektrische Zubehörteile vernünftig anzupassen und die Verwendung von Elektronikballasten als beste Wahl aufgrund ihres guten Leistungspreis-Verhältnisses zu bevorzugen. In diesem Artikel werden die wichtigsten technischen Merkmale und Anwendungen des elektronischen Ballasts vorgestellt und diskutiert, wie die Verbreitung der elektronischen Ballaste für HID-Lampen vorangetrieben werden kann.

• Hauptvorteile des elektronischen Ballasts

  • Bemerkenswerter Energieeinsparungseffekt:

※ Im Vergleich zum traditionellen elektromagnetischen Ballast unter gleichen Bedingungen und gleicher Beleuchtungsstärke verringert der elektronische Ballast für HID-Lampen den Eingangswirkstoff um mehr als 10 %, da der elektronische Ballast einen Strom mit hoher oder niedriger Frequenz und einer Rechteckwelle zur Zündung der Lampe verwendet, wodurch die Systemlichtausbeute hoch ist.

※ Der Verlust des von unserer Firma hergestellten elektronischen Ballasts ist gering; die Wirkungsgrad des 400-W-Elektronenballasts beträgt 93 % oder mehr.

• Der Leistungsfaktor ist hoch und kann 0,99 erreichen, was die Versorgungsfähigkeit erhöht und den Übertragungsverlust eines Kraftwerks reduziert.

• Aufgrund der elektronischen Ballast hat eine stabile Ausgangsleistung (Schwankung der Ausgangsleistung des elektronischen Ballasts weniger als ±3%, während sich die Netzspannung um ±15% ändert), beträgt die Schwankung der traditionellen elektromagnetischen Ballastausgangsleistung unter denselben Bedingungen mehr als 10%. Daher wird, um die Beleuchtungsanforderungen bei Spannungsschwankungen zu erfüllen, stets auf der unteren Grenze (-10%) der Spannungsschwankung das Lichtdesign basieren. Wenn das Gerät bei normaler Spannung betrieben wird, ist die Eingangsspannung aus dem Netz um 10% höher als die Nennspannung des Geräts, was zu einer Glühlampenüberlastung und einer verkürzten Lebensdauer führt. Dieses Problem tritt jedoch nicht auf, wenn ein elektronischer Ballast verwendet wird, da aufgrund seiner stabilen Ausgangsspannung die Eingangsspannung aus dem Netz um mehr als 10% reduziert werden kann.

2. Kann viele Ressourcen sparen

Es ist allgemein bekannt, dass eine traditionelle elektromagnetische Ballastierung viel Siliziumstahl und emailiertes Kupferdraht benötigt und somit erheblich von den begrenzten Ressourcen der Erde verbraucht. Die Verwendung einer elektronischen Ballastierung verringert den Materialverbrauch. Zum Beispiel benötigt eine 400 W CWA-Ballastierung für MH-Lampen 2,0 kg Kupfer und 4,0 kg Siliziumstahl, während eine elektronische Ballastierung nur 0,4 kg Kupfer benötigt.

3. Im Vergleich zur traditionellen elektromagnetischen Ballastierung hat die elektronische Ballastierungsschaltung hervorragende Zündparameter.

※ Die Eingangleistung zur Lampe ist stabil, die Schwankung der Ausgangsleistung der elektronischen Ballastierung beträgt weniger als 3 %, wenn sich die Netzspannung von 120 auf 265 V ändert. Dies ist nützlich für Anwendungen mit starken Schwankungen der Netzeinströme.

Die Abbildung unten zeigt das Ausgangslastverhalten der elektronischen Ballastierung für eine 150 W MH-Lampe.

Aus der Abbildung oben geht hervor, dass während des Einschaltvorgangs der Lampe die Lampenspannung zunimmt und der Lampenstrom allmählich abnimmt. Zusammen mit dem Anstieg der Lampenspannung nimmt auch die Leistung der Lampe zu und bleibt dann konstant, nachdem sie ihren Nennwert erreicht hat.

Dank der stabilen Lampenleistung haben wir zwei positive Effekte:

• Die stabile Lampenleistung führt dazu, dass die Lampe eine konstantere Farbe aufweist.

• Basierend auf den Eigenschaften der HID-Lampe nimmt im Endstadium des Lebenszyklus der HID-Lampe die Spannungsunterschiede innerhalb der Röhre allmählich zu. Die Ausgangseigenschaften traditioneller elektromagnetischer Ballaststoffe sind konstantstromfähig, wobei sich der Lampenstrom nur unwesentlich ändert, was zur Erhöhung der Lampenleistung führt. Die Zunahme der Lampenleistung erhöht erneut die Spannungsunterschiede innerhalb der Röhre, wodurch das Lebensalter der Lampe schnell endet. Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich ist, verringert sich bei Verwendung eines elektronischen Ballasts der Lampenstrom ebenfalls allmählich, wenn die Lampenspannung zunimmt, und die Leistung bleibt konstant. Daher ist das Lebensalter der Lampe länger.

• PF>0.99 erhöht die Effizienz der Stromversorgung und verringert die Gesamtkosten für den Entwurf und die Installation der Leitung.

※ Die totale harmonische Verzerrung der Stromwelle (THD) ≤10% ist geringer als bei traditionellen elektromagnetischen Ballasten (THD ≥15%). Dadurch wird die Verschmutzung des Hauptstroms reduziert.

※ Da der elektronische Ballast eine Hoch- oder Niederfrequenzwellenstrom verwendet, um die Lampe zu zünden, bleibt die momentane Ausgabeleistung der Lampe konstant. Es gibt keine Flackerei, und die Beleuchtungswirkung wird verbessert.

※ Der Zündkreis einer HID-Lampe verwendet normalerweise eine hohe Spannung, um die Lampe zu zünden. Einige Lampen mit schlechter Startleistung oder Lampen, die bereits eine Weile gebrannt haben, sind schwer zu starten, insbesondere bei einem heißen Start. Traditionelle Schaltungen erzeugen leicht einen ‘Scheinbogenentladung’ und können die Lampe über einen längeren Zeitraum nicht zünden. Dies kann die Elektroden der Lampe beschädigen und das Lebensalter der Lampe verringern. Das von unserer Firma entwickelte Elektronikballast kann diesen Mangel überwinden. Es verwendet intermittierende Impulse, um die Lampe zu zünden, und löst das Startproblem. Gleichzeitig hat der Elektronikballast eine automatische Schutzfunktion, wenn es zu einem Kurzschluss im Ausgangskreis, einem Offenstrom im Ausgangskreis oder einer Übertemperatur kommt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Beleuchtungsanlage mit Elektronikballast erhöht.

4. Der elektronische Ballast kann viele Automatiken einfach durchführen, wie die intelligente Steuerung der Helligkeit auf Basis der Lampencharakteristiken. Das Dimmbereich des Natriumfunkens beträgt 40-100 % und 50-100 % für MH-Lampen. Dies ist für viele Anwendungen zur Beleuchtungssteuerung und Energieeinsparnis erforderlich.

Es gibt viele Möglichkeiten, die HID-Beleuchtungssteuerung umzusetzen.

a. Durch einen Infrarot-Sensor wird das Bewegungssignal erkannt, wie z.B. in Supermärkten, Lagern, Tankstellen und Parkplätzen usw.

b. Die automatische Lamellenleistungssteuerung verwendet einen Lichtsensor und wird durch Tageslicht oder andere Lichtsignale aktiviert, um die Leistung der Lampe automatisch zu steuern. Es ist für Büro-, Fabrik- und Bergbau-, sowie Agrarbeleuchtungen geeignet.

c. Zeitgesteuerte Steuerung für Straßenbeleuchtung, mit unterschiedlichen Programmen konfiguriert, um die Leuchtkraftausgabe in verschiedenen Zeiträumen eines Tages (24 Stunden) zu variieren. Dadurch kann viel Energie für die Beleuchtung von Straßen, Wegen und Tunneln eingespart werden.

manuelles Dimmen: Eine HPS- oder MH-Lampe kann auch über einen weiten Bereich kontrolliert werden, indem manuell die Lampeneingangsleistung angepasst wird, um eine gleichmäßige und stetige Regelung zu erreichen.

5. Klein, leicht und bequeme Installation

• Die Zuverlässigkeitsforschung für elektronische Ballast

Mit der sehr schnellen Entwicklung der Elektroniktechnik ist die Qualität der elektronischen Bauelemente kontinuierlich gestiegen, so dass die Zuverlässigkeit des elektronischen Ballasts im Wesentlichen gesichert wurde. Daher wurden die meisten Zündschaltungen von Tageslichtlampen und Energiesparlampen durch elektronische Ballaste ersetzt. Um elektronische Ballaste für HID-Lampen zu verwenden, müssen wir die Zuverlässigkeit und das Leistungspreisverhältnis der elektronischen Ballaste erhöhen.

Im Vergleich zur Sonnenlichtlampe und zur Energiesparlampe hat die HID-Lampe einen komplexeren physikalischen Prozess. Wir müssen unser Bestes tun, die Eigenschaften der HID-Lampe zu verstehen, bevor wir eine zuverlässige Schaltung entwerfen. Zum Beispiel das Problem der „Akustischen Resonanz“ der HID-Lampe, das instabile Betriebsbedingungen beim Start der Lampe verursacht und sogar dazu führen kann, dass die Lampe ausgeht. Wir haben die folgenden Probleme berücksichtigt:

1) Gewährleistung der Stabilität der Ausgangsleistung: Verwendung eines Rechteckwellenstroms, um die Stabilität der Ausgangsleistung sicherzustellen und die „Akustische Resonanz“ zu eliminieren.

2) Selbstschutz bei ungewöhnlichen Betriebszuständen des Elektronikballasts: Wenn der Ausgangsschaltkreis kurzgeschlossen oder offen ist, oder wenn es zu einer Lampenfehlfunktion oder einer Überhitzung der Umgebung kommt, hat der Elektronikballast eine Selbstschutzfunktion.

3) Die Stabilität der Ausgangsleistung bedeutet, dass: a) Die Ausgangsleistung der Ballast nicht ändert, wenn sich die Spannung der Hauptstromquelle ändert; b) Zusammen mit dem erheblichen Wechsel der Lampeneingangsleistung in verschiedenen Phasen des gesamten Lebenszyklus einer HID-Lampe bleibt die Ausgangsleistung der Ballast konstant.

4) Nullspannungschaltung (ZVS) und Nullstromschaltung (ZCS) werden angewendet, um den Spannungs- oder Stromstress der Leistungskomponente erheblich zu verringern.

5) Die Temperaturerhöhung des Produkts innerhalb vorgeschriebener Grenzen kontrollieren. Den elektronischen Ballast intern thermisch strukturieren. Wir verwenden ein effektives Wärmeabstrahlungsmaterial zur Kühlung des elektronischen Ballasts.

• Das Verhältnis von Leistung zu Kosten und Anwendungsaussichten für elektronische Ballaste bei HID-Lampen

Erst nachdem man den Anwendungswert versteht, wirtschaftliche Indizes integriert und die Bedeutung der Zuverlässigkeitssteigerung von HID-Lampen erkennt, kann man die Verbreitung von HID-Lampen realisieren. Zum Beispiel zeigt die folgende Tabelle den Vergleich zwischen Induktionsballast und elektronischem Ballast für eine 400W-Natriumlampe.

Aus dem Obigen ergibt sich, dass man jedes Jahr 204,00 RMB sparen kann und im selben Jahr 78 % der Kosten zurückbekommt. Der zusammengefasste wirtschaftliche Nutzen ist erheblich.

Heutzutage gibt es 4 Hauptfaktoren, die die verbreitete Anwendung von HID-Lampen einschränken. Erstens ist da die Zuverlässigkeit: Der Designer muss das Phänomen der akustischen Resonanz, das während des Startvorgangs auftritt, vollständig überwinden. Im Vergleich zur Kompaktfloreszenzlampe ist die Ballastkreisschaltung für HID-Lampen komplexer und enthält deutlich mehr Komponenten als die Schaltungen für Kompaktfloreszenzlampen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Komponenten viel höher. Außerdem verwenden viele Fabriken (oder Unternehmen) unterschiedliche Standards bei der Herstellung von HID-Lampen. Dies führt dazu, dass die Lampen nicht mit elektronischen Ballasten kompatibel sind und die Anwendungseffizienz sinkt. Hersteller von elektronischen Ballasten müssen daher sorgfältig Komponenten auswählen und die Produktzuverlässigkeit erhöhen. Zweitens sind die Betriebsbedingungen des elektronischen Ballasts: Es wird eine Umgebungstemperatur von weniger als 55 ℃ und eine Gehäusetemperatur von weniger als 75 ℃ erfordert, um die Lebensdauer des elektronischen Ballasts zu gewährleisten. Deshalb muss ein guter Kühlkörper für den elektronischen Ballast entworfen werden. Drittens ist die Wärmeabfuhr bei Hochleistungs-elektronischen Ballasten wichtig, um deren Lebensdauer zu beeinflussen, und wartet auf eine weiterentwickelte Designlösung für nutzungstechnische Hochleistungs-ballasten. Letztlich ist da der Preis: Obwohl der gesamte wirtschaftliche Nutzen signifikant ist, ist die anfängliche Investitionskosten ebenfalls hoch, was es schwierig macht, von allen Kunden akzeptiert zu werden. Mit zunehmender Zuverlässigkeit wird sich auch der Preis erhöhen. Wir glauben, dass mit der raschen Entwicklung der Elektroniktechnik die oben genannten Probleme nacheinander gelöst werden und dass HID-Lampen mit elektronischem Ballast als grünes Beleuchtungsprodukt allgemein von allen Kunden akzeptiert werden.

Kurze Zusammenfassung

Der elektronische Ballast für HID-Lampen hat Vorteile wie gute Zündparameter, hohe wirtschaftliche Effizienz und reduzierte Belastung des Stromnetzes. Er wird das Green Lighting Projekt in China stark voranbringen und ist ein effektiver Schritt, um das Ziel einer Energieeinsparung von 10 % so schnell wie möglich zu erreichen. Daher glauben wir, dass der elektronische Ballast für HID-Lampen, genau wie der für Energiesparlampen und Leuchtstofflampen, sehr schnell verbreitet werden wird. Die Anwendung des elektronischen Ballasts für HID-Lampen (entwickelt von unserer Firma) in einigen Straßenbeleuchtungsprojekten im In- und Ausland zeigt, dass der elektronische Ballast nicht nur den Vorteil einer signifikanten Energieeinsparung bietet, sondern auch den Vorteil einer langen Lebensdauer.

Referenzen:

1. Elektronischer Ballast für HID-Lampen mit Hochfrequenz-Rechteckwellenform, um akustische Resonanzen zu vermeiden

M. Ponce APEC 2001

2. <Taschenführer zu Hochleistungsentladungslampenballasten> ADVANCE