Aplicación del Balastro Electrónico HID

Resumen: Este artículo presenta el principio y las ventajas del balastro electrónico (nuevos productos de iluminación ecológica). Luego se describe el balastro electrónico desarrollado por nuestra empresa, señalando algunos problemas a tener en cuenta durante el proceso de diseño. Además, se deben resolver algunos problemas prácticos en el futuro.

Palabras clave: Iluminación verde, balastro electrónico para lámpara HID

I. Prólogo

Dado que el balastro electrónico tiene las ventajas de ahorro de energía, pequeño tamaño, ligero y alta fiabilidad, se utiliza ampliamente para combinar con la lámpara de fluorescencia compacta, la lámpara de luz solar e integrada. Se ha obtenido un muy buen efecto económico y social. Con el desarrollo continuo de la técnica electrónica, también ha aumentado la fiabilidad de los componentes electrónicos, y el costo ha disminuido considerablemente. El balastro electrónico será una parte importante del proyecto de iluminación verde.

La lámpara HID es una fuente de luz de alta eficiencia y está ampliamente adoptada en el mercado internacional. El año pasado, solo en China se produjeron 14,800,000 lámparas de MH e HPS. Además, con el aumento de la construcción de infraestructuras, también aumentará la demanda anual de lámparas HID. Por lo tanto, es muy importante diseñar accesorios eléctricos adecuados para la lámpara HID; utilizar un balasto electrónico es la mejor opción debido a su buena relación de rendimiento/precio. Este artículo presentará las principales características técnicas y aplicaciones del balasto electrónico, y discutirá cómo popularizar la aplicación del balasto electrónico para lámparas HID.

• Principales ventajas del balasto electrónico

  • Efecto notable de ahorro de energía:

※ Comparado con el balasto electromagnético tradicional bajo las mismas condiciones e iluminancia, el balasto electrónico para lámparas HID reducirá la potencia de entrada en más del 10%, ya que el balasto electrónico utiliza corriente de alta o baja frecuencia y onda cuadrada para encender la lámpara, lo que genera una eficacia lumínica del sistema alta.

※ La pérdida del balasto electrónico producido por nuestra empresa es baja, la eficiencia del balasto electrónico de 400 W puede alcanzar el 93% o más.

• El factor de potencia es alto y puede alcanzar 0.99, lo cual aumentará la capacidad de suministro de energía y reducirá la pérdida de transmisión eléctrica para una planta eléctrica.

• Debido a que el balasto electrónico tiene una potencia de salida estable (la variación de la potencia de salida del balasto electrónico es menor de ±3%, mientras que la tensión principal cambia ±15%), bajo las mismas condiciones, la variación de la salida del balasto electromagnético tradicional será superior al 10%. Por lo tanto, para satisfacer el requisito de iluminancia dentro de la variación de la tensión principal, siempre nos basamos en el límite inferior (-10%) de la variación de voltaje para diseñar la luminaria. Cuando la luminaria se opera a una tensión normal, la tensión de entrada desde la fuente de alimentación será un 10% mayor que la tensión nominal de la luminaria, lo que causará sobrecarga de la lámpara y reducirá su vida útil. Sin embargo, este problema no ocurrirá si se utiliza un balasto electrónico, ya que debido a su voltaje de salida estable, la tensión de entrada desde la fuente de alimentación puede disminuir más del 10%.

2. Puede ahorrar muchos recursos

Es bien conocido que el balasto electromagnético tradicional necesita mucho acero silicio y alambre esmaltado y consume mucho de los recursos limitados de la Tierra. Adoptar un balasto electrónico reducirá el material utilizado. Por ejemplo, un balasto CWA de 400 W para lámparas MH necesita 2.0 kg de cobre y 4.0 kg de acero silicio, mientras que un balasto electrónico solo necesita 0.4 kg de cobre.

3. En comparación con el balasto electromagnético tradicional, el circuito del balasto electrónico tiene excelentes parámetros de ignición

※ La potencia de entrada a la lámpara es estable, la variación de la potencia de salida del balasto electrónico es inferior al 3%, mientras que el voltaje principal cambia de 120 a 265 V. Es útil para aplicaciones con grandes fluctuaciones en la potencia principal.

La figura de abajo muestra el carácter de carga de salida del balasto electrónico para una lámpara MH de 150 W.

A partir de la Figura anterior, mientras la lámpara se está encendiendo, el voltaje de la lámpara aumenta y la corriente de la lámpara disminuye gradualmente. Junto con el aumento del voltaje de la lámpara, la potencia de la lámpara también aumenta y luego se mantiene constante después de alcanzar su valor nominal.

Gracias a la potencia estable de la lámpara, tenemos dos buenos efectos:

• La potencia estable de la lámpara hace que el color de la lámpara sea más constante.

• Basándonos en las características de la lámpara HID, en la fase final de la vida útil de la lámpara HID, la diferencia de voltaje dentro del tubo de la lámpara aumentará gradualmente. La característica de salida del tradicional balasto electromagnético es de corriente constante, la corriente de la lámpara cambia muy poco, lo que provoca un aumento de la potencia de la lámpara. El aumento de la potencia de la lámpara vuelve a aumentar la diferencia de voltaje dentro del tubo de la lámpara, por lo que la vida útil de la lámpara terminará rápidamente. Pero a partir de la Figura anterior, si se utiliza un balasto electrónico, mientras el voltaje de la lámpara aumenta gradualmente, la corriente de la lámpara también disminuye gradualmente, manteniendo la potencia de la lámpara constante. Por lo tanto, la vida útil de la lámpara es mayor.

• PF>0.99, aumentará la eficiencia del suministro de energía y reducirá el costo total del diseño e instalación de la línea de transmisión.

※ La perturbación armónica total de la onda de corriente (THD) ≤10% es menor que la de los balastros electromagnéticos tradicionales (THD ≥15%), lo que puede reducir la contaminación de la fuente principal.

※ Debido a que el balastro electrónico utiliza una corriente de onda de alta o baja frecuencia para encender la lámpara, la potencia de salida instantánea de la lámpara es constante. No hay parpadeo y mejorará el efecto de iluminación.

※ El circuito de ignición del lámpara HID generalmente utiliza un alto voltaje para encender la lámpara. Algunas lámparas con mal rendimiento de inicio o que han sido encendidas varias veces son difíciles de iniciar, especialmente en el arranque en caliente. El circuito de iluminación tradicional fácilmente produce un 'brillo de descarga en arco' y no puede encender la lámpara durante mucho tiempo. Esto dañará el electrodo de la lámpara y reducirá su vida útil. El balastro electrónico desarrollado por nuestra empresa puede superar esta deficiencia. Adopta pulsos intermitentes para encender la lámpara y supera la dificultad de inicio. Al mismo tiempo, cuando el circuito de salida se cortocircuita o el circuito de salida está abierto, o cuando aparece un sobrecalentamiento, el balastro electrónico tiene una función de auto-protección. Por lo tanto, aumenta la fiabilidad del equipo de iluminación con balastro electrónico.

4. El balasto electrónico puede realizar muchos controles automáticos fácilmente, como el control inteligente de la intensidad de la luz, basado en las características del lámpara, el rango de atenuación del sodio es de 40-100% y 50-100% para el MH. Es necesario para muchas aplicaciones de control de ahorro de energía de iluminación.

Hay muchas maneras de realizar el control de iluminación HID

a. Prueba de señal de movimiento mediante un sensor infrarrojo, como en supermercados, almacenes, gasolineras y estacionamientos, etc.

b. Control automático de potencia de la lámpara que utiliza un sensor de luz, y se activa por la luz natural u otras señales de luz para realizar el control automático de la potencia de la lámpara. Es aplicable para la iluminación de oficinas, fábricas, minas, agricultura y más.

c. Control de temporización para la iluminación de carreteras, se configura con diferentes programas para realizar variaciones de la salida lumínica en diferentes periodos de tiempo dentro de un día (24 horas). Es capaz de ahorrar mucha energía para la iluminación de caminos, calles, túneles y más.

d. Ajuste manual: el foco HPS o MH también se puede controlar en un rango amplio ajustando manualmente la potencia de entrada del foco para lograr una regulación suave y continua.

5. Pequeño, ligero y fácil instalación

• La investigación sobre la fiabilidad del balasto electrónico

Junto con el desarrollo muy rápido de la técnica electrónica, la calidad de los componentes electrónicos ha aumentado continuamente, por lo que se ha asegurado esencialmente la fiabilidad del balasto electrónico. Por lo tanto, la mayoría de los circuitos de encendido de las lámparas de luz solar y de ahorro de energía han sido reemplazados por balastros electrónicos. Para usar balastros electrónicos en lámparas HID, debemos mejorar la fiabilidad y el rendimiento/coste de los balastros electrónicos.

Al comparar con la lámpara de luz solar y la lámpara ahorradora de energía, la lámpara HID tiene un proceso físico más complejo, debemos esforzarnos al máximo por comprender las características de la lámpara HID antes de diseñar un circuito confiable. Por ejemplo, el problema de la "Resonancia Acústica" de la lámpara HID, que provoca una operación inestable durante el proceso de inicio, e incluso puede apagar la lámpara. Hemos considerado los siguientes problemas:

1) Mantener la estabilidad de la potencia de salida: Usar una corriente en forma de onda cuadrada para garantizar el carácter estable de la potencia de salida y eliminar la "Resonancia Acústica".

2) La autoprotección ante operaciones anormales del balasto electrónico: Cuando el circuito de salida está cortocircuitado o el circuito de salida está abierto, o cuando aparecen fallos en la lámpara o exceso de calor en el entorno, el balasto electrónico tiene una función de autoprotección.

3) La estabilidad de la potencia de salida significa que: a) La potencia de salida del balasto no cambia mientras cambia el voltaje de la fuente principal; b) A lo largo del cambio significativo de la potencia de entrada de la lámpara en diferentes períodos de toda la vida útil de la lámpara HID, la potencia de salida del balasto no cambia.

4) Adoptar conmutación por cero voltaje ZVS y conmutación por cero corriente ZCS, disminuye significativamente el estrés de voltaje o corriente del componente de potencia.

5) Controlar el aumento de temperatura del producto dentro de los límites prescritos. Y diseñar la estructura térmica interna del balasto electrónico. Elegimos un material de radiación térmica real para la disipación de calor del balasto electrónico.

• La relación de rendimiento versus costo y perspectivas de aplicación para el balasto electrónico de lámparas HID

Solo después de entender el valor de aplicación, integrando el índice económico y la importancia de aumentar la fiabilidad de la lámpara HID, podemos lograr la popularización de las lámparas HID. Como ejemplo, la tabla siguiente muestra la comparación entre el balasto inductivo y el balasto electrónico para una lámpara de sodio de 400W.

De lo mencionado anteriormente, se puede ahorrar 204,00 RMB cada año, recuperando el 78% del costo en el mismo año. El beneficio económico acumulado es significativo.

Ahora, hay 4 ingredientes principales que limitan la popularización de la aplicación del foco HID. El primero es la fiabilidad: el diseñador debe superar completamente el fenómeno de resonancia acústica que existe en el proceso de inicio. En comparación con el circuito balastro de lámparas fluorescentes, el circuito balastro de la lámpara HID es más complejo, la cantidad de componentes es mucho mayor que la de un circuito balastro de lámpara fluorescente. Por lo tanto, la probabilidad de fallo de los componentes es mucho mayor. Además, muchas fábricas (o empresas) fabrican lámparas HID con diferentes estándares. Esto provoca que las lámparas no sean compatibles con los balastros electrónicos y también disminuye el efecto de la aplicación. Los fabricantes de balastros electrónicos deben seleccionar estrictamente los componentes y aumentar la fiabilidad del producto. El segundo es la condición de operación del balastro electrónico: se requiere que la temperatura ambiente sea inferior a 55 ℃ y que la temperatura del chasis sea inferior a 75 ℃, para asegurar la vida útil del balastro electrónico. Por lo tanto, es necesario diseñar un buen disipador de calor para el balastro electrónico. El tercero es la disipación de calor para balastros electrónicos de alta potencia: es un factor importante que afecta la vida útil del balastro electrónico, y se necesita un diseño más perfecto de balastros electrónicos de alta potencia de tipo utilitario. El último es el precio: aunque el beneficio económico acumulado es significativo, la inversión inicial también es alta, lo que hace difícil que todos los clientes lo acepten ampliamente. Y a medida que aumenta la fiabilidad, también aumentará el precio. Creemos que con el rápido desarrollo de la técnica electrónica, los problemas mencionados anteriormente se resolverán uno por uno, y el balastro electrónico de la lámpara HID, como un producto de iluminación verde, será ampliamente aceptado por todos los clientes.

Resumen breve

El balasto electrónico para lámparas HID tiene las ventajas de buenos parámetros de ignición, alto beneficio económico y disminuye la contaminación de la red principal. Impulsará enormemente el proyecto de iluminación ecológica en China y es un paso efectivo para alcanzar el objetivo de ahorrar un 10% de energía lo antes posible. Por lo tanto, creemos que, al igual que el balastro electrónico para lámparas de ahorro de energía y lámparas de luz solar, el balastro electrónico para lámparas HID también se popularizará muy rápidamente. La aplicación del balastro electrónico para lámparas HID (desarrollado por nuestra empresa) en algunos proyectos de iluminación de carreteras en el mercado nacional o internacional muestra que el balastro electrónico no solo tiene la ventaja de un efecto significativo de ahorro de energía, sino también la ventaja de una larga vida útil.

Referencias:

1. Balastro Electrónico para Lámparas HID con Onda Cuadrada de Alta Frecuencia para Evitar Resonancias Acústicas

M. Ponce APEC 2001

2. <Guía Práctica de Balastros para Lámparas de Descarga de Alta Intensidad> ADVANCE