Application du ballast électronique HID

Résumé : Cet article présente le principe et les avantages des ballasts électroniques (nouveaux produits d'éclairage écologique). Il introduit ensuite le ballast électronique développé par notre entreprise, indiquant certains problèmes nécessitant une attention particulière lors du processus de conception. Et certaines questions pratiques doivent encore être résolues à l'avenir.

Mots-clés : Éclairage vert, ballast électronique pour lampe HID

I. Préambule

Étant donné que le ballast électronique présente les avantages d'économie d'énergie, de petite taille, de légèreté et d'une grande fiabilité, il est largement adopté pour être associé aux lampes fluo-compactes, aux lampes au sodium et aux lampes intégrées. Il a obtenu d'excellents résultats économiques et sociaux. Avec le développement continu de la technique électronique, la fiabilité des composants électroniques a également augmenté, et le coût a considérablement diminué. Le ballast électronique sera une partie importante du programme d'éclairage écologique.

L'ampoule HID est une source lumineuse à haute efficacité et est largement adoptée sur le marché international. L'année dernière, la Chine seule a produit 14 800 000 lampes MH et HPS. De plus, avec l'augmentation de la construction d'infrastructures, la demande annuelle en lampes HID va également augmenter. Par conséquent, il est très important de concevoir des accessoires électriques bien adaptés pour les lampes HID, et l'utilisation d'un ballast électronique est le meilleur choix en raison de son bon rapport performance/prix. Cet article présentera les caractéristiques techniques principales et les applications du ballast électronique, ainsi que discutera de la manière de promouvoir l'application du ballast électronique pour les lampes HID.

• Principaux avantages du ballast électronique

  • Effet notable d'économie d'énergie :

※ Comparé à un ballast électromagnétique traditionnel dans les mêmes conditions et la même luminosité, le ballast électronique pour lampe HID réduit la puissance d'entrée de plus de 10 %, car le ballast électronique utilise un courant de haute ou basse fréquence et une onde carrée pour allumer la lampe, ce qui améliore l'efficacité lumineuse du système.

※ La perte du ballast électronique produit par notre entreprise est faible, l'efficacité du ballast électronique de 400 W peut atteindre 93 % ou plus.

• Le facteur de puissance est élevé et peut atteindre 0,99, ce qui augmente la capacité d'alimentation électrique et réduit les pertes de transmission électrique pour une centrale.

• En raison du fait que le ballast électronique a une puissance de sortie stable (la variation de la puissance de sortie du ballast électronique est inférieure à ±3 %, alors que la tension principale varie de ±15 %), dans les mêmes conditions, la variation de la puissance de sortie d'un ballast électromagnétique traditionnel sera supérieure à 10 %. Par conséquent, pour satisfaire aux exigences d'éclairement en fonction des variations de tension principale, nous concevons généralement l'appareil en nous basant sur la limite inférieure (-10 %) de la variation de tension. Lorsque l'appareil fonctionne à une tension normale, la tension d'entrée provenant du courant principal sera de 10 % supérieure à la tension nominale de l'appareil, ce qui entraînera un surcharge de la lampe et réduira sa durée de vie. Cependant, ce problème n'apparaîtra pas si l'on utilise un ballast électronique, car grâce à sa tension de sortie stable, la tension d'entrée du courant principal peut diminuer de plus de 10 %.

2. Peut économiser beaucoup de ressources

Il est bien connu que le ballast électromagnétique traditionnel a besoin de beaucoup d'acier silicié et de fil émaillé et consomme beaucoup des ressources limitées de la Terre. L'adoption d'un ballast électronique réduira les matériaux utilisés. Par exemple, un ballast CWA de 400 W pour une lampe MH nécessite 2,0 kg de cuivre et 4,0 kg d'acier silicié, tandis qu'un ballast électronique n'a besoin que de 0,4 kg de cuivre.

3. Comparé au ballast électromagnétique traditionnel, le circuit du ballast électronique a des paramètres d'allumage excellents

※ La puissance d'entrée à la lampe est stable, la variation de la puissance de sortie du ballast électronique est inférieure à 3 %, alors que la tension principale varie entre 120 et 265 V. Cela est utile pour les applications avec de fortes fluctuations de l'alimentation principale.

La figure ci-dessous montre le caractère de charge de sortie du ballast électronique pour une lampe MH de 150 W.

D'après la figure ci-dessus, lors du démarrage de la lampe, la tension de la lampe augmente et le courant de la lampe diminue progressivement. Avec l'augmentation de la tension de la lampe, la puissance de la lampe augmente, puis reste constante après avoir atteint sa valeur nominale.

Grâce à une puissance de lampe stable, nous obtenons deux bons effets :

• Une puissance de lampe stable entraîne une couleur de lampe plus constante.

• Sur la base des caractéristiques de la lampe HID, à la phase finale de la vie de la lampe HID, la différence de tension à l'intérieur du tube de la lampe augmentera progressivement. La caractéristique de sortie du ballast électromagnétique traditionnel est en courant constant, le courant de la lampe varie très peu, ce qui provoque une augmentation de la puissance de la lampe. L'augmentation de la puissance de la lampe augmente à nouveau la différence de tension dans le tube de la lampe, ce qui fait que la durée de vie de la lampe se termine rapidement. Mais d'après la figure ci-dessus, si un ballast électronique est utilisé, lorsque la tension de la lampe augmente progressivement, le courant de la lampe diminue également progressivement, la puissance de la lampe reste constante. Par conséquent, la durée de vie de la lampe est plus longue.

• PF>0,99, ce qui augmentera l'efficacité de l'alimentation électrique et réduira le coût total de conception et d'installation de la ligne de transmission.

※ La perturbation harmonique totale de l'onde de courant (THD) ≤10 % est inférieure à celle des ballasts électromagnétiques traditionnels (THD ≥15 %), ce qui peut réduire la pollution du réseau électrique principal.

※ Étant donné que le ballast électronique utilise un courant en onde haute ou basse fréquence pour allumer la lampe, la puissance de sortie instantanée de la lampe est constante. Il n'y a pas de scintillement, et cela améliore l'effet d'éclairage.

※ Le circuit d'allumage de la lampe HID utilise généralement une haute tension pour allumer la lampe. Certaines lampes avec de mauvaises performances de démarrage ou qui ont été allumées pendant un certain temps sont difficiles à démarrer, en particulier lors du démarrage à chaud. Les circuits d'éclairage traditionnels provoquent facilement un ‘brillant arc de décharge’ et ne peuvent pas allumer la lampe pendant longtemps. Cela peut endommager l'électrode de la lampe et réduire sa durée de vie. Le ballast électronique développé par notre entreprise peut surmonter ce défaut. Il utilise des impulsions intermittentes pour allumer la lampe et résout le problème de démarrage. En même temps, lorsque le circuit de sortie est court-circuité ou ouvert, ou en cas de surchauffe, le ballast électronique dispose d'une fonction de protection automatique. Ainsi, cela augmente la fiabilité de l'appareil d'éclairage équipé du ballast électronique.

4. Le ballast électronique peut facilement réaliser de nombreuses commandes automatiques, telles que le contrôle intelligent de l'intensité lumineuse, en fonction des caractéristiques de la lampe. La plage de variation de luminosité pour une lampe au sodium est de 40 à 100 % et de 50 à 100 % pour une lampe MH. Cela est nécessaire pour de nombreuses applications de contrôle d'éclairage pour économiser de l'énergie.

Il existe de nombreuses façons de réaliser le contrôle de l'éclairage HID.

a. Tester le signal infrarouge par un capteur infrarouge, par exemple pour les supermarchés, entrepôts, stations-service et parkings, etc.

b. Le contrôle automatique de la puissance de la lampe utilise un capteur de lumière, activé par la lumière naturelle ou d'autres signaux lumineux pour réaliser le contrôle automatique de la puissance de la lampe. Il est applicable pour l'éclairage des bureaux, usines, mines, agriculture, etc.

c. Le contrôle temporel pour l'éclairage routier est configuré avec différents programmes pour réaliser des variations de la sortie lumineuse à différents moments de la journée (24 heures). Cela permet de réaliser des économies d'énergie importantes pour l'éclairage des routes, rues, tunnels, etc.

d. Régulation manuelle : une lampe HPS ou MH peut également être contrôlée sur une large plage en ajustant manuellement la puissance d'entrée de la lampe pour obtenir une régulation lisse et continue.

5. Petit, léger et facile à installer

• L'étude de fiabilité des ballasts électroniques

Avec le développement très rapide de la technique électronique, la qualité des composants électroniques s'améliore continuellement, ce qui a essentiellement garanti la fiabilité des ballasts électroniques. Par conséquent, la plupart des circuits d'allumage des lampes fluorescentes et des lampes économiques ont été remplacés par des ballasts électroniques. Pour utiliser des ballasts électroniques avec les lampes HID, il est nécessaire d'améliorer la fiabilité et le rapport performance/prix des ballasts électroniques.

En comparant avec les lampes au néon et les lampes économiques, la lampe HID a un processus physique plus complexe, nous devons faire de notre mieux pour comprendre les caractéristiques de la lampe HID avant de concevoir un circuit fiable. Par exemple, le problème de « résonance acoustique » de la lampe HID, qui provoque une instabilité lors du démarrage de la lampe, voire peut l'éteindre. Nous avons pris en compte les problèmes suivants :

1) Maintenir la stabilité de la puissance de sortie : Utiliser un courant en onde carrée pour garantir la stabilité de la puissance de sortie et éliminer la « résonance acoustique ».

2) La protection automatique en cas de fonctionnement anormal du ballast électronique : Lors d'une court-circuit ou d'une rupture du circuit de sortie, ou en cas d'échec de la lampe ou de surchauffe de l'environnement, le ballast électronique dispose d'une fonction de protection automatique.

3) La stabilité de la puissance de sortie signifie que : a) La puissance de sortie du ballast ne change pas lorsque la tension du courant principal varie ; b) Avec le changement significatif de la puissance d'entrée de la lampe à différentes périodes de la durée de vie totale de la lampe HID, la puissance de sortie du ballast ne change pas.

4) Adopter l'interrupteur à commutation à zéro voltage ZVS et l'interrupteur à commutation à zéro courant ZCS, réduire considérablement la tension ou le stress de courant des composants de puissance.

5) Contrôler l'augmentation de température du produit dans des limites prescrites. Et concevoir la structure thermique interne du ballast électronique. Nous avons choisi un matériau de radiation thermique réelle pour la dissipation de chaleur du ballast électronique.

• Le rapport entre les performances et le coût ainsi que les perspectives d'application pour le ballast électronique des lampes HID

Seulement après avoir compris la valeur d'application, en intégrant l'indice économique et l'importance de l'amélioration de la fiabilité des lampes HID, pouvons-nous réaliser la popularisation des lampes HID. Par exemple, le tableau ci-dessous montre la comparaison entre le ballast inductif et le ballast électronique pour une lampe au sodium de 400W.

Sur la base de ce qui est mentionné ci-dessus, on peut économiser 204,00 RMB chaque année, récupérer 78 % du coût la même année. Le bénéfice économique cumulé est significatif.

Actuellement, il existe 4 principaux ingrédients limitant la popularisation de l'application des lampes HID. Le premier est la fiabilité : le concepteur doit absolument surmonter les phénomènes de résonance acoustique présents lors du processus de démarrage. Comparé au circuit de ballast des lampes fluoresentes, le circuit de ballast des lampes HID est plus complexe, sa quantité de composants est beaucoup plus importante que celle du circuit de ballast des lampes fluoresentes. Par conséquent, la probabilité de panne des composants est beaucoup plus élevée. De plus, de nombreuses usines (ou entreprises) fabriquant des lampes HID adoptent des normes différentes. Cela entraîne une incompatibilité entre la lampe et le ballast électronique, ce qui diminue également l'effet d'application. Les fabricants de ballasts électroniques doivent sélectionner strictement les composants et améliorer la fiabilité des produits. Le deuxième facteur est la condition de fonctionnement du ballast électronique : il exige une température ambiante inférieure à 55 ℃ et une température de boîtier inférieure à 75 ℃, afin d'assurer la durée de vie du ballast électronique. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir un bon dissipateur thermique pour le ballast électronique. Le troisième point concerne la dissipation de chaleur pour les ballasts électroniques de haute puissance : c'est un facteur important affectant la durée de vie du ballast électronique, et il faut attendre une conception plus parfaite des ballasts électroniques de haute puissance de type utilitaire. Enfin, il y a le prix : bien que le bénéfice économique cumulé soit significatif, l'investissement initial est également élevé, ce qui rend difficile son adoption généralisée par tous les clients. Et cela va de pair avec l'augmentation de la fiabilité, le prix augmentera également. Nous croyons que grâce au développement rapide de la technique électronique, les problèmes mentionnés ci-dessus seront résolus un par un, et le ballast électronique des lampes HID, en tant que produit d'éclairage écologique, sera largement accepté par tous les clients.

Résumé succinct

Le ballast électronique pour lampe HID présente les avantages d'un bon paramètre d'allumage, d'un avantage économique élevé et d'une réduction de la pollution du réseau principal. Il contribuera grandement à l'avancement de l'ingénierie d'éclairage écologique en Chine et représente une étape efficace pour atteindre l'objectif de réduction de l'énergie de 10 % le plus rapidement possible. Par conséquent, nous croyons que, de même que les ballasts électroniques pour lampes économiques et lampes au néon, le ballast électronique pour lampe HID sera également adopté à une vitesse très rapide. L'application du ballast électronique pour lampe HID (développé par notre entreprise) dans certains projets d'éclairage routier sur le marché national ou international montre que le ballast électronique a non seulement l'avantage d'un effet significatif de réduction de l'énergie, mais aussi celui d'une longue durée de vie.

Références :

1. Ballast Électronique pour Lampes HID avec Onde Carrée Haute Fréquence pour Éviter les Résonances Acoustiques

M. Ponce APEC 2001

2. < Guide de Poche des Ballasts pour Lampes à Décharge Intense > ADVANCE