HID電子バラストの適用

Jun 16, 2022

概要: 本論文では、電子バラスト(新しいグリーン照明製品)の原理と利点について説明します。次に、当社が開発した電子バラストを紹介し、設計プロセスで注意が必要ないくつかの問題を指摘します。また、将来解決すべきいくつかの実用的な問題についても述べます。

キーワード: グリーン照明、HIDランプ用電子バラスト

1. 序論

電子バラストは省エネルギー、小型、軽量、高信頼性という利点があるため、コンパクト蛍光灯、蛍光灯、一体型ランプと組み合わせて広く採用されています。非常に良い経済効果と社会的効果が得られています。電子技術の継続的な発展とともに、電子部品の信頼性も向上し、コストは大幅に削減されました。電子バラストは、グリーン照明工事の重要な部分となるでしょう。

HIDランプは高効率の光源であり、国際市場で広く採用されています。昨年、中国だけでMHおよびHPSのみで14,800万個のランプが生産されました。さらに、インフラ建設の増加に伴い、HIDランプの年間需要も増加すると予想されます。したがって、HIDランプ向けに適切な電気アクセサリーを設計することは非常に重要です。パフォーマンスコスト比が優れているため、電子バラストを採用することが最良の選択肢です。本論文では、電子バラストの主要な技術的特徴とその応用について紹介し、HIDランプの電子バラストの応用普及方法について議論します。

  • 電子バラストの主な利点

    • 顕著な省エネルギー効果:

※ 同じ条件および同じ照度で伝統的な電磁形バラストと比較すると、HIDランプ用の電子バラストは入力電力を10%以上低減できます。これは、電子バラストが高または低周波数の電流および方形波を使用してランプを点灯させるためで、システムの光効率が高く設定されます。

※ 当社が製造する電子バラストのロスは少なく、400W電子バラストの効率は93%以上に達します。

  • 高い力率を持ち、0.99に達でき、これにより発電所の供給能力が向上し、送電時の損失が減少します。

  • 電子バラストは安定した出力電力を有しているため(電子バラストの出力電力の変動は±3%以内であり、メイン電圧が±15%変動する場合でも)、同じ条件下で伝統的な電磁式バラストの出力変動は10%を超えることがあります。そのため、メイン電圧の変動内で照度要件を満たすために、通常は電圧変動の下限(-10%)に基づいて器具を設計します。正常な電圧で器具が動作すると、メイン電源からの入力電圧が器具の定格電圧より10%高くなり、ランプに過負荷がかかり寿命が短くなります。しかし、電子バラストを使用すればこの問題は発生しません。なぜなら、その安定した出力電圧により、メイン電源からの入力電圧は10%以上低減されるからです。

2. 多くの資源を節約できる可能性がある

伝統的な電磁式ボールアストは多くのシリコン鋼板とエナメル線を必要とし、地球の限られた資源を大量に消費することがよく知られています。電子式ボールアストを採用することで、使用する材料を減らすことができます。例えば、400W CWA MHランプ用のボールアストでは銅2.0kgとシリコン鋼板4.0kgが必要ですが、電子式ボールアストでは銅0.4kgしか必要ありません。

3. 伝統的な電磁式ボールアストと比較して、電子式ボールアスト回路には優れた点火パラメータがあります

※ ランプへの入力電力は安定しており、電子式ボールアストの出力電力の変動は3%以内です。主電圧が120Vから265Vに変動する場合でも、大規模な電源変動のあるアプリケーションに役立ちます。

下記の図は、150W MHランプ用電子式ボールアストの出力負荷特性を示しています。

上記の図から、ランプが起動する際、ランプ電圧は増加し、ランプ電流は徐々に減少します。ランプ電圧の増加とともに、ランプ電力も増加し、定格値に達するとその後一定に保たれます。

安定したランプ電力のおかげで、私たちは二つの良い効果を得ます:

  • 安定したランプ電力により、ランプの色がより一定になります。

  • HIDランプの特性に基づくと、HIDランプの寿命後期において、ランプ管内の電圧差は徐々に増加していきます。伝統的な電磁式バラストの出力特性は定電流であり、ランプ電流の変化は非常に小さいため、これによりランプ電力が増加します。ランプ電力の増加は再びランプ管内の電圧差を増大させ、結果としてランプの寿命が急速に終わることになります。しかし、上の図からわかるように、電子式バラストを使用すると、ランプ電圧が徐々に増加する一方で、ランプ電流も徐々に減少し、ランプ電力は一定に保たれます。したがって、ランプの寿命は延びます。

  • PF>0.99の場合、電力供給効率が向上し、送信線の設計および設置の総コストが減少します。

※ 電流波形の総高調波歪み(THD)≤10%は、伝統的な電磁式バラスト(THD ≥15%)よりも少なく、メイン電源への汚染を減らすことができます。

※ 電子バラストは高周波または低周波の電流を使用してランプを点灯させるため、ランプの瞬時出力電力は一定です。フラッターはなく、照明効果が向上します。

※ HIDランプの点火回路は通常、高電圧を使用してランプを点灯します。一部のスタート性能が悪いランプや、すでに長時間点灯していたランプは、特にホットスタート時に点灯するのが困難です。従来の点灯回路では、『輝き放電』が発生しやすく、長い間ランプを点灯させることができません。これはランプの電極にダメージを与え、ランプの寿命を短縮します。当社が開発した電子バラストはこの欠点を克服しました。間隔のあるパルスを使用してランプを点火し、点灯の困難さを解消しました。さらに、出力回路がショートしたり、出力回路がオープンになったり、過熱が発生した場合でも、電子バラストには自動保護機能が搭載されています。これにより、電子バラスト付きの照明器具の信頼性が向上します。

4. 電子バラストは、ランプの特性に基づき、光強度のインテリジェント制御など、多くの自動制御を簡単に実現できます。ナトリウムランプの調光範囲は40〜100%で、MHランプは50〜100%です。これは多くの照明制御の省エネルギー応用に必要です。

HID照明制御を実現する方法はいくつかあります。

a. 赤外線センサーによる人体検知信号のテスト。例えば、スーパー、倉庫、ガソリンスタンド、駐車場などで使用されます。

b. 光センサーを使用したランプ電力の自動制御。自然光やその他の光信号によって活性化され、ランプ電力を自動制御します。これはオフィス、工場、鉱山、農業などの照明に適用されます。

c. 道路照明のタイマー制御。1日(24時間)内の異なる時間帯に応じてルーメン出力を変化させるための異なるプログラムが設定されています。これにより、道路、街路灯、トンネル照明などで多くのエネルギーを節約できます。

手動による調光: HPSまたはMHランプは、手でランプの入力電力を調整することにより、広い範囲で制御され、スムーズで連続的な調整が実現できます。

5. 小型、軽量、設置が簡単

  • 電子バラストの信頼性に関する研究

電子技術の急速な発展に伴い、電子部品の品質は継続的に向上しており、電子バラストの信頼性は本質的に確保されています。そのため、蛍光灯や節電灯のほとんどの点灯回路は電子バラストに置き換えられています。HIDランプで電子バラストを使用するために、私たちは電子バラストの信頼性と性能価格比を向上させる必要があります。

太陽光ランプや節電ランプと比較すると、HIDランプはより複雑な物理プロセスを持っています。信頼性のある回路を設計する前に、HIDランプの特性を十分に理解する必要があります。例えば、「音響共鳴」問題は、ランプの起動プロセスを不安定にし、場合によってはランプが消えてしまう原因となります。私たちは以下の問題を考慮しました:

1) 出力パワーの安定化:正弦波電流を使用して出力パワーの安定性を確保し、「音響共鳴」を除去します。

2) 電子バラストの異常動作時の自己保護機能:出力回路がショートしたり、出力回路が開いたり、ランプ故障や周囲温度の過熱が発生した場合、電子バラストは自己保護機能を持っています。

3) 出力電力の安定性とは、次のことを意味します: a) 主電源電圧が変化しても、安定器の出力電力は変わらない;b) 全体のHIDランプの寿命における異なる期間にランプの入力電力が大幅に変化する場合でも、安定器の出力電力は変わらない。

4) ゼロ・ボルテージ・スイッチ(ZVS)とゼロ・カレント・スイッチ(ZCS)を採用し、パワー部品の電圧や電流のストレスを大幅に低減する。

5) 製品の温度上昇を規定された範囲内に抑えます。そして電子安定器内の熱構造を設計します。私たちは電子安定器の熱放散のために実際の熱放射素材を選択しました。

  • HIDランプ用電子安定器の性能コスト比と応用前景

HIDランプの応用価値を理解した後で初めて、経済指標と信頼性向上の重要性を統合し、HIDランプの普及を実現できます。例えば、以下の表は400Wナトリウムランプ用インダクタンス安定器と電子安定器の比較を示しています。

上記の通り、毎年204.00人民元節約でき、同年中にコストの78%を回収できます。連結経済効果は非常に大きいです。

現在、HIDランプの普及を制限する主な要因は4つあります。最初の要因は信頼性です:デザイナーは、スタート時に発生する音響共鳴現象を完全に克服しなければなりません。蛍光灯のバラスト回路と比較すると、HIDランプのバラスト回路はより複雑で、部品の数も蛍光灯のバラスト回路よりも多くなります。したがって、部品の故障確率ははるかに高くなります。さらに、多くの工場(または会社)が異なる基準に基づいてHIDランプを製造しており、これにより電子バラストと適合しないランプが発生し、応用効果が低下します。電子バラストのメーカーは厳密に部品を選定し、製品の信頼性を向上させる必要があります。2番目の要因は電子バラストの動作条件です:周囲温度が55℃以下、そのハウジング温度が75℃以下であることが要求され、これにより電子バラストの寿命が確保されます。そのため、電子バラストのために良い放熱器を設計する必要があります。3番目の要因は高出力電子バラストの冷却です:これは電子バラストの寿命に影響を与える重要な要素であり、実用的な高出力電子バラストの更なる改善設計が待たれます。最後の要因は価格です:総合的な経済効果は顕著ですが、初期投資も高く、すべての顧客に広く受け入れられるのは難しいです。そして、信頼性が向上するにつれて、価格も上昇します。私たちは、電子技術の急速な発展とともに、上述の問題が次々と解決され、HIDランプ電子バラストが一種のグリーン照明製品として、すべての顧客に広く受け入れられると信じています。

V. 簡単な要約

HIDランプ用電子バラストは、優れた点灯パラメータ、高い経済効果、そして主電源網への汚染低減という利点があります。これは中国におけるグリーン照明工事を大幅に推進し、エネルギー消費をできるだけ早く10%削減する目標達成のための有効なステップです。したがって、私たちは、省エネランプや太陽光ランプ用の電子バラストと同様に、HIDランプ用の電子バラストも急速に普及すると信じています。国内外市場における当社が開発したHIDランプ電子バラストの一部の高速道路照明工事での適用結果は、電子バラストが著しい節電効果だけでなく、長寿命という利点もあることを示しています。

参考文献:

1. 高周波方形波を使用したHIDランプ用電子バラストで音響共鳴を回避する

M. ポンセ APEC 2001

2. <高圧放電ランプ用バラストのポケットガイド> ADVANCE