요약: 본 논문에서는 전자 발광소(새로운 그린 조명 제품)의 원리와 장점을 설명합니다. 이후 우리 회사에서 개발한 전자 발광소를 소개하며, 설계 과정에서 주의해야 할 몇 가지 문제를 지적합니다. 또한 미래에 해결해야 할 몇 가지 실질적인 문제도 다룹니다.
주요 단어: 그린 조명, 전자식 HID 램프 발광기
1. 서론
전자식 발광기는 에너지 절약, 크기가 작고 가벼우며 신뢰성이 높아 콤팩트 형광등, 태양광 램프 및 일체형 램프와 함께 널리 사용되고 있습니다. 매우 좋은 경제적 효과와 사회적 효과가 있었습니다. 전자 기술의 지속적인 발전에 따라 전자 부품의 신뢰성도 향상되었고 비용은 크게 감소했습니다. 전자식 발광기는 그린 조명 공정의 중요한 부분이 될 것입니다.
HID 램프는 효율성이 높은 광원으로 국제 시장에서 널리 채택되고 있습니다. 작년에 중국에서만 MH 및 HPS 램프 148,000,000개가 생산되었으며, 인프라 건설의 증가와 함께 HID 램프의 연간 수요도 증가할 것입니다. 따라서 HID 램프에 적합한 전기 부품을 설계하는 것은 매우 중요하며, 성능 대비 비용이 우수한 전자식 발광체를 사용하는 것이 최선의 선택입니다. 본 논문에서는 전자식 발광체의 주요 기술적 특성과 응용 방법을 소개하고, HID 램프의 전자식 발광체 적용 확대 방안에 대해 논의하겠습니다.
전자식 발광체의 주요 장점
저변의 에너지 절약 효과:
※ 동일한 조건과 동일한 밝기에서 전통적인 전자기식 발광기와 비교했을 때, HID 램프용 전자 발광기는 입력 전력을 10% 이상 줄일 수 있습니다. 이는 전자 발광기가 고주파 또는 저주파 전류와 사각파를 사용하여 램프를 점화하기 때문에 시스템 광효율이 높기 때문입니다.
※ 우리 회사가 생산하는 전자 발광기의 손실은 낮으며, 400W 전자 발광기의 효율은 93% 이상에 도달할 수 있습니다.
공급 인자는 높고 0.99에 도달할 수 있으며, 이는 발전소의 전력 공급 능력을 증가시키고 전력 전송 손실을 감소시킵니다.
전자 발광기는 안정된 출력 전력을 가지고 있기 때문에 (전자 발광기 출력 전력 변동은 ±3% 이하이며, 주전원이 ±15% 변동할 때), 동일한 조건에서 전통적인 전자기식 발광기의 출력 변동은 10% 이상일 수 있습니다. 따라서, 주전원 변동 내에서 적절한 조도를 유지하기 위해 우리는 항상 전압 변동의 하한 (-10%)을 기준으로 설계합니다. 정상 전압에서 작동할 경우, 주전원 입력 전압이 고정구의 정격 전압보다 10% 더 높아져서 램프 과부하로 인해 램프 수명이 단축될 수 있습니다. 그러나 전자 발광기를 사용하면 이러한 문제가 발생하지 않으며, 안정된 출력 전압 덕분에 주전원 입력 전압이 10% 이상 감소할 수도 있습니다.
2. 많은 자원을 절약할 수 있음
전통적인 전자자기식 발광기는 많은 규소강과 도체선을 필요로 하며 지구의 제한된 자원을 많이 소비한다는 것이 잘 알려져 있습니다. 전자식 발광기를 사용하면 재료 소모를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 400W CWA 메탈할라이드 램프 발광기는 구리 2.0kg과 규소강 4.0kg이 필요하지만, 전자식 발광기는 단지 0.4kg의 구리만 필요합니다.
3. 전통적인 전자자기식 발광기와 비교했을 때, 전자식 발광기 회로는 우수한 점화 매개변수가 있습니다
※ 램프에 입력되는 전력은 안정적이며, 전자식 발광기 출력 전력의 변동은 주 전압이 120V에서 265V로 변할 때 3% 미만입니다. 이는 주 전원의 큰 변동이 있는 응용 프로그램에 유용합니다.
아래 그림은 150W 메탈할라이드 램프용 전자식 발광기의 출력 부하 특성을 보여줍니다.
위 그림에서 볼 수 있듯이, 램프가 시작될 때 램프 전압은 점차 증가하고 램프 전류는 점차 감소합니다. 램프 전압이 증가함에 따라 램프 전력도 증가하며, 정격값에 도달한 후에는 일정하게 유지됩니다.
안정된 램프 전력 덕분에 두 가지 좋은 효과를 얻을 수 있습니다:
안정된 램프 전력은 램프 색상이 더욱 일정하게 유지되게 합니다.
HID 램프의 특성상, HID 램프 수명의 후반기에 램프 내부의 전압 차이가 점차 증가합니다. 전통적인 전자기식 발광체의 출력 특성은 상수 전류이며, 램프 전류는 거의 변하지 않으므로 이는 램프 전력의 증가를 초래합니다. 램프 전력의 증가는 다시 램프 내부의 전압 차이를 증가시켜 램프 수명을 급격히 단축시킵니다. 그러나 위 그림에서 보듯이, 전자식 발광체를 사용할 경우 램프 전압이 점차 증가하면 램프 전류도 점차 감소하여 램프 전력은 일정하게 유지됩니다. 따라서 램프 수명이 더 길어집니다.
PF>0.99일 경우, 전력 공급 효율이 향상되고 전송선로 설계 및 설치의 총 비용이 감소합니다.
※ 전류 파형의 전체 고조파 왜곡율(THD) ≤10%는 전통적인 전자기식 발광체(THD ≥15%)보다 작으며, 이는 주전원 오염을 줄일 수 있습니다.
※ 전자식 발광체는 램프를 점화하기 위해 고주파 또는 저주파 전류를 사용하므로 램프의 순간 출력 전력은 일정합니다. 깜빡임이 없으며, 이는 조명 효과를 향상시킵니다.
※ HID 램프의 점화 회로는 일반적으로 고전압을 사용하여 램프를 점화합니다. 시작 성능이 나쁜 일부 램프나 이미 일정 시간 동안 작동된 램프는 특히 핫 스타트 시에 점화하기 어렵습니다. 전통적인 점화 회로는 이러한 상황에서 '광선 아크 방전' 현상을 쉽게 발생시키며 오랜 시간 동안 램프를 점화하지 못할 수 있습니다. 이는 램프 전극을 손상시키고 램프 수명을 단축시킵니다. 우리 회사가 개발한 전자 발광기는 이러한 단점을 해결할 수 있습니다. 간헐적 펄스를 사용하여 램프를 점화하고, 시작 문제를 극복합니다. 또한 출력 회로가 단락되거나 열리거나 과열되는 경우, 전자 발광기는 자동 보호 기능을 갖추고 있어 전자 발광기를 탑재한 조명기구의 신뢰성을 증가시킵니다.
4. 전자식 발광기는 램프 특성에 기반하여 조도의 지능형 제어와 같은 많은 자동 제어를 쉽게 수행할 수 있습니다. 나트륨 램프의 디밍 범위는 40-100%이고 MH 램프는 50-100%입니다. 이는 다양한 조명 제어 에너지 절약 응용 프로그램에 필요합니다.
HID 조명 제어를 실현하는 방법은 여러 가지가 있습니다.
a. 적외선 센서로 신호를 감지하여 슈퍼마켓, 창고, 주유소, 주차장 등에서 사용됩니다.
b. 램프 전력 자동 제어는 자연광이나 기타 빛 신호에 의해 활성화되어 램프 전력을 자동 제어합니다. 이는 사무실, 공장, 광산, 농업 등의 조명에 적용됩니다.
c. 도로 조명의 시간 제어는 하루(24시간) 내 다른 시간대에 루멘 출력이 변하도록 다양한 프로그램을 구성합니다. 이는 도로, 거리, 터널 등의 조명에서 많은 에너지를 절약할 수 있습니다.
수동 딤링: HPS 또는 MH 램프는 또한 수동으로 램프 입력 전력을 조정하여 부드럽고 연속적인 제어를 달성할 수 있습니다.
5. 크기가 작고 가볍으며 설치가 편리함
전자 발광기의 신뢰성 연구
전자 기술의 매우 빠른 발전과 함께 전자 부품의 품질이 지속적으로 향상되었으므로 전자 발광기의 신뢰성이 본질적으로 보장되었습니다. 따라서 대부분의 형광등 및 절약형 전구의 점화 회로는 전자 발광기로 대체되었습니다. HID 램프에서 전자 발광기를 사용하기 위해我们必须 전자 발광기의 신뢰성과 성능/가격 비율을 향상시켜야 합니다.
태양광 램프와 에너지 절약형 램프와 비교했을 때, HID 램프는 더 복잡한 물리적 과정을 가지고 있습니다. 신뢰할 수 있는 회로를 설계하기 전에 HID 램프의 특성을 충분히 이해해야 합니다. 예를 들어, HID 램프의 '음향 공명' 문제는 램프 가동 시작 과정에서 불안정성을 초래하고, 심지어 램프가 꺼질 수도 있습니다. 우리는 다음 문제들을 고려했습니다:
1) 출력 파워의 안정성 유지: 정현파 전류를 사용하여 출력 파워의 안정성을 보장하고 '음향 공명'을 제거합니다.
2) 전자식 발광기의 비정상 작동 시 자가 보호: 출력 회로가 단락되거나 열리거나, 램프 결함이나 주변 온도 과열이 발생할 경우, 전자식 발광기는 자가 보호 기능을 갖추고 있습니다.
3) 출력 전력의 안정성은 다음과 같습니다: a) 발광체 출력 전력은 주전원 전압이 변하더라도 변하지 않습니다; b) 전체 HID 램프 수명 동안 램프 입력 전력이 크게 변하더라도 발광체 출력 전력은 변하지 않습니다.
4) 제로 볼트 스위치(ZVS)와 제로 커파 스위치(ZCS)를 채택하여 전력 구성 요소의 전압 또는 전류 스트레스를 크게 줄입니다.
5) 제품의 온도 상승을 규정된 한계 내에 유지하고 전자 발광체 내부 열 구조를 설계합니다. 우리는 전자 발광체의 열 방산을 위해 실제 열 방사 재료를 선택합니다.
HID 램프 전자 발광체의 성능 대비 비용 비율 및 적용 전망
HID 램프의 응용 가치를 이해한 후, 경제적 지표와 신뢰성을 향상시키는 중요성을 통합하면 HID 램프의 보급이 가능해집니다. 예를 들어, 아래 표는 400W 나트륨 램프에 대한 인덕턴스 발광체와 전자 발광체의 비교를 보여줍니다.
위에서 언급한 바와 같이, 매년 204.00 위안을 절약할 수 있으며, 같은 해에 비용의 78%를 회수할 수 있습니다. 연계된 경제적 이익은 상당합니다.
현재, HID 램프 응용의 대중화를 제한하는 주요 요소는 4가지입니다. 첫 번째는 신뢰성입니다: 설계자는 시작 과정에서 존재하는 음향 공명 현상을 완전히 극복해야 합니다. 형광등 발광 회로와 비교했을 때, HID 램프 발광 회로는 더 복잡하며 부품 수가 형광등 발광 회로보다 훨씬 많습니다. 따라서 부품의 고장 확률도 훨씬 높습니다. 또한 많은 공장(또는 회사)들이 서로 다른 표준을 사용하여 HID 램프를 생산하고 있어 전자 발광과 호환되지 않으며 응용 효과도 감소시킵니다. 전자 발광 제조업체는 반드시 부품을 엄격히 선택하고 제품 신뢰성을 높여야 합니다. 두 번째는 전자 발광의 작동 조건입니다: 주변 온도가 55℃ 이하이고 케이스 온도가 75℃ 이하여야 전자 발광의 수명을 보장할 수 있습니다. 따라서 전자 발광을 위한 좋은 냉각 장치를 설계해야 합니다. 세 번째는 고출력 전자 발광의 열 방산 문제입니다: 이것은 전자 발광의 수명에 영향을 미치는 중요한 요소이며 실용형 고출력 전자 발광의 더욱 완벽한 설계를 기다려야 합니다. 마지막으로 가격입니다: 통합된 경제적 이익은 상당하지만 초기 투자가 높아 모든 고객이 쉽게 받아들이기는 어렵습니다. 그리고 신뢰성이 증가함에 따라 가격도 상승할 것입니다. 우리는 전자 기술의 매우 빠른 발전 속도에 따라 위 언급된 문제들이 하나씩 해결될 것이며, HID 램프 전자 발광이 녹색 조명 제품으로서 모든 고객에게 널리 받아들여질 것이라고 믿습니다.
V. 간단한 요약
HID 램프 전자 발광기는 우수한 점화 매개변수, 높은 경제적 이익 및 주전원망의 오염 감소 등의 장점이 있습니다. 이는 중국에서 녹색 조명 공정을 크게 추진하는 것이며 에너지 절약 10% 목표를 가능한 한 빠르게 달성하기 위한 효과적인 단계입니다. 따라서 우리는 에너지 절약형 램프와 태양광 램프용 전자 발광기와 마찬가지로 HID 램프용 전자 발광기가 매우 빠른 속도로 보급될 것이라고 믿습니다. 국내외 시장에서 우리 회사가 개발한 일부 고속도로 조명 공정에 적용된 HID 램프 전자 발광기의 사용 사례는 전자 발광기가 에너지 절약 효과가 뚜렷할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점도 가지고 있음을 보여줍니다.
참고 문헌:
1. 초음파 공진을 방지하기 위한 HID 램프용 고주파 정현파 전자 발광기
M. PonceAPEC 2001
2. <고강도 방전 램프 발광기 포켓 가이드> ADVANCE
2025-05-21
2022-06-14
2022-06-04