Toepassing van HID Elektronische Balast

Samenvatting: Dit artikel presenteert de werking en voordelen van elektronische ballast (nieuwe groene verlichtingsproducten). Vervolgens wordt de elektronische ballast ingevoerd die door ons bedrijf is ontwikkeld, waarbij aandacht wordt gevestigd op enkele problemen die tijdens het ontwerp proces moeten worden opgelost. En enkele praktische problemen dienen in de toekomst te worden opgelost.

Trefwoorden: Groene verlichting, elektronische ballast voor HID-lamp

I. Inleiding

Vanwege de voordelen van energiebesparing, klein formaat, lichtgewicht en hoge betrouwbaarheid wordt de elektronische ballast breed toegepast in combinatie met compacte fluorescente lampen, tl-buizen en geïntegreerde lampen. Het heeft een uitstekend economisch en sociaal effect opgeleverd. Met de continue ontwikkeling van elektronische technologie neemt ook de betrouwbaarheid van elektronische onderdelen toe, terwijl de kosten aanzienlijk dalen. De elektronische ballast zal een belangrijk onderdeel vormen van het groene verlichtingsprogramma.

HID-lamp is een hoog-efficiënte lichtbron en wordt breed gebruikt op de internationale markt. Vorig jaar werden er alleen in China 14,8 miljoen MH- & HPS-lampen geproduceerd. Daarnaast neemt het gebruik van HID-lampen jaarlijks toe door de toenemende infrastructuurontwikkeling. Het ontwerpen van geschikte elektrische bijbehoren voor HID-lampen is daarom zeer belangrijk. De keuze voor een elektronisch ballast is de beste optie vanwege het goede prijs-prestatieverband. Dit artikel presenteert de belangrijkste technische kenmerken en toepassingen van elektronische ballasten en bespreekt hoe de verspreiding van elektronische ballasten voor HID-lampen kan worden gestimuleerd.

• Hoofdvorteke van elektronische ballast

  • Opvallend energiebesparings-effect:

※ Vergelijkbaar met een traditionele elektromagnetische ballast onder dezelfde omstandigheden en bij dezelfde verlichting, neemt de elektronische ballast voor HID-lampen het ingangswattage met meer dan 10% terug, omdat de elektronische ballast een hoge of lage frequentie en een vierkantegolf gebruikt om de lamp aan te steken, waardoor het systeem een hoge lichtrendement heeft.

※ De verlieswaarde van de elektronische ballast van onze fabriek is laag, de efficiëntie van een 400 W elektronische ballast kan 93% of hoger bereiken.

• Het vermogensfactor is hoog en kan 0,99 bereiken, wat de voedingcapaciteit verhoogt en de energieverliezen tijdens overbrenging van de elektriciteitscentrale vermindert.

• Vanwege de elektronische ballast heeft een stabiele uitvoerkracht (variatie van de uitvoerkracht van de elektronische ballast minder dan ±3%, terwijl de spanning van het netwerk verandert met ±15%), onder dezelfde omstandigheden zal de variatie van de traditionele electromagnetische ballast uitkomst meer dan 10% zijn. Daarom, om de verlichtingsvereisten binnen de spanningvariatie van het net te voldoen, baseren we ons altijd op de ondergrens (-10%) van de spanningvariatie om de lampen in te richten. Wanneer de lamp wordt bedreven bij normale spanning, zal de invoerspanning van het netwerk 10% hoger zijn dan de nominale spanning van de lamp, wat leidt tot overbelasting van de lamp en verkorte levensduur. Maar dit probleem komt niet voor als er een elektronische ballast wordt gebruikt, omdat deze een stabiele uitvoerspanning heeft, waardoor de invoerspanning van het netwerk met meer dan 10% kan afnemen.

2. Kan veel bronnen besparen

Het is algemeen bekend dat een traditionele elektromagnetische ballast veel siliciumstaal en emaildraad nodig heeft en veel van de beperkte bronnen van de Aarde verbruikt. Het gebruik van een elektronische ballast zal het materiaalverbruik verminderen. Bijvoorbeeld, een 400 W CWA-ballast voor een MH-lamp heeft 2,0 kg koper en 4,0 kg siliciumstaal nodig, terwijl een elektronische ballast slechts 0,4 kg koper nodig heeft.

3. In vergelijking met traditionele elektromagnetische ballasten heeft een elektronische ballast een uitstekende ontstekingsspecificatie

※ De invoerkracht naar de lamp is stabiel, de variatie van de uitkomstkruft van de elektronische ballast is minder dan 3%, terwijl de spanning varieert van 120 tot 265 V. Dit is nuttig voor toepassingen met grote fluctuaties in de netspanning.

De onderstaande figuur toont de belastingkenmerken van een elektronische ballast voor een 150 W MH-lamp.

Uit de figuur hierboven blijkt dat, terwijl de lamp start, de lampspanning toeneemt en het lampstroom geleidelijk afneemt. Met de toeneming van de lampspanning neemt de lampprestatie toe en blijft constant nadat deze haar nominale waarde heeft bereikt.

Dankzij een stabiele lampprestatie hebben we twee goede effecten:

• Een stabiele lampprestatie zorgt ervoor dat de lampkleur consistent blijft.

• Op basis van de kenmerken van HID-lampen neemt het spanningsverschil binnenin de buis van de HID-lamp geleidelijk toe in de laatste fase van het levensduur van de lamp. Het uitgangskenmerk van traditionele electromagnetische ballasten is constant-stroom, waardoor de verandering in de lampstroom zeer klein is en dit resulteert in een toename van de lampprestatie. De toename van de lampprestatie verhoogt opnieuw het spanningsverschil binnenin de lampbuis, waardoor het levensduur van de lamp snel eindigt. Maar zoals te zien is in de figuur hierboven, als er een elektronische ballast wordt gebruikt, neemt de lampstroom geleidelijk af terwijl de lampspanning toeneemt, en blijft de lampprestatie constant. Daardoor wordt het levensduur van de lamp langer.

• PF>0,99, dit zal de efficiëntie van de stroomvoorziening verhogen en de totale kosten voor het ontwerp en de installatie van de transmissielijn verminderen.

※ Het totale harmonische storingssignaal van het stroomgolfpatroon (THD) ≤10% is minder dan bij traditionele electromagnetische ballasten (THD ≥15%), waardoor de verontreiniging van het hoofdnet wordt verminderd.

※ Aangezien de elektronische ballast een hoog- of laaggolfstroom gebruikt om de lamp aan te steken, blijft het instantane uitgegeven vermogen van de lamp constant. Er is geen flikkeren, en dit verbetert de verlichtingseffect.

※ Het ontstekingscircuit van een HID-lamp gebruikt doorgaans hoge spanning om de lamp te ontsteken. Sommige lampen met slechte startprestaties of lampen die al een tijdje brandden, zijn moeilijk te starten, vooral bij warme starts. Een traditioneel verlichtingssysteem veroorzaakt gemakkelijk een ‘gloeiende boogontlading’ en kan de lamp langdurig niet ontsteken. Dit schaadt de elektroden van de lamp en verkleint de levensduur ervan. De elektronische balast ontwikkeld door ons bedrijf kan deze tekortkoming overwinnen. Het systeem gebruikt intervalpulsen om de lamp te ontsteken en lost zo het startprobleem op. Tegelijkertijd heeft de elektronische balast een automatische beschermingsfunctie wanneer er sprake is van een kortsluiting in de uitgangscircuit, een openstaande uitgangscircuit of overdreven hitte. Hierdoor wordt de betrouwbaarheid van het verlichtingsapparaat met elektronische balast verhoogd.

4. Een elektronische ballast kan veel automatische controles eenvoudig uitvoeren, zoals intelligent besturen van de lichtintensiteit, gebaseerd op de lampkarakteristieken. Het dimmingsbereik van een natriumlamp is 40-100% en 50-100% voor een MH-lamp. Dit wordt vereist voor vele toepassingen van lichtregeling voor energiebesparing.

Er zijn verschillende manieren om HID-verlichting te regelen.

a. Vleessignaal testen met een infraroodsensor, zoals voor supermarkten, magazijnen, benzinestations en parkeerplaatsen enz.

b. Automatische lampvermogencontrole gebruikt een lichtsensor en wordt geactiveerd door natuurlijk licht of andere lichtsignalen om automatische controle over het lampvermogen te realiseren. Dit is geschikt voor verlichting in kantoren, fabrieken, mijnen, landbouw enz.

c. Tijdsbesturing voor wegverlichting, het wordt geconfigureerd met verschillende programma's om de variaties in lumenuitkomst op verschillende tijdstippen binnen een dag (24 uur) te realiseren. Dit kan veel energie besparen voor verlichting van wegen, straten, tunnels enz.

d. Dimmen met de hand: Een HPS- of MH-lamp kan ook over een breed bereik worden gecontroleerd door de lamp invoerkracht handmatig aan te passen om een soepele en continue regeling te bereiken.

5. Klein, lichtgewicht en gemakkelijke installatie

• Onderzoek naar betrouwbaarheid voor elektronische ballast

Samen met de zeer snelle ontwikkeling van elektronische techniek is de kwaliteit van elektronische onderdelen continu verbeterd, zodat de betrouwbaarheid van elektronische ballast essentieel is gewaarborgd. Daardoor zijn de meeste startcircuits van tl-buizen en energiebesparende lampen vervangen door elektronische ballasten. Om elektronische ballast te gebruiken voor HID-lampen, moeten we de betrouwbaarheid en prestatie-prijsverhouding van elektronische ballast verhogen.

Vergelijkbaar met een zonlichtlamp en een energiebesparende lamp, heeft de HID-lamp een complexere fysieke processen. We moeten ons best doen om de kenmerken van de HID-lamp te begrijpen voordat we een betrouwbare schakeling ontwerpen. Bijvoorbeeld het probleem van “Acoustische Resonantie” bij de HID-lamp, wat onstabiele werking tijdens het startproces veroorzaakt, zelfs tot het doven van de lamp. We hebben de volgende problemen in overweging genomen:

1) Het behouden van de stabiliteit van het uitvoer vermogen: Gebruik een vierkantstroom om de stabiele eigenschappen van het uitvoer vermogen te waarborgen en verwijder de “Acoustische Resonantie”.

2) De zelfbescherming tegen abnormale werking van de elektronische ballast: Wanneer de uitvoercircuit kortsluit of de uitvoercircuit openstaat, of er verschijningen van lampfouten of overheating van de omgeving zijn, heeft de elektronische ballast een zelfbeschermingsfunctie.

3) Stabiliteit van uitvoer vermogen betekent dat: a) Het uitvoer vermogen van de balast niet verandert wanneer de spanning van de hoofdspanning varieert; b) Tegelijkertijd met een significant verschil in lamp invoer vermogen in verschillende fasen van het gehele levensduur van de HID-lamp, blijft het uitvoer vermogen van de balast onveranderd.

4) Gebruik nulspanningschakeling ZVS en nulstroomschakeling ZCS, verminder de spanning of stroomstress van elektronische componenten aanzienlijk.

5) Houd de temperatuurstijging van het product binnen voorgeschreven limieten. Ontwerp de interne thermische structuur van de elektronische balast. We kiezen een soort echte warmteradiatie materiaal voor de koeling van de elektronische balast.

• Het verhoudingsgetal van prestatie tot kosten en toepassingsvooruitzichten voor elektronische balast van HID-lampen

Alleen na begrip van de toepassingswaarde, integreren we economische indicatoren en het belang van betrouwbaarheidsverhoging van HID-lampen, om de populariteit van HID-lampen te realiseren. Zoals bijvoorbeeld, de onderstaande tabel toont de vergelijking tussen een inductiebalast en een elektronische balast voor een 400W natriumlamp.

Uit het hierboven genoemde blijkt dat u jaarlijks 204,00 RMB kunt besparen, met een terugverdienste van 78% van de kosten in hetzelfde jaar. Het samengestelde economische voordeel is aanzienlijk.

Momenteel zijn er 4 belangrijke factoren die de verspreiding van HID-lampen beperken. De eerste is betrouwbaarheid: de ontwerper moet het verschijnsel van akoestische resonantie tijdens het opstartproces volledig overwinnen. In vergelijking met het ballastcircuit van een tl-lamp is het ballastcircuit van een HID-lamp complexer, met veel meer onderdelen dan bij een tl-lamp. Daardoor is de kans op onderdeelschade aanzienlijk hoger. Bovendien produceren veel fabrieken (of bedrijven) HID-lampen volgens verschillende normen. Dit leidt tot onverenigbaarheid tussen de lamp en elektronische ballasten en vermindert de toepassingskwaliteit. De producent van elektronische ballasten moet streng selecteren bij het kiezen van onderdelen om de betrouwbaarheid van het product te verbeteren. De tweede factor is de werksituatie van de elektronische ballast: de omgevingstemperatuur moet onder de 55 ℃ blijven en de huistemperatuur onder de 75 ℃, om de levensduur van de elektronische ballast te garanderen. Daarom moet er een goed koelsysteem worden ontworpen voor de elektronische ballast. De derde factor is het afvoeren van warmte bij hoge-krachtballasten: dit is een belangrijke factor die de levensduur van de elektronische ballast beïnvloedt en vereist een nog betere ontwerpontwikkeling van nuttige hoge-krachtballasten. Laatstgenoemd is de prijs: hoewel de geassocieerde economische voordelen significant zijn, is de initiële investering ook hoog, waardoor het lastig is om door alle klanten te worden geaccepteerd. Met toenemende betrouwbaarheid neemt ook de prijs toe. We geloven dat, met de snelle ontwikkeling van elektronica, de genoemde problemen een voor een zullen worden opgelost en dat HID-lampen elektronische ballasten, als een soort groene verlichtingsproduct, algemeen zullen worden geaccepteerd door alle klanten.

Korte samenvatting

De elektronische ballast voor HID-lampen heeft voordelen zoals een goede ontstekingsparameter, hoge economische voordelen en verminderde verontreiniging van het hoofdnet. Het zal de groene verlichtingsprojecten in China sterk bevorderen en is een effectieve stap om het doel van 10% energiebesparing zo snel mogelijk te bereiken. Daarom geloven we dat, net als de elektronische ballast voor energiebesparende lampen en zonlichtlampen, de elektronische ballast voor HID-lampen ook zeer snel zal worden geïmplementeerd. De toepassing van de elektronische ballast voor HID-lampen (ontwikkeld door ons bedrijf) in enkele verlichtingsprojecten op wegen, zowel binnen- als buitenland, toont aan dat de elektronische ballast niet alleen een significant energiebesparings-effect heeft, maar ook een lange levensduur.

Referenties:

1. Elektronische Ballast voor HID-lampen met Hoogfrequentiesquarewavevorm om Acoustische Resonanties te Voorkomen

M. Ponce APEC 2001

2. < Pocket Guide to High Intensity Discharge Lamp Ballasts> ADVANCE