Aplicação de Balastro Eletrônico HID

Resumo: Este artigo apresenta o princípio e as vantagens da reatância eletrônica (novos produtos de iluminação verde). Em seguida, introduz a reatância eletrônica desenvolvida pela nossa empresa, indicando alguns problemas que precisam ser considerados no processo de design. Além disso, algumas questões práticas devem ser resolvidas no futuro.

Palavras-chave: Iluminação verde, balastro eletrônico para lâmpada HID

I. Introdução

Devido ao balastro eletrônico ter as vantagens de economia de energia, pequeno tamanho, leve e alta confiabilidade, ele é amplamente utilizado para ser combinado com lâmpadas fluorescentes compactas, lâmpadas de luz solar e lâmpadas integradas. Ele alcançou um ótimo efeito econômico e social. Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia eletrônica, a confiabilidade dos componentes eletrônicos também aumentou, e o custo diminuiu consideravelmente. O balastro eletrônico será uma parte importante do projeto de iluminação verde.

A lâmpada HID é uma fonte de luz de alta eficiência e é amplamente adotada no mercado internacional. No ano passado, foram produzidas apenas na China 14.800.000 lâmpadas de MH e HPS. Além disso, com o aumento da construção de infraestrutura, a demanda anual por lâmpadas HID também aumentará. Portanto, é muito importante projetar acessórios elétricos compatíveis razoáveis para lâmpadas HID, e adotar o balastro eletrônico é a melhor escolha devido à sua excelente relação custo/benefício. Este artigo apresentará as principais características técnicas e aplicações do balastro eletrônico, e discutirá como popularizar o uso do balastro eletrônico para lâmpadas HID.

• Principais vantagens do balastro eletrônico

  • Efeito significativo de economia de energia:

※ Compare com o balastro eletromagnético tradicional sob as mesmas condições e mesma iluminância, o balastro eletrônico para lâmpada HID reduzirá o consumo de energia em mais de 10%, pois o balastro eletrônico utiliza corrente de alta ou baixa frequência e onda quadrada para acender a lâmpada, proporcionando alta eficácia luminosa do sistema.

※ A perda do balastro eletrônico produzido pela nossa empresa é baixa, a eficiência do balastro eletrônico de 400 W pode alcançar 93% ou mais.

• O fator de potência é alto e pode chegar a 0.99, aumentando a capacidade de fornecimento de energia e reduzindo a perda de transmissão elétrica para uma usina.

• Devido ao fato de que o balastro eletrônico possui uma potência de saída estável (a variação da potência de saída do balastro eletrônico é inferior a ±3%, enquanto a tensão principal muda ±15%), sob as mesmas condições, a variação da potência de saída do balastro eletromagnético tradicional será superior a 10%. Portanto, para satisfazer o requisito de iluminância dentro da variação da tensão principal, sempre baseamos no limite inferior (-10%) da variação de tensão para projetar o luminário. Quando o luminário é operado na tensão normal, a tensão de entrada da fonte principal será 10% maior do que a tensão nominal do luminário, o que causará sobrecarga da lâmpada e reduzirá a vida útil da mesma. No entanto, esse problema não ocorrerá se for utilizado um balastro eletrônico, devido à sua tensão de saída estável, a tensão de entrada da fonte principal pode ser reduzida em mais de 10%.

2. Pode economizar muitos recursos

É bem conhecido que o reator eletromagnético tradicional precisa de muita chapa de aço siliconado e fio esmaltado e consome muito dos recursos limitados da Terra. Adotar um reator eletrônico reduzirá o material utilizado. Por exemplo, um reator CWA de 400 W para lâmpada MH necessita de 2,0 kg de cobre e 4,0 kg de aço siliconado, enquanto que o reator eletrônico necessita apenas de 0,4 kg de cobre.

3. Comparado com o reator eletromagnético tradicional, o circuito do reator eletrônico possui excelente parâmetro de ignição.

※ A potência de entrada para a lâmpada é estável, a variação da potência de saída do reator eletrônico é inferior a 3%, enquanto a tensão principal varia de 120 a 265 V. É útil para aplicações com grande flutuação na tensão principal.

A figura abaixo mostra o caractere de carga de saída do reator eletrônico para uma lâmpada MH de 150 W.

A partir da Figura acima, enquanto a lâmpada está iniciando, a voltagem da lâmpada aumenta e a corrente da lâmpada diminui gradualmente. Com o aumento da voltagem da lâmpada, a potência da lâmpada aumenta e, depois de atingir seu valor nominal, permanece constante.

Graças à potência estável da lâmpada, temos dois bons efeitos:

• A potência estável da lâmpada faz com que a cor da lâmpada seja mais constante.

• Com base nas características da lâmpada HID, na fase final da vida útil da lâmpada HID, a diferença de voltagem dentro do tubo da lâmpada aumentará gradualmente. A característica de saída do reator eletromagnético tradicional é de corrente constante, a corrente da lâmpada muda muito pouco, o que causa um aumento no consumo de potência da lâmpada. O aumento da potência da lâmpada, por sua vez, aumenta a diferença de voltagem dentro do tubo da lâmpada, assim a vida útil da lâmpada termina rapidamente. Mas pela Figura acima, se for utilizado um reator eletrônico, enquanto a voltagem da lâmpada aumenta gradualmente, a corrente da lâmpada também diminui gradualmente, mantendo a potência da lâmpada constante. Portanto, a vida útil da lâmpada é maior.

• PF>0,99, isso aumentará a eficiência do fornecimento de energia e reduzirá o custo total do projeto e instalação da linha de transmissão.

※ A distorção harmônica total da corrente (THD) ≤10% é menor do que a dos tradicionais balastros eletromagnéticos (THD ≥15%), podendo reduzir a poluição na rede elétrica principal.

※ Devido ao balastro eletrônico utilizar uma corrente em onda de alta ou baixa frequência para acender a lâmpada, a potência de saída instantânea da lâmpada é constante. Não há piscar, e isso melhorará o efeito da iluminação.

※ O circuito de ignição do lampião HID geralmente usa alta voltagem para acender o lampião. Alguns lampiões com mau desempenho de partida ou que já foram acesos por algum tempo são difíceis de iniciar, especialmente em partidas quentes. O circuito de iluminação tradicional facilmente gera um 'brilho de descarga em arco' e não consegue acender o lampião por muito tempo. Isso pode danificar o eletrodo do lampião e reduzir sua vida útil. O balastro eletrônico desenvolvido pela nossa empresa pode superar essa deficiência. Ele utiliza pulsos intermitentes para acender o lampião e resolve o problema de partida. Além disso, quando ocorre curto-circuito no circuito de saída, abertura do circuito de saída ou superaquecimento, o balastro eletrônico possui função de proteção automática. Assim, aumenta a confiabilidade do equipamento de iluminação com balastro eletrônico.

4. O balastro eletrônico pode realizar muitos controles automáticos facilmente, como controle inteligente para a intensidade da luz, com base nas características do lampião, o intervalo de atenuação do lampião de sódio é 40-100% e 50-100% do lampião MH. É necessário para muitas aplicações de controle de iluminação para economia de energia.

Existem muitas maneiras de realizar o controle de iluminação HID.

a. Teste de sinal por sensor infravermelho, como para supermercados, armazéns, postos de gasolina e estacionamentos etc.

b. Controle automático de potência do lampião usando sensor de luz, ativado pela luz natural ou outros sinais de luz para realizar controle automático da potência do lampião. É aplicável para iluminação de escritórios, fábricas, minas, agricultura e assim por diante.

c. Controle de tempo para iluminação de estradas, configurado com diferentes programas para realizar variações na saída de lúmens em diferentes períodos de tempo dentro de um dia (24 horas). É capaz de economizar muito energia para iluminação de estradas, ruas, túneis e assim por diante.

d. Regulação manual: o funcionamento da lâmpada HPS ou MH também pode ser controlado em uma ampla gama ajustando manualmente a potência de entrada da lâmpada para alcançar uma regulação suave e contínua.

5. Pequeno, leve e fácil instalação

• A pesquisa sobre a confiabilidade do balastro eletrônico

Com o desenvolvimento muito rápido da técnica eletrônica, a qualidade dos componentes eletrônicos tem aumentado continuamente, assim a confiabilidade do balastro eletrônico foi essencialmente garantida. Portanto, a maioria dos circuitos de ignição das lâmpadas fluorescentes e de economia de energia foram substituídos por balastros eletrônicos. Para usar balastro eletrônico em lâmpadas HID, devemos aumentar a confiabilidade e a relação desempenho/preço do balastro eletrônico.

Comparando com lâmpadas de luz solar e lâmpadas economizadoras de energia, a lâmpada HID possui um processo físico mais complexo. Devemos fazer o máximo para entender as características da lâmpada HID antes de projetar um circuito confiável. Por exemplo, o problema de 'Resonância Acústica' da lâmpada HID, que causa operação instável durante o processo de ignição, podendo até apagar a lâmpada. Consideramos os seguintes problemas:

1) Manter a estabilidade da potência de saída: Usar uma corrente em onda quadrada para garantir o caráter estável da potência de saída e eliminar a 'Resonância Acústica'.

2) A autoproteção contra operação anormal do balastro eletrônico: Quando o circuito de saída estiver curto-circuitado ou aberto, ou quando ocorrer falha na lâmpada ou superaquecimento do ambiente, o balastro eletrônico possui função de autoproteção.

3) Estabilidade da potência de saída significa que: a) A potência de saída do reator não muda enquanto a tensão do poder principal varia; b) Juntamente com a mudança significativa da potência de entrada da lâmpada em diferentes períodos da vida útil total da lâmpada HID, a potência de saída do reator não muda.

4) Adotar o interruptor de tensão zero ZVS e o interruptor de corrente zero ZCS, diminui significativamente o estresse de tensão ou corrente do componente de potência.

5) Controlar o aumento de temperatura do produto dentro dos limites prescritos. E projetar a estrutura térmica interna do reator eletrônico. Escolhemos um material de verdadeira radiação térmica para dissipação de calor do reator eletrônico.

• A razão entre desempenho e custo e o cenário de aplicação para o reator eletrônico da lâmpada HID

Apenas após entender o valor de aplicação, integrando o índice econômico e a importância de aumentar a confiabilidade da lâmpada HID, podemos realizar a popularização da lâmpada HID. Como exemplo, a tabela abaixo mostra a comparação entre o reator indutivo e o reator eletrônico para uma lâmpada de sódio de 400W.

Com base no mencionado acima, pode-se economizar 204,00 RMB por ano, recuperando 78% do custo no mesmo ano. O benefício econômico agregado é significativo.

Agora, existem 4 ingredientes principais que limitam a popularização da aplicação do lâmpada HID. O primeiro é a confiabilidade: o designer deve superar completamente os fenômenos de ressonância acústica presentes no processo de inicialização. Em comparação com o circuito reator da lâmpada fluorescente, o circuito reator da lâmpada HID é mais complexo, e a quantidade de componentes é muito maior do que na lâmpada fluorescente. Portanto, a probabilidade de falha dos componentes é muito maior. Além disso, muitas fábricas (ou empresas) fabricam lâmpadas HID utilizando diferentes padrões. Isso causa incompatibilidade entre a lâmpada e o reator eletrônico, diminuindo o efeito da aplicação. O fabricante do reator eletrônico deve escolher os componentes rigorosamente, aumentando a confiabilidade do produto. O segundo é a condição de operação do reator eletrônico: exige-se que a temperatura ambiente seja inferior a 55 ℃ e que a temperatura da carcaça seja inferior a 75 ℃, para garantir a vida útil do reator eletrônico. Portanto, é necessário projetar um bom dissipador de calor para o reator eletrônico. O terceiro é a dissipação de calor para reatores eletrônicos de alta potência: é um fator importante que afeta a vida útil do reator eletrônico e aguarda um design mais perfeito de reatores eletrônicos de alta potência do tipo utilitário. O último é o preço: embora o benefício econômico agregado seja significativo, o investimento inicial também é alto, dificultando sua aceitação generalizada pelos clientes. E à medida que a confiabilidade aumenta, o preço também aumentará. Acreditamos que, com o rápido desenvolvimento da técnica eletrônica, os problemas mencionados acima serão resolvidos um por um, e o reator eletrônico da lâmpada HID, como um produto de iluminação verde, será amplamente aceito por todos os clientes.

Resumo breve

O balastro eletrônico para lâmpadas HID possui as vantagens de bons parâmetros de ignição, alto benefício econômico e redução da poluição para a rede principal de energia. Ele impulsionará grandemente o projeto de iluminação verde na China e é um passo eficaz para alcançar a meta de economizar 10% de energia o mais rápido possível. Portanto, acreditamos que, assim como o balastro eletrônico para lâmpadas de economia de energia e lâmpadas fluorescentes, o balastro eletrônico para lâmpadas HID também será amplamente difundido em um ritmo muito rápido. A aplicação do balastro eletrônico para lâmpadas HID (desenvolvido pela nossa empresa) em alguns projetos de engenharia de iluminação rodoviária no mercado interno ou internacional mostra que o balastro eletrônico não só tem a vantagem de um efeito significativo de economia de energia, mas também a vantagem de uma longa vida útil.

Referências:

1. Balastro Eletrônico para Lâmpadas HID com Onda Quadrada de Alta Frequência para Evitar Ressonâncias Acústicas

M. PonceAPEC 2001

2. < Guia de Bolso para Balastros de Lâmpadas de Descarga de Alta Intensidade > ADVANCE