Применение электронного балласта HID

Аннотация: В данной статье рассматриваются принципы работы и преимущества электронного балласта (новые экологические осветительные приборы). Затем описываются электронные балласты, разработанные нашей компанией, указываются некоторые проблемы, требующие внимания в процессе проектирования, а также практические вопросы, которые необходимо решить в будущем.

Ключевые слова: Зеленое освещение, электронный балласт для HID лампы

I. Введение

Учитывая, что электронный балласт обладает преимуществами экономии энергии, компактности, легкости и высокой надежности, он широко используется в сочетании с компактными люминесцентными лампами, лампами дневного света и интегрированными лампами. Он обеспечил очень хороший экономический и социальный эффект. Вместе с постоянным развитием электронных технологий надежность электронных компонентов также увеличивается, а стоимость значительно снижается. Электронный балласт станет важной частью экологически чистого освещения.

Лампа HID является высокоэффективным источником света и широко используется на международном рынке. В прошлом году только в Китае было произведено 14,8 млн ламп MH и HPS. Более того, с увеличением строительства инфраструктуры, потребность в лампах HID будет также расти. Поэтому очень важно разработать рациональные электрические компоненты для ламп HID, а использование электронного балласта является лучшим выбором благодаря хорошему соотношению цена/качество. В данной статье рассматриваются основные технические характеристики и применения электронного балласта, а также обсуждается, как популяризировать применение электронных балластов для ламп HID.

• Основные преимущества электронного балласта

  • Значительный эффект экономии энергии:

※ При сравнении с традиционным электромагнитным пускорегулирующим устройством при одинаковых условиях и уровне освещенности, электронный пускорегулятор для HID-лампы уменьшает потребляемую мощность более чем на 10%, так как электронный пускорегулятор использует высокочастотный или низкочастотный ток и прямоугольные волны для зажигания лампы, что обеспечивает высокую световую эффективность системы.

※ Потери электронного пускорегулятора, производимого нашей компанией, низки, КПД электронного пускорегулятора мощностью 400 Вт может достигать 93% и более.

• Коэффициент мощности высокий и может достигать 0,99, что увеличивает способность источника питания и снижает потери передачи электроэнергии для электростанции.

• Из-за того, что электронный балласт имеет стабильную выходную мощность (вариация выходной мощности электронного балласта составляет менее ±3%, при изменении напряжения сети на ±15%), при тех же условиях вариация выходной мощности традиционного электромагнитного балласта будет более 10%. Поэтому, для удовлетворения требований освещенности при изменении сетевого напряжения, мы всегда проектируем светильник исходя из нижней границы (-10%) изменения напряжения. Когда светильник работает при нормальном напряжении, входное напряжение от сети будет на 10% выше номинального напряжения светильника, что может привести к перегрузке лампы и сокращению срока ее службы. Однако, этой проблемы не возникнет, если использовать электронный балласт, благодаря его стабильному выходному напряжению, входное напряжение от сети может быть снижено более чем на 10%.

2. Может существенно сэкономить ресурсы

Известно, что традиционный электромагнитный балласт требует много кремниевой стали и лакированных проводов и потребляет много ограниченных ресурсов Земли. Использование электронного балласта снижает расход материалов. Например, балласт CWA мощностью 400 Вт для лампы MH требует 2,0 кг меди и 4,0 кг кремниевой стали, в то время как электронный балласт нуждается всего лишь в 0,4 кг меди.

3. По сравнению с традиционным электромагнитным балластом, электронная схема балласта обладает отличными параметрами запуска.

※ Подача мощности на лампу стабильна, изменение выходной мощности электронного балласта составляет менее 3%, при изменении напряжения сети от 120 до 265 В. Это полезно для применения при больших колебаниях сетевого напряжения.

На рисунке ниже показана характеристика нагрузки электронного балласта для лампы MH мощностью 150 Вт.

Из рисунка выше видно, что при запуске лампы напряжение на лампе увеличивается, а ток через лампу постепенно уменьшается. Вместе с увеличением напряжения лампы возрастает и мощность лампы, после чего она становится постоянной, достигнув своего номинального значения.

Благодаря стабильной мощности лампы мы получаем два хороших эффекта:

• Стабильная мощность лампы обеспечивает более постоянный цвет свечения лампы.

• На основе характеристик HID-ламп, в конце срока службы HID-лампы разность потенциалов внутри колбы лампы будет постепенно увеличиваться. Выходная характеристика традиционного электромагнитного пускорегулирующего устройства (ПРУ) является постоянным током, изменение тока лампы минимально, что приводит к увеличению мощности лампы. Увеличение мощности лампы снова увеличивает разность потенциалов внутри колбы лампы, таким образом, срок службы лампы заканчивается быстро. Однако из рисунка выше видно, что если использовать электронное ПРУ, то при постепенном увеличении напряжения лампы, ток также постепенно уменьшается, мощность лампы остается постоянной. Следовательно, срок службы лампы увеличивается.

• PF>0.99, это увеличит эффективность электропитания и снизит общую стоимость проектирования и установки линии передачи.

※ Общий гармонический искаженный сигнал тока (THD) ≤10% меньше, чем у традиционного электромагнитного пускорегулятора (THD ≥15%), что снижает загрязнение основной мощности.

※ Поскольку электронный пускорегулятор использует высокочастотный или низкочастотный ток для зажигания лампы, мгновенная выходная мощность лампы остается постоянной. Мигание отсутствует, и это улучшит качество освещения.

※ Зажигательная цепь светодиодной лампы HID обычно использует высокое напряжение для запуска лампы. Некоторые лампы с плохой работой запуска или те, которые уже горели некоторое время, трудно запустить, особенно при горячем старте. Традиционная система зажигания легко вызывает «светящийся дуговой разряд» и не может зажечь лампу в течение длительного времени. Это может повредить электроды лампы и сократить её срок службы. Электронный балласт, разработанный нашей компанией, может устранить этот недостаток. Он использует интервальные импульсы для запуска лампы и преодолевает проблему запуска. При этом, если возникает короткое замыкание выходной цепи, обрыв выходной цепи или перегрев, электронный балласт имеет функцию автоматической защиты. Таким образом, это увеличивает надёжность светильника с электронным балластом.

4. Электронный балласт может легко выполнять множество автоматических управлений, таких как интеллектуальное управление интенсивностью света на основе характеристик лампы, диапазон регулировки натриевой лампы составляет 40-100%, а для ртутной лампы (MH) - 50-100%. Это необходимо для многих применений управления освещением с экономией энергии.

Существует множество способов реализации управления освещением HID.

a. Тестирование сигналов движения с помощью инфракрасного датчика, например, для супермаркетов, складов, заправочных станций и парковок и т.д.

b. Автоматическое управление мощностью лампы с использованием датчика света, активируется естественным светом или другими световыми сигналами для реализации автоматического управления мощностью лампы. Применимо для освещения офисов, заводов, шахт, сельского хозяйства и т.д.

c. Временное управление уличным освещением, которое настраивается с разными программами для изменения светового потока в разные периоды времени в течение дня (24 часа). Это позволяет существенно экономить энергию при освещении дорог, улиц, туннелей и т.д.

регулировка яркости вручную: лампа HPS или MH также может быть управляема в широком диапазоне путем ручной настройки входной мощности для достижения плавной и непрерывной регулировки.

5. Компактный размер, легкий вес и удобная установка

• Исследование надежности электронного балласта

Вместе с очень быстрым развитием электронных технологий, качество электронных компонентов постоянно увеличивается, поэтому надежность электронного балласта была существенно обеспечена. Следовательно, большинство цепей зажигания люминесцентных и энергосберегающих ламп заменены электронными балластами. Для использования электронного балласта с HID-лампой необходимо повысить надежность и соотношение производительности/цены электронного балласта.

Сравнивая с лампами дневного света и энергосберегающими лампами, у HID-лампы более сложный физический процесс. Перед проектированием надежной цепи мы должны максимально понять характеристики HID-лампы. Например, проблема «звукового резонанса» в HID-лампе может вызывать нестабильную работу во время запуска, а иногда и гаснуть лампы. Мы учли следующие проблемы:

1) Обеспечение стабильности выходной мощности: использование прямоугольной волны тока для обеспечения стабильности выходной мощности и устранения «звукового резонанса».

2) Самозащита от аномальной работы электронного балласта: при коротком замыкании выходной цепи или разрыве выходной цепи, а также при неисправности лампы или чрезмерно высокой температуре окружающей среды, электронный балласт имеет функцию самозащиты.

3) Стабильность выходной мощности означает, что: а) Выходная мощность балласта не изменяется при изменении напряжения основного питания; б) Несмотря на значительное изменение входной мощности лампы в разные периоды всего срока службы газоразрядной лампы (HID), выходная мощность балласта не меняется.

4) Применение коммутации при нулевом напряжении (ZVS) и коммутации при нулевом токе (ZCS), значительно снижает напряжение или токовое стресс на силовых компонентах.

5) Контролируем повышение температуры продукта в пределах установленных норм. Проектируем внутреннюю тепловую структуру электронного балласта. Мы выбираем специальный материал с высокой теплопроводностью для отвода тепла из электронного балласта.

• Соотношение производительности и стоимости, перспективы применения электронного балласта для газоразрядных ламп (HID)

Только после понимания практической ценности, интеграции экономических показателей и важности повышения надежности газоразрядных ламп (HID), можно добиться их широкого распространения. Например, таблица ниже показывает сравнение индукционного балласта с электронным балластом для натриевой лампы мощностью 400 Вт.

Из вышеуказанного можно сэкономить 204,00 юаней в год, вернуть 78% стоимости в том же году. Общий экономический эффект значителен.

Сейчас существует 4 основных фактора, ограничивающих распространение применения газоразрядных ламп (HID). Первый — это надежность: конструктор должен полностью преодолеть явление акустического резонанса, возникающего в процессе запуска. В сравнении с балластной цепью люминесцентной лампы, цепь балласта для HID-лампы более сложна, количество компонентов значительно больше, чем у балласта люминесцентной лампы. Следовательно, вероятность отказа компонентов намного выше. Кроме того, многие заводы (или компании), производящие HID-лампы, используют разные стандарты. Это приводит к несовместимости ламп с электронным балластом и снижению эффективности применения. Производители электронных балластов должны строго выбирать компоненты и увеличивать надежность продукта. Второй фактор — это условия работы электронного балласта: требуется, чтобы температура окружающей среды была ниже 55 ℃, а температура корпуса ниже 75 ℃, чтобы обеспечить долговечность балласта. Поэтому необходимо спроектировать эффективную систему охлаждения для электронного балласта. Третий фактор — это отвод тепла для высокомощных электронных балластов: это важный фактор, влияющий на срок службы электронного балласта, и требует более совершенного дизайна высокомощных электронных балластов. Последний фактор — это цена: хотя общий экономический эффект значителен, первоначальные инвестиции также высоки, что затрудняет широкое принятие клиентами. При повышении надежности цена также возрастает. Мы верим, что благодаря быстрому развитию электронных технологий, указанные выше проблемы будут решаться одна за другой, и электронный балласт для HID-ламп как экологически чистый продукт освещения получит широкое распространение среди всех клиентов.

Краткое содержание

Электронный пускорегулирующий аппарат (ПРА) для ртутных ламп высокого давления (РЛВД) имеет преимущества в виде хороших параметров зажигания, высокой экономической эффективности и снижения загрязнения основной электросети. Он значительно продвинет программу экологического освещения в Китае и является эффективным шагом к достижению цели сокращения потребления энергии на 10% как можно быстрее. Таким образом, мы считаем, что так же, как и электронные ПРА для энергосберегающих ламп и ламп дневного света, электронные ПРА для РЛВД также будут внедряться очень быстро. Применение электронного ПРА для РЛВД (разработанного нашей компанией) в некоторых проектах освещения автострад как на внутреннем, так и на внешнем рынках показывает, что электронный ПРА не только обладает значительным эффектом энергосбережения, но и имеет преимущество долговечности.

Ссылки:

1. Электронный пускорегулирующий аппарат для ртутных ламп высокого давления с высокочастотной прямоугольной формой сигнала для предотвращения акустических резонансов

M. Понсе APEC 2001

2. <Карманный справочник по пускорегулирующим аппаратам для ламп высокой интенсивности свечения> ADVANCE