Ứng dụng của Bóng Đèn Điện Tử HID

Tóm tắt: Bài viết này trình bày nguyên lý và ưu điểm của chấn lưu điện tử (sản phẩm chiếu sáng xanh mới). Sau đó giới thiệu chấn lưu điện tử do công ty chúng tôi phát triển, chỉ ra một số vấn đề cần chú ý trong quá trình thiết kế. Và một số vấn đề thực tiễn cần được giải quyết trong tương lai.

Từ khóa: Đèn xanh, bộ ballast điện tử cho đèn HID

I. Lời nói đầu

Do ballast điện tử có ưu điểm tiết kiệm năng lượng, nhỏ gọn, nhẹ và độ tin cậy cao, nó được sử dụng rộng rãi để kết hợp với đèn huỳnh quang compact, đèn ánh sáng mặt trời và đèn tích hợp. Nó đã đạt được hiệu quả kinh tế và xã hội rất tốt. Cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử, độ tin cậy của các linh kiện điện tử cũng tăng lên, và chi phí giảm đáng kể. Ballast điện tử sẽ là phần quan trọng trong công trình chiếu sáng xanh.

Đèn HID là nguồn sáng hiệu quả cao và được sử dụng rộng rãi trên thị trường quốc tế. Năm ngoái, chỉ riêng ở Trung Quốc đã sản xuất 14.800.000 đèn MH & HPS, hơn nữa, cùng với việc tăng cường xây dựng cơ sở hạ tầng, nhu cầu về đèn HID mỗi năm cũng sẽ tăng lên. Do đó, việc thiết kế các phụ kiện điện phù hợp cho đèn HID là rất quan trọng, việc sử dụng ballast điện tử là lựa chọn tốt nhất nhờ tỷ lệ hiệu suất/giá thành tốt. Bài viết này sẽ giới thiệu các đặc điểm kỹ thuật chính và ứng dụng của ballast điện tử, đồng thời thảo luận cách thúc đẩy ứng dụng ballast điện tử cho đèn HID.

• Ưu điểm chính của ballast điện tử

  • Hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể:

※ So sánh với ballast điện từ truyền thống trong cùng điều kiện và độ sáng, ballast điện tử cho đèn HID sẽ giảm công suất đầu vào hơn 10%, vì ballast điện tử sử dụng dòng điện tần số cao hoặc thấp và sóng vuông để thắp sáng đèn, hiệu suất ánh sáng của hệ thống là cao.

※ Mất mát của ballast điện tử do công ty chúng tôi sản xuất là thấp, hiệu suất của ballast điện tử 400 W có thể đạt 93% hoặc hơn.

• Hệ số công suất cao và có thể đạt 0.99, và nó sẽ tăng khả năng cung cấp điện cũng như giảm tổn thất truyền tải điện cho nhà máy điện.

• Do bóng đèn sử dụng bo mạch điện tử có công suất đầu ra ổn định (biến thiên công suất đầu ra của bo mạch điện tử ít hơn ±3%, trong khi điện áp nguồn thay đổi ±15%), dưới cùng điều kiện đó, biến thiên của bo mạch điện từ truyền thống sẽ lớn hơn 10%. Do đó, để đáp ứng yêu cầu độ sáng trong phạm vi biến thiên điện áp nguồn, chúng ta thường dựa vào giới hạn dưới (-10%) của biến thiên điện áp để thiết kế bộ đèn. Khi bộ đèn hoạt động ở điện áp bình thường, điện áp đầu vào từ nguồn sẽ cao hơn 10% so với điện áp định mức của bộ đèn, điều này sẽ gây quá tải cho bóng đèn và làm giảm tuổi thọ của nó. Tuy nhiên, vấn đề sẽ không xảy ra nếu sử dụng bo mạch điện tử, nhờ vào điện áp đầu ra ổn định, điện áp đầu vào từ nguồn có thể giảm hơn 10%.

2. Có thể tiết kiệm nhiều tài nguyên

Ai cũng biết rằng ballast điện từ truyền thống cần rất nhiều thép silic và dây đồng trục và tiêu thụ nhiều tài nguyên hữu hạn của Trái đất. Việc sử dụng ballast điện tử sẽ giảm thiểu vật liệu được sử dụng. Ví dụ, ballast CWA 400 W cho đèn MH cần 2.0 kg đồng và 4.0 kg thép silic, trong khi ballast điện tử chỉ cần 0.4 kg đồng.

3. So với ballast điện từ truyền thống, mạch ballast điện tử có thông số khởi động tuyệt vời

※ Công suất đầu vào cho bóng đèn là ổn định, sự biến thiên của công suất đầu ra của ballast điện tử nhỏ hơn 3%, trong khi điện áp nguồn thay đổi từ 120 đến 265 V. Điều này rất hữu ích cho các ứng dụng có sự dao động lớn của nguồn điện.

Hình dưới đây hiển thị đặc tính tải đầu ra của ballast điện tử cho đèn MH 150 W.

Từ hình trên, khi bóng đèn đang khởi động, điện áp của bóng đèn tăng dần và dòng điện của bóng đèn giảm dần. Cùng với sự tăng lên của điện áp bóng đèn, công suất bóng đèn cũng tăng lên và sau đó duy trì ổn định sau khi đạt đến giá trị định mức.

Nhờ vào công suất bóng đèn ổn định, chúng ta có hai hiệu quả tốt:

• Công suất bóng đèn ổn định khiến màu sắc của bóng đèn đều hơn.

• Dựa trên đặc tính của bóng đèn HID, ở giai đoạn cuối của tuổi thọ bóng đèn HID, sự chênh lệch điện áp trong ống đèn sẽ dần tăng lên. Đặc tính đầu ra của bộ镇liu điện từ truyền thống là dòng điện ổn định, dòng điện của bóng đèn thay đổi rất ít, điều này dẫn đến việc tăng công suất bóng đèn. Sự tăng lên của công suất bóng đèn lại làm tăng sự chênh lệch điện áp trong ống đèn, do đó tuổi thọ của bóng đèn sẽ kết thúc nhanh chóng. Nhưng từ hình trên, nếu sử dụng bộ镇liu điện tử, khi điện áp bóng đèn tăng dần, dòng điện bóng đèn cũng giảm dần, công suất bóng đèn duy trì ổn định. Do đó, tuổi thọ của bóng đèn lâu hơn.

• PF>0.99, điều này sẽ tăng hiệu suất cung cấp điện và giảm tổng chi phí thiết kế và lắp đặt đường dây truyền tải.

※ Mức nhiễu hài tổng của dòng điện (THD) ≤10% thấp hơn so với ballast từ truyền thống (THD ≥15%), nó có thể giảm ô nhiễm nguồn chính.

※ Do ballast điện tử sử dụng dòng điện tần số cao hoặc thấp để đốt đèn, vì vậy công suất đầu ra tức thời của đèn là không đổi. Không có hiện tượng nhấp nháy và nó sẽ cải thiện hiệu quả chiếu sáng.

※ Mạch đánh lửa của đèn HID thường sử dụng điện áp cao để bật đèn. Một số đèn có hiệu suất khởi động kém hoặc một số đèn đã được thắp sáng trong một thời gian là khó khởi động, đặc biệt là khi khởi động nóng, mạch chiếu sáng truyền thống dễ dàng gây ra hiện tượng ‘chói phóng điện’ và không thể bật đèn trong một thời gian dài. Điều này sẽ làm hỏng điện cực đèn và giảm tuổi thọ của đèn. Ballast điện tử do công ty chúng tôi phát triển có thể khắc phục nhược điểm này. Nó sử dụng xung cách quãng để bật đèn, và vượt qua khó khăn trong việc khởi động. Đồng thời, khi mạch đầu ra bị chập hoặc mạch đầu ra bị mở, hoặc xuất hiện tình trạng quá nhiệt, ballast điện tử có chức năng tự bảo vệ. Vì vậy, nó tăng độ tin cậy của thiết bị chiếu sáng có bóngasts điện tử.

bộ ballast điện tử có thể thực hiện nhiều chức năng kiểm soát tự động một cách dễ dàng, chẳng hạn như điều khiển thông minh cho cường độ ánh sáng, dựa trên đặc tính của bóng đèn, phạm vi điều chỉnh độ sáng của đèn natri là 40-100% và 50-100% đối với đèn MH. Điều này rất cần thiết cho nhiều ứng dụng tiết kiệm năng lượng trong kiểm soát ánh sáng.

Có nhiều cách để thực hiện kiểm soát chiếu sáng HID.

a. Kiểm tra tín hiệu chuyển động bằng cảm biến hồng ngoại, ví dụ như trong siêu thị, kho hàng, trạm xăng và bãi đỗ xe, v.v.

b. Kiểm soát tự động công suất đèn sử dụng cảm biến ánh sáng, được kích hoạt bởi ánh sáng tự nhiên hoặc các tín hiệu ánh sáng khác để thực hiện kiểm soát tự động công suất đèn. Nó phù hợp cho hệ thống chiếu sáng ở văn phòng, nhà máy, mỏ, nông nghiệp, v.v.

c. Kiểm soát theo thời gian cho chiếu sáng đường bộ, được cấu hình với các chương trình khác nhau để thay đổi đầu ra ánh sáng vào các khoảng thời gian khác nhau trong ngày (24 giờ). Điều này có khả năng tiết kiệm rất nhiều năng lượng cho hệ thống chiếu sáng trên đường, phố, hầm và hơn thế nữa.

b. Điều chỉnh độ sáng bằng tay: Đèn HPS hoặc MH cũng có thể được kiểm soát trong phạm vi rộng bằng cách điều chỉnh công suất đầu vào của đèn bằng tay để đạt được sự điều chỉnh mượt mà và liên tục.

5. Nhỏ gọn, nhẹ và dễ dàng lắp đặt

• Nghiên cứu về độ tin cậy của ballast điện tử

Kèm theo tốc độ phát triển rất nhanh của kỹ thuật điện tử, chất lượng của các linh kiện điện tử đã không ngừng tăng lên, vì vậy độ tin cậy của ballast điện tử đã được đảm bảo cơ bản. Do đó, hầu hết các mạch bật đèn của đèn huỳnh quang và đèn tiết kiệm năng lượng đã được thay thế bằng ballast điện tử. Để sử dụng ballast điện tử cho đèn HID, chúng ta phải nâng cao độ tin cậy và tỷ lệ hiệu suất/giá của ballast điện tử.

So sánh với đèn ánh sáng mặt trời và đèn tiết kiệm năng lượng, đèn HID có quá trình vật lý phức tạp hơn. Chúng ta phải nỗ lực hết sức để hiểu đặc tính của đèn HID trước khi thiết kế một mạch điện đáng tin cậy. Ví dụ như vấn đề "Cộng hưởng âm thanh" của đèn HID, nó gây ra sự hoạt động không ổn định trong quá trình khởi động đèn, thậm chí có thể làm tắt đèn. Chúng tôi đã xem xét các vấn đề sau đây:

1) Giữ ổn định công suất đầu ra: Sử dụng dòng điện sóng vuông để đảm bảo tính ổn định của công suất đầu ra và loại bỏ "Cộng hưởng âm thanh".

2) Tự bảo vệ khi hoạt động bất thường của ballast điện tử: Khi mạch đầu ra bị đoản mạch hoặc mạch đầu ra bị hở, hoặc xuất hiện lỗi đèn hoặc nhiệt độ môi trường quá cao, ballast điện tử có chức năng tự bảo vệ.

3) Độ ổn định của công suất đầu ra có nghĩa là: a) Công suất đầu ra của balast không thay đổi khi điện áp nguồn chính thay đổi; b) Cùng với sự thay đổi đáng kể của công suất đầu vào của bóng đèn trong các giai đoạn khác nhau của tuổi thọ bóng đèn HID, công suất đầu ra của balast không thay đổi.

4) Sử dụng công tắc chuyển mạch điện áp bằng không ZVS và công tắc chuyển mạch dòng điện bằng không ZCS, giảm đáng kể áp lực điện áp hoặc dòng điện của thành phần điện.

5) Kiểm soát sự tăng nhiệt độ của sản phẩm trong giới hạn quy định. Và thiết kế cấu trúc nhiệt bên trong của ballast điện tử. Chúng tôi chọn một loại vật liệu tản nhiệt thực sự để tản nhiệt cho ballast điện tử.

• Tỷ lệ hiệu suất so với chi phí và triển vọng ứng dụng cho ballast điện tử đèn HID

Chỉ sau khi hiểu được giá trị ứng dụng, tích hợp chỉ số kinh tế và tầm quan trọng của việc nâng cao độ tin cậy của đèn HID, chúng ta mới có thể thực hiện được việc phổ biến đèn HID. Ví dụ, bảng dưới đây cho thấy sự so sánh giữa ballast cảm ứng và ballast điện tử cho đèn natri 400W.

Từ những điều được đề cập ở trên, có thể tiết kiệm 204,00 NDT mỗi năm, thu hồi 78% chi phí trong cùng năm đó. Lợi ích kinh tế tổng hợp là đáng kể.

Hiện nay, có 4 nguyên liệu chính hạn chế sự phổ biến của ứng dụng đèn HID. Thứ nhất là độ tin cậy: nhà thiết kế phải vượt qua hiện tượng cộng hưởng âm thanh tồn tại trong quá trình khởi động hoàn toàn. So với mạch ổn áp đèn huỳnh quang, mạch ổn áp đèn HID phức tạp hơn, số lượng linh kiện của nó nhiều hơn so với mạch ổn áp đèn huỳnh quang. Do đó, xác suất hỏng hóc của các linh kiện cao hơn. Ngoài ra, có nhiều nhà máy (hoặc công ty) sản xuất đèn HID theo tiêu chuẩn khác nhau. Điều này dẫn đến việc đèn không tương thích với bộ ballast điện tử và cũng làm giảm hiệu quả ứng dụng. Nhà sản xuất ballast điện tử cần chọn linh kiện một cách nghiêm ngặt, tăng cường độ tin cậy của sản phẩm. Thứ hai là điều kiện hoạt động của ballast điện tử: yêu cầu nhiệt độ môi trường dưới 55 ℃ và nhiệt độ vỏ dưới 75℃, để đảm bảo tuổi thọ của ballast điện tử. Vì vậy, cần thiết kế tản nhiệt tốt cho ballast điện tử. Thứ ba là tản nhiệt cho ballast điện tử công suất cao: Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của ballast điện tử, và chờ đợi thiết kế hoàn thiện hơn cho ballast điện tử công suất cao loại công nghiệp. Cuối cùng là giá cả: Mặc dù lợi ích kinh tế tổng thể đáng kể, nhưng khoản đầu tư ban đầu cũng cao, nên khó được tất cả khách hàng chấp nhận. Và khi độ tin cậy tăng lên, giá cả cũng sẽ tăng. Chúng tôi tin rằng cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các vấn đề được đề cập trên đây sẽ được giải quyết lần lượt, và ballast điện tử đèn HID như một sản phẩm chiếu sáng xanh sẽ được tất cả khách hàng chấp nhận rộng rãi.

Tóm tắt ngắn gọn

Bộ ballast điện tử cho đèn HID có ưu điểm về thông số khởi động tốt, hiệu quả kinh tế cao và giảm ô nhiễm cho mạng điện chính. Nó sẽ thúc đẩy mạnh mẽ công trình chiếu sáng xanh ở Trung Quốc và là bước đi hiệu quả để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng 10% càng sớm càng tốt. Do đó, chúng tôi tin rằng giống như bộ ballast điện tử cho đèn compact và đèn huỳnh quang, bộ ballast điện tử cho đèn HID cũng sẽ được phổ biến với tốc độ rất nhanh. Việc áp dụng bộ ballast điện tử cho đèn HID (được phát triển bởi công ty chúng tôi) trong một số dự án chiếu sáng đường cao tốc trên thị trường trong và ngoài nước cho thấy rằng bộ ballast không chỉ có ưu điểm về hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể mà còn có ưu điểm về tuổi thọ dài.

Các tài liệu tham khảo:

1. Bộ Ballast Điện Tử Cho Đèn HID Với Dạng Sóng Vuông Tần Số Cao Để Tránh Cộng Hưởng Âm Thanh

M. PonceAPEC 2001

2. <Hướng Dẫn Ngắn Gọn Về Bộ Ballast Đèn Phóng Quang Intensity Cao> ADVANCE