節(jié)能電感鎮(zhèn)流器介紹和設(shè)計(jì)原理

1、1節(jié)能電感鎮(zhèn)流器介紹和設(shè)計(jì)原理 2一、前言 在綠色照明工程中，鎮(zhèn)流器是一個(gè)極為重要的光源電器配件。它的發(fā)展受到許多方面的關(guān)注。 是電子鎮(zhèn)流器還是電感鎮(zhèn)流器？這是各方面人士存在較大分歧的一個(gè)問(wèn)題。我們認(rèn)為：根據(jù)這兩類(lèi)鎮(zhèn)流器的原理、技術(shù)依據(jù)、歷史發(fā)展和使用統(tǒng)計(jì)來(lái)看，小功率氣體放電光源（40W以下）應(yīng)該堅(jiān)持以電子鎮(zhèn)流器為主，因?yàn)樗?jié)能效果明顯，一體化程度高；而對(duì)于高強(qiáng)度氣體放電光源（100W以上）目前還是應(yīng)該以電感鎮(zhèn)流器為主，因?yàn)樗?jié)能效果與電子鎮(zhèn)流器相當(dāng)，電路可靠度高。 3 電感鎮(zhèn)流器必須是節(jié)能型的。即節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。 4各類(lèi)鎮(zhèn)流器的能耗比較燈功率（W）鎮(zhèn)流器能耗占燈功率百分比（%）普通型節(jié)能型

2、電子型20以下405020301030304015104022251210100152011101501518111025014181010400121495101000以上101185105國(guó)內(nèi)大量的電感鎮(zhèn)流器仍是傳統(tǒng)型老產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，但功率損耗大。從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)，如果把傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器更新為節(jié)能型的，將會(huì)取得可觀(guān)的節(jié)能效果，而且在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上皆是可行的。根據(jù)預(yù)測(cè)，如果將目前中國(guó)傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器年產(chǎn)量100%轉(zhuǎn)為節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，每年可以節(jié)電9億千瓦小時(shí)。這相當(dāng)于節(jié)省億元新建電廠(chǎng)投資，減排100萬(wàn)噸二氧化碳。6二、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器的技術(shù)特性 節(jié)能電感鎮(zhèn)流器與一般傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器的區(qū)

3、別在于三個(gè)基本參數(shù)：鎮(zhèn)流器功耗限定的上限值，系統(tǒng)功率因素的最小值最大啟動(dòng)電流。7節(jié)能要求 燈功率（W）鎮(zhèn)流器能耗占燈功率百分比（%）普通型節(jié)能型20以下405020303030401540222512100152011250141810400121491000以上101188電感鎮(zhèn)流器與燈配套工作時(shí)系統(tǒng)基波功率因數(shù)較低，一般在之間，如果考慮到高次諧波，則總功率因素則更低。 節(jié)能電感鎮(zhèn)流器將系統(tǒng)功率補(bǔ)償?shù)揭陨?，有如下參考?shù)據(jù)。熒光燈每瓦大約需補(bǔ)償0.12F;高壓汞燈每瓦大約需補(bǔ)償0. 12F ；高壓鈉燈每瓦大約需補(bǔ)償0.13F :9燈預(yù)熱電流與燈標(biāo)稱(chēng)工作電流之比 優(yōu)質(zhì)品 一等品 合格品10能效因

4、數(shù)Ballast EfficatyFactorBEF 是綜合性評(píng)價(jià)鎮(zhèn)流器能源利用效率的指標(biāo)。鎮(zhèn)流器能效因數(shù)（BEF）的定義：鎮(zhèn)流器能效因數(shù)（BEF）流明系數(shù)（BF）： 11三、Bm與節(jié)能電感鎮(zhèn)流器技術(shù)特性的關(guān)系 1. 電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的能耗電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的能耗有以下形式：l磁滯損耗l渦流損耗l銅阻損耗l漏磁損耗l介質(zhì)損耗l延遲損耗12其中磁滯損耗，渦流損耗稱(chēng)為鐵耗，是鐵心材料的主要損耗。其值為：可以看出，鐵損與峰值磁感強(qiáng)度Bm的平方成正比，降低鐵芯中的峰值磁感強(qiáng)度Bm對(duì)于降低功耗效果十分顯著。 132、Bm與電流波形因子 高Bm值可以減小鐵心截面，降低成本，但使鎮(zhèn)流器工作于飽和區(qū)，結(jié)果使

5、電流波形出現(xiàn)尖峰，造成電流波形因子變大，這對(duì)燈管的損害很大，因?yàn)闊艄艿膲勖苯优c電流波形因子有關(guān)。 14 降低Bm值，雖然增加了少量鐵磁材料，但使鎮(zhèn)流器工作于線(xiàn)性區(qū)，結(jié)果使電流波形基本呈正弦型，電流波形因子接近，這對(duì)燈管的壽命益處很大。結(jié)論：節(jié)能鎮(zhèn)流器能有效防止波形失真，提高燈的壽命。15電流波形因子與燈壽命的關(guān)系 16以電容鎮(zhèn)流為例說(shuō)明：電流諧波總值太大使燈的壽命縮短。17與功率因子設(shè)線(xiàn)路的供電電壓為理想的正弦波，無(wú)電壓諧波。如果這時(shí)電流為非正弦信號(hào)，功率因子為： 18兩種不同Bm取值的鎮(zhèn)流器功率因子示意圖 結(jié)論：由于節(jié)能鎮(zhèn)流器的電流波形失真小，功率因子補(bǔ)償很容易補(bǔ)償至最大值。194、Bm與

6、電壓異常保護(hù) 對(duì)鎮(zhèn)流器的技術(shù)要求分為正常使用與非正常使用兩種：其中非正常使用主要是在電壓異常時(shí)，即電源電壓提高10%（243V）時(shí)，電流有規(guī)定值。由于節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器與傳統(tǒng)型電感鎮(zhèn)流器在電壓異常時(shí)，鐵心呈現(xiàn)的飽和程度不一樣，故電流的增加值相差很大。節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器更為安全一些。 20兩類(lèi)電感鎮(zhèn)流器的電壓異常時(shí)比較 結(jié)論：在異常情況下，傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器電流增幅極大，容易引起事故，而節(jié)能鎮(zhèn)流器不存在這個(gè)問(wèn)題。21鎮(zhèn)流器壽命比較鎮(zhèn)流器壽命取決于鎮(zhèn)流器的溫度。溫度與壽命的關(guān)系呈對(duì)數(shù)關(guān)系，溫度低10度，壽命增加一倍。節(jié)能鎮(zhèn)流器的溫度比傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器低40度左右，因此它的壽命是傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的16倍，理論壽命可以達(dá)到5

7、0年。22節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的形狀 23設(shè)計(jì)方法引入鐵芯的占空系數(shù)kc和銅線(xiàn)的占空系數(shù)km，得： 24 鎮(zhèn)流器鐵芯的設(shè)計(jì)就是選擇一個(gè)合適的面積乘積值，使它在額定視在功率時(shí)，在規(guī)定的溫升范圍內(nèi)，使銅損和鐵損最小 25假設(shè)有一只鎮(zhèn)流器，其鐵耗為PC瓦，線(xiàn)圈內(nèi)阻的等值電阻為R歐姆，燈電壓為U伏工作電流為I，試求在什么情況下，鎮(zhèn)流器的效率最大。26四、雙功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì) 所謂雙功率鎮(zhèn)流器實(shí)際是一種節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器，它的電感量可以進(jìn)行變換，從而使燈的功率隨之發(fā)生變化。如果變化次序是根據(jù)照明環(huán)境的需要而設(shè)定，即在正常情況下，燈按設(shè)計(jì)要求在額定功率下運(yùn)行；在一些特殊情況下（例如道路照明的深夜；火車(chē)站

8、無(wú)火車(chē)通過(guò)時(shí)；亮化工程的非重大節(jié)日時(shí)等等），燈不能熄滅，但不必照度很大，而且又要兼顧均勻性，這時(shí)可以使燈降功率運(yùn)行。具體方法是變換鎮(zhèn)流器的電感量，增大電感量能使燈功率下降。這種鎮(zhèn)流器稱(chēng)之為雙功率鎮(zhèn)流器。27雙鐵心串聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路 28雙鐵心并聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路 29單鐵心串聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路 30常規(guī)鎮(zhèn)流器電路 31雙功率鎮(zhèn)流器的功率變換時(shí)間方法：可以通過(guò)簡(jiǎn)單的時(shí)基電路實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)智能化集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 由于節(jié)能效果明顯（30%以上），又能有效地延長(zhǎng)燈與電器的壽命（兩倍以上），所以雙功率鎮(zhèn)流器是一種市場(chǎng)前景很好的產(chǎn)品。 322、雙功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì) 假如滿(mǎn)功率時(shí)的燈的功率為P燈1，降功

9、率時(shí)的功率為P燈2，雙功率鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)為單鐵心抽頭式，設(shè)計(jì)可分為四個(gè)步驟：l 滿(mǎn)功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)l 根據(jù)降功率的幅度作線(xiàn)圈修正l 幾何尺寸的確定l 鎮(zhèn)流器自身能耗的計(jì)算33滿(mǎn)功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì) ：求鎮(zhèn)流器工作電壓 選擇鐵芯截面 計(jì)算線(xiàn)圈匝數(shù) 計(jì)算所需導(dǎo)線(xiàn)直徑 34根據(jù)降功率的幅度作線(xiàn)圈修正：計(jì)算降功率時(shí)的線(xiàn)圈圈數(shù)N 需要增加的線(xiàn)圈圈數(shù)N2 計(jì)算所需導(dǎo)線(xiàn)直徑為 35幾何尺寸的確定 ：計(jì)算線(xiàn)圈厚度 鐵心窗口尺寸 鐵心迭厚 空氣隙長(zhǎng)度 36鎮(zhèn)流器自身能耗的計(jì)算：由硅鋼片的比耗求鐵心損耗（主要由渦流損耗與磁滯損耗構(gòu)成）由公式I2R計(jì)算銅耗 37雙功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)舉例 設(shè)計(jì)高壓鈉燈400W/250W雙功率

10、鎮(zhèn)流器。已知：型號(hào) 電源電壓(V) 功率(W) 燈管電壓(V) 工作電流(A)NG400 220 50Hz 400 110+20 300NG250 220 50Hz 250 110+20 18038滿(mǎn)功率鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì) :求鎮(zhèn)流器工作電壓：選擇鐵芯截面：計(jì)算線(xiàn)圈匝數(shù)：線(xiàn)徑D： 39根據(jù)降功率的幅度作線(xiàn)圈修正: 計(jì)算降功率時(shí)的線(xiàn)圈圈數(shù)N: 需要增加的線(xiàn)圈圈數(shù)N2: N2=NN1=517-409=106 計(jì)算所需導(dǎo)線(xiàn)直徑為 :40幾何尺寸的確定： 計(jì)算線(xiàn)圈厚度：鐵心窗口寬度為：鐵心窗口高度為:鐵心迭厚：空氣隙長(zhǎng)度： 41鎮(zhèn)流器自身能耗的計(jì)算:鐵耗：銅耗：總損耗為31.7W 42五、LC鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)

11、利用LC鎮(zhèn)流器特有的鎮(zhèn)流特性，能夠設(shè)計(jì)出節(jié)能型、適合高管壓氣體放電光源的鎮(zhèn)流器。這里介紹了這種鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)原理及方法步驟。43LC鎮(zhèn)流器的特性 優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)流特性好功率因數(shù)比一般的電感鎮(zhèn)流器高。 電路處于準(zhǔn)諧振狀態(tài)時(shí)，可以輸出較高的工作電壓，適合于燈管電壓較高的光源。44穩(wěn)流特性 45LC鎮(zhèn)流電路的穩(wěn)流特性較好，當(dāng)電源電壓增加10%時(shí)，W燈110/W燈比值可以計(jì)算，以400瓦高壓汞燈為例：采用電阻鎮(zhèn)流時(shí)：W燈110/W燈采用電感鎮(zhèn)流時(shí)：W燈110/W燈采用LC鎮(zhèn)流時(shí)：W燈110/W燈46短路電流控制 短路電流： 兩者之比： 如果400瓦高壓汞燈，采用LC鎮(zhèn)流可以從上式計(jì)算短路電流(取P2=2)：4

12、7功率因數(shù)校正 LC鎮(zhèn)流電路的矢量圖如圖 ，從圖可以看出，LC鎮(zhèn)流電路的功率因數(shù)比普通的電感鎮(zhèn)流高的多。從圖中也可以看出LC鎮(zhèn)流電路為什么能用于高燈管電壓的光源。 48利用漏磁變壓器的漏磁電感進(jìn)行工作。圖18這種LC電路可以利用C很方便地校正電路的功率因數(shù)。線(xiàn)路電流由三部分組成，初級(jí)線(xiàn)圈的電流(滯后)，燈管的電流(超前)和次級(jí)線(xiàn)圈的反射電流。 線(xiàn)路電流所包含的三部分中，兩部分超前，一部分落后。只要初級(jí)線(xiàn)圈的電感和電路中C設(shè)計(jì)適當(dāng)，電路的功率因數(shù)可得到校正。 49重復(fù)著火的能力 在LC鎮(zhèn)流中，重復(fù)電離電壓Vb與L有關(guān)。為了使重復(fù)電離增高，必須增大電感量L。因此LC鎮(zhèn)流的重復(fù)電離的能力不如電感鎮(zhèn)流。如400W高壓汞燈，鎮(zhèn)流器L