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金鹵燈和鎮流器它們的工作電路以及相互關系

2010-10-14

金鹵燈和鎮流器它們的工作電路以及相互關系
　近來，國內外都在致力于中功率金鹵燈電子鎮流器的開發。國外已開發成功中功率高頻金鹵燈電子鎮流器，其工作頻率>100kHz，可防止產生放電管內的聲共振。該鎮流器還可以實現一定范圍的調光。金鹵燈使用這種電子鎮流器后可增加燈的光輸出，極大地降低光衰，提高燈的壽命，并具有節能好的綜合效果。
　金鹵燈的放電管中因充人不同的金屬鹵化物而形成各種不同類型的金鹵燈，這些不同類型的金鹵燈不僅在燈的光電性能參數上有著明顯的差別，而且在燈的運行和維護中對配套電器的要求也不盡相同。因此，選擇合適的鎮流器和相關的工作電路，以充分發揮金鹵燈的性能優勢是至關重要的。
1、常用的金鹵燈鎮流器及工作電路
　　1)感抗型鎮流器(Choke)

　　這是常用的普通型鎮流器，其開路電壓即為電源電壓，需要借助于觸發器來啟動燈工作，工作電路的電壓峰值因數和電流峰值因數較低，對保護放電管的電極有利，這種鎮流器的成本較低，但在電源電壓波動較大的情況下，控制燈功率的波動和穩定燈性能的能力較差。

　 2)高阻抗自耦升壓式鎮流器(HX Auto)

　　這種鎮流器使用在低電源電壓(如：100V／120V)的場合，或為取得高的開路電壓而使燈能直接啟動的場合。工作電路的峰值電壓和電流峰值因數較高，控制燈陛能穩定性的能力也較差，通常這種鎮流器較少采用。

　　3)恒功率自耦升壓式鎮流器(CWA)

　　這種鎮流器由自耦漏磁升壓變壓器串聯電容器組成，稱為恒功率鎮流器，也稱為超前頂峰式鎮流器。該鎮流器可獲得較高的開路電壓，線路功率因數可達90％。在電源電壓起伏較大情況下，對穩定燈的功率，維護好燈的性能起到較好的調節作用。甚至在電源電壓跌落30-40％時還能使燈繼續工作。但線路的電流峰值因數較高，鎮流器的成本也相對較高。

　　4)恒功率升壓式鎮流器(CWl)

　　這種鎮流器由漏磁升壓變壓器串聯電容器組成，也是一種恒功率鎮流器，它比上述CWA鎮流器有更好的穩定燈功率及性能的調節作用。

　 5)調整式遲后型鎮流器(Regulated Lag)

　　這種鎮流器實際上是一個穩壓式電器，確保金鹵燈一直在穩定的電源電壓下工作，可使燈獲得長的壽命和更佳的燈性能參數的維護。這種鎮流器的成本較高，但對金鹵燈照明的長期運行成本來說卻是低的。

2、金鹵燈對鎮流器工作電路的選擇
　　目前在國內用于一般照明用的金鹵燈主要有Na-T1-In型、Sc-Na型，及稀土金屬(Dy，Ho，Tm．．．)型等不同類型，它們分別具有不同的性能特點，并要求配用合適的鎮流器。

1)脈沖啟動-Pulse start型(Sc—Na)金鹵燈及鎮流器

　　對于傳統的Sc-Na型金鹵燈采用CWA電路時有600V峰值開路電壓加到放電管的啟動極上，并引起較高的峰值電流，這樣會影響燈的性能。脈沖啟動型金鹵燈是從燈和鎮流器兩方面進行改進，使燈與鎮流器工作電路達到更佳的組合，以取得更佳的綜合效果。

　　一方面改進放電管的結構，取消了啟動電極，如圖10b，并改進化學配方及制造工藝，改善燈的啟動性能，從而全面地改進了燈的性能。另一方面改進鎮流器的工作電路，采用觸發器來啟動燈工作，從而可降低鎮流器的開路電壓，也即降低了峰值電壓及峰值電流。鎮流器的工作溫度也相應降低，增加了鎮流器的壽命，減少維護成本。燈和鎮流器工作電路改進的綜合效果，使脈沖啟動型金鹵燈與啟動極型金鹵燈相比，燈的光輸出提高25-50％光通維持率改善了15-25％，燈的平均壽命也提高50％以上。　　表4為兩種類型Sc-Na金鹵燈及鎮流器的主要性能參數的比較。

　　脈沖啟動型金鹵(Sc-Na)燈也可以采用性能更好的CWI和Regulated Lag的脈沖啟動型工作電路。

　　2)小功率金鹵燈及鎮流器

　　小功率金鹵燈中主要有Sc-Na型和稀土金屬型(Dy，Ho，Tm．．．)兩種類型，前者具有較高的光效和較長的壽命，后者有較好的顯色性能，根據它們的特點，可選擇使用在不同場合。這兩種類型燈都采用簡單的 “感抗鎮流器+觸發器”的工作電路，電源輸入端并接補償電容器以改善系統的功率因數。　　小功率金鹵燈也可以配用電子鎮流器，這些鎮流器的工作頻率多數為低頻(<200Hz)，這樣可防止放電管內產生聲共振及光的閃耀。一般電子鎮流器提供給燈的電流峰值因數<1．5，系統的功率因數>90％，總諧波分量（THD）<15％。小功率金鹵燈配用電子鎮流器后，能提高燈工作的穩定性，減少光衰，增加壽命。但這種低頻的電子鎮流器成本很高，因而還不能大量推廣應用。

　　5)金鹵燈鎮流器的近期進展　

　　3)Na-TI-In型金鹵燈及鎮流器

　　Na-T1-In型金鹵燈來自于歐洲的制造技術，其燈的啟動性能優良，配用一般的感抗型鎮流工作電路，只需要在電源電壓下(220V)，加上較低峰值電壓(≤750V)的觸發器就能啟動燈工作。燈的光電性能參數穩定，具有長壽命(平均壽命20000h)，高光通維持率的特點。經過性能改進的Na-Tl-In型金鹵燈，可配用同一功率類型的高壓汞燈鎮流器或高壓鈉燈鎮流器工作，而金鹵燈的平均壽命仍可達到規定的20000h之內。這樣，這種金鹵燈在沒有更換原有照明裝置內電器的情況下可方便地替換原有的高壓汞燈或高壓鈉燈，它比前者提高了光效并改善了光色，也比后者大大地改善了顯色性能。主要參數的變化參見表2。

　　4)Sc-Na型金鹵燈及鎮流器

　　Sc-Na型金鹵燈來自于美國的制造技術，放電管的結構相似于高壓汞燈，燈工作不采用觸發器而借助于鎮流器的高開路電壓及燈的啟動電極的作用，使燈啟動工作。對于這類金鹵燈(175-1500W)，美國標準和我國國家標準中都推薦采用CWA鎮流器工作電路，這樣可提高燈工作的穩定性，確保燈的長壽命及良好的光通維持率。如果Sc-Na型金鹵燈采用上述Na-T1-h金鹵燈的工作電路，不僅會使燈的早期失效增加(觸發器易損壞燈的啟動電極)，縮短燈的平均壽命，而且增加燈的光衰。如圖9為采用“感抗鎮流器+觸發器”工作電路的不同金鹵燈的光衰曲線。　　在Sc-Na型金鹵燈的CWA型工作電路中，自耦漏磁升壓型鎮流器的性能對燈工作性能的穩定性起著重要作用。要求在燈工作期間，鎮流器提供給燈并維持燈能連續工作的低維持電壓Vss能達到以下值：　　Vss=C1+C2(OT)-C3(di／dt) (175-1000W) 　　Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di／dt)] (1500W) 　　Vss 鎮流器對燈的低維持電壓 (V) 　　OT 在燈電壓為零時的斷流時間 (ms) 　　di／dt 在燈電壓為零時的電流變化率 (A／ms) 　　Cl，C2，C3為常數，取決于燈的規格，見表3。　　低維持Vss也可在美標或國標的文件中查得。