节能电感镇流器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,节能电感镇流器的设计原理,复旦大学光源与照明工程系,国际铜业协会（中国）,1,一、前言,在绿色照明工程中，镇流器是一个极为重要的光源电器配件。它的发展受到许多方面的关注。是电子镇流器还是电感镇流器？这是各方面人士存在较大分歧的一个问题。我们认为：,根据这两类镇流器的原理、技术依据、历史发展和使用统计来看，小功率气体放电光源（,40W,以下）应该坚持以电子镇流器为主，因为它节能效果明显，一体化程度高；而对于高强度气体放电光源（,100W,以上）目前还是应该以电感镇流器为主，因为它节能效果与电子镇流器相当，电路可靠度高。,2,电感镇流器必须是节能型的。即节能型电感镇流器。,3,各类镇流器的能耗比较,灯功率,（,W,）,镇流器能耗占灯功率百分比（,%,）,普通型,节能型,电子型,20,以下,4050,2030,10,30,3040,15,10,40,2225,12,10,100,1520,11,10,150,1518,11,10,250,1418,10,10,400,1214,9,510,1000,以上,1011,8,510,4,国内大量的电感镇流器仍是传统型老产品，其性能稳定，价格便宜，但功率损耗大。从我国的国情出发，如果把传统电感镇流器更新为节能型的，将会取得可观的节能效果，而且在技术上、经济上皆是可行的。,根据预测，如果将目前中国传统电感镇流器年产量,100%,转为节能电感镇流器，每年可以节电,9,亿千瓦小时。这相当于节省,11.16,亿元新建电厂投资，减排,100,万吨二氧化碳。,5,二、,节能型电感镇流器的技术特性,节能电感镇流器与一般传统电感镇流器的区别在于三个基本参数：,镇流器功耗限定的上限值，,系统功率因素的最小值,最大启动电流。,6,节能要求,灯功率,（,W,）,镇流器能耗占灯功率百分比（,%,）,普通型,节能型,20,以下,4050,2030,30,3040,15,40,2225,12,100,1520,11,250,1418,10,400,1214,9,1000,以上1011,8,7,电感镇流器与灯配套工作时系统基波功率因数较低，一般在,0.43,0.55,之间，如果考虑到高次谐波，则总功率因素则更低。,节能电感镇流器将系统功率补偿到,0.85,以上，有如下参考数据。,荧光灯每瓦大约需补偿,0.1,0.12F;,高压汞灯每瓦大约需补偿,0.1,0.12F,；,高压钠灯每瓦大约需补偿,0.12,0.13F:,8,灯预热电流与灯标称工作电流之比,优质品 一等品 合格品,30W1.6 1.8 2.1,30W 1.45 1.55 2.1,9,能效因数,Ballast,EfficatyFactor,BEF,是综合性评价镇流器能源利用效率的指标。,镇流器能效因数（,BEF,）,的定义：,镇流器能效因数（,BEF,）,流明系数（,BF,）：,10,三、,Bm,与节能电感镇流器技术特性的关系,1.,电感镇流器铁心材料的能耗,电感镇流器铁心材料的能耗有以下形式：,l,磁滞损耗,l,涡流损耗,l,铜阻损耗,l,漏磁损耗,l,介质损耗,l,延迟损耗,11,其中磁滞损耗，涡流损耗称为铁耗，是铁心材料的主要损耗。其值为：,可以看出，铁损与峰值磁感强度,Bm,的平方成正比，降低铁芯中的峰值磁感强度,Bm,对于降低功耗效果十分显著。,12,2,、,Bm,与电流波形因子,高,Bm,值可以减小铁心截面，降低成本，但使镇流器工作于饱和区，结果使电流波形出现尖峰，造成电流波形因子变大，这对灯管的损害很大，因为灯管的寿命直接与电流波形因子有关。,13,降低,Bm,值，虽然增加了少量铁磁材料，但使镇流器工作于线性区，结果使电流波形基本呈正弦型，电流波形因子接近,1.41,，这对灯管的寿命益处很大。,结论：节能镇流器能有效防止波形失真，提高灯的寿命。,14,电流波形因子与灯寿命的关系,15,以电容镇流为例说明：,电流谐波总值太大使灯的寿命缩短。,16,3.Bm,与功率因子,设线路的供电电压为理想的正弦波，无电压谐波。如果这时电流为非正弦信号，功率因子为：,17,两种不同,Bm,取值的镇流器功率因子示意图,结论：由于节能镇流器的电流波形失真小，功率因子补偿很容易补偿至最大值。18,4,、,Bm,与电压异常保护,对镇流器的技术要求分为正常使用与非正常使用两种：其中非正常使用主要是在电压异常时，即,电源电压提高,10%,（,243V,）,时，电流有规定值。由于节能型电感镇流器与传统型电感镇流器在电压异常时，铁心呈现的饱和程度不一样，故电流的增加值相差很大。节能型电感镇流器更为安全一些。,19,两类电感镇流器的电压异常时比较,结论：在异常情况下，传统镇流器电流增幅极大，容易引起事故，而节能镇流器不存在这个问题。,20,镇流器寿命比较,镇流器寿命取决于镇流器的温度。,温度与寿命的关系呈对数关系，温度低,10,度，寿命增加一倍。,节能镇流器的温度比传统镇流器低,40,度左右，因此它的寿命是传统镇流器的,16,倍，理论寿命可以达到,50,年。,21,节能型电感镇流器铁心材料的形状,22,设计方法,引入铁芯的占空系数,k,c,和铜线的占空系数,k,m,，,得：,23,镇流器铁芯的设计就是选择一个合适的面积乘积值，使它在额定视在功率时，在规定的温升范围内，使铜损和铁损最小,24,假设有一只镇流器，其铁耗为,P,C,瓦，线圈内阻的等值电阻为,R,欧姆，灯电压为,U,伏工作电流为,I,，,试求在什么情况下，镇流器的效率,最大。,25,四、双功率镇流器的设计,所谓双功率镇流器实际是一种节能型的电感镇流器，它的电感量可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化。如果变化次序是根据照明环境的需要而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下（例如道路照明的深夜；火车站无火车通过时；亮化工程的非重大节日时等等），灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运行。具体方法是变换镇流器的电感量，增大电感量能使灯功率下降。这种镇流器称之为双功率镇流器。,26,双铁心串联型双功率镇流器电路,27,双铁心并联型双功率镇流器电路,28,单铁心串联型双功率镇流器电路,29,常规镇流器电路,30,双功率镇流器的功率变换时间方法：,可以通过简单的时基电路实现,可以通过智能化集中控制系统实现,由于节能效果明显（,30%,以上），又能有效地延长灯与电器的寿命（两倍以上），所以双功率镇流器是一种市场前景很好的产品。,31,2,、双功率镇流器的设计,假如满功率时的灯的功率为,P,灯,1,，降功率时的功率为,P,灯,2,，双功率镇流器的结构为单铁心抽头式，设计可分为四个步骤：,l,满功率镇流器的设计,l,根据降功率的幅度作线圈修正,l,几何尺寸的确定,l,镇流器自身能耗的计算,32,满功率镇流器的设计,：,求镇流器工作电压,选择铁芯截面,计算线圈匝数,计算所需导线直径,33,根据降功率的幅度作线圈修正：,计算降功率时的线圈圈数,N,需要增加的线圈圈数,N,2,计算所需导线直径为,34,几何尺寸的确定,：,计算线圈厚度,铁心窗口尺寸,铁心迭厚空气隙长度,35,镇流器自身能耗的计算：,由硅钢片的比耗求铁心损耗（主要由涡流损耗与磁滞损耗构成）,由公式,I,2,R,计算铜耗,36,双功率镇流器的设计举例,设计高压钠灯,400W/250W,双功率镇流器。已知：,型号 电源电压,(V),功率,(W),灯管电压,(V),工作电流,(A),NG400 220 50Hz 400 110,+,20 3,00,NG250 220 50Hz 250 110,+,20 1,80,37,满功率镇流器的设计,:,求镇流器工作电压：,选择铁芯截面：,计算线圈匝数：,线径,D,：,38,根据降功率的幅度作线圈修正,:,计算降功率时的线圈圈数,N:,需要增加的线圈圈数,N,2,:N,2,=N,N,1,=517,-,409=106,计算所需导线直径为,:,39,几何尺寸的确定：,计算线圈厚度：,铁心窗口宽度为：,铁心窗口高度为,:,铁心迭厚：,空气隙长度：,40,镇流器自身能耗的计算,:,铁耗：,铜耗：,总损耗为,31.7W,41,五、,LC,镇流器的设计,利用,LC,镇流器特有的镇流特性，能够设计出节能型、适合高管压气体放电光源的镇流器。这里介绍了这种镇流器的设计原理及方法步骤。,42,LC,镇流器的特性,优点：,稳流特性好,功率因数比一般的电感镇流器高。,电路处于准谐振状态时，可以输出较高的工作电压，适合于灯管电压较高的光源。,43,稳流特性,44LC,镇流电路的稳流特性较好，当电源电压增加,10%,时，,W,灯,110,/W,灯,比值可以计算，以,400,瓦高压汞灯为例：,采用电阻镇流时：,W,灯,110,/W,灯,=1.25,采用电感镇流时：,W,灯,110,/W,灯,=1.17,采用,LC,镇流时：,W,灯,110,/W,灯,=1.12,45,短路电流控制,短路电流：,两者之比：,如果,400,瓦高压汞灯，采用,LC,镇流可以从上式计算短路电流,(,取,P,2,=2),：,46,功率因数校正,LC,镇流电路的矢量图如图,，,从图可以看出，,LC,镇流电路的功率因数比普通的电感镇流高的多。从图中也可以看出,LC,镇流电路为什么能用于高灯管电压的光源。,47,利用漏磁变压器的漏磁电感进行工作。图,18,这种,LC,电路可以利用,C,很方便地校正电路的功率因数。,线路电流由三部分组成，初级线圈的电流,(,滞后,),，灯管的电流,(,超前,),和次级线圈的反射电流。,线路电流所包含的三部分中，两部分超前，一部分落后。只要初级线圈的电感和电路中,C,设计适当，电路的功率因数可得到校正。,48,重复着火的能力,在,LC,镇流中，重复电离电压,V,b,与,L,有关。为了使重复电离增高，必须增大电感量,L,。,因此,LC,镇流的重复电离的能力不如电感镇流。如,400W,高压汞灯，镇流器,L=45,则：,49,LC,镇流器的设计原理,已知电源电压,V,，,灯电压,V,P,，,灯电流,i,P,，,计算,L,、,C,值,：,确定,P,值,：,50,计算,L,值,51,计算,C,值,根据,P,2,=1/(,2,LC),，,求未知量,C,计算功率因子：,校正：,由于,LC,镇流器的二次启动电压,V,b,值不是一个精确的值，在一定的范围内随灯管不同而不同，在整个寿命期间也会发生变化，因此，合理地选取此值很重要。,L,、,C,值确定后，必须根据实验进行验证，校正。,52,联系人：,刘跃群,复旦大学电光源研究所,02165642771,赵旻莉,国际铜业协会（中国）,01068042450-19,53,谢谢大家,54,