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1、西南交通大学 硕士学位论文HID灯电子镇流器控制策略的研究与设计姓名：陆文杭申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：许建平20090501A sapnewtyPe11g h t i n g so u r c e , Il ig h1 nte n si ty D i s ch ar g e (IIID)1amhass o meeXce1 1entcha r a c t e ri s t i c s w it hh igh 1 ig htingef fi c i e n c y ,go o dc010rr ender1n gand10ng1i fet1me.I t h a s b(?
2、e n m o r e an d m or ie p oP u1 a r i nt h (? s e a p p 1 ica t i0nsincluding： gymna s i um, exhibition, c a r n i e , streetlightin g . Thereforethedevelop mentofthedrivec i r c u i tof the 1 amp, n a m e 1 y b a 1 last, has becomeanimportant researchpoint. Theresearchofthi s d i s s e r t a t i o
3、 n f o c uses0nthec0ntr0 1strategy0fe1ec tr o n i c b a 1 1 a s t . So m e co n t:r o 1 m et ho d sarea n a lyzedandc0mpared1nth1spaperBa sedontheanalysis , a no v e1 c o n tr o1 s tr a t e gy1sPr0p0sedAt thebeginningof t h i s d i s s e r t a t ion, modem i g h t ingsourcea ndresearchs t a t u s a
4、r e i n t r o d u c e d Inchapterl I, thephys ica landel ect rical charactersoflllDl am p a r ediscussedindetai 1 . Thekeyrequi rementsforthedesignofHIDpow ersupplyarep r e s e nted, w h i c h a r e ：( 1 ) H i g h v o 1 t a g e i g n i t ion. Genera 1 m eta lha1 i d e 1 a m pusual lyneedsatleast3000
5、vol t i g n i t i o n v o 1 t a g e ；( 2 ) Cons tantpow e r c o n t r o 1 i nsteadystate, the 1 ampcouldsuf f ertheharmof powerdi theringand overratedp o w e r, he ncetheHIDelectronicballastmustguaranteeth elampdr ivenundercons tantoutputpower. Afterwards, generalmethodsofigni t ionandconslantpowe r
6、cont r o 1 arepresente d .Theflybackconverterhas threecurrentmocles：cont inuousmode,d i s c o n t inuousmode, c r i t i c a 1 c o n t inuousmode. Basedonthed i s c o n t i n u o u scurrentmode, chapterlllpresentsanovelconstantpowercontrolstrategy , andd e t a i leds imulat ionresul tsarepresentedaft
7、 e r w a r d s .Intheendof thi spaper, detaildesig nprocessfo70Wge neralme t a 1 h a 1 i d e1 a m p i spresented, andexpefimentfl r e s u 1 tsareprovidedtoveri f ythetheoret i canalysis K e y w o rd： H I D L a m p ； MetalHal ideLamp； ElectronicalBalla s t ； ConstantPowerCOntrOl西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文
8、作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段 保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密口，在年解密后适用本授权书；2 不保密一使用本授权书。（请在以上方框内打叫”）学位论文作者签名：揩辱老师虢文3甲有期扣4、f 、飞1日期：，Z刀叫、0 J , 1本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过
9、的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。本论文创新点如下：1:提出-种恒功率控制方法。与传统的控制方法和比，其结构更为简 单，控制效果良好，稳态时输出功率抖动小，抗扰动能力强。2： H I D灯工作于本文所提出的恒功率控制方法Z下，开关变换器将会 出现一种特有的电流工作模式伪断续模式。充分利用伪断续模式的工作 特点，可以很容易的实现H I D灯从启动点火到稳定工作这一段过渡过程的 功率控制。伪。1 7 f、旷飞，1第1章绪论1. 1现代光源综述1.1.1白炽灯自爱迪生于1 8 7 9年发明白炽灯以来，白炽灯就一直使用
10、到现在【4】。白 炽灯的发光基于热辐射原理，其实现方法是给灯丝提供足够大的电流， 使灯丝发热至白炽状态，从而发出光亮。白炽灯结构简单、成本低廉、 亮度容易调整和控制、显色性好，但也存在许多致命的缺点，如使用寿 命短、发光效率低（仅有1 2%1 8 %电能可转化为光能，而其余部分电能 都以热能的形式散失）、色温低。1.1.2卤素灯卤素灯在保留白炽灯优点的同时，极大地消除了白炽灯的缺点（14 1。两者最大的区别在于卤素灯的玻璃管中充有卤族元素气体（通常是碘或 漠）。卤素灯的工作原理为：当灯丝发热时，钩原子被蒸发后向玻璃管 壁方向移动，当接近玻璃管壁时，磚蒸气被冷却到大约8 0 0 C并与卤素 原子
11、结合在一起，形成卤化钩（碘化钩或漠化钩）。卤化钩向玻璃管中 央继续移动，重新回到被氧化的灯丝上。由于卤化钙是一种不稳定的化 合物，遇热后会重新分解成卤素蒸气和磚，磚在灯丝上沉积下来以弥补 被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程，不但延长了灯丝的使用寿命（儿乎是白炽灯的4倍），同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度，更高的色温和更高的发光效率。1 . 1 . 3荧光灯荧光灯即低压汞灯，它利用荧光粉吸收低气压的汞蒸气在放电过程中辐射的紫外线，从而使荧光粉发出可见光，属于低气压弧光放电光源【引。荧光灯内装有两个灯丝，灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸顿、碳酸铠和碳酸钙，俗称电子粉）
12、。灯管内壁涂有荧光粉,管内充有4 0 0 P a 5 0 0 P a压力的歳气和少量的汞。在交流电作用下，两个灯丝交替地作为阴极和阳极通电后，液态汞蒸发成压力为08 P a的汞蒸气，在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态以释放多余的能量，并辐射出波长主要为2 5 3. 7 nm和1 8 5 nm的紫外 线（主峰值波长是2 5 3. 7 nm,约占全部辐射能的7 0一 8 0 %；次峰值波长 是1 8 5 nm,约占全部辐射能的1 0%）。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发 出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成口色 和各种彩色的缘由。荧光灯所消耗的电
13、能大部分用于产生紫外线，因而 荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤索灯高。114高强度气体放电灯高强度气体放电灯（HID）的工作原理与白炽灯完全不同III】。HD*两电极之间发生弧光放电，利用放电管内的填充物质发射光线，即光线直接 由电弧放电产生。所有气体放电灯均需要与特殊的镇流器配合使用，以实现 点火和限流作用。与填充物为气体的放电灯（如氤灯）和比，填充物为金属 的放电灯需要一定的吋间（2 3分钟）才能达到最大的光输出，这是因为金 属填充材料完全蒸发需要一定的时间。H I D灯主要有高压钠灯、金属卤化物 灯（金卤灯）、高压汞灯、氤灯等。高压钠灯光效高、色温低，对雾气、尘埃的穿透能力特别强，主要应用
14、 于道路照明。金卤灯光效高、光色好、节能，是绿色照明工程的首选产品，主要用于 体育场馆、机场、车站、港口和城市亮化工程等泛光照明系统2 1。随着生产的发展和市场的拓宽，金卤灯产品将在城市道路、商业广场、超市和工矿照明中大量使用，有较大的市场发展空间。氤灯的主要特点和优点：高亮度、目光色（色温接近6 0 0 0 K）、在可见光区光谱连续、高显色性（显色指数大于9 5 ）、在寿命期内维持光色特 性、高电弧稳定性、热重启能力【391。额定功率低于4 5 0 W的氤气灯几乎都用于科技领域。女lh显徽镜、图形扫描、色对比、内窥镜等。大功率氛气灯主要用于商业领域。女口：电影放映、幻灯投影、电视视频投影、探照灯、追 光灯、模拟太阳灯等。1 . 2电子镇流器国内外研究现状与荧光灯和同，H I D灯亦呈现一种负阻抗特性，需要镇流器以确保灯管 稳定工作【7】。电感镇流器存在绕组线径粗、体积大、材料消耗多、自身消耗 功率大（达到灯功率的1 5 %甚至更高）、温升高、功率因数低
