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1、节能电感镇流器的设计原理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一、前言一、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。它的开展遭到许多方面的关注。 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。我们以为：根据这两类镇流器的原理、技术根据、历史开展和运用统计来看，小功率气体放电光源40W以下应该坚持以电子镇流器为主，由于它节能效果明显，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，由于它节能效果与电子镇流器相当，电路可靠度高。 电感镇流器必需是节能型的。即节能型电感镇流器。 各各类类镇镇流流器器的的
2、能能耗耗比比较较灯功率（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405020301030304015104022251210100152011101501518111025014181010400121495101000以上10118510国内大量的电感镇流器仍是传统型老产品，其性能稳定，价钱廉价，但功率损耗大。从我国的国情出发，假设把传统电感镇流器更新为节能型的，将会获得可观的节能效果，而且在技术上、经济上皆是可行的。根据预测，假设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
3、化碳。二、节能型电感镇流器的技术二、节能型电感镇流器的技术特性特性 节能电感镇流器与普通传统电感镇流器的区别在于三个根本参数：镇流器功耗限定的上限值，系统功率要素的最小值最大启动电流。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405020303030401540222512100152011250141810400121491000以上10118电感镇流器与灯配套任务时系统基波功率因数较低，普通在0.430.55之间，假设思索到高次谐波，那么总功率要素那么更低。 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0.10.12F;高压
4、汞灯每瓦大约需补偿0.10. 12F ；高压钠灯每瓦大约需补偿0.120.13F :灯预热电流与灯标称任务电流之比灯预热电流与灯标称任务电流之比 优质品 一等品 合格品30W1.6 1.8 2.130W 1.45 1. 55 2.1能效因数Ballast EfficatyFactorBEF 是综合性评价镇流器能源利用效率的目的。镇流器能效因数BEF的定义：镇流器能效因数BEF流明系数BF： 三、三、BmBm与节能电感镇流器技术特性的关系与节能电感镇流器技术特性的关系 1. 1. 电感感镇流流器器铁心心资料料的能耗的能耗电感感镇流器流器铁心心资料的能耗有以下方式：料的能耗有以下方式：ll磁滞磁滞
5、损耗耗ll涡流流损耗耗ll铜阻阻损耗耗ll漏磁漏磁损耗耗ll介介质损耗耗ll延延迟损耗耗其中磁滞损耗，涡流损耗称为铁耗，是铁心资料的主要损耗。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对于降低功耗效果非常显著。 2 2、BmBm与电流波形因子与电流波形因子 高Bm值可以减小铁心截面，降低本钱，但使镇流器任务于饱和区，结果使电流波形出现尖峰，呵斥电流波形因子变大，这对灯管的损害很大，由于灯管的寿命直接与电流波形因子有关。 降低Bm值，虽然添加了少量铁磁资料，但使镇流器任务于线性区，结果使电流波形根本呈正弦型，电流波形因子接近1.41，这对灯管的寿命益处很大
6、。结论：节能能镇流器能有效防流器能有效防止波形失真，止波形失真，提高灯的寿命。提高灯的寿命。电流波形因子与灯寿命的关系电流波形因子与灯寿命的关系 以电容镇流为例阐明：电流谐以电容镇流为例阐明：电流谐波总值太大使灯的寿命缩短。波总值太大使灯的寿命缩短。3.Bm3.Bm与功率因子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。假设这时电流为非正弦信号，功率因子为： 两种不同两种不同BmBm取值的镇流器功率因子表示图取值的镇流器功率因子表示图 结论：由于：由于节能能镇流器的流器的电流波形失流波形失真小，功率因子真小，功率因子补偿很容易很容易补偿至最至最大大值。4 4、BmBm与电压异常维护与电
7、压异常维护 对镇流器的技术要求分为正常运用与非正常运用两种：其中非正常运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，故电流的添加值相差很大。节能型电感镇流器更为平安一些。 两类电感镇流器的电压异常时比较 结论：在异常情况下，：在异常情况下，传统镇流器流器电流增流增幅极大，容易引起事故，而幅极大，容易引起事故，而节能能镇流器不流器不存在存在这个个问题。镇流器寿命比较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，寿命添加一倍。节能镇流器的温度比传统镇流器低4
8、0度左右，因此它的寿命是传统镇流器的16倍，实际寿命可以到达50年。节能型电感镇流器铁心资料的外形节能型电感镇流器铁心资料的外形 设计方法设计方法引入铁芯的占空系数kc和铜线的占空系数km，得： 镇流器铁芯的设计就是选择一个适宜的面积乘积值，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 假设有一只镇流器，其铁耗为PC瓦，线圈内阻的等值电阻为R欧姆，灯电压为U伏任务电流为I，试求在什么情况下，镇流器的效率最大。四、双功率镇流器的设计四、双功率镇流器的设计 所谓双功率镇流器实践是一种节能型的电感镇流器，它的电感量可以进展变换，从而使灯的功率随之发生变化。假设变化次序是根据照明环境的需
9、求而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运转；在一些特殊情况下例如道路照明的深夜；火车站无火车经过时；亮化工程的非艰苦节日时等等，灯不能熄灭，但不用照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运转。详细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。双铁心串联型双功率镇流器电路双铁心串联型双功率镇流器电路 双铁心并联型双功率镇流器电路双铁心并联型双功率镇流器电路 单铁心串联型双功率镇流器电路单铁心串联型双功率镇流器电路 常规镇流器电路常规镇流器电路 双功率镇流器的功率变换时间方法：可以经过简单的时基电路实现可以经过智能化集中控制系统实现 由于节能
10、效果明显30%以上，又能有效地延伸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。 2 2、双功率镇流器的设计、双功率镇流器的设计 假设满功率时的灯的功率为P灯1，降功率时的功率为P灯2，双功率镇流器的构造为单铁心抽头式，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 几何尺寸确实定l 镇流器本身能耗的计算满功率镇流器的设计满功率镇流器的设计 ：求镇流器任务电压求镇流器任务电压 选择铁芯截面选择铁芯截面 计算线圈匝数计算线圈匝数 计算所需导线直径计算所需导线直径 根据降功率的幅度作线圈修正：根据降功率的幅度作线圈修正：计算降功率时的线圈圈数计算降功
11、率时的线圈圈数N N 需求添加的线圈圈数需求添加的线圈圈数N2 N2 计算所需导线直径为计算所需导线直径为 几何尺寸确实定几何尺寸确实定 ：计算线圈厚度计算线圈厚度 铁心窗口尺寸铁心窗口尺寸 铁心迭厚铁心迭厚 空气隙长度空气隙长度 镇流器本身能耗的计算：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I2R计算铜耗 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。知：型号 电源电压(V) 功率(W) 灯管电压(V) 任务电流(A)NG400 220 50Hz 400 110+20 300NG250 220 50Hz 250 110+20 180满功率镇流器的设计
12、:求镇流器任务电压：选择铁芯截面：计算线圈匝数：线径D： 根据降功率的幅度作根据降功率的幅度作线圈修正圈修正: : 计算降功率算降功率时的的线圈圈数圈圈数N: N: 需求添加的需求添加的线圈圈数圈圈数N2: N2=NN2: N2=NN1=517-409=106 N1=517-409=106 计算所需算所需导线直径直径为 : :几何尺寸确实定：几何尺寸确实定： 计算线圈厚度：计算线圈厚度：铁心窗口宽度为：铁心窗口宽度为：铁心窗口高度为铁心窗口高度为: :铁心迭厚：铁心迭厚：空气隙长度：空气隙长度： 镇流器本身能耗的计算镇流器本身能耗的计算: :铁耗：铁耗：铜耗：铜耗：总损耗为总损耗为31.7W
13、31.7W 五、LC镇流器的设计 利用LC镇流器特有的镇流特性，可以设计出节能型、适宜高管压气体放电光源的镇流器。这里引见了这种镇流器的设计原理及方法步骤。LC镇流器的特性 优点：稳流特性好功率因数比普通的电感镇流器高。 电路处于准谐振形状时，可以输出较高的任务电压，适宜于灯管电压较高的光源。稳流特性 LC镇流电路的稳流特性较好，当电源电压添加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短路电流控制 短路电流： 两者之比： 假设400瓦高压汞灯，采
14、用LC镇流可以从上式计算短路电流(取P2=2)：功率因数校正功率因数校正 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。 利用漏磁变压器的漏磁电感进展任务。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。只需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。 反复着火的才干 在LC镇流中，反复电离电压Vb与L有关。为了使反复电离增高，必需增大电感量L。因此LC镇流的反复电离的才干不如电感镇流。如400W高压汞灯，镇流器L=45,那么： LC镇流器的设计原理 知电源电压V，灯电压VP，灯电流iP，计算L、C值 ：确定P值 ：v计算L值 计算C值 根据P2=1/(2LC)，求未知量C 计算功率因子： v校正：由于LC镇流器的二次启动电压Vb值不是一个准确的值，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。vL、C值确定后，必需根据实验进展验证，校正。 联络人：刘跃群复旦大学电光源研讨所02165642771赵旻莉国际铜业协会中国01068042450-19 谢谢大家谢谢大家
