高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用

王 濤

(黑龍江省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，哈爾濱 150001)

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高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用

王 濤

(黑龍江省節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，哈爾濱 150001)

文中介紹了高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，并說(shuō)明了其工作原理。該系統(tǒng)不僅具有節(jié)能環(huán)保效益，而且在供電安全、緩解電力短缺及改善能源結(jié)構(gòu)等方面上提供了有效的措施。

電子鎮(zhèn)流器；節(jié)能環(huán)保

0 引 言

隨著企業(yè)的發(fā)展，原有照明燈具老化加劇，夜間工作照明不足的矛盾突出，車間經(jīng)常由于燈泡、燈具的損壞，影響正常的工作。

為解決照明問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，企業(yè)逐步對(duì)各車間的燈具進(jìn)行更新改造，本著節(jié)能降耗，降低成本的原則，照明系統(tǒng)采用高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器技術(shù)等到越來(lái)越多的應(yīng)用。該技術(shù)減少了照明燈具，降低了照明功率，在照明的質(zhì)量上有了較大的提高，為企業(yè)生產(chǎn)提供了保障。

1 案例源企業(yè)簡(jiǎn)介

包鋼是國(guó)家在“一五”期間建設(shè)的156個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，1954年建廠，1998年改制為公司制企業(yè)，擁有鋼聯(lián)股份和稀土高科兩個(gè)上市公司，是我國(guó)重要的鋼鐵工業(yè)基地和最大的稀土工業(yè)基地，是內(nèi)蒙古自治區(qū)最大的工業(yè)企業(yè)。截至2005年末，總資產(chǎn)達(dá)到371億元。

鋼鐵產(chǎn)業(yè)即將具備年產(chǎn)鋼1 000萬(wàn)t的能力，產(chǎn)品包括冷軋薄板、熱軋薄板、無(wú)縫鋼管、重軌及大型材、高速線材等56個(gè)品種6 573個(gè)規(guī)格，是我國(guó)冶金企業(yè)中品種規(guī)格最齊全的企業(yè)之一，是全國(guó)三大鋼軌生產(chǎn)基地之一和品種規(guī)格較為齊全的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)基地，是西北地區(qū)最大的薄板生產(chǎn)基地。

2 改造前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、技術(shù)水平、能耗情況

2.1 包鋼集團(tuán)棒材廠改造前生產(chǎn)車間照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

該區(qū)由兩個(gè)料區(qū)和一個(gè)鋼坯加熱爐區(qū)組成，料區(qū)生產(chǎn)車間的高度18 m左右，長(zhǎng)度90 m左右，寬度60 m左右。中間由水泥支撐梁隔開，場(chǎng)地比較開闊，通風(fēng)良好。主照明燈具265套400 W高壓鈉燈及自鎮(zhèn)汞燈，額定總功率為106 kW，平均照度不到15 lx。

2.2 包鋼集團(tuán)第一中型軋鋼廠改造前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

主照明燈具119套800 W的高壓鈉燈和6套1 000 W的金鹵燈，共計(jì)125套燈具，原有燈具采用雙燈泡結(jié)構(gòu)。額定總功率為101.2 kW，平均照度不到20 lx。

2.3 包鋼集團(tuán)高線廠房改造前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

高線廠房原有主照明燈具133套400 W的高壓鈉燈,額定總功率為53.2 kW(線路損耗功率和高電壓時(shí)高壓鈉燈的超功率部分未計(jì)算在內(nèi))。平均照度不到15 lx 。

2.4 包鋼集團(tuán)高線廠房(主軋跨)改造前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

高線廠房(主軋跨)原有主照明燈具76套400 W的高壓鈉燈,額定總功率為30.4 kW(線路損耗功率和高電壓時(shí)高壓鈉燈的超功率部分未計(jì)算在內(nèi))。平均照度不到15 lx。

2.5 包鋼集團(tuán)軌梁廠車間改造前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

主照明燈具810套400 W的高壓鈉燈、82套450 W的高壓汞燈及25套500 W的白熾燈(局部照明燈具未計(jì)算)，共計(jì)燈具917套，額定總功率為373.4 kW，平均照度不到15 lx。

綜上所述，包鋼廠改造前燈的額定功率過(guò)大，平均照度不足，燈具反光效率低、光衰大、照度不均勻。燈具使用電感鎮(zhèn)流器，高壓鈉燈超功率現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，使燈泡的使用壽命大大低于額定壽命(18 000 h)，平均每年換3～6次燈泡。

3 高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器改造及原理

見(jiàn)表1。

表1 電感式鎮(zhèn)流器與電子式鎮(zhèn)流器性能對(duì)比表

從表中可以看出，高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器比電感鎮(zhèn)流器各項(xiàng)指標(biāo)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有極好的光效(80～140 lm/W)和合適的光波長(zhǎng)，可以達(dá)到很高的功率因數(shù)(接近1)，具有顯著的節(jié)能效果，而且還能在很寬的電壓范圍內(nèi)啟動(dòng)工作，解決了電感式鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn)。

企業(yè)組織對(duì)上述兩種方案進(jìn)行比較、論證，選擇了電子式鎮(zhèn)流器，該方案能有效增加照度，延長(zhǎng)燈泡使用壽命，節(jié)能降耗，降低企業(yè)成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)高壓鈉燈和金鹵燈原理

高壓鈉燈和金鹵燈目前標(biāo)準(zhǔn)型400 W高壓鈉燈的光效為125 lm/w，壽命超過(guò)24 000 h。高壓鈉燈屬于氣體放電燈(所謂氣體放電是指電流通過(guò)氣體媒質(zhì)時(shí)所發(fā)生的物理過(guò)程，如電焊)，當(dāng)燈泡啟動(dòng)后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸汽和鈉蒸汽，然后電離激發(fā)便產(chǎn)生了弧光放電，高壓鈉燈工作時(shí)發(fā)出金白光，它具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、工礦企業(yè)、公園等場(chǎng)地照明。

圖1 電壓—功率特性曲線

高壓鈉燈工作時(shí)呈弧光放電狀態(tài)，伏—安特性為負(fù)斜率，即燈泡電流上升，而燈泡電壓卻下降。如果把燈泡單獨(dú)接到電網(wǎng)中去，其工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的，隨著放電過(guò)程繼續(xù)，它必將導(dǎo)致電路中電流無(wú)限上升，最后直至燈泡或電路中的零部件被燒毀。高壓鈉燈的電特性受燈的冷端溫度和汞的影響，當(dāng)燈的功率變化時(shí)，燈的管壓也要隨之變化，如圖中直線AC所示。該直線就是鈉燈的功率—管壓特性。

為了保證燈泡穩(wěn)定地工作，電路中必須串聯(lián)具有正阻特性的電路元件來(lái)平衡這種負(fù)阻特性，穩(wěn)定工作電流，該元件稱為鎮(zhèn)流器或限流器。電阻器、電容器、電感器等均具有限流作用。由于高壓鈉燈的電弧管細(xì)而長(zhǎng)，因此高壓鈉燈啟動(dòng)時(shí)必須要一個(gè)3～5 kV左右，10～100 μS的高壓脈沖產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。

(2)電子鎮(zhèn)流器原理

電子鎮(zhèn)流器原理，如圖2所示。

圖2 電子鎮(zhèn)流器原理圖

①濾波電路：可減少電磁干擾(EMI)。

②浪涌吸收：抑制從電網(wǎng)串入的高壓浪涌脈沖。

③有源功率因數(shù)校正PFC電路:有效地抑制了輸入電源電流的波形失真。能將系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.99以上，減少無(wú)功損耗。HID燈負(fù)載電流波峰系數(shù)小于1.4。內(nèi)部母線電壓恒電壓閉環(huán)控制可保持母線電壓在輸入電壓(150～250 V范圍)大幅度變化時(shí)，保持母線電壓恒定，這樣可以保證燈管電壓和燈電流穩(wěn)定，延長(zhǎng)HID燈負(fù)載的使用壽命。

④高頻變換電路：是一個(gè)DC—AC的電源變換器,功能是進(jìn)行交直流能量變換，是電子鎮(zhèn)流器的功率驅(qū)動(dòng)電路。

⑤恒功率閉環(huán)控制電路：產(chǎn)生PWM信號(hào)為高頻變換電路提供幾十千赫茲的高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，可有效的控制燈負(fù)載工作在設(shè)定的功率上，不受負(fù)載變化的影響和其它擾動(dòng)的影響，這一點(diǎn)對(duì)延長(zhǎng)HID燈的使用壽命特別重要。沒(méi)有恒功率閉環(huán)控制功能的電子鎮(zhèn)流器根本沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。

⑥啟動(dòng)電路：運(yùn)用自適應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)高壓觸發(fā)電路，在140 V電壓、零下40 ℃時(shí)正常啟動(dòng)，啟動(dòng)電路有熱燈再啟動(dòng)保護(hù)功能，減少光衰延長(zhǎng)燈泡使用壽命。

傳統(tǒng)的電感式的鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身?yè)p耗大的缺點(diǎn)。大量低功率因數(shù)電感器的使用，不但增加了供發(fā)電設(shè)備的負(fù)荷，使供發(fā)電設(shè)施得不到充分利用，而且嚴(yán)重影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。用電子鎮(zhèn)流器替代傳統(tǒng)電感式鎮(zhèn)流器，不但可以節(jié)省大量的電能，還能實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)污染，實(shí)現(xiàn)綠色照明。

(3)高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)特點(diǎn)

①電流總諧波：7%以下。

②工作電壓范圍寬：150～250 V。

③具有負(fù)反饋控制：恒功率工作特點(diǎn)。

④電網(wǎng)電壓高時(shí)：不超功率、省電、省燈泡、省錢。

⑤電網(wǎng)電壓低時(shí)：可正常工作、照度不變。

⑥啟動(dòng)電流小于0.3 A，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊。

⑦功率因數(shù):0.99以上，幾乎沒(méi)有無(wú)功損耗。效率96%以上。

⑧可完全替代電感鎮(zhèn)流器、可降低初裝費(fèi)用。

4 改造后項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行狀況及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

對(duì)某國(guó)際著名品牌的電感鎮(zhèn)流器與高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行對(duì)比，得到以下數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表2 400W高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器(某國(guó)際著名品牌鎮(zhèn)流器)

表3 400W高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器—新同人電子科技有限公司

表4 250W高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器—某國(guó)際著名品牌鎮(zhèn)流器

表5 250W高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器—新同人電子科技有限公司

表6 企業(yè)選礦廠使用高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器后照度測(cè)量結(jié)果

表7 企業(yè)高速線材廠使用高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器后照度測(cè)量結(jié)果

5 項(xiàng)目節(jié)能量的計(jì)算

見(jiàn)表8。

表8 包鋼集團(tuán)照明節(jié)能改造項(xiàng)目匯總表

改造后的總功率比改造前的總功率降低62.54%，具有良好的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益。

6 適用對(duì)象及市場(chǎng)潛力

(1)適用對(duì)象：可廣泛用于道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、工礦企業(yè)、公園等場(chǎng)地照明。高顯色高壓鈉燈主要用于體育館、展覽館、娛樂(lè)場(chǎng)、百貨商店和賓館等場(chǎng)所照明。

(2)市場(chǎng)潛力：隨著綠色照明工程在我國(guó)的逐步開展，推進(jìn)了電子鎮(zhèn)流器的廣泛使用。高壓鈉燈和金鹵燈電子鎮(zhèn)流器具有較高的功率因數(shù)及輸出到燈的功率恒定等技術(shù)特點(diǎn)，啟動(dòng)平穩(wěn)，能在很寬的電壓范圍內(nèi)工作，很好地彌補(bǔ)了電感式鎮(zhèn)流器工作點(diǎn)不穩(wěn)定、工作電壓范圍窄等的缺點(diǎn)，節(jié)能效果顯著。實(shí)際應(yīng)用中，高壓鈉燈和金鹵燈廣泛用于道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、工礦企業(yè)、公園等場(chǎng)地照明，市場(chǎng)潛力巨大。

[1] 250 W可調(diào)光高壓鈉燈電子節(jié)能控制器的研制與開發(fā)[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2006.

[2] 國(guó)家電力公司東北公司編.電力工程師手冊(cè)[M].中國(guó)電力出版社，2002.

[3] 付家才.工業(yè)控制工程實(shí)踐技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[4] 低功率電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2007.

[5] 高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的研制[D].浙江大學(xué)，2007.

Application of the Electronic Ballasts for High-pressure Sodium Lamps and Metal Halide Lamp

WANG Tao

(Energy Conservation Service Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China)

This article introduces the Electronic Ballasts for High-pressure Sodium Lamps and metal halide lamp used in industrial enterprises,And describes its working principle.This system is not only benefits to the energy conservation and environmental protection,but also provides the effective measures on aspects of power supply security,the alleviation of power shortage,improvement in energy structure and the others.

Electronic Ballasts; Energy conservation; Environmental protection

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.03.010

2014-12-10

2015-02-10

王 濤(1982-)，男，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)從事節(jié)能方面研究與測(cè)試工作。

TM923.324

文章編號(hào)：1009-3230(2015)03-0042-05