能電感鎮(zhèn)流器的設計原理1.ppt

1、1,節(jié)能電感鎮(zhèn)流器的設計原理,復旦大學光源與照明工程系 國際銅業(yè)協(xié)會（中國）,2,一、前言,在綠色照明工程中，鎮(zhèn)流器是一個極為重要的光源電器配件。它的發(fā)展受到許多方面的關(guān)注。 是電子鎮(zhèn)流器還是電感鎮(zhèn)流器？這是各方面人士存在較大分歧的一個問題。我們認為：根據(jù)這兩類鎮(zhèn)流器的原理、技術(shù)依據(jù)、歷史發(fā)展和使用統(tǒng)計來看，小功率氣體放電光源（40W以下）應該堅持以電子鎮(zhèn)流器為主，因為它節(jié)能效果明顯，一體化程度高；而對于高強度氣體放電光源（100W以上）目前還是應該以電感鎮(zhèn)流器為主，因為它節(jié)能效果與電子鎮(zhèn)流器相當，電路可靠度高。,3,電感鎮(zhèn)流器必須是節(jié)能型的。即節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。,4,各類鎮(zhèn)流器的能耗比較,5

2、,國內(nèi)大量的電感鎮(zhèn)流器仍是傳統(tǒng)型老產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定，價格便宜，但功率損耗大。從我國的國情出發(fā)，如果把傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器更新為節(jié)能型的，將會取得可觀的節(jié)能效果，而且在技術(shù)上、經(jīng)濟上皆是可行的。根據(jù)預測，如果將目前中國傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器年產(chǎn)量100%轉(zhuǎn)為節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，每年可以節(jié)電9億千瓦小時。這相當于節(jié)省11.16億元新建電廠投資，減排100萬噸二氧化碳。,6,二、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器的技術(shù)特性,節(jié)能電感鎮(zhèn)流器與一般傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器的區(qū)別在于三個基本參數(shù)： 鎮(zhèn)流器功耗限定的上限值， 系統(tǒng)功率因素的最小值 最大啟動電流。,7,節(jié)能要求,8,電感鎮(zhèn)流器與燈配套工作時系統(tǒng)基波功率因數(shù)較低，一般在0.430.55之間

3、，如果考慮到高次諧波，則總功率因素則更低。 節(jié)能電感鎮(zhèn)流器將系統(tǒng)功率補償?shù)?.85以上，有如下參考數(shù)據(jù)。 熒光燈每瓦大約需補償0.10.12F; 高壓汞燈每瓦大約需補償0.10. 12F ； 高壓鈉燈每瓦大約需補償0.120.13F :,9,燈預熱電流與燈標稱工作電流之比,優(yōu)質(zhì)品 一等品 合格品 30W1.6 1.8 2.1 30W 1.45 1. 55 2.1,10,能效因數(shù)Ballast EfficatyFactorBEF,是綜合性評價鎮(zhèn)流器能源利用效率的指標。 鎮(zhèn)流器能效因數(shù)（BEF）的定義： 鎮(zhèn)流器能效因數(shù)（BEF） 流明系數(shù)（BF）：,11,三、Bm與節(jié)能電感鎮(zhèn)流器技術(shù)特性的關(guān)系,1

4、. 電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的能耗 電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的能耗有以下形式： l磁滯損耗 l渦流損耗 l銅阻損耗 l漏磁損耗 l介質(zhì)損耗 l延遲損耗,12,其中磁滯損耗，渦流損耗稱為鐵耗，是鐵心材料的主要損耗。其值為： 可以看出，鐵損與峰值磁感強度Bm的平方成正比，降低鐵芯中的峰值磁感強度Bm對于降低功耗效果十分顯著。,13,2、Bm與電流波形因子,高Bm值可以減小鐵心截面，降低成本，但使鎮(zhèn)流器工作于飽和區(qū)，結(jié)果使電流波形出現(xiàn)尖峰，造成電流波形因子變大，這對燈管的損害很大，因為燈管的壽命直接與電流波形因子有關(guān)。,14,降低Bm值，雖然增加了少量鐵磁材料，但使鎮(zhèn)流器工作于線性區(qū)，結(jié)果使電流波形基本呈正弦型

5、，電流波形因子接近1.41，這對燈管的壽命益處很大。,結(jié)論：節(jié)能鎮(zhèn)流器能有效防止波形失真，提高燈的壽命。,15,電流波形因子與燈壽命的關(guān)系,16,以電容鎮(zhèn)流為例說明：電流諧波總值太大使燈的壽命縮短。,17,3.Bm與功率因子,設線路的供電電壓為理想的正弦波，無電壓諧波。如果這時電流為非正弦信號，功率因子為：,18,兩種不同Bm取值的鎮(zhèn)流器功率因子示意圖,結(jié)論：由于節(jié)能鎮(zhèn)流器的電流波形失真小，功率因子補償很容易補償至最大值。,19,4、Bm與電壓異常保護,對鎮(zhèn)流器的技術(shù)要求分為正常使用與非正常使用兩種：其中非正常使用主要是在電壓異常時，即電源電壓提高10%（243V）時，電流有規(guī)定值。由于節(jié)能型

6、電感鎮(zhèn)流器與傳統(tǒng)型電感鎮(zhèn)流器在電壓異常時，鐵心呈現(xiàn)的飽和程度不一樣，故電流的增加值相差很大。節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器更為安全一些。,20,兩類電感鎮(zhèn)流器的電壓異常時比較,結(jié)論：在異常情況下，傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器電流增幅極大，容易引起事故，而節(jié)能鎮(zhèn)流器不存在這個問題。,21,鎮(zhèn)流器壽命比較,鎮(zhèn)流器壽命取決于鎮(zhèn)流器的溫度。 溫度與壽命的關(guān)系呈對數(shù)關(guān)系，溫度低10度，壽命增加一倍。 節(jié)能鎮(zhèn)流器的溫度比傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器低40度左右，因此它的壽命是傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的16倍，理論壽命可以達到50年。,22,節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器鐵心材料的形狀,23,設計方法,引入鐵芯的占空系數(shù)kc和銅線的占空系數(shù)km，得：,24,鎮(zhèn)流器鐵芯的設計就是選擇一

7、個合適的面積乘積值，使它在額定視在功率時，在規(guī)定的溫升范圍內(nèi)，使銅損和鐵損最小,25,假設有一只鎮(zhèn)流器，其鐵耗為PC瓦，線圈內(nèi)阻的等值電阻為R歐姆，燈電壓為U伏工作電流為I，試求在什么情況下，鎮(zhèn)流器的效率最大。,26,四、雙功率鎮(zhèn)流器的設計,所謂雙功率鎮(zhèn)流器實際是一種節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器，它的電感量可以進行變換，從而使燈的功率隨之發(fā)生變化。如果變化次序是根據(jù)照明環(huán)境的需要而設定，即在正常情況下，燈按設計要求在額定功率下運行；在一些特殊情況下（例如道路照明的深夜；火車站無火車通過時；亮化工程的非重大節(jié)日時等等），燈不能熄滅，但不必照度很大，而且又要兼顧均勻性，這時可以使燈降功率運行。具體方法是變換

8、鎮(zhèn)流器的電感量，增大電感量能使燈功率下降。這種鎮(zhèn)流器稱之為雙功率鎮(zhèn)流器。,27,雙鐵心串聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路,28,雙鐵心并聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路,29,單鐵心串聯(lián)型雙功率鎮(zhèn)流器電路,30,常規(guī)鎮(zhèn)流器電路,31,雙功率鎮(zhèn)流器的功率變換時間方法： 可以通過簡單的時基電路實現(xiàn) 可以通過智能化集中控制系統(tǒng)實現(xiàn) 由于節(jié)能效果明顯（30%以上），又能有效地延長燈與電器的壽命（兩倍以上），所以雙功率鎮(zhèn)流器是一種市場前景很好的產(chǎn)品。,32,2、雙功率鎮(zhèn)流器的設計,假如滿功率時的燈的功率為P燈1，降功率時的功率為P燈2，雙功率鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)為單鐵心抽頭式，設計可分為四個步驟： l 滿功率鎮(zhèn)流器的設計 l 根據(jù)降功

9、率的幅度作線圈修正 l 幾何尺寸的確定 l 鎮(zhèn)流器自身能耗的計算,33,滿功率鎮(zhèn)流器的設計 ： 求鎮(zhèn)流器工作電壓 選擇鐵芯截面 計算線圈匝數(shù) 計算所需導線直徑,34,根據(jù)降功率的幅度作線圈修正： 計算降功率時的線圈圈數(shù)N 需要增加的線圈圈數(shù)N2 計算所需導線直徑為,35,幾何尺寸的確定 ： 計算線圈厚度 鐵心窗口尺寸 鐵心迭厚 空氣隙長度,36,鎮(zhèn)流器自身能耗的計算： 由硅鋼片的比耗求鐵心損耗（主要由渦流損耗與磁滯損耗構(gòu)成） 由公式I2R計算銅耗,37,雙功率鎮(zhèn)流器的設計舉例,設計高壓鈉燈400W/250W雙功率鎮(zhèn)流器。已知： 型號 電源電壓(V) 功率(W) 燈管電壓(V) 工作電流(A)

10、NG400 220 50Hz 400 110+20 300 NG250 220 50Hz 250 110+20 180,38,滿功率鎮(zhèn)流器的設計 : 求鎮(zhèn)流器工作電壓： 選擇鐵芯截面： 計算線圈匝數(shù)： 線徑D：,39,根據(jù)降功率的幅度作線圈修正: 計算降功率時的線圈圈數(shù)N: 需要增加的線圈圈數(shù)N2: N2=NN1=517-409=106 計算所需導線直徑為 :,40,幾何尺寸的確定： 計算線圈厚度： 鐵心窗口寬度為： 鐵心窗口高度為: 鐵心迭厚： 空氣隙長度：,41,鎮(zhèn)流器自身能耗的計算: 鐵耗： 銅耗： 總損耗為31.7W,42,五、LC鎮(zhèn)流器的設計,利用LC鎮(zhèn)流器特有的鎮(zhèn)流特性，能夠設計出

11、節(jié)能型、適合高管壓氣體放電光源的鎮(zhèn)流器。這里介紹了這種鎮(zhèn)流器的設計原理及方法步驟。,43,LC鎮(zhèn)流器的特性,優(yōu)點： 穩(wěn)流特性好 功率因數(shù)比一般的電感鎮(zhèn)流器高。 電路處于準諧振狀態(tài)時，可以輸出較高的工作電壓，適合于燈管電壓較高的光源。,44,穩(wěn)流特性,45,LC鎮(zhèn)流電路的穩(wěn)流特性較好，當電源電壓增加10%時，W燈110/W燈比值可以計算，以400瓦高壓汞燈為例： 采用電阻鎮(zhèn)流時：W燈110/W燈=1.25 采用電感鎮(zhèn)流時：W燈110/W燈=1.17 采用LC鎮(zhèn)流時：W燈110/W燈=1.12,46,短路電流控制,短路電流： 兩者之比： 如果400瓦高壓汞燈，采用LC鎮(zhèn)流可以從上式計算短路電流(取

12、P2=2)：,47,功率因數(shù)校正,LC鎮(zhèn)流電路的矢量圖如圖 ，從圖可以看出，LC鎮(zhèn)流電路的功率因數(shù)比普通的電感鎮(zhèn)流高的多。從圖中也可以看出LC鎮(zhèn)流電路為什么能用于高燈管電壓的光源。,48,利用漏磁變壓器的漏磁電感進行工作。圖18這種LC電路可以利用C很方便地校正電路的功率因數(shù)。,線路電流由三部分組成，初級線圈的電流(滯后)，燈管的電流(超前)和次級線圈的反射電流。 線路電流所包含的三部分中，兩部分超前，一部分落后。只要初級線圈的電感和電路中C設計適當，電路的功率因數(shù)可得到校正。,49,重復著火的能力,在LC鎮(zhèn)流中，重復電離電壓Vb與L有關(guān)。為了使重復電離增高，必須增大電感量L。因此LC鎮(zhèn)流的重復電離的能力不如電感鎮(zhèn)流。如400W高壓汞燈，鎮(zhèn)流器L=45,則：,50,LC鎮(zhèn)流器的設計原理,已知電源電壓V，燈電壓VP，燈電流iP，計算L、C值 ： 確定P值 ：,51,計算L值,52,計算C值,根據(jù)P