HID燈調光技術簡述.doc

HID燈調光技術簡述隨著社會的進步，節(jié)約能源，保護環(huán)境已是大勢所趨，在照明領域中，采用新型節(jié)能光源、節(jié)能電器及高效燈具來達到節(jié)約電能的目的，已廣泛被人們接受。但如何通過節(jié)能照明設計來達到節(jié)約能源的目的,才剛被人們所重視。采用調光技術用于照明領域的節(jié)能是一種行之有效的方法。與其相應的新產品已不斷地被開發(fā)出來。過去在體育場館，城鎮(zhèn)道路和隧道等場所大面積照明，采用HID調光設計,從實用上說是不大可能的。現在隨著科技進步，電子技術和電子元器件的不斷發(fā)展，這種調光設計已變?yōu)榭尚?。下面向大家簡單介紹三種HID燈的調光技術及相關的產品。 1 電子鎮(zhèn)流器調光 眾所周知，HID燈電子鎮(zhèn)流器可以容易地設計成調光鎮(zhèn)流器。調光原理：通過各種傳感器，調節(jié)輸入到電子鎮(zhèn)流器控制工作頻率的直流電平，改變工作頻率，調整輸出到HID燈的功率，達到調光目的。HID燈電子鎮(zhèn)流器調光范圍：高壓鈉燈一般為輸出功率50%100%（光通量約：30%100%）。金屬鹵化物燈輸出功率60%100%（光通量約：45%100%）。根據國外研究資料，調光HID燈電子鎮(zhèn)流器，在燈啟動35分鐘內，必須滿功率工作，否則會出現燈管早期發(fā)黑現象，影響燈的使用壽命。我們初步對比試驗也證明了這一點。所以調光HID燈電子鎮(zhèn)流器在設計時應考慮此問題。在燈啟動時，不論是什么狀態(tài)，電子鎮(zhèn)流器在35分鐘內應自動工作在滿功率輸出。 2 變感抗式鎮(zhèn)流器的調光 變感抗式鎮(zhèn)流器的調光，顧名思義就是改變鎮(zhèn)流器的感抗值，調整燈的輸出功率來達到調光目的。工作原理見圖（1）： 用感抗式鎮(zhèn)流器中間抽頭，變換開關K，改變鎮(zhèn)流器阻抗，使其輸出到燈的功率不同來調光。這種調光方式關鍵要解決開關切換問題，用普通開關（如交流接觸器）在切換時，因切換速度不夠快，會產生熄燈現象。這在一些場所是不允許的，即使允許，燈熄滅后降功率啟動和多次啟動對燈的壽命影響較大。所以必須采用電子開關或是電流過零技術的快速機械開關，保證燈切換功率時不熄滅。這種調光鎮(zhèn)流器只可用于高壓鈉燈和脈沖啟動型金鹵燈。而不適用于JLZKN系列鈧鈉金屬鹵化物燈的調光。高壓鈉燈可降功率040%，金鹵燈020%或30%（視金鹵燈品種而定）。功率下降幅度增大，在一些因素影響下（如電源波動、畸變等）就可能產生電弧不穩(wěn)和熄燈現象，尤其是金鹵燈。從工作原理圖可以看出變電抗式鎮(zhèn)流器只能是定功率一級或二級調光，不能連續(xù)調光。圖（2）是我公司生產的NGZ-H型高壓鈉燈變感抗式鎮(zhèn)流器和控制器FD-1型的工作原理圖。鎮(zhèn)流器I端為額定功率輸出，II端為60%額定功率輸出。當接通電源時，繼電器不動作，鎮(zhèn)流器I端輸出，燈在額定功率下運行，同時電源給出50次/S的時基信號，計時控制器開始計時，3分鐘后給出一個信號將CD電子觸發(fā)器關閉（電子觸發(fā)器燈亮時可以自動關閉，燈損壞時3分鐘關閉），約6小時后（此時間可以根據用戶要求設定），計時控制器給繼電器J信號，繼電器吸合，由檢流計提供的信號可以保證-繼電器吸合的時間在燈電流過零點左右，這可以保證燈泡不會熄滅，同時也延長繼電器觸點壽命。繼電器吸合后，鎮(zhèn)流器II端輸出給燈60%的額定功率，完成定時定額調光工作。 3 變容抗式CWA型鎮(zhèn)流器調光 CWA型鎮(zhèn)流器也稱為LC頂峰超前式鎮(zhèn)流器，調光原理見圖（3）。通過改變鎮(zhèn)流器工作電容的容抗，降低鎮(zhèn)流器的輸出功率來調光。這種調光電路可用于高壓鈉燈和脈沖啟動型金鹵燈的調光，也可用于JLZKN鈧鈉系列金鹵燈的調光（不用電子觸發(fā)器）。調光范圍與變感抗式鎮(zhèn)流器相同，同樣調光時要采用電容電壓過零分斷技術，保護繼電器觸點因大電流沖擊損壞。另外燈啟動時應處于滿功率狀態(tài)，否則會因鎮(zhèn)流器提供給燈的從新著火電壓值VSS太低，使燈在啟動過程熄滅，無法正常工作。 圖（4）是一種變容抗式三級定功率金鹵燈調光電原理圖。采用的是手動控制調光方式。通過K1、K2開關組合，可獲得三種調光功率，Z為檢流計，A1、A2為過零電壓控制器，調光時保證繼電器J1、J2觸點在電容C3電壓為零時分斷。該控制電路簡單可靠，比較適用體育場館調光照明。 圖（5）是我公司生產的JLZL-C型變容抗式調光鎮(zhèn)流器和FD-2型定時控制器工作原理圖。主要用于城鎮(zhèn)道路照明定時金鹵燈調光。FD-2型定時控制器工作原理與FD-1型相同，只是減少了電子觸發(fā)器部分。該產品可直接裝入路燈具內使用。 4 調光控制方式 常用的調光控制方式有：延時控制、載波控制、手動控制、光電控制和遠紅外感應控制等，組成方框圖見圖（6）： 手動控制工作原理：用人工通過調節(jié)電位器或開關將控制信號直接傳送給調光電器。載波控制：將控制信號由載波發(fā)射器經電源線傳輸到載波接收器轉變?yōu)橄鄳男盘枴Ｑ訒r控制：當燈接通電源時，計時器開始計時到某一設定時間輸出一定值信號，改變燈功率。光感應控制：按白天和夜晚亮度變化，輸出一定值信號。遠紅外感應控制：根據檢測到的人體遠紅外變化輸出一定值信號。據上述幾種方式調光的控制原理可以得出：手動和載波控制方式可以用于連續(xù)調光，而定時、光控及遠紅外控制一般只能用于定功率調光（單級調光）。 五種調光方式適用于不同照明場所：體育場館調光照明采用手動和載波控制，可以按需要連續(xù)調光。手動控制方式經濟、穩(wěn)定、可靠，用于新建場館和線路架設容易的老場館改造。載波控制方式可用于線路架設不容易的老場館改造。城鎮(zhèn)道路調光照明，用延時控制方式比較合適，開燈后滿功率運行67小時（可設定）后，自動降為60%額定功率運行。隧道調光照明，可用時控（時間程序控制）和光控二種方式，在白天滿功率運行，夜晚降功率運行。其它某些特殊場所調光照明可用遠紅外控制方式，如頻繁進出侖庫，當人進入時燈滿功率運行，離開后降功率運行。 5 HID燈調光工作燈壽命問題 HID燈在調光狀態(tài)下工作，我們最關心的一個問題是對燈的壽命影響，這要從兩方面討論：一是對燈本身的影響；據國外有關資料介紹，不論在高頻還是在工頻下降功率點燈，不會損傷HID燈，即不延長也不會縮短燈的壽命。此結論待驗證。二是調光系統(tǒng)對燈的影響；在燈的壽命后期，調光電器在滿功率時可以正常點燈，在降功率時，燈不能正常工作，出現熄弧，這無形就縮短了燈的壽命。初步試驗證明電子鎮(zhèn)流器調光方式在這方面對燈影響小。可在燈正常壽命80%90%的時間內工作（與HID燈品種和調光量大小有關）。而變感抗式和變容抗式調光只能是正常燈壽命的60%70%，特別是金鹵燈，對高壓鈉燈的影響相對較小。這主要原因是電子鎮(zhèn)流器不論在什么狀態(tài)下工作都能提供給燈很小的斷流時間0T和較高的重新著火電壓VSS。而變感抗和變容抗式鎮(zhèn)流器在調光狀態(tài)下工作時，這兩項參數就很難做得好，即使這樣，我們認為這二種調光方式仍具實用價值，因其節(jié)電效益遠大于燈的壽命損失。 HID燈大面積照明應用調光技術才剛開始起步，有待進一步提高和完善。我們相信，隨著科技的進步，在不遠的將來，HID燈調光技術作為節(jié)能照明的重要方法將被廣泛推廣使用，對我國的綠色照明作出貢獻。 常識：陶瓷金鹵燈 高強度氣體放電燈是電光源產品中重要的一員，和白熾燈相比，高強度氣體放電燈在發(fā)光效率上有了很大的提高。然而，要保持光色質量的穩(wěn)定性和一致性卻不是那么容易做到的。所以從上個世紀60年代開始，人們就一直在設想是否能夠開發(fā)研制出一種集金鹵燈的良好光色性能和鈉燈優(yōu)秀的發(fā)光效率于一身的光源陶瓷金鹵燈。但是，由于技術上的困難，如陶瓷材料、電極的封接工藝和電極發(fā)射性能等一直都無法得到良好解決，所以直到90年代初期陶瓷金鹵燈仍然只是人們的一個夢想。然而，在1993年人們成功地解決了陶瓷和電極的封接工藝，對陶瓷金鹵燈的開發(fā)研制取得了突破性的進展。1994年，飛利浦照明成功首創(chuàng)了陶瓷金屬鹵化物燈，實現了人們30多年的夢想，成為電光源發(fā)展歷史上一個重要的里程碑。作為照明領域的新典范，體現著人類智慧的陶瓷金鹵燈不僅為世界照明領域帶來了技術革命，而且也為人類帶來了理想之光。 技術背景 金屬鹵化物燈放電管的管壁材料對其性能具有重要的影響。通常放電管的管壁材料采用石英管，在高溫工作狀態(tài)下鈧或其它稀土和石英管殼會產生反應，形成硅酸鹽和硅的鹵化物。這樣反應的結果使在管殼上形成Sc或稀土金屬元素的硅酸鹽，造成金屬元素的減少，使顏色產生漂移，并影響管殼的透明度；分離出來的Si元素會融解于鎢電極中，使電極的發(fā)射性能變壞；此外，由于過剩的鹵素，使放電困難，并產生有害的鹵鎢循環(huán)，腐蝕電極，使管壁發(fā)黑，引起光衰，另外，有些金屬離子（如鈉離子）在燈的壽命燃點過程中逐漸地通過管壁滲漏，也會使燈的光電性能變壞。由于上述原因限制了石英管金屬鹵化物燈性能參數及壽命的提高，而飛利浦陶瓷金鹵燈的放電管采用多晶氧化鋁陶瓷材料，這種陶瓷金屬鹵化物燈與傳統(tǒng)的石英金鹵燈相比，具有以下特點： 鈉金屬不會通過陶瓷管遷移到放電管外； 陶瓷管在高溫下化學穩(wěn)定性好，即使出現鋁金屬元素也不會影響鎢電極的性能（因為鋁很難溶解于鎢），使燈具有更長的壽命； 陶瓷管的幾何尺寸精度高，因而使燈的性能一致性好； 電弧管可工作在更高的溫度下，電弧內有更多的金屬原子受激發(fā)，導致更好的顯色性，更高的發(fā)光效率； 放電管體積小，發(fā)光體亮度高； 色溫的一致性好，無論電源電壓的變化，電燈位置的變化，以及燈壽命過程，燈的色溫變化很小； 產品特點 飛利浦照明目前已推出了35W、70W和150W各種系列的陶瓷金鹵燈，其放電管的結構如圖一所示。 其光源的性能特點為： 光源壽命長 （900015000小時） 一般而言，小功率石英金鹵燈的壽命在60009000小時，而陶瓷金鹵燈由于具有上述優(yōu)點，所以其壽命可以達到900015000小時，比傳統(tǒng)的石英金鹵燈提高了3050。 發(fā)光效率更高 （90 lm/w） 目前，由于全球面臨著能源危機問題，所以人們非常重視有效地利用能源，在照明行業(yè)也是一樣，近年來所提出的綠色照明概念就是為了響應有效利用能源而提出的。所以，盡管鹵鎢燈和白熾燈具有優(yōu)秀的顯色性，但是其在燃點過程中熱能散失嚴重、壽命較短，顯然不是一種理想的綠色照明產品。而陶瓷金鹵燈的高光效可以更有效地提高能源利用，降低業(yè)主使用成本，其光效比鹵鎢燈、白熾燈提高了四到九倍，而同時在光色性能上，又遠遠地好于石英金鹵燈，是一種集優(yōu)秀的光色性能和高發(fā)光效率于一身的新型光源。 壽命期間光色穩(wěn)定性能好 （在/200K之間），并且光源之間的光色一致性更好 陶瓷金鹵燈從點燃起，直到壽命終結，其色溫變化在200K之內，而一般石英金鹵燈在壽命期間的色溫變化要大于600K，所以陶瓷金鹵燈解決了傳統(tǒng)石英金鹵燈的色差和色溫的漂移問題。 穩(wěn)定的流明輸出 光源的流明輸出會隨著時間而衰退。陶瓷金鹵燈的流明輸出在小功率的金鹵燈中是最高的，在壽命初期的流明輸出就比一般的石英金鹵燈要高1020更重要的是它能一直維持這樣水準的光源輸出直到壽命結束。陶瓷金鹵燈的流明維持率在80以上，而傳統(tǒng)的石英金鹵燈則是6065，而且光衰較快。 光源幾何尺寸更緊湊 與現有石英金屬鹵化物燈的燈具與電器通用，易于推廣應用。 而且由于其發(fā)光體更小，有利于燈具的設計，對燈光的控制就更方便。 具有3000K和4200K兩種色溫可供選擇，光源顯色性好 （Ra 8090） 下表列出為小功率陶瓷金鹵燈與石英金鹵燈顯色指數的比較：顯色性的好壞還和電弧管的管壁溫度有關。一般來說，管壁溫度越是高，其顯色性也越好。陶瓷金鹵燈的電弧管管壁溫度可以達到1150度，而傳統(tǒng)石英金鹵燈的電弧管管壁溫度只能達到800度左右，所以陶瓷金鹵燈的顯色性要遠遠好于傳統(tǒng)的石英金鹵燈。而同時，管壁溫度還影響者光源的色溫差。就如同我們剛才所講到的，石英金鹵燈由于其最大管壁溫度只能達到800度，而管壁溫度的高低同色溫差成反比，所以其最終的色溫差也要大于陶瓷金鹵燈。 防紫外線設計 為了防止紫外線對于商品和人體的傷害，飛利浦使用了其已申請專利的Fadeblock技術，有效地控制了紫外線對商品及人體的危害，確保了使用的安全。 產品規(guī)格和應用領域 陶瓷金鹵燈的應用范圍很廣，如商店照明、展示照明、商業(yè)街道照明、廣告牌照明等，由于其光通量大，具有鹵鎢燈和白熾燈優(yōu)秀的光色性能，能夠創(chuàng)造出最佳的照明效果，其卓越的顯色性和光色的穩(wěn)定性能夠將被照物體的自然本色以最好的狀態(tài)顯示出來，所以陶瓷金鹵燈尤其適合用在商場照明。 在現今充滿競爭的零售市場，商店必須樹立獨特的、與眾不同的形象，從而吸引顧客。尤其是在一些高檔商店，突出高檔商品和“愉快購物”，所以諸如商店的風格和形象等因素，在吸引顧客和建立顧客的忠實度方面就顯得具有決定性的作用。 在設計商店環(huán)境時，必須考慮創(chuàng)造出迎合顧客口味的獨特的購物環(huán)境。由于飛利浦的陶瓷金屬鹵化物燈更能體現商品展示效果，所以即使在背景照度水平很高的情況下，它仍然能夠非常有效地吸引顧客對于商品的注意，吸引顧客的視線，讓顧客產生強烈的購買欲望，提高銷售量。 近期飛利浦照明對上海和西安兩地的消費者作了一次關于商店照明滿意程度的調研，發(fā)現有92的被訪者認為商店的照明環(huán)境很重要，是購物環(huán)境的重要組成因素，對他們的購物行為同樣會產生正面或負面的影響。有特色的、好的照明不但令顧客感覺舒適，心情放松，而且可以提升商店的檔次；而不好的照明除了會影響顧客的情緒，如太暗的燈光會令顧客感覺壓抑，而太亮的燈光會時他們緊張；而且會直接影響到顧客對商品的選擇，比如對顏色的判斷，對材質的判斷等。調查結果顯示，兩地的被訪者都有因為商店照明失真而對買回來的商品不稱心的經歷。通過此次調研了解到，現今的顧客對于商店照明的要求不再是只要照亮就可以，他們認為商店照明應該： 根據商店/商場的性質，采用不同光色的照明基調。如超市應該用冷色調，這樣才能讓人感覺干凈明亮，而品牌專賣店應該采用暖色調的光色，這樣可以營造一種典雅溫馨的氛圍。 對于貨架和一些新品陳列區(qū)，應該用顯著的燈光加以強調，以此吸引顧客的注意力。 對不同的商品進行突出照明時，應該根據商品的性質，采用不同色調的燈光。 商店里的燈光要能夠逼真地反映商品的顏色。 飛利浦照明的陶瓷金屬鹵化物燈就能很好地滿足這些需要，而且規(guī)格、型號齊全，可以適用于不同的零售店。 CDMT：單端插口型陶瓷金鹵燈 CDMT型的金屬鹵化物燈是一種緊湊型的單端光源，采用G12燈頭，它賦予燈具設計良好準確的光學效果。CDMT可以分為兩個系列：色溫在3000K的暖白色光源/830系列，色溫在4200K的冷白色光源/942系列。后者具有非常好的顯色性，其顯色指數超過90，非常適合在冷色調環(huán)境中使用。 CDMT有70W、150W/942系列和35W、70W以及150W/830系列。 CDMTD：雙端陶瓷金鹵燈 雙端的CDMTD可以直接取代傳統(tǒng)的雙端石英金鹵燈，采用Rx7s燈頭，它有色溫為3000K和4200K的兩種規(guī)格，這兩種規(guī)格又都分為70W和150W。雙端的CDMTD可直接取代石英管金屬鹵化物燈，并且在式樣上作了翻新。 CDMR：反射型陶瓷金鹵燈 CDMR反射型陶瓷金鹵燈具有標準的E27 燈頭，具有無可比擬的光束強度，是鹵鎢燈光強的10倍以上，其封閉式的反光罩為用戶提供了最優(yōu)的光束性能，可以使用在投光燈具和泛光燈具中，由于其光源本身具有反光罩，所以對于燈具的要求相對較低。 CDMTC： 迷你型陶瓷金鹵燈 CDMTC迷你型陶瓷金鹵燈是大功率鹵鎢燈的理想替代者，采用G8.5燈頭，其光效高，避免了鹵鎢燈產生大量熱能的缺陷，而同時又能取得良好的光色性能。由于光源幾何尺寸很小，CDMTC可使用在非常緊湊的小型