高压钠灯和金卤灯电子镇流器的应用

王 涛

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)



高压钠灯和金卤灯电子镇流器的应用

王 涛

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

文中介绍了高压钠灯和金卤灯电子镇流器在工业企业的应用，并说明了其工作原理。该系统不仅具有节能环保效益，而且在供电安全、缓解电力短缺及改善能源结构等方面上提供了有效的措施。

电子镇流器；节能环保

0 引 言

随着企业的发展，原有照明灯具老化加剧，夜间工作照明不足的矛盾突出，车间经常由于灯泡、灯具的损坏，影响正常的工作。

为解决照明问题，提高生产效率，企业逐步对各车间的灯具进行更新改造，本着节能降耗，降低成本的原则，照明系统采用高压钠灯和金卤灯电子镇流器技术等到越来越多的应用。该技术减少了照明灯具，降低了照明功率，在照明的质量上有了较大的提高，为企业生产提供了保障。

1 案例源企业简介

包钢是国家在“一五”期间建设的156个重点项目之一，1954年建厂，1998年改制为公司制企业，拥有钢联股份和稀土高科两个上市公司，是我国重要的钢铁工业基地和最大的稀土工业基地，是内蒙古自治区最大的工业企业。截至2005年末，总资产达到371亿元。

钢铁产业即将具备年产钢1 000万t的能力，产品包括冷轧薄板、热轧薄板、无缝钢管、重轨及大型材、高速线材等56个品种6 573个规格，是我国冶金企业中品种规格最齐全的企业之一，是全国三大钢轨生产基地之一和品种规格较为齐全的无缝钢管生产基地，是西北地区最大的薄板生产基地。

2 改造前系统的运行状况、技术水平、能耗情况

2.1 包钢集团棒材厂改造前生产车间照明系统现状

该区由两个料区和一个钢坯加热炉区组成，料区生产车间的高度18 m左右，长度90 m左右，宽度60 m左右。中间由水泥支撑梁隔开，场地比较开阔，通风良好。主照明灯具265套400 W高压钠灯及自镇汞灯，额定总功率为106 kW，平均照度不到15 lx。

2.2 包钢集团第一中型轧钢厂改造前照明系统现状

主照明灯具119套800 W的高压钠灯和6套1 000 W的金卤灯，共计125套灯具，原有灯具采用双灯泡结构。额定总功率为101.2 kW，平均照度不到20 lx。

2.3 包钢集团高线厂房改造前照明系统现状

高线厂房原有主照明灯具133套400 W的高压钠灯,额定总功率为53.2 kW(线路损耗功率和高电压时高压钠灯的超功率部分未计算在内)。平均照度不到15 lx 。

2.4 包钢集团高线厂房(主轧跨)改造前照明系统现状分析

高线厂房(主轧跨)原有主照明灯具76套400 W的高压钠灯,额定总功率为30.4 kW(线路损耗功率和高电压时高压钠灯的超功率部分未计算在内)。平均照度不到15 lx。

2.5 包钢集团轨梁厂车间改造前照明系统现状分析

主照明灯具810套400 W的高压钠灯、82套450 W的高压汞灯及25套500 W的白炽灯(局部照明灯具未计算)，共计灯具917套，额定总功率为373.4 kW，平均照度不到15 lx。

综上所述，包钢厂改造前灯的额定功率过大，平均照度不足，灯具反光效率低、光衰大、照度不均匀。灯具使用电感镇流器，高压钠灯超功率现象经常发生，使灯泡的使用寿命大大低于额定寿命(18 000 h)，平均每年换3～6次灯泡。

3 高压钠灯和金卤灯电子镇流器改造及原理

见表1。

表1 电感式镇流器与电子式镇流器性能对比表

从表中可以看出，高压钠灯电子镇流器比电感镇流器各项指标都具有明显的优势，具有极好的光效(80～140 lm/W)和合适的光波长，可以达到很高的功率因数(接近1)，具有显著的节能效果，而且还能在很宽的电压范围内启动工作，解决了电感式镇流器的缺点。

企业组织对上述两种方案进行比较、论证，选择了电子式镇流器，该方案能有效增加照度，延长灯泡使用寿命，节能降耗，降低企业成本，具有较好的经济效益。

(1)高压钠灯和金卤灯原理

高压钠灯和金卤灯目前标准型400 W高压钠灯的光效为125 lm/w，寿命超过24 000 h。高压钠灯属于气体放电灯(所谓气体放电是指电流通过气体媒质时所发生的物理过程，如电焊)，当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸汽和钠蒸汽，然后电离激发便产生了弧光放电，高压钠灯工作时发出金白光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强等优点，广泛用于道路、高速公路、机场、码头、车站、工矿企业、公园等场地照明。

图1 电压—功率特性曲线

高压钠灯工作时呈弧光放电状态，伏—安特性为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯泡或电路中的零部件被烧毁。高压钠灯的电特性受灯的冷端温度和汞的影响，当灯的功率变化时，灯的管压也要随之变化，如图中直线AC所示。该直线就是钠灯的功率—管压特性。

为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联具有正阻特性的电路元件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感器等均具有限流作用。由于高压钠灯的电弧管细而长，因此高压钠灯启动时必须要一个3～5 kV左右，10～100 μS的高压脉冲产生触发信号。

(2)电子镇流器原理

电子镇流器原理，如图2所示。

图2 电子镇流器原理图

①滤波电路：可减少电磁干扰(EMI)。

②浪涌吸收：抑制从电网串入的高压浪涌脉冲。

③有源功率因数校正PFC电路:有效地抑制了输入电源电流的波形失真。能将系统的功率因数提高到0.99以上，减少无功损耗。HID灯负载电流波峰系数小于1.4。内部母线电压恒电压闭环控制可保持母线电压在输入电压(150～250 V范围)大幅度变化时，保持母线电压恒定，这样可以保证灯管电压和灯电流稳定，延长HID灯负载的使用寿命。

④高频变换电路：是一个DC—AC的电源变换器,功能是进行交直流能量变换，是电子镇流器的功率驱动电路。

⑤恒功率闭环控制电路：产生PWM信号为高频变换电路提供几十千赫兹的高频信号驱动负载，可有效的控制灯负载工作在设定的功率上，不受负载变化的影响和其它扰动的影响，这一点对延长HID灯的使用寿命特别重要。没有恒功率闭环控制功能的电子镇流器根本没有实用价值。

⑥启动电路：运用自适应技术设计高压触发电路，在140 V电压、零下40 ℃时正常启动，启动电路有热灯再启动保护功能，减少光衰延长灯泡使用寿命。

传统的电感式的镇流器存在功率因数低和自身损耗大的缺点。大量低功率因数电感器的使用，不但增加了供发电设备的负荷，使供发电设施得不到充分利用，而且严重影响其它用电设备的正常运行。用电子镇流器替代传统电感式镇流器，不但可以节省大量的电能，还能实现高功率因数，减少电网污染，实现绿色照明。

(3)高压钠灯和金卤灯电子镇流器的技术特点

①电流总谐波：7%以下。

②工作电压范围宽：150～250 V。

③具有负反馈控制：恒功率工作特点。

④电网电压高时：不超功率、省电、省灯泡、省钱。

⑤电网电压低时：可正常工作、照度不变。

⑥启动电流小于0.3 A，启动时对电网无任何冲击。

⑦功率因数:0.99以上，几乎没有无功损耗。效率96%以上。

⑧可完全替代电感镇流器、可降低初装费用。

4 改造后项目的实际运行状况及现场监测

对某国际著名品牌的电感镇流器与高压钠灯和金卤灯电子镇流器进行对比，得到以下数据，见表2。

表2 400W高压钠灯电感镇流器(某国际著名品牌镇流器)

表3 400W高压钠灯和金卤灯电子镇流器—新同人电子科技有限公司

表4 250W高压钠灯电感镇流器—某国际著名品牌镇流器

表5 250W高压钠灯和金卤灯电子镇流器—新同人电子科技有限公司

表6 企业选矿厂使用高压钠灯和金卤灯电子镇流器后照度测量结果

表7 企业高速线材厂使用高压钠灯和金卤灯电子镇流器后照度测量结果

5 项目节能量的计算

见表8。

表8 包钢集团照明节能改造项目汇总表

改造后的总功率比改造前的总功率降低62.54%，具有良好的节能及经济效益。

6 适用对象及市场潜力

(1)适用对象：可广泛用于道路、高速公路、机场、码头、车站、工矿企业、公园等场地照明。高显色高压钠灯主要用于体育馆、展览馆、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。

(2)市场潜力：随着绿色照明工程在我国的逐步开展，推进了电子镇流器的广泛使用。高压钠灯和金卤灯电子镇流器具有较高的功率因数及输出到灯的功率恒定等技术特点，启动平稳，能在很宽的电压范围内工作，很好地弥补了电感式镇流器工作点不稳定、工作电压范围窄等的缺点，节能效果显著。实际应用中，高压钠灯和金卤灯广泛用于道路、高速公路、机场、码头、车站、工矿企业、公园等场地照明，市场潜力巨大。

[1] 250 W可调光高压钠灯电子节能控制器的研制与开发[D].广东工业大学，2006.

[2] 国家电力公司东北公司编.电力工程师手册[M].中国电力出版社，2002.

[3] 付家才.工业控制工程实践技术[M].化学工业出版社，2004.

[4] 低功率电子镇流器的设计[D].长春理工大学，2007.

[5] 高强度气体放电灯电子镇流器的研制[D].浙江大学，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 涛(1982-)，男，毕业于哈尔滨理工大学，电子信息工程专业，现从事节能方面研究与测试工作。

TM923.324

文章编号：1009-3230(2015)03-0042-05