气体放电灯常用的镇流方法

gas discharge lamp

气体放电型电光源包括荧光灯、高压水银灯、高压钠灯及金属卤化灯等,它们都是通过高压或低压气体的弧光放电特性来发光的,是继白炽灯以后用最为广泛应用的电光源。

但是气体放电灯具有电压随电流增加而下降的负阻特性,如果将气体放电灯直接接到电源上,将会因电流迅速增大到超过极限而烧毁。为了使放电稳定,必须在电源与放电灯之间设置镇流装置,用来限制灯的工作电流,确保灯稳定地工作,这个使气体放电灯稳定放电的装置我们通常称为镇流器。

gas discharge lamp-2

镇流器的种类很多,从原理上来说可以由电阻、电容、电感和漏磁变压器等独立组成,也可以由这些器件组合或由其他电子元件组成。

1. 电阻镇流
电阻镇流是依赖电阻上的电压正比于电流的关系来调节灯电流的,在直流供电的气体放电光源电路中应用电阻镇流器,电路简单、安装容易。当兼顾电路效率和灯的工作稳定性时,有VLAMP=0.6Vn时,η=60%,可以看出镇流电阻的功耗很大,电路的工作效率很低。

电阻镇流在交流供电中有少量应用,如自镇流高压汞灯利用钨丝作镇流器件,许多高频基准镇流器也是用电阻制成。在交流电路中使用电阻镇流器会影响灯电流的波形,灯的发光效率也会下降,电路稳定性变差,但电路的功率因数相对较高。

2. 电容镇流
电容器在低频交流电路中工作时,灯电压波形近似为方波。由于电容器不能限制瞬时电流,所以会产生一个峰值很高的灯电流,这使灯电流波形严重失真,对灯的电极产生十分有害的影响,造成灯管寿命缩短,并使灯管发光闪动,因此电容镇流方式在低频交流电路中很少应用。

随着供电频率的提高,灯电压逐渐变为正弦波,灯电流的峰值也逐渐减弱。在高频(20~100kHz)交流电路中使用电容镇流时,镇流电容上的功耗较小,温升不明显,电流波形失真小,并且没有噪声,工作效率较高,可以获得满意的镇流效果,缺点是会造成功率因数下降。

3. 电感镇流
电感镇流是利用电感器的自感原理工作的,即它通过电感上的电压正比于电流的时间变化率来调节灯电流。由于灯电流滞后电源电压一定位相(所以也称为滞后型镇流器),电路的功率因数较低,一般在0.5左右。电感镇流对供电电压的变化较敏感,镇流效果不太稳定。电感镇流具有电路简单、比电阻镇流损耗低、能改善灯电流波形和工作稳定等优点,在各类气体放电灯中得到广泛应用。

使用电感镇流时,如果灯管电压超过电源电压的76%,则灯在每个电压周期内都有很长时间没有电流流通,由于带电离子基本消失,使灯的重复点火变得困难,灯光会严重闪烁。

在高压气体放电灯中,为了获得较高的点火电压,可以用漏磁变压器作为电感型镇流器应用。漏磁变压器属于滞后型镇流器,虽然体大笨重,噪声也大,但它能获得比电源电压更高的开路电压,用于灯管电压高于电源电压的气体放电灯(例如霓虹灯、冷阴极灯、紫外线灯等)时,能明显改善启动性能。

4. 电感、电容(LC)镇流
LC镇流器有两种形式,一种是由电感和电容串联组成的镇流器,通常设计成容抗比感抗大,使电路总体上呈容性。当容抗为感抗的2.76倍时,电路的恒流特性最稳定。这种镇流电路的灯电流超前电源电压一定的相位,属于超前型镇流器。

LC超前型镇流器功耗较小,有较好的稳流特性,灯启动时的短路特性也好,与滞后型的电感镇流器配合应用,可较好地改善电路的功率因数。但因为灯电流过零时,电源电压的峰值与灯电压的方向正好相反,重复电离的电压较低,致使重复着火能力较差。

LC镇流器的另一种形式是由漏磁变压器和电容串联组成,可以大大改善电路的功率因数。如果在设计中选择特殊的带空气间隙的顶峰式漏磁变压器结构,组成LC超前顶峰式镇流器,还可以大大提高重复着火能力。LC超前顶峰式镇流器由于设计复杂、加工困难,在应用上受到一定限制。但在启动比较困难的金属卤化物(MH)灯等光源电路中,却占有不可替代的地位。

超前顶峰式镇流器的输出功率因数高达0.9以上,灯启动电流小,灯功率基本恒定,但是体积大,价格高,为目前我国大部分金属卤化物灯的专用镇流器。

5. 电子镇流
电子镇流器是由电子元件组合而成的新型镇流器,它实质上是一个电源变换器,将工频交流转换为20~100kHz的交流电压,用以启动并点亮荧光灯。采用高频交流电子镇流器可以提高灯管的发光效率,避免工频噪声,减小镇流器的体积和重量,提高功率因数,并易于实现智能控制。原则上适用于各类气体放电灯,但对荧光灯特别是紧凑型荧光灯的应用发展更为迅速。电子镇流器有如下优点:

  • 功率因数高,减少了无功损耗,提高了供电设备的容量利用率,减少线路的损耗。
  • 节能,电子镇流器自身的功率损耗低,仅为电感镇流器的40%左右,
  • 光效高,荧光灯在30KHZ左右的高频下的光效提高20%。
  • 灯管寿命延长。无需反复启动,不会使灯管过早发黑。
  • 低温、低压启动性能好。
  • 无频闪,灯管在高频下工作时,发光稳定,人眼感觉不出光线的闪烁。
  • 避免工频噪声,有利于在安静的环境中工作和学习。
  • 体积小、重量轻。
  • 容易实现智能控制,包括调光、远程监控等技术。

没有相关文章.

评论已关闭。