[00124577]高压钠灯电子镇流器

高压钠灯电子镇流器项目分析报告 第一章 总论 一、高压钠灯电子镇流器项目背景 1．项目名称：节能型电子镇流器 2．高压钠灯电子镇流器项目提出的理由与过程 a．电子镇流器的来历 纳米技术及应用国家工程研治用荧光灯 ( 日光灯 ) 交流电子镇流器在 20 世纪的 70 年代就开始了研究，到 80 年代就有许多企业投入了生产，但其质量的可靠性和稳定性在当时确实令人生畏。到 90 年代，随着国外用于电子镇流器的专用功率开关器件和控制集成电路 (IC) 新器件的不断出现，我国引进了如 APFC 技术。这才使得日光灯电子镇流器质量可靠性和稳定性有了技术上的突破。目前在日光灯中，电子镇流器几乎全部取代了电感镇流器。同时，电子镇流器光效高、功耗低、重量轻、无噪声、无频闪和提高荧光灯使用寿命等优点更显突出。 " 日光灯下看书会影响视力 " 已成为过时的常识。 b．高压钠灯电子镇流器的出现 绿色照明产业在世界的兴起使得电子镇流器倍受青睐。相关企业都看准了电子镇流器中蕴藏着的巨大商机。在民用荧光灯的交流电子镇流器取得突破性进展的同时，一些企业对我国道路上的高压钠灯所潜藏的节能潜力大为关注。据统计，若将全国高压气体放电灯都换上电子镇流器，全国全年可节电 246 亿千瓦时，可解决目前全国 1/3 的电力缺口。 c．高压钠灯电子镇流器存在的必然性 80年代末期，一些发达国家如美国、日本、英国、德国、荷兰等率先开展了“绿色照明”的推广工作。在商用建筑、政府建筑采用高效节能的光源、灯具、灯用电器附件等替换原有的照明系统，使建筑物的照明设计更科学、舒适和节能。发达国家开展“绿色照明”的经验，也为我国的照明节电工作提供了借鉴。 我国照明用电量约占全国发电总量的10%，在终端用电中仅次于电机居第二位。照明用电属于峰荷用电。 随着经济的发展，人们对居住条件和生活环境的要求不断提高，对照明产品的需求也逐年增长。如何引导消费者合理使用电能，节约照明用电，削减峰荷，减少新建电厂的投入，是当前亟待解决的问题。2001年我国6MW及以上火电机组发电用煤炭总产量的32%，火力发电已成为我国CO2和SO2的最大排放源。我国电力生产以火电为主的特点，使节约照明用电，减少燃烧所带来的温室气体的排放，成为保证经济可持续发展的重要途径。 照明节电投入少、见效快，是所有终端用电设备中节电率最高、降低发电污染物减排率最快、成本效益最好的一种节电技术措施。节约千瓦发电容量的投资只有新建电厂千瓦容量造价的15~50%；用户单位节电平均成本只相当于终端电价的1/3左右，节电投资回收期平均不到一年。 1996年10月由国家经贸委牵头，国家计委、科技部、建设部、信息产业部、农业部、国家质量技术监督局、国家国内贸易局、国家电力公司、中国科学院、中国节能投资公司等十几个部委和相关机构，共同启动了“中国绿色照明工程”，旨在发展和推广高效照明电器产品，节约照明用电，减少环境污染，满足人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要，建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。经过9年的时间，绿色照明已逐步得到人们的重视。据有关专家的分析和估算，我国照明用电量约占总发电量的10%，即1000亿度，已超过三峡电站年总发电量840亿度。我国电力生产所使用能源的四分之三是燃烧煤炭，排放的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物造成的温室效应和酸雨以及释放的粉尘悬浮物都直接造成空气和环境的严重污染。因此，节约能源，特别是节约电能对保护环境具有重要意义。 伴随着我国经济的快速发展，每年都有大量的电能消耗于日益增长的交通道路、港口码头、高速公路、工厂矿山、铁路车站、机场跑道等各种公共场所照明，这种室外照明绝大多数采用的是发光效率较高的高压钠灯。 高压钠灯的发光效率为白炽灯的10倍，其光谱为550毫微米，透雾能力强，特别适合以上公共场所的照明。但是，与高压钠灯配套的电感镇流器几乎都是耗能型镇流器。如何降低长时间运行的照明系统费用，节省电能，降低成本，是照明用户、高压钠灯科研和生产人员极为关注的问题。 目前，与高压钠灯配套使用的电感式镇流器是高耗能产品。而新型电子镇流器弥补了电感镇流器的缺点，以更强的节电功能带来巨大的社会、环保和经济效益。以节能、环保的电子镇流器取代传统电感镇流器已是大势所趋。 电光源是照明体系的核心和主体，节约照明用电，意味着电厂发电量的相对减少，从而相对减少燃烧所产生的二氧化碳、二氧化硫等有害物质的排放，因此，开发和采用光效高、显色好、寿命长的电光源产品是实现照明节能的重要措施。提高照明质量、节约能源、减少污染、保护环境已成为我公司的努力目标 3．承办企业概况 河北海川电子科技有限公司是集研发、生产、销售、工程施工为一体的高新科技企业。公司紧邻河北省石家庄市桥西区高新技术产业孵化基地。 公司分别在市政节能行业、供热自控节能行业、电气仪表行业拥有独立研发、生产、销售、安装调试的能力，并拥有两项自行研发的电子产品，而且我公司还是国内唯一授权销售煤矿井下雷达物位计产品的企业。公司下设电子镇流器事业部、热网事业部、仪表事业部、井下物位事业部，专业从事道路照明系统的节能与智能控制产品，并已获得专利（专利号：201020546063.4）。 我公司汇集了一批专业从事节能研发、生产、检测的专业技术人才和市场推广人才，并以股份的形式使各种人才真诚的融入河北海川这个大家庭。 公司恪守"以产品质量求生存，以市场求发展，以信誉为生命，真诚为客户服务为根本的经营理念，为客户提供高性价比的产品和一流的技术服务。秉承"和谐、诚信、执着、创新"的精神，与时俱进，不断完善、发展、创新自己的企业文化，公司将在党和国家的正确引导下，获得更为广阔的发展空间。 第二章 高压钠灯电子镇流器项目技术方案、设备方案 1.高压钠灯电子镇流器项目技术方案 电子镇流器设计原理介绍 a.电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理是： 工频电源经过射频干扰（RFI）滤波器，全波整流和有源功率因数校正器（APFC）后，变为直流电源。通过DC/AC变换器，输出20K-100KHZ的高频交流电源，加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，加在灯管两端，当使灯管"放电"变成"导通"状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护，浪涌电压和电流保护，温度保护等等。 b.电路框图 　　　HPSL电子镇流器电路方框图如图1 所示。 过压过流保护电路 ＥＭＩ滤波器 桥式整流电路 220V50Hz ＨＰＳＬ 逆变器 功能因数较正电路 温度补偿电路 功率调制器 保护电路 图1 HPSL电子镇流器电路方框图 c.HPSL电子镇流器线路图 如图2 所示。 HPSL电子镇流器局部电路分析 　　市电输入保护电路如图3 所示。 图3 市电输入保护电路　 FU 为保险丝,在输入端过流时起到保护作用。RT为负温度系数热敏电阻元件,用于抑制电源接通瞬间的浪涌电流冲击。常温下RT 呈高阻态,随着流过电流的增高,其温度也升高,而电阻值却下降,在负载电流达到稳定时,其阻值下降至最小,对电流产生的影响可忽略不计。 　　RV 为压敏电阻,其阻值随电压的增高而急剧减小,可吸收诸如雷电等原因引起的电网瞬时高电压冲击。因其耐受瞬时功率能力强,可长期工作。正常状态下, RV 接近开路,故对电路的影响可忽略。本电路简单、低廉、有效。 EMI 滤波电路 　　电磁干扰包括射频干扰(RFI) 和各式各样的电磁脉冲干扰,它们的危害正受到愈来愈多的重视。来自电网和电子镇流器逆变电路大功率高频振荡的射频传导干扰必须采用EMI 滤波器加以隔离,以消除两者之间的互相干扰。 　　本电路采π型EMI 滤波器,如图4 所示。 　　其中: C1 = C2 , C01 = C02。由于电感对射频干扰起阻流作用,而小容量电容则对射频干扰起近似短路作用,故EMI 滤波器对射频传导干扰的抑制作用是明显的。 图4 EMI滤波器 　　电磁脉冲干扰在相线与中线间产生差模干扰,与地线无关, L1 对此干扰电流呈高阻抗;而在每条电源线与地线之间会产生共模(非对称模式) 干扰, C01、C02 对此干扰呈低阻抗,所以EMI 滤波器对电磁干扰能有效抑制。 　　如果EMI 滤波器的阻抗设计与干扰源的阻抗不匹配,则EMI 滤波器还能将干扰源的干扰沿其进入的路径反射回去,这样EMI 滤波器的滤波效果更佳。 桥式整流器电路 　　桥式整流、电容滤波电路如图5 所示。 图5 桥式整流滤波电路 　　220V/50Hz 的市电经整流后变成100Hz 的正弦半波脉动直流电压,而50Hz 的交流输入电流则因输出端接有滤波电解电容而产生严重畸变。输入电流的高次谐波含量很高,线路功率因数降低 。为解决这个问题,采用了下述的APFC 电路。 有源功率因数校正器(APFC) 　　上述的低值功率因数,只有采取功率因数校正器才能提高。本型镇流器采用了以MC33262P 集成电路为核心的固定开通时间零电源开关升压式APFC电路。 　　APFC 电路如图6 所示,IC 为MC33262P ,其中: 图6 APFC电路 　　该集成电路内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出以及过压、欠压和过流保护电路。D2为续流二极管;T的副线圈为零电流检测绕组， 整流滤波电路为IC 提供直流电源; C2 为补偿电容,确保可靠起动; R7为过流保护取样电阻; C3 为滤波电容。 　　当T 的主线圈中电流为零时, IC 中的零电流检测器动作,使7脚输出宽度一定、幅度一定且周期可变的控制脉冲。在脉冲宽度持续期间将V3 开通, T原线圈中的电流上升并储能,从控制脉冲下降边缘开始,V3 关断,电感器的自感电势通过续流二极管向滤波电容充电,从而在直流滤波电容上得到升压至400V的直流电压,输入电流的包络线和输入电压波形近似,且同相,故APFC电路使线路的功率因数接近于1。 　本电路的零电压控制模式使V3只在电感中电流为零时才开通,故大大减小了开关管的应力和损耗,同时对续流二极管的恢复时间也没有严格要求,因此采用普通快恢复二极管即可满足使用要求。 　　本电路结构简单、外围电路元件少,大大缩小了电路的体积,降低了电路的成本并提高了可靠性。 　　本电路T 参数的设计、磁芯的选取以及制作质量均关系到输入交流电压的允许变化范围及电路的可靠性。 逆变器电路 　电子镇流器逆变器是将APFC 电路输出的直流电逆变成20kHz ～100kHz 高频交流电的电路,可见逆变器处于电子镇流器电路的核心。 　　电子镇流器采用半桥式逆变电路。其中所用的振荡管兼作功率开关管,选用MOSFET管,使得电路结构简单且可靠性大大提高,具体电路如图7 所示 图7 半桥逆变及启动电路 　电感L1 与C8 构成串联谐振回路; 自激振荡的频率F = 1/(2π L•C) ,其中L 为串联谐振电感, C 为串联谐振电容。APFC 电路输出的400V 直流电压作为逆变器的电源,其经R10、 L2对C8、C9充电，经由R7瞬间发生谐振, 通过C8两端输出的高压送至HPSL。 V1、V2接到交替信号导通稳态工作，当V1导通时，电流经V1、L2、C8、C9、R7形成回路，当V2导通时，电流经C6、C8、L2、V2、R7形成回路，两只功率管交替导通，电路进入稳定工作模式。 2．高压钠灯电子镇流器项目工艺流程、设备清单 a.电子镇流器的流水线生产主要经过的工序 ①元器件检测 ②根据生产任务和配料清单配料 ③插件 ④波峰焊接 ⑤补焊 ⑥调试 ⑦老化 ⑧装配与成品检测 b. 高压钠灯电子镇流器项目推荐方案的主要设备清单 生产设备：插件生产线，手推浸焊机、切脚机、波峰焊机、修板检测生产线、总装总调生产线等；检测仪器：MOS管分选仪，磁环分选仪，电参数测试仪，高压钠灯电子镇流器综合性能测试仪，寿命试验仪，万用表DVE200D等 第三章 高压钠灯电子镇流器项目主要原材料 1.主要原材料供应品种 a．高压钠灯电子镇流器项目主要原材料品种 电子镇流器由电阻、电容、电感、智能IC芯片等半导体元器件组成，采用高品质多层PCB电路板进行安装调试。 （插图） b．高压钠灯电子镇流器项目主要辅助材料品种 辅料产品主要有：金属合金铝外壳、高等级防水灌封胶、环氧树脂、耐高温高压防火输入输出导线、导热硅脂等材料。 (插图) 第四章 高压钠灯电子镇流器项目节能措施 节能措施 电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器。 a．工频电源经过射频干扰（RFI）滤波器，全波整流和有源功率因数校正器（APFC）后提高线路功率因数。 b.通过DC/AC变换器，输出20K-100KHZ的高频交流电源，避免的灯管的频闪现象提高钠灯电光转换效率无脉动及舒适度，在同等光照的条件下，延长灯管的寿命。 c．采用智能调光控制系统，延时时段任意设定。 d．采用由MOSFET功率管组成半桥式逆变电路。这种电路驱动功耗小,电路简单、可靠。 e．电子镇流器采用恒功率控制，在电压大幅度波动的情况下，提供给灯的功率保持不变。 f. 采用自主研发的启动点火电路及异常状态保护电路。 g. 逆变电路中的功率管工作于高压、大电流及高频工作状态,据统计它们的故障率较高。本文采用N 沟道增强型MOSFET功率管,具有较大的安全工作区域、良好的热稳定性和高的开关速度,驱动功率小,电路简单。 h. 采用自激式半桥逆变电路，结构简单、能耗低。 第五章、几种照明产品节能效果的对比 1.电子镇流器与LED路灯的对比 a.发光效率问题 LED的发光效率为65-75流明/瓦，而高压钠灯可达到120流明/瓦。 b.光衰问题 LED的光衰是非常严重的，其光衰至80%时只有1000小时。高压钠灯基本没有此问题 。 c.LED的寿命问题 影响LED寿命问题主要是温度，当节温从115摄氏度提高到135摄氏度时，就会使寿命从50000小时降低到20000小时，如果温度更高寿命将会更短。 d.发光量的稳定性 LED的发光稳定性是由电池放电的降压和温度特性造成的，假如1W的LED正向电压从3.4V变到3.1V，其正向电流将从350mA降至100mA,即改变250mA，其光输出将会降低60%左右。高压钠灯电子镇流器采用恒功率输出没有此问题。 e.LED灯具的自重问题 目前大部分厂商生产的LED灯具，其自身极重，通常都超过10公斤，这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷，降低了其抗风能力。而高压钠灯电子镇流器自身重量较轻一般1.5公斤以下，不存在此问题。 2.与太阳能路灯比较 a.光照范围 太阳能路灯一般照度范围是5-7米，不能用于对光照要求高的地方（国家对道路照明是有照度要求的），只能用于对光照要求低，人、车较少的路段。 b.性价比高 目前太阳能路灯还不够成熟，部分元件还需要进口，性价比相对较高。单个价格少则几千元多则几万元，不适合大规模推广使用。 c.受自然因素影响严重 由于路灯属于屋外产品，工作条件比较恶劣，太阳能路灯容易受到光照、天气、灰尘等多种因素影响，其发光效率和亮灯率无法保障。 d.难以实现规模化生产 如果大家对太阳能发电较为熟悉，我们就会知道太阳能电池板之所以能够将太阳能转化为电能，电池板的转化率相当重要。目前，太阳能电池板有多晶硅和单晶硅两种，前者转化率不及后者，但是在性价比上胜出一筹。但这些企业都是以进口国外原料进行组装，能够在国内自行生产的企业几乎没有，国内的太阳能光伏企业普遍规模较小，难以实现规模效应。 3.电子镇流器与电感镇流器对比 a.技术参数及特点 HC-HPS型节能型电子镇流器采用先进技术设计而成，具有传统的电感式镇流器无法比拟的优越特性。两种产品的主要技术参数对比如下： 项 目 电子镇流器 电感镇流器 额定输入电压 220V/50Hz 220V/50Hz 功率变化(%) ±5% >50% 功率因数λ ≥0.98 0.4-0.7(有电容补偿0.8 ) 电光转换效率 高 低 噪声(1米处) 无 有 效率 >95% 50~60% 工作电流 <1.2A 1.7A左右 灯管使用寿命 > 10000小时 <5000小时 从以上主要技术性能表可以看出：HC-HPS型高压钠灯电子镇流器各项指标大大超过传统电感镇流器。特点如下： 1) 电子镇流器采用恒功率控制，在电压大幅度波动的情况下，提供给灯的功率保持不变，而且电子镇流器的工作频率为高频，高压钠灯的电光转换无脉动，提高了效率和舒适度，在同等光照的条件下，延长灯管的寿命。 2) 使用环境温度范围广、温升低，-25℃—+65℃正常工作，且防雨雪。 3) 开路、短路、过流保护。 4) 无低频噪声，降低环境噪声。 5) 与传统电感式镇流器相比，节电25%以上；对电网输电损耗减少达75%；供电系统的容量（VA）需求减轻60%以上，且无奇次谐波（无电网污染）。 6) 可实现自动调光控制。 7) 电子镇流器可以提供极为稳定的光输出，且灯的色温和亮度不随电压波动而变化，无频闪，保证了照明优异质量。 8) 电子镇流器通过有源功率因数校正技术控制电流波形为纯正弦波，对电网的污染程度减至最低，进线总电流畸变度小于3%。 9) 降低基础设施投资费用，节约运行成本。 10) 电子镇流器无需外加触发器和补偿电容，使用安装方便。 11) 新型高压钠灯电子镇流器具有自身功耗低、光照度强、恒功率输出、功率自动调节、功率因数高等功能特性。 12) 延长灯管寿命，节约投资建设和维修的费用 由于电子镇流器具有变频自动调功率功能，可避免电网波动对灯管造成的冲击，从而延长灯管的使用寿命，可以减少电子镇流器和灯具的更换次数。电子镇流器启动电流也小，一般在1.2安培左右，相对于电感镇流器少了许多，供电线路的变压器可以小了许多，因此可以大大节省了基础建设的投资成本和后期维护费用。 13) 绿色环保，新型高压钠灯电子镇流器自身损耗低，无频闪，恒功率输出，无电网污染，可持续提供优异的道路照明，可减少交通事故的发生率。属于是“绿色环保”型高新技术产品，具有很好的推广应用价值。 项目 类型 HC-HPS电子镇流器 电感镇流器 启动电流 0.37A 1.36A 工作电流 1.18A 1.67A b．运行数据对比 根据路灯管理单位照明箱变实际抄表数据与公司工程验证，使用HC-HPS电子镇流器比现行电感镇流器节电率达到25%--60%。一般道路照明前半夜即23点以前电压比较接近220V，而在23点以后电压高于220V，通常高于220V的10%左右。以250W单个高压钠灯为例，分别对平均前半夜5小时和后半夜6小时时段内电感式镇流器与HC-HPS型电子镇流器用电分析如下： 普通型HC-HPS电子镇流器 ① 前半夜5小时启动电流与工作电流对比 项目 类型 HC-HPS电子镇流器 电感镇流器 启动电流 0.35A 1.05A 工作电流 1.18A 1.39A 数据表明，HC-HPS型电子镇流器启动电流仅为电感式镇流器的1/3，由于启动电流小，实现软启动，能够有效延长灯泡和用电器的寿命。HC-HPS型电子镇流器工作电流比电感式镇流器低0.21A，前半夜电压220V的条件下： 单台前半夜节电量：220V×0.21A×5h/1000=0.231（度） ②后半夜6小时按240V计算，启动电流和工作电流对比 单台后半夜节电量：240V×0.49A×6h/1000=0.706（度） 单台全夜节电量：0.231（度）+0.706（度）=0.937（度） 即每天每台节电接近1（度）电。节电率达24.7%，年节约电费约274元（每度电按0.8（元/度计算） 智能型HC-HPS电子镇流器 具有智能调光功能，可实现40%-100%额定亮度内智能调光，根据路况需求，制定调光策略,是道路照明节能改造的首选产品。以下按加半夜灯功能为例，即后半夜车辆、行人减少的实际情况下,通过镇流器自身智能变频系统，将镇流器功率变为额定功率的50%。 后半夜6小时按240V调光至原来的50%计算。 类型 项目 智能HC-HPS电子镇流器 电感镇流器 启动电流 0.37A 1.36A 工作电流 0.59A 1.67A 单台后半夜节电量:240V×1.08A×6h/1000=1.55（度） 单台全夜节电量：0.231(度)+1.55(度)=1.781(度) 即每天每台节电1.781度，节电率达45.7%，年节约电费约522元（每度电按0 .8元/度计算） c.运行曲线分析 智能电子镇流器与现行电感镇流器运行曲线分析 路灯照明综合费用一般指电费加维护费用的总和，其中维护费用约为电费的 30%。 d.每台每年镇流器费用计算 电感式镇流器每台每年综合费用计算 单台年电费：3.93(度) ×365(天) ×￥0.8（元）=￥1147.56元 单台年维护费：￥1147.56（元）×0.3=344.27元 单台综合费用：￥1147.56（元）+￥344.27（元）=￥1491.83元 普通HC-HPS型电子镇流器每台每年费用计算 单台年电费：3.0(度)×365(天)×￥0.8（元）=￥876.0元 单台年维护费：￥876.0（元）×0.3=262.8元 单台综合费用：￥876.0（元）+￥262.8（元）=￥1138.8元 智能HC-HPS型电子镇流器每台每年费用计算 单台年电费：2.1(度)×365(天)×￥0.8（元）=￥613.2元 单台年维护费：￥823.44（元）×0.3=￥247.03元 单台综合费用：￥613.2（元）+￥247.03（元）=￥860.23元 e.每台每年节约费用统计 单台普通HC-HPS电子镇流器每年节约费用：￥1491.8（元）-￥1138.8（元）=￥353.0元 单台智能HC-HPS电子镇流器每年节约费用：￥1491.8（元）-￥860.23（元）=￥631.57元 第六章 结论 按每个中等以上城市5万盏路灯计算 5万盏路灯年节电费：（1147.5-613.2）元×5（万盏）=2671.5（万元）、 5万盏路灯年节约维护费：（344.2-247.0）元×（5万盏）=486（万元） 5万盏路灯年节约综合费：2671.5+486=3157.5(万元) 单台250瓦电子镇流器与同等电感镇流器相比，全夜亮灯11小时，HC-HPS电子镇流器节约电能约1.5度，节电比率为24.0%--42.0%。