节能灯整流器教程.docx
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节能灯整流器教程
一、绿色照明─中国节能产业跨世纪的战略
1.1绿色照明
●是指通过科学的照明设计，采用高效节电照明产品，达到节电、保护照明环境和提高照明质量的统称；
●是国际发展趋势和国家现代化的标志；
●我国已将“绿色照明工程”列为重点推广项目和节能产业跨世纪战略；
1.2绿色照明是系统工程
绿色照明是照明节电、减少对环境污染、保护生态平衡的系统工程。
实施“绿色照明”包括：
●推广使用高效节能电光源，如细管径荧光灯、电子节能灯等；
●推广使用高性价比节电照明电器附件，如电子镇流器、调光装置、智能照明控制设备、光控开关等；
●采用高效节能灯具，提高灯饰透光率、反射率等；
●控制生产和使用中产生的污染，包括汞、稀土元素，以及灯、灯具高频工作产生的电磁干扰等；
●采用先进照明设计，合理选用高效节能产品，营造现代照明环境和光文化；
●组织制定有关政策、法规、标准，培育技术和市场，促进推广应用等；
1.3绿色照明产品
●泛指能创造绿色照明环境的产品，包括新型、高效、节能电光源和配套照明电器附件、灯具及控制器等；
●“中国绿色照明工程”现阶段重点发展和推广应用的绿色照明产品包括：
―光效高、光色好、寿命长、安全和性能稳定的节能电光源，如细管径荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯及其它新型光源等；
―自耗小、省电，对环境、人体无污染和影响的照明电器附件，包括电子镇流器、节能型电感镇流器、电子变压器等；
―光能利用率高，安全、可靠，美观、适用的照明灯具；
―传输效率高，电能损耗小，使用安全可靠的配线器材，各种调光装置，感应、光控开关和遥控等控制器具；
―集光、电、IT技术于一体的智能照明系统；
1.4绿色照明，功在当代、利在千秋
●缓解电力供需矛盾。
目前，我国照明用电1500亿度（占总发电量10%），约相当长江三峡电站年发
电量的2倍，缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈；
●实施“中国绿色照明工程”，可节电300亿度，节约原煤1500亿吨，减少污染、保护环境；
●推动产业结构调整和技术进步；
●产生巨大的社会经济效益；
―11W电子节能灯替代60W白炽灯可节电48W，按4小时/天使用计算，年节电71度，全国替换2亿只，年可节电142亿度；
―全国家庭2.76亿户（含农村2亿户），照明仍以白炽灯为主体，加上企事业、公用设施用白炽灯，数量可观。
若全部改用电子节能灯，年可节电938亿度，超过长江三峡总发电量，是葛洲坝水电站年发电量的5倍；
1.5全球“绿色照明”新发展
●美国九十年代初首先推出“绿色照明计划”，随着全球绿色环保运动的兴起，已在各国推广，并有新发展：
―美国正在开展旨在降低生产、销售成本和扩大市场容量的“能源之星”活动和“大宗采购计划”；
―欧盟各国在开展电力需求管理活动（DSM）基础上，将“绿色照明计划”扩展到私人公司或团体；
―中国等发展中国家正逐步实施“绿色照明计划”。
近年环绕提高产品技术、质量水平，提高节电产品认识和建立持续、高效照明产品市场三大主题工作；
●全球“绿色照明”运动呈现三大特点：
―美国“绿色照明”成功经验和“能源之星”活动是全球“绿色照明”活动的典范；
―组织“大宗采购计划”是推广“绿色照明”的有效方法；
―建立非补贴、可持续化高效照明产品市场是各国发展的目标；
二、绿色照明新一族—节能电光源
2.1照明电光源的发展
电光源是当今照明的主体,自1879年白炽灯问世以来,发展经历了三代:
●第一代热辐射光源
―利用钨丝发热而发光。
代表产品为白炽灯和60年代开发的卤钨灯；
―优点：
结构简单、光色好、发光柔和稳定、成本低，使用方便；
―缺点：
光效低、耗电大、寿命短，逐步为节能电光源取代；
●第二代气体放电光源
三十年代起开发，较白炽灯发光机理不同（辉光放电），发光效率有质的飞跃。
代表产品：
―荧光灯（1938年问世），光效高白炽灯5倍，作一般照明；
―低压钠灯，光效高白炽灯十几倍，光色单一（黄光），只能作道路、隧道照明；
―高压气体放电光源（高压汞灯、大功率氙灯等），功率大、光效高，用作场馆和泛光照明；
表2–1照明电光源发展简况
类别
灯种
开发
年代
光效
（Lm/w）
平均寿命
（小时）
优缺点
应用
第一代
热辐射
光源
白炽灯
1879
9～34
500～
1000
光线柔和、稳定，成本
低；光效低、寿命短
室内外
卤钨灯
60～70
20～50
第二代
气体放电
光源
荧光灯
1938
40～50
5000
光效较高、显色性提高
室内
低压钠灯
30～40
54～144
色单一、显色性差
道路、隧道
高压汞灯
大功率氙灯
50～60
40～50
室内、
泛光照明
第三代
细管径荧光灯
（T8、T5）
70～95
50～105
5000
～
20000
三基色、体积小、寿命
长；功率小；
室内
紧凑型荧光灯
70末
高压钠灯
66～80
55～140
显色性好（﹥60）、光
色多、光效高；寿命长
道路、场馆
照明工程
金属卤化物灯
60～90
80～125
新光源
耦合放电
高频无极灯
90
55～65
﹥40000
光效高、显色性好、寿
命长；功率小；
室内外
螺旋一体灯
10000
陶瓷金卤灯
光效高、光性能稳定；
介质放电
紫外光源
90末
6000～
12000
光效高、性能稳定；
研制中
表面放电
平面荧光灯
27
光均匀、无汞、低温性
能好；光效低
微波放电
微波金卤灯
90末
80～110
﹥30000
启动快、光稳定、寿命
长；功率低、成本高；
微波准分子灯
微波硫灯
光效高、寿命长；
结构复杂、成本高；
●第三代节能气体放电光源
六十至七十年代起开发，代表产品：
―细管径荧光灯（T8、T5）
―紧凑型荧光灯（电子节能灯）
两类灯较普通荧光灯光效高（从40～50Lm/W提高到80Lm/W）、显色性好、寿命长、且结构紧凑、通用性好，已成为室内照明主体；
―高强度气体放电光源（HID），如高压钠灯（HPS）、金属卤化物灯（MH），六十年代研制、八十年代形成规模生产。
较高压汞灯光效高（1～1.5倍），显色性好（Ra﹥60），寿命6000小时以上，广泛用于道路、场馆、大型照明工程等。
―八十至九十年代已开发出一批新型节能气体光源，包括：
●无汞荧光灯●高频无极荧光灯
●平面荧光灯●高显色性高压钠灯
●陶瓷金属卤化物灯●微波硫灯
表2–2主要灯种性能比较
灯种
功率（W）
光效（Lm/W）
显色指数（Ra）
平均寿命（小时）
频闪效应
表面亮度
白炽灯
5～1000
9～34
90～100
500～1000
不明显
大
普通荧光灯
3～125
40～50
﹥60
2000～5000
明显
小
紧凑型荧光灯
（电子节能灯）
3～26
50～105
﹥60
6000～8000
无
小
HID灯
（HPS、MH）
35～1000
55～140
60～90
20000
不明显
大
表2–3主要灯种节电效果比较
灯种
替代光源
节电比例（%）
使用、替代情况
备注
T12荧光灯
白炽灯
70～73
室内外照明，无条件替代
粗管径
T8荧光灯
T12荧光灯
10～20
室内照明，逐步替代
细管径
T5荧光灯
T8荧光灯
20～30
同上
细管径
紧凑型荧光灯
白炽灯
70～83
室内照明（调光要求除外）
电子节能灯
高压钠灯（HPS）
高压汞灯
56～60
道路、场馆，逐步替代
金属卤化物灯（MH）
高压汞灯
42～46
商场、宾馆，逐步替代
2.2节能电光源
泛指光效高或节电效率高的光源，主要为第三代节能光源和新光源。
2.2.1细管径荧光灯
●针对普通T12（φ38㎜）荧光灯耗材、发光效率低等缺点，七十年代末飞利浦公司开发出T8（φ26
㎜）细管径荧光灯，目前已逐步替代T12管。
T8荧光灯较T12灯有以下优点：
―节电，在光通量相同条件下T8节电约10%～20%，光效（70Lm/W）提高15%；
―节材约30%；
―表面亮度提高约20%；
―附加成本（仓储、运费等）降低50%；
―与T8管脚、长度相同，易互换；
●我国T8管产量已突破2000万只，主要厂家飞东照明公司、佛山照明公司、北京松下显像管公司等；
表2–4管型荧光灯分类及尺寸
灯功率
20
30
36
40
65
80
85
125
长度（m）
0.6
0.9
1.2
1.2
1.5
1.5
1.8
2.4
直径（mm）
T5（ф16）T8（ф26）T10（ф32）T12（ф38）
发光颜色
日光色（RR）暖白色（RN）冷白色（RL）等
表2–5T8荧光灯主要参数
类型
功率（W）
长度（mm）
光通量（Lm）
光效（Lm/W）
寿命（h）
经济型
（普通荧光粉）
18
600
1050
58
8000
36
1200
2500
69
8000
豪华型
（三基色荧光粉）
18
600
1500
83
16000
36
1200
3350
93
16000
●九五年,飞利浦、美国GE公司相继生产T5荧光灯（ф16mm），比T8灯节电20%～30%；具有管电流一致性好、管压降高等特点，光效可达106Lm/W、寿命16000小时，我国上海真空电子器件公司已开发生产；
●九六年，日本东芝公司推出T5环形荧光灯，光通量提高1.5倍，并注重改善显色指数（高显色性Ra可达85～95）；
表2–6常用细管径荧光灯
产品
管径Ф（mm）
功率（W）
替代产品
备注
T8
（略新）
26
36
T12/40W
北美已结束
欧洲已开始
18
36
T12/20W
T8（较新）
26
32
T8/36W
北美已开始
T5
（最新）
16
28
T8/36W
将开始
16
14
T8/18W
2.2.2紧凑型荧光灯（CFL）
●俗称电子节能灯。
具有光效高（是普泡4-5倍）、节电明显、寿命长（是普泡5-8倍）、体积小、使用方便等优点；
●79年，飞利浦最先推出SL型灯。
我国82年开始研制，99年产量1.2亿只（占世界总产量35%），但质量参差不齐，寿命一般为3000～5000小时（国外10000小时）；
●CFL分整体式（一体灯）和分离式两类。
发展方向是一体灯，原因：
―互换性好，有H、U、π、D等不同紧凑型，尺寸形状接近白炽灯，且发光面积大；
―采用稀土三基色荧光粉及涂敷新工艺，提高光效、降低色温；
―内置电子镇流器，省电、启动快、无频闪躁声，使用方便；
表2–7CFL替代普灯节电效果
CFL替代普泡
光通量（Lm）
单灯节电（W/只）
单灯年节电（度/年.只）
9W替代40W
400
31
46.5
11W替代60W
600
49
73.5
15W替代75W
900
60
90
20W替代100W
1200
80
120
●为提高灯功率,95年美国GE公司生产出螺旋一体灯（13-48W）,在保证紧凑尺寸和配光曲线同时,光效提高到60-70Lm/W（是白炽灯7-8倍）,寿命1万小时以上;
图2–1插入式螺旋一体灯
2.2.3高压钠灯（HPS）
●属高强度气体放电光源（HID）,在光效、显色性和寿命方面有明显优势（表2-3），另具透雾力强和不诱虫等特点，已广泛用于道路、场馆等照明；
●主要品种
A普通型—光效高、寿命长，但显色性较差，适合一般道路、场馆等照明；
B替代型—可直接替代高压汞灯，满足照度同时功率略有下降；
C舒适型—显色性好，可扩展室内外重要场合照明；
D高光效型—改进光电管结构并填充高压氙气，光效高达140Lm/W，是理想电光源；
E高显色性—白色高压钠灯，高显色指数（﹥80），适合高要求照明场合使用；
F农艺型—有特殊光色，适合农艺栽培照明；
2.2.4金属卤化物灯（MH）
●60年代初,钠-铊-铟金卤灯问世,最大优点是光色好（Ra=65-90）、光效可达130Lm/W，平均寿命1～2万小时。
九十年代技术日趋成熟，正逐步替代卤钨灯、高压汞灯和高压钠灯，是发展广阔的新光源；
●主要类别：
稀土金卤灯、光谱型金卤灯（钠-铊-铟系列）、连续辐射型金卤灯和单色性金卤灯等；
●我国八十年代末生产，目前年产量已达200万只，主要厂家：
上海亚明灯泡厂、浙江阳光集团等；
表2–8主要气体放电光源性能比较
性能
高压汞灯
高压钠灯
金卤灯
光效（Lm/W）
250W
51
121
80
400W
55
132
95
1000W
60
147
112
显色性（Ra）
20～40
30～65
65～90
2.3荧光灯产品的技术发展
2.3.1发展主题
●保护环境.从三方面入手:
―提高光效、减少能耗；
―减少用汞量、开发无汞荧光灯；
―采用低铅或无铅玻璃，推广应用水涂粉工艺技术等；
●节约能源.包括：
―提高光效，改善显色性；
―开发新型点灯附件（如电子镇流器、智能控制系统）、提高节电效果；
―提高生产工艺、设备水平，降低生产能耗；
●满足市场、用户要求
―开发不同光色、不同显色性能和不同形状荧光灯；
2.3.2技术发展趋势
环绕提高光效、光色、寿命三大主题和以下课题进行：
●研究低压气体高频放电特性，包括惰性气体---汞高频放电特性，并从灯及电子镇流器方面改进；
●控制汞量，采用汞齐、涂敷保护膜，改善荧光粉表面特性；
●开发无汞荧光灯，包括研究准分子等离子特性，开发光子激发荧光粉等；
●研究应用Al2O3等保护膜及涂敷工艺，提高光通维持率；
●研究应用高频无极灯，降低干扰、提高光效；
●改善电子镇流器性能，实现对荧光灯可调光功能，适应智能照明系统应用；
●研究荧光灯光谱特性、显色性能等，开发适应各种需要的特种荧光灯；当今，应特别重视高频无极荧光灯、平面荧光灯、无汞荧光灯等产品的开发；
2.4HID灯的技术发展
●为使HID灯（特别是MH）向室内照明发展，HID灯正向灯功率大型或小型化、光色稳定性（低色温）好、高显色性和超长寿命方向发展；
●主要研究课题：
―发光机理，包括高温热化学反应、高频高压启动和声共振现象等；
―新材料，主要是放电管管壁（如半透明陶瓷管）及电极材料；
―配套电器附件，重点是一体式电子镇流器。
包括解决：
承受高压/大电流冲击、降低温升、二次热启动和高频声频共振四大技术难题；
―开发新系列品种，重点是陶瓷金卤灯、车用小功率金卤灯等；
三、电子镇流器—绿色照明新一代产品
3.1电子镇流器基础
3.1.1电感镇流器
1.管型荧光灯是气体放电灯，传统使用必须有“启辉器”和“镇流器”：
●启辉器：
并接灯管两端。
通电后，能产生高电压，迫使灯管“放电”―导通―发光，是荧光灯正常工作的启动器；
●镇流器：
与灯管串联。
能自动限制启动电流的增大（灯管负阻效应），使灯管获得稳定的灯电压、灯电流，是荧光灯正常工作的镇流装置；
2.荧光灯的启动电压、灯电压、灯电流与灯管类别有关，使用启辉器和镇流器必须与之匹配，否则影响灯管寿命，甚至不能工作；
3.电感镇流器（又称铁磁式镇流器）用铁芯和漆包线绕制。
结构简单、成本低，但自耗大（40W镇流器实际功耗48W），易产生“热”和噪声，还因低频工作产生100～120HZ频闪，且体积大、重量重；
3.1.2电子镇流器
电子镇流器是将工频（50HZ/60HZ）交流电变换为较高频率的交流电，并能使一个或几个荧光灯正常
启动和稳定工作的变换器（国外称安定器）。
1.基本原理：
用电子元器件组成高频变换电路。
先将照明交流电源整流变成直流电，再由“逆变器”变为高频交流电，由振荡电路产生20～50KHZ的高频电压去启动和点亮荧光灯，经调整可正确与灯匹配，满足不同功率灯管的启动电压、灯电压和灯电流，达到正常工作。
2.优点―电子镇流器较电感镇流器有以下优点:
（1）节电省钱
●比同规格电感镇流器节电25～30%,原因:
—高频工作,提高灯发光效率。
图3–1曲线表明：
光效随工作频率（50HZ～50KHZ）提高而增加，
同光照度下电子镇流器输入功率降低；
—自身功耗低，约为灯功率的5%（较电感镇流器降低15%）；多管驱动和高功率的电子镇流器节电
效果更显著；
—线路功率因数提高（由电感镇流器的0.5提高到0.9以上）,电网利用率相应提高,实现间接节能;
●发光效率高,产生热能小,空调房等用电量相应减少；
●功率因数高，输入电流减少，电力配线安装要求及
成本降低；
●不需启辉器，省去更换时间和费用；
（2）无频闪，发光柔和，有益保护视力；
（3）启动快，不出现反复起辉、闪烁现象；有预热启动
功能，大大延长灯管寿命；
（4）工作宁静，无噪声，提高照明环境质量；
（5）可用市电和直流电源供电，低压（150V）下能启动，
允许电压波动范围宽（±10～15%）；图3–1荧光灯光效频率变化曲线
（6）采用调频、脉宽调制（PWM）、光接收等技术，容易
实现对荧光灯调光和光控智能开关；
（7）具异常状态（灯开路、短路、过载等）保护功能，延长镇流器寿命；
（8）体积小、重量轻，安装使用方便；
表3―1电子镇流器与电感镇流器性能比较（40W）
项目
电感镇流器
电子镇流器
光照质量
●工作频率50HZ，有严重频闪
●电感线圈镇流，噪声大
●有害视觉
●工作频率﹥20KHZ，无频闪
●电子器件镇流，无噪声
●光照质量改善，保护视力
启动
工作
条件
环境温度
-5℃～+50℃
-10℃～+50℃
电网电压
低于180V不能正常启动
低至150V仍能正常启动、工作，
但光通量降低
工作温度
●最高达+120℃，影响室内温度
●自身温升大，易发生火灾
•+50℃左右
●有过热控制、保护措施
电
能
消
耗
线路电流（A）
0.43
0.2
有功损耗（W）
49
42（节电14%）
无功损耗（W）
●电网有50%无功损耗
●电网有3%无功损耗•无功节电
45%以上
后期维护
●低压或低温时，不能一次启动，
多次启动易损坏灯阴极，缩短灯
管寿命
●启辉器寿命短，需经常更换
●频繁维修，易损坏灯具
●具预热功能，一次启动，可延长
灯管寿命
●无需更换启辉器
●具异常状态保护功能，延长镇流器
寿命
3.2电子镇流器的发展
1978年，飞利浦公司率先研制出电子镇流器。
随着光源技术的进步和开发应用，电子镇流器已经历五代发展：
●第一代：
普通（简单）型电子镇流器
七十年代末生产，是低频向高频过渡的产品。
多半采用简单电子线路，功能单一，缺乏可靠性和对电网影响考虑。
电器性能差：
功能因数小于0.6，电流谐波含量高达130%。
无预热启动和异常保护功能，严重影响灯管和镇流器寿命，并对电视机等有严重干扰，已不再生产使用；
●第二代：
无源滤波“高功率因数电子镇流器”
在第一代基础上，按IEC标准和国标GB15143/15144生产。
采用无源滤波技术和功率因数校正电路（PFC），提高功率因数（﹥0.9）、抑制谐波含量（THD﹤30%），并设计预热启动、异常状态保护等功能，使镇流器性能和可靠性有较大改善，加上电路简单，成本较低，有较强市场竞争力。
缺点是灯电流波峰系数CCF超过标准（﹥1.7），对灯管寿命不利。
此外，抗电磁干扰（EMI）差，易引起线路干扰；
●第三代：
有源滤波“高性能电子镇流器”
为克服电子镇流器电流谐波含量大而对电网污染（称“银网痼疾”），国外九三年开发出有功率因数补偿功能的高性能电子镇流器。
采用有源滤波单端脉宽调制（PWM）技术，抑制电流波形失真，实现了高性能：
功率因素﹥0.98，THD﹤10%，CCF﹤1.7。
同时，采用预热软启动、零电压开关（谐波逆变）、电磁兼容（EMC）等新技术，使性能、可靠性进一步提高。
缺点：
电路较复杂，成本及生产工艺难度相对提高。
但多管驱动镇流器（如2×40W以上）多半采用此技术，成本相对下降。
●第四代：
高性价比电子镇流器
九十年代起开发。
特点是采用集成技术，省去振荡电路和磁环等，将部分元器件制成专用集成电路（ASIC）或混合厚膜电路，并采用有源谐振电路使逆变器线路简化，同时，广泛采用表面贴装器件（SMD）和技术（SMT），大大提高产品性价比和可靠性，是镇流器发展的主流；
●第五代：
特种电子镇流器
九十年代中、末期，根据市场需要，相继开发出可调光、光控电子镇流器，并在高强度气体放电灯（HID）电子镇流器研制中取得进展。
电子镇流器在气体放电灯—自镇流荧光灯中几乎全部取代了电感式镇流器；
表3–2电子镇流器种类及特点
类别
性能
优缺点
应用
功率因数
（λ）
谐波含量
（THD）
灯电流波峰比
（CCF）
第一代
普通型
0.5～0.6
＞130%
≥2.5
●线路简单、成本低、
有节电功能；
●性能差、功率单一；
●小功率、电压波
动小；
●已逐步淘汰；
第二代
高功率因数
≥0.90
≤30%
约2.0
●无源滤波，PFC电路
●有预热、异常保护功
能；
●性价比较高
●中功率
●广泛应用
第三代
高性能
≥0.98
≤10%
﹤1.7
●有源滤波，PWM电路
●高性能、功能齐全
●性价比适中
●中功率以上
●电压波动范围大
●多管驱动
第四代
高性价比
＞0.99
＜10%
﹤1.7
●集成技术（ASIC）和
厚膜电路
●应用SMD（SMT技术）
●性价比高
●推广应用
第五代
特种型
＞0.98
＜10%
﹤1.7
●可调光、光控开关
●HID灯电子镇流器
已开发应用
我国电子镇流器开发生产已有十几年历史，产品总体水平在第二、第三代，现状大体如表3-3；
表3-3国产电子镇流器现状
项目
类别
预热
启动
异常
保护
电磁
兼容
λ
THD
CCF
可靠性
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