안정기에 대한 HID 램프 요구 사항 및 작동 회로 선택
Shen Jiping 2006년 12월 28일 19:56 게시
HID 램프는 높은 압력 방전 램프는 방전 "볼트 암페어" 성능이 부저항 특성을 나타냅니다. 따라서 일반적으로 안정기라고 불리는 전류 제한 장치를 램프의 작동 회로에 연결해야 합니다. 대부분의 HID 램프는 AC 조건에서 작동하며 리액턴스 장치를 안정기로 사용합니다. HID 램프에는 다양한 유형이 있으며 램프 유형과 적용 요구 사항에 따라 안정기 회로와 램프 간의 최상의 일치를 얻기 위해 다양한 형태의 안정기 회로를 구성할 수 있습니다. 일반 조명에 일반적으로 사용되는 HID 램프에는 고압 수은 램프, 고압 나트륨 램프 및 메탈 할라이드 램프가 포함됩니다. 고압 수은 램프는 HID 램프 중에서 개발된 최초의 광원입니다. 제품 성능이 안정적이고 지원 안정기 회로가 상대적으로 성숙합니다. 고압 나트륨 램프와 메탈할라이드 램프는 현대에 개발된 고효율 및 에너지 절약형 새로운 광원으로, 전체적으로 더 나은 효과를 얻으려면 램프와 잘 어울리는 안정기가 필요합니다.
고압 나트륨 램프 및 안정기
고압 나트륨 램프와 고압 수은 램프는 성능이 다릅니다. 고압 나트륨 램프는 수은을 함유할 뿐만 아니라 또한 램프 작동 중에 나트륨과 수은은 액체 나트륨과 수은 가스의 형태로 방전관의 차가운 끝 부분에 저장됩니다. 고압 나트륨 램프의 수명 동안 램프 전압이 변함에 따라 램프 전력도 변경됩니다. 이는 고압 수은 램프의 상황과는 다릅니다. 고압 수은 램프의 전원이 변경되면 램프의 수은 증기압이 포화 상태가 되기 때문입니다. 램프가 작동 중입니다. 고압 나트륨 램프의 램프 전압과 램프 전력 사이의 관계는 방전관에 포함된 과도한 나트륨-수은 가스를 기반으로 합니다. 램프 작동 중에는 수은과 나트륨의 일부만이 증기압을 형성하고 증기압 수준은 방전관의 "차가운 끝" 온도에 따라 달라지는 램프 전압에 반영됩니다. 냉단부 온도의 변화는 증기압의 변화를 일으키고, 결과적으로 램프 전압의 변화를 가져오고, 이에 따라 램프 전력도 변화합니다. 특정 전력 범위 내에서 램프 전압과 램프 전력 간의 관계는 대략 선형입니다.
1.1 고압 나트륨 램프의 특성 곡선
고압 나트륨 램프의 램프 전력과 램프 전압 사이의 선형 관계 곡선을 램프의 특성 곡선이라고 합니다. 특정 램프 특성 곡선은 그림 1과 같이 전원 전압이나 안정기의 임피던스를 특정 범위 내에서 변경하여 램프의 전압과 전력을 변경하여 얻을 수 있습니다. 램프 전압이 설계 전압과 같을 때 램프 전력은 설계 목표 전력에 도달합니다. 동일한 모델과 전력의 램프는 그림 2와 같이 거의 평행한 특성 곡선을 갖습니다. 램프 전압이 더 높은 램프의 경우 특성 곡선 기울기의 가파른 정도가 감소합니다.
1.2 고압 나트륨 램프 안정기의 특성 곡선
고압 나트륨 램프가 일정한 입력 전압에서 연속적으로 작동할 때 램프 전압과 램프 전력의 변화는 다음을 따릅니다. 안정기 장치의 특성 곡선입니다. 그림 3은 두 가지 일반적인 안정기의 특성 곡선을 보여줍니다. 이 곡선은 특성 곡선이 서로 다른 램프 배치의 램프 전압 및 램프 전력을 측정하거나 동일한 램프에 대해 외부 방법을 사용하여 방전관의 냉단 온도를 높여 램프 전압 및 램프를 변경함으로써 얻을 수 있습니다. 힘. 전원 전압이 변하면 일련의 안정기 특성 곡선을 얻을 수 있습니다. 그림 4는 정격 전원 전압이 증가하거나 감소할 때 안정기 특성 곡선에 미치는 영향을 보여줍니다.
1.3 고압 나트륨 램프 안정기의 사변형 다이어그램
고압 나트륨 램프 사용 시스템에는 다음과 같은 다양한 요소의 변화가 있습니다. 전원 전압의 변화 , 시간의 변화, 램프 내부 반사판의 효율 변화, 사용 환경의 변화 등에 따라 램프 성능이 변화하는데, 이러한 동적 변화에 안정기의 특성 곡선을 어떻게 적응시킬 수 있습니까? 고압 나트륨 램프에 대한 국제 표준은 무엇입니까? 램프의 전기적 성능 매개변수의 변화가 수명 동안 및 동적 변화 하에서 특정 범위로 제한되도록 보장할 수 있는 안정기가 필요합니다. 그림 5에 표시된 것처럼 고압 나트륨 램프는 안정기 특성 곡선에 대한 사변형 다이어그램을 지정합니다.
사각형의 윗부분은 고압 나트륨 램프의 최대 전력 제한을 나타냅니다. 최대 전력 제한은 방전관의 최대 허용 작동 온도에 따라 달라집니다. 최대 전력선은 일반적으로 전구 공칭 전력의 약 20~30%로 설정됩니다.
사각형의 하단 부분은 고압 나트륨 램프의 최소 전력 제한을 나타냅니다. 램프의 발열 특성, 램프 작동의 안정성, 허용되는 광 출력 효율 및 연한 색상 성능을 충족할 수 있도록 최소 전력선을 설정하십시오. 최소 전력선은 일반적으로 램프의 공칭 전력보다 약 20~30% 낮게 설정됩니다.
사각형 다이어그램 왼쪽의 최소 램프 전압 선은 램프에 허용되는 최소 램프 전압의 램프 특성 곡선입니다.
고압나트륨램프의 사양별 인정되는 최소램프전압은 램프성능변수표에 명시되어 있습니다.
사변형 다이어그램 오른쪽의 최대 램프 전압 선은 램프의 최고 허용 램프 전압에서의 램프 특성 곡선을 나타냅니다. 이 곡선은 램프에서 발생할 수 있는 최대 램프 전압을 고려한 것입니다. 램프 수명 동안 램프 전압의 증가, 밀봉된 램프의 램프 전압 상승 및 기타 변화 요인. 램프 전압이 최대 램프 전압 곡선을 초과하면 안정기가 램프의 안정적이거나 지속적인 작동을 보장하지 않습니다.
따라서 위의 사변형 다이어그램은 고압 나트륨 램프의 작동 시스템에 대한 사양으로 사용할 수 있습니다. 여기에는 램프와 안정기 모두에 대한 요구 사항이 포함되어 있으며, 다른 요인. 사각형 다이어그램은 일반적으로 다음과 같은 안정기 설계 조건을 규정합니다.
a) 안정기의 특성 곡선은 두 개의 램프 전압선과 교차해야 하며 램프 수명 동안 램프 전력을 유지해야 합니다. 한계선.
b) 안정기는 정격 공급 전압뿐만 아니라 최저 또는 최고 허용 공급 전압에서도 램프가 항상 사각형 다이어그램의 영역 내에서 작동하도록 설계되어야 합니다.
c) 최적의 안정기 특성 곡선은 램프가 최대 전압선 이전에 최대 전력에 도달할 수 있도록 해야 하며, 이 지점 외부의 램프 전력은 램프 전압이 증가함에 따라 감소합니다. 램프 설계 전력선에 가까운 상대적으로 평평한 안정기 특성 곡선이 상대적으로 가파른 상승 및 하강 특성보다 바람직합니다.
d) 램프의 수명이 단축되거나 작동이 불안정해지는 것을 방지하기 위해 안정기는 사각형 다이어그램 오른쪽에 표시된 최대 램프 전압 특성을 벗어나서 램프를 작동할 수 있어야 합니다.
고압 나트륨 램프에 대한 국제 표준에서는 램프 사양에 따라 안정기에 대한 사변형 다이어그램 요구 사항이 다릅니다. 그림 6과 같습니다.
고압 나트륨 램프 안정기의 제조는 복잡하지 않지만 종종 설계, 공정 및 재료 선택의 차이로 인해 동일한 사양의 다른 제조업체에서 생산한 안정기는 높은 조건에서 사용할 때 다른 성능을 나타냅니다. - 압력 나트륨 램프 안정기 특성 곡선의 모양은 그림 7에 나와 있습니다. 품질이 좋지 않은 안정기는 사용 중에 전구 작동이 과부하되거나 불안정해질 수 있습니다.
메탈 할라이드 램프 및 안정기
메탈 할라이드 램프의 방전관은 다양한 메탈 할라이드 램프로 채워져 다양한 유형의 메탈 할라이드 램프를 형성합니다. 램프의 광전 성능 매개변수에는 분명한 차이가 있지만 램프의 작동 및 유지 관리 시 전기 제품을 지원하기 위한 요구 사항도 다릅니다. 따라서 메탈 할라이드 램프의 성능 이점을 최대한 활용하려면 적절한 안정기와 관련 작동 회로를 선택하는 것이 중요합니다.
2.1 일반적으로 사용되는 메탈 할라이드 램프 안정기 및 작동 회로
1) 유도성 리액턴스 안정기(초크)
일반적으로 사용되는 개방 회로 전압 안정기는 전원 전압이며 램프를 시작하려면 트리거가 필요합니다. 작동 회로의 전압 파고율과 전류 파고율이 낮아 방전관의 전극을 보호하는 데 유리합니다. 더 낮지만 전원 공급 전압이 크게 변동하는 경우 램프 전력 변동을 제어하고 램프 성능을 안정화하는 능력이 떨어집니다.
2) 고임피던스 자동 부스트 안정기(HX Auto)
이런 종류의 안정기는 전원 전압이 낮은 상황(예: 100V/120V)에서 사용됩니다. 높은 개방 회로 전압을 얻기 위해 램프를 직접 시작할 수 있는 경우. 작동 회로의 피크 전압 및 전류 파고율은 높으며 램프 성능 안정성을 제어하는 능력도 일반적으로 거의 사용되지 않습니다.
3) 정전력 자동 부스트 안정기(CWA)
이런 종류의 안정기는 커패시터와 직렬로 연결된 자동 자기 누설 부스트 변압기로 구성되며 이를 정전력이라고 합니다. . 밸러스트, 선도적인 피크 밸러스트로도 알려져 있습니다. 이 안정기는 더 높은 개방 회로 전압을 얻을 수 있으며 라인 역률은 90%에 도달할 수 있습니다. 전원 공급 장치 전압이 크게 변동할 때 램프 전원을 안정화하고 램프 성능을 유지하는 데 더 나은 조절 역할을 합니다. 램프는 전원 전압이 30~40% 정도 떨어져도 계속 작동할 수 있습니다. 그러나 현재 선로의 파고율이 높고 안정기 가격이 상대적으로 높습니다.
4) 정전력 부스트 안정기(CWl)
이런 종류의 안정기는 커패시터와 직렬로 연결된 자기 누설 부스트 변압기로 구성되며, 이는 또한 정전력 안정기이기도 합니다. 위에서 언급한 CWA 안정기보다 램프 전력 및 성능 안정화에 더 나은 조절 효과가 있습니다.
5) 조정된 지연 안정기
이러한 종류의 안정기는 실제로 전압 조정 전기 제품으로, 메탈 할라이드 램프가 주 전압에서 작동할 수 있도록 보장합니다. 가장 긴 수명을 얻고 최고의 램프 성능 매개변수를 유지합니다. 이런 종류의 안정기의 비용은 더 높지만 메탈 할라이드 조명의 장기 운영 비용은 낮습니다.
그림 8은 위에서 언급한 안정기의 동작회로도이고, 표 1은 주요 성능변수를 비교한 것이다.
2.2 메탈할라이드 램프용 안정기 동작회로 선택
일반 조명용으로 사용되는 국내 메탈할라이드 램프에는 주로 Na-T1-In형, Sc-Na형, 희토류 금속이 있다 (Dy, Ho, Tm...) 유형과 기타 다른 유형은 성능 특성이 다르며 적절한 안정기가 필요합니다.
1) Na-TI-In 메탈 할라이드 램프 및 안정기
Na-T1-In 메탈 할라이드 램프는 유럽 제조 기술로 제작되었으며 램프 시동 성능이 우수하고 일반적인 유도성 리액턴스 안정기 작동 회로에서는 램프 작동을 시작하려면 전원 공급 장치 전압(220V)과 더 낮은 피크 전압(750V 이하)의 트리거만 있으면 됩니다. 램프의 광전 성능 매개변수는 안정적이며 긴 수명(평균 수명 20,000시간)과 높은 광속 유지율이 특징입니다. 성능이 향상된 Na-Tl-In 메탈 할라이드 램프는 동일한 전력 유형의 고압 수은 램프 안정기 또는 고압 나트륨 램프 안정기와 함께 사용할 수 있으며 메탈 할라이드 램프의 평균 수명은 여전히 지정된 20,000시간에 도달할 수 있습니다. . 이와 같이, 이러한 메탈할라이드 램프는 기존의 조명기구에 포함된 전기기구를 교체하지 않고도 기존의 고압수은등이나 고압나트륨등을 쉽게 교체할 수 있으며, 기존보다 광효율과 광색상을 향상시킨다. 또한 후자보다 연색성 성능이 크게 향상되었습니다. 주요 매개변수의 변경 사항은 표 2에 나와 있습니다.
2) Sc-Na 메탈 할라이드 램프 및 안정기
Sc-Na 메탈 할라이드 램프는 미국의 제조 기술에서 나온 방전관 구조와 유사합니다. 고압 수은 램프의 경우, 램프는 트리거를 사용하지 않고 안정기의 높은 개방 회로 전압과 램프 시작 전극의 기능에 의존하여 램프를 시작합니다. 이러한 유형의 메탈 할라이드 램프(175-1500W)에 대해 미국 표준과 중국 국가 표준에서는 CWA 안정기 작동 회로의 사용을 권장합니다. 이는 램프 작동의 안정성을 향상시키고 램프의 긴 수명과 양호한 광속 유지를 보장할 수 있습니다. . Sc-Na 메탈 할라이드 램프가 위에서 언급한 Na-T1-h 메탈 할라이드 램프의 작동 회로를 채택하면 램프의 조기 고장이 증가할 뿐만 아니라(트리거가 램프의 시작 전극을 쉽게 손상시킬 수 있음) , 램프의 평균 수명을 단축하지만 빛 감쇠의 램프 수명도 늘립니다. 그림 9는 "유도 안정기 + 트리거" 작동 회로를 사용하는 다양한 메탈 할라이드 램프의 광 감쇠 곡선을 보여줍니다.
Sc-Na형 메탈 할라이드 램프의 CWA형 작동 회로에서 자동 결합 자기 누설 부스트 안정기의 성능은 램프 작동 성능의 안정성에 중요한 역할을 합니다. 램프 작동 중에 안정기가 램프에 제공하고 램프의 지속적인 작동을 유지하는 최소 유지 전압 Vss는 다음 값에 도달할 수 있어야 합니다.
Vss=C1+C2( OT)-C3(di/dt) (175-1000W)
Vss=Cl+C2(OT)-C3[exp(-0.4di/dt)] (1500W)
Vss 안정기에서 램프 최소 유지 전압(V)
OT 램프 전압이 0일 때 차단 시간(ms)
di/dt 램프 전압이 0일 때 전류 변화율 영(A/ms)
Cl, C2 및 C3은 램프 사양에 따라 달라지는 상수입니다. 표 3을 참조하세요.
최소 유지보수 Vss는 미국 표준 또는 국가 표준 문서에서도 확인할 수 있습니다.
3) 펄스 시작형(Sc-Na) 메탈 할라이드 램프 및 안정기
CWA 회로를 사용하는 기존 Sc-Na형 메탈 할라이드 램프의 경우 피크 개방 회로 전압은 600V입니다. 방전관의 시작 전극에 추가되어 더 높은 피크 전류를 유발하여 램프 성능에 영향을 미칩니다. 펄스 시작 메탈 할라이드 램프는 램프와 안정기 모두에서 개선되어 램프와 안정기의 작동 회로를 최적으로 결합하여 최상의 전체 효과를 얻을 수 있습니다.
한편, 방전관의 구조를 개선하고, 그림 10b와 같이 시작 전극을 없애고, 화학식과 제조 공정을 개선하여 램프의 시작 성능을 향상시켰습니다. , 이로써 램프의 성능이 종합적으로 향상됩니다.
한편, 안정기의 작동 회로를 개선하고 트리거를 사용하여 램프 작동을 시작함으로써 안정기의 개방 회로 전압, 즉 피크 전압과 피크 전류를 줄입니다. 그에 따라 안정기의 작동 온도도 낮아져 안정기의 수명이 늘어나고 유지 관리 비용이 절감됩니다. 램프 및 안정기의 작동 회로 개선의 종합적인 효과로 인해 펄스 시작 메탈 할라이드 램프의 광 출력은 스타트 폴 메탈 할라이드 램프에 비해 25-50% 증가하고 광속 유지율은 다음과 같이 향상됩니다. 평균 수명도 15~25% 증가했습니다.
표 4는 두 가지 유형의 Sc-Na 메탈할라이드 램프와 안정기의 주요 성능 매개변수를 비교한 것이다.
펄스 스타트 메탈 할라이드(Sc-Na) 램프는 그림 12에 표시된 것처럼 CWI 및 Regulated Lag의 펄스 스타트 작동 회로를 더 나은 성능으로 사용할 수도 있습니다.
4) 저전력 메탈할라이드 램프 및 안정기
저전력 메탈할라이드 램프에는 주로 Sc-Na형과 희토류 금속형(Dy, Ho, Tm... ) 두 가지 유형이 있는데, 전자는 광효율이 더 높고 수명이 길며, 후자는 연색성이 더 뛰어나며 특성에 따라 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 두 유형의 램프 모두 간단한 "유도 안정기 + 트리거" 작동 회로를 사용하며 전원 입력 끝은 보상 커패시터와 병렬로 연결되어 시스템의 역률을 향상시킵니다.
저전력 메탈 할라이드 램프에는 전자식 안정기를 장착할 수도 있습니다. 이러한 안정기의 작동 주파수는 대부분 저주파(<200Hz)이므로 방전관에서 음향 진동과 빛의 발생을 방지할 수 있습니다. . 빛나는. 일반적으로 전자식 안정기가 램프에 제공하는 전류 파고율은 <1.5이고, 시스템의 역률은 >90%이며, 총 고조파 성분(THD)은 <15%입니다. 저전력 메탈할라이드 램프에 전자식 안정기를 장착하면 램프 동작의 안정성이 향상되고 빛의 감쇠가 줄어들며 수명이 길어집니다. 그러나 이 저주파 전자식 안정기는 가격이 매우 높기 때문에 널리 홍보하고 적용할 수 없습니다.
5) 메탈할라이드 램프용 안정기의 최근 동향
최근 국내외에서는 중전력 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기 개발에 주력하고 있다. 외국에서는 방전관의 음향 진동을 방지할 수 있는 작동 주파수가 100kHz를 초과하는 중전력 고주파 메탈 할라이드 램프용 전자식 안정기를 성공적으로 개발했습니다. 안정기는 특정 범위의 디밍을 달성할 수도 있습니다. 메탈 할라이드 램프에 이 전자식 안정기를 사용하면 램프의 광 출력을 높이고 빛 감쇠를 크게 줄이고 램프 수명을 연장하며 전반적인 에너지 절약 효과를 높일 수 있습니다.