绿色环保的新颖电磁感应灯技术优势

绿色环保的新颖电磁感应灯技术优势 绿色环保的新颖电磁感应灯的技术优势 复旦大学电光源研究所 龙奇 摘要:本文介绍了感应无极荧光灯的主要优点,工作原理和调光方法，分析了它突破性进展的关键技术及其它在照明领域的应用前景,以及使用这种光源在推广绿色照明工程和节能环保方面的积极意义。 关键词:感应无极灯荧光灯，绿色照明,调光，节能，环保 一.前言 在能源消耗逐步加剧,环境污染日益严重的现代社会里,节能环保产品无疑是世界各国各行业的工程技术人员追求的目标,照明领域当然也不例外。据统计，全世界多数国家照明耗电大体占本国发电量的15,~20%左右。而照明用电的很大一部分被消耗在效率极低的白炽灯上，同时光效高的室内外照明用的气体放电光源系统基本上没有调光功能，也无故浪费了大量能源，甚至还会造成新的光污染问题。考虑到目前发电主要依赖于煤电和石油的情况下，这种浪费还会带来燃料短缺，温室气体排放、大气污染等一系列严重的破坏生存环境问题;另外传统光源产品由于其寿命较短，替换更新的频率较高，这不但大大增加了生产这些产品的电能和原材料损耗，同时由于光效高的气体放电光源绝大多数都以Hg作为主要的填充物质，产品废弃后的Hg污染问题非常严重。以中国为例，中国目前电光源产品年产量已接近80亿支，其中需要充Hg的荧光灯占四分之一左右，以每支荧光灯平均填充Hg量为20mg计算，那么每年用于生产光源产品的Hg 消耗达到40吨，而我国尚没有针对这一巨大污染源的完善回收废弃灯管处理措施，这些污染物往往会进入土壤，空气和河流中，造成严重的环境问题。如广泛使用LVD感应无极荧光灯就可有效地缓解和改善以上问题。这种新颖的产品是利用H型放电的原理和先进的电子集成电路技术制成,它没有电极,能有超过10~15年的超长使用寿命和良好的光电性能，其成本也已达到为人们可接受的程度.它不但能满足各种照明场所的要求，而且由于它的高光效,调光和长寿命的优异性能,显然还能实现节能环保的目的，无疑地,这是当今实施绿色照明工程中一种值得大力推广的理想节能照明光源。 二.感应无极荧光灯的历史 早在1907年，PC.Hewitt就申请了感应无极灯原理的专利，但由于当时电子学技术水平的限制，所以这种灯只能在实验室存在，没有可能进入市场。电磁感应灯真正发展和进入实际使用是上世纪90年代以后的事情。 1991年松下公司首先推出了Everbright无极荧光灯并投入日本市场，这种感应灯没有使用磁芯进行能量耦合，而是直接在球形泡壳外绕上线圈，通以13.65MHz的高频电流，感应泡壳内的等离子体发光。当时27w的Everbright无极荧光灯光效是37lm/w，平均寿命是40000小时。 同在1991年，Philips公司的QL 无极荧光灯也投入市场。它在一梨形泡壳内置一中空管道，绕以线圈的铁磁芯柱插入中空管道，线圈内交流电频率是2.65M。QL 无极荧光灯光效达到了70lm/w，平均寿命是60000小时。 1994年，GE公司推出了GENURA无极荧光灯，这是一种镇流器与灯一体化的紧凑型无极荧光灯，其结构与Philips的QL 无极荧光灯相似，外形与 反射型白炽灯相仿,工作频率也选用了2.65M，光效是50lm/w，寿命是15000小时。 随后Osram公司推出了ENDURA无极荧光灯，它采用闭合放电回路，一个或多个绕有线圈的铁芯磁环环绕在闭合放电管上，套在灯管的铁芯的作用犹如变压器的初级，而闭合的灯管的作用犹如变压器的次级线圈。ENDURA无极荧光灯工作频率是300KHz,光效达到了75lm/w，平均寿命是60000小时。 以上各公司的感应无极荧光灯均因成本过高,难以在光源市场普遍推广销售.而在二十一世纪初,宏源照明等紧跟时代潮流，经过艰苦和长期的研制,尤其是自行设计和制造的LVD芯片技术的突破,成功地生产出价格能为市场接受,性能指标已达到或超过国际同类产品的先进水平,拥有自己的知识产权和已申请了约40多项专利的LVD感应无极荧光灯,目前正在进一步推广应用之中. 三. LVD感应无极荧光灯的主要优点 LVD感应无极荧光灯相对传统的光源有以下一些主要优点: 1.长寿命 LVD感应无极荧光灯因为没有电极，所以不存在由于电极溅散或失效而造成灯寿命终止的可能,因此它有传统光源难以比拟的超长寿命,通常可使用10~15年以上. 2.优良的光性能 LVD感应无极荧光灯可以同时达到好的光效和显色性能，光效可以达到80lm/w以上，显色指数也能达到80以上，色温范围广泛，色彩可以调节， 可以满足各种场合的绿色照明工程的需求. 3.可调光 LVD感应无极荧光灯有良好的调光性能，这一点对室内照明和城市夜景照明和道路照明中的节能都具有重要的意义。通常随着白天室内照明的天然采光的变化和深夜室外照明的人们活动的降低,照明应该相应地改变照明亮度，而LVD感应无极荧光灯具备在其额定功率的30%到100%范围内,它都能稳定工作的良好调光性能,正能满足这一要求.这不单是节约能源，同时也能减少光污染现象 4.降低Hg污染 由于LVD感应无极荧光灯内是使用汞齐,而不是直接充入液体汞,这就极大地降低了生产过程中的汞污染,而且它的超长工作寿命,使实际应用的汞消耗量和废弃光源数量都较荧光灯大大减少,从而有效地降低了对环境的汞污染. 5.电磁干扰低 由于LVD感应无极荧光灯内是采用频率较低的300Hz无线电电磁波,再配以特殊设计的金属屏蔽结构和抗干扰电子线路,所以在EMC和EMI的性能方面都符合国际上规定的低电磁干扰的有关要求. 6.造型新颖美观 根据使用的环境和要求,LVD感应无极荧光灯的发光体的外观形状可制成不同的造型,以适合于配备各种不同类型的应用灯具,以达到造型新颖美观和实用的目的. 7.成本较低 LVD感应无极荧光灯不但在技术性能上取得突破,而且其生产成本也下降到人们可接受的程度,这是它得以在推广实施绿色照明工程中,能够得到如此青睐的重要原因. 四.感应无极荧光灯的使用场所 LVD感应无极荧光灯现已有功率范围为20W~300W的系列产品，在配备合适的灯具后,可以应用到如下各种照明场合: 1. 室内照明 小功率的LVD感应无极荧光灯可以用于室内照明，取代普通荧光灯，节能灯和白炽灯。长寿命，良好的光电性能是其作为室内照明的优势所在。 2. 大面积的商场厂房照明 大功率的LVD感应无极荧光灯可以满足要求，使用无极荧光灯可以达到良好的照明效果，同时大大节约能源，减少维护费用。 3. 道路照明 用大功率的LVD感应无极荧光灯配备专门设计的灯具可以满足道路照明的要求，当用来取代目前城市道路照明中的高压钠灯，能达到更好的道路照明效果，为驾驶员和行人提供良好的行驶照明环境 。 4. 城市夜景照明 LVD感应无极荧光灯不但可以做城市建筑的装饰照明，大功率的LVD感应无极荧光灯也可以做为建筑物的泛光照明。 5. 特殊场所照明 感应无极荧光灯的长寿命，高光效，高显色，可调色温等特点,使其在体育场所，博物馆等对照明有特殊要求的场合的使用有明显的优势,尤其适 用于照明器材更换十分不便的隧道,桥梁和高层建筑的照明工程之中。 五.感应无极荧光灯工作原理 1. H型放电 LVD感应无极荧光灯是利用H型放电原理制成的新型光源,其结构由高频发生器，功率耦合线圈，无极荧光灯管组成。高频发生器产生的高频能量通过功率耦合线圈耦合到灯管内的等离子体中，激发等离子体和通过荧光粉转换发光。其工作原理如图1所示: -------------------------------------------图(1) LVD感应无极荧光灯的工作原理框图------------------------------------------- 高频发生器产生的信号输入到耦合线圈，线圈对灯管的能量耦合可以视为变压器模型:耦合线圈是变压器的初级，而灯管是变压器的次级。功率就通过耦合线圈源源不断将频率为300Hz的电磁波能量输入到灯管中的等离子体中，激发等离子体和形成荧光转换发光。 2.高频发生器原理 高频发生器的作用是产生供感应无极荧光灯工作的高频功率能量,这是LVD感应无极荧光灯的关键技术之一。其工作原理的结构框图如图2所示: ---------------------------------------------图 (2) 高频发生器原理的结构框图----------------------------------------------- 市电经过EMI滤波电路后被整流成直流。通过功率因子校正后，直流作为逆变电路的输入。逆变电路在我们自行设计和制造的集成电路芯片的控制下工作，得到的高频交流电能作为耦合线圈的输入。集成芯片还可以实现调光的功能，同时可以作为系统的保护控制，当工作电路出现短路或者断路等异常情况时，芯片会自动切断输出信号，以实现自我保护。 3. LVD感应无极荧光灯调光功能的实现 LVD感应无极荧光灯采用的调光方法是调频调光法。 调频调光法是通过改变电路的工作频率来实现调光的目的的。我们知道与负载串联的电感的感抗是正比于通过它