熒光燈常用燈絲預(yù)熱電路

1、熒光燈常用燈絲預(yù)熱電路        摘要：電子鎮(zhèn)流器由于具有節(jié)能，發(fā)光無頻閃和易于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制（如IEC929附錄E的有關(guān)要求）等一系列優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用。熒光燈如采用適當(dāng)?shù)臒艚z預(yù)熱方法，對提高熒光燈的壽命有非常重要的作用。介紹了幾種常用的熒光燈燈絲預(yù)熱方法及特點(diǎn)。 1    常用照明方法與特點(diǎn)     常用的電光源主要有熱致發(fā)光光源，氣體放電發(fā)光光源，固體發(fā)光光源等三類。     熱致發(fā)光光源如白熾燈，它利用斯涅藩波

2、爾茲曼定律，即物體溫度越高，它幅射出的能量越大。這可用式（1）表示。     E=××T4（1） 式中：E為物體在溫度T時單位面積和單位時間內(nèi)的紅外幅射總能量；             為斯涅藩波爾茲曼常數(shù)（=5.6697×1012W/cm2·K4），             為比幅射率，即物體表面幅射本領(lǐng)與

3、黑體幅射本領(lǐng)之比值；       T為物體的絕對溫度。     利用熱致發(fā)光原理制成的電光源制作簡單，成本低，但是發(fā)光效率低，只有11左右，而其余的能量則以熱的形式消耗掉（紅外、熱能消耗分別占69及20）。     固體發(fā)光光源，如發(fā)光二極管、等離子體發(fā)光器件等，盡管它們的發(fā)光效率高，但目前還不能做到大功率（如上百瓦），所以，固體發(fā)光器件要進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段還有一段距離。     氣體放電發(fā)光器件，如熒光燈（Florescent）、金鹵燈（Hilide）、

4、高強(qiáng)度放電燈（HID）等，它們的發(fā)光效率為普通白熾燈的幾倍。由于氣體放電燈的功率可以做得較大（上千瓦），發(fā)光效率又高，是一種綠色照明光源。其中，熒光燈是一種充有氬氣的低氣壓汞氣體放電燈，發(fā)光效率和壽命都比白熾燈高。熒光燈發(fā)光效率約23，紅外、熱能占總耗能的36及41。熒光燈發(fā)光均勻、亮度適中、光色柔和，是理想的室內(nèi)照明燈，在照明中得到了廣泛的應(yīng)用。熒光燈是通過引燃燈管內(nèi)稀薄汞蒸汽進(jìn)行弧光放電，汞離子受激產(chǎn)生紫外線，激發(fā)燈管內(nèi)壁涂層熒光粉發(fā)出可見光。但是由于熒光燈工作的負(fù)阻特性，在使用時須配用鎮(zhèn)流器件。 2    有關(guān)熒光燈的燈絲預(yù)熱   

5、60; 國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC929和我國的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBK7401290，都有關(guān)于電子鎮(zhèn)流器在“正常情況下使用時，應(yīng)使燈啟動，但不對燈性能造成損害”；“施加陰極預(yù)熱電壓的最短時間應(yīng)不少于0.4s”和“開路電壓的波峰系數(shù)不得超過1.8；在最低預(yù)熱期間，不得產(chǎn)生即使是極窄的、不影響有效值的電壓峰值”等規(guī)定。     預(yù)熱啟動是指在燈陰極被加熱至熱電子發(fā)射溫度后才觸發(fā)燈。通常采用控制陰極電流進(jìn)行預(yù)熱或控制陰極電壓進(jìn)行預(yù)熱的方式。無論采用哪種方式啟動，都應(yīng)滿足下列要求：     1）在燈陰極達(dá)到電子發(fā)射狀態(tài)之前，燈兩端之間或燈與啟動輔助裝置

6、之間的開路電壓應(yīng)保持在低于導(dǎo)致陰極受損害的輝光放電的水平；     2）在陰極達(dá)到發(fā)射狀態(tài)之后，開路電壓應(yīng)足夠高，可使燈迅速啟動而無須重復(fù)多次才能啟動；     3）在陰極已處于發(fā)射狀態(tài)，若開路電壓須升高后才能使燈啟動，則開路電壓從低到高的轉(zhuǎn)變過程中，必須在陰極仍處于熱電子發(fā)射溫度期間完成；     4）在陰極預(yù)熱階段，預(yù)熱電流或預(yù)熱電壓不得過大或過高而使陰極上發(fā)射物質(zhì)因過熱而受到損害。     燈陰極預(yù)熱啟動可分為以下兩種情況。 2.1   

7、采用控制燈陰極電流進(jìn)行的燈絲預(yù)熱 te）     為使某一類型陰極達(dá)到最低發(fā)射溫度所需的熱量，可用時間、電流和由該類陰極的物理特性所決定的一個常數(shù)來表示。這種關(guān)系可由式（2）表示。     te=（2） 式中：te為達(dá)到發(fā)射狀態(tài)的時間，0.4s（1）；       a為特定類型陰極的常數(shù)；       ik為獲得te所需的最小燈絲有效預(yù)熱電流（A）；       im為達(dá)到發(fā)射狀態(tài)所需的

8、燈絲最小電流絕對值（A）（2）；     注：（1）達(dá)到發(fā)射狀態(tài)的預(yù)熱時間<0.4s通常是不可取的，實(shí)踐證明在此時間內(nèi)不總是可以使陰極燈絲達(dá)到充分預(yù)熱。     （2）此值是假定從冷態(tài)開始施加燈絲預(yù)熱電流的時間足夠長（如30s）的情況。     可以在短時間（t0.4s）內(nèi)施加較大的燈絲有效預(yù)熱電流而又不損壞陰極，但超過0.4s后，隨著時間的延長，此電流值應(yīng)逐步減小，直至達(dá)到2s或更長時間，此值不得明顯地超過50Hz時用輝光啟動器啟動的數(shù)值。     上述要求的圖解如圖

9、1和圖2所示。 圖1    控制電流進(jìn)行預(yù)熱的鎮(zhèn)流器對陰極預(yù)熱電流的要求 (a)    開路電壓提高后即將預(yù)熱電流除去的鎮(zhèn)流器 （b）    開路電壓過渡時間>100ms的鎮(zhèn)流器 圖2    控制電流進(jìn)行預(yù)熱的鎮(zhèn)流器對開路電壓的要求 ts     在燈的啟動過程中，當(dāng)開路電壓在te時被提高，而陰極預(yù)熱過程在te時結(jié)束（預(yù)熱電流中斷）的情況下，開路電壓的轉(zhuǎn)換時間ts應(yīng)100ms（如圖2所示）。     在開路電壓

10、的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)陰極始終保持發(fā)射狀態(tài)的情況下，轉(zhuǎn)換時間ts可以>100ms。     由于燈陰極在預(yù)熱時間達(dá)到te時被加熱到發(fā)射狀態(tài)，因此，在燈啟動過渡階段有效預(yù)熱電流不得降低到絕對最小值（im）以下，以確保燈陰極處于發(fā)射狀態(tài)。     有一些類型的燈規(guī)定，在達(dá)到te之前的開路電壓最大值高于或等于達(dá)到te之后的開路電壓的最小值，因此，為這類燈設(shè)計的鎮(zhèn)流器無須為了使燈可*啟動而提高開路電壓。 2.2    采用控制燈陰極電壓進(jìn)行預(yù)熱的鎮(zhèn)流器     當(dāng)陰極電壓超過3.0V（低

11、電阻陰極）或6.0V（高電阻陰極），且電壓施加的時間0.4s時，即可達(dá)到陰極發(fā)射溫度。     為了防止陰極溫度過高，應(yīng)規(guī)定施加電壓的最大值。當(dāng)施加電壓大于10V時，所有陰極兩端都會出現(xiàn)橫向弧光放電。     在達(dá)到陰極熱電子發(fā)射之前，如燈的開路電壓低于可進(jìn)行冷啟動的值，則允許同時施加陰極預(yù)熱電壓和燈電壓。雖然電子鎮(zhèn)流器可以提供多種電壓控制方式，但均應(yīng)遵守在達(dá)到熱啟動之前將燈電壓保持在燈冷啟動水平以下的原則。     燈絲最大有效預(yù)熱電流在預(yù)熱過程中的任何時刻，不得超過規(guī)定的最大值，預(yù)熱時間0.4s。 &

12、#160;   鎮(zhèn)流器應(yīng)向燈提供所需陰極預(yù)熱電壓、陰極工作電壓和燈啟動電壓。     鎮(zhèn)流器應(yīng)按規(guī)定值向燈提供啟動電壓。啟動電壓可與陰極預(yù)熱電壓同時施加，也可在0.4s間隔后上升至該項(xiàng)值。但在0.4s之前施加的任何電壓必須低于可導(dǎo)致燈啟動的電壓水平。     一個性能良好的電子鎮(zhèn)流器的預(yù)熱、點(diǎn)火和熒光燈工作與電子鎮(zhèn)流器工作頻率變化之間的變化規(guī)律如圖3所示。電子鎮(zhèn)流器的預(yù)熱、點(diǎn)火和熒光燈工作與工作頻率變化關(guān)系曲線圖如圖4所示。 圖3    燈工作過程燈電壓和燈工作頻率變化曲線 圖4

13、60;   電子鎮(zhèn)流器的預(yù)熱、點(diǎn)火和熒光燈工作與工作頻率變化關(guān)系曲線 3    幾種常用熒光燈的燈絲預(yù)熱方法與特點(diǎn) 3.1    單燈燈絲電流預(yù)熱型     單燈燈絲電流預(yù)熱型電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。在這種燈絲預(yù)熱電路中，利用在電路預(yù)熱期間通過燈絲與啟動電容之間的電流實(shí)現(xiàn)燈絲預(yù)熱。具有電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用得較多。 圖5    單燈燈絲電流預(yù)熱型 32    單燈燈絲電壓預(yù)熱型     單

14、燈燈絲電壓預(yù)熱型電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。在這種燈絲預(yù)熱電路中，利用和鎮(zhèn)流電感（L）繞在一起的兩個燈絲繞組上的電壓實(shí)現(xiàn)燈絲預(yù)熱。特點(diǎn)是在燈的整個工作過程中，燈絲都有電壓施加于燈絲兩端。 圖6    單燈燈絲電壓預(yù)熱型 33    雙燈串聯(lián)燈絲電壓預(yù)熱型     雙燈串聯(lián)燈絲電壓預(yù)熱型電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。在這種燈絲預(yù)熱電路中，利用和鎮(zhèn)流電感繞在一起的三個燈絲繞組（L）上的電壓實(shí)現(xiàn)燈絲預(yù)熱。特點(diǎn)是在燈的整個工作過程中，燈絲都有電壓施加于燈絲兩端，并且通過中間的燈絲繞組（L）的電流應(yīng)為上、下兩個燈絲繞組（L）的燈絲電

15、流兩倍。 圖7    雙燈串聯(lián)燈絲電壓預(yù)熱型 34    雙燈串聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型     雙燈串聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。在這種燈絲預(yù)熱電路中，利用和鎮(zhèn)流電容串在一起的一個燈絲變壓器（T2）上的次級電壓實(shí)現(xiàn)燈絲預(yù)熱。 圖8    雙燈串聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型 35    雙燈并聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型     雙燈并聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型電路如圖9所示。電路工作原理與單燈燈絲電流預(yù)熱電路相同。 圖9    雙燈并聯(lián)燈絲電流預(yù)熱型 36    雙燈并聯(lián)平衡變壓器燈絲預(yù)熱型     雙燈并聯(lián)平衡變壓器燈絲預(yù)熱型電路結(jié)構(gòu)如圖10所示。電路中利用一個平衡變壓器（T）來實(shí)現(xiàn)燈絲的預(yù)熱。電路工作原理與單燈燈絲電壓預(yù)熱型電路相同。電路特點(diǎn)是由于電路中的平衡變壓器可使兩只燈的工作電流一致。 圖10    雙燈并聯(lián)平衡變壓器燈絲預(yù)熱型