[00946393]无极灯电子镇流器关键技术及生产装备开发

LED是众所周知的高效长寿光源，但是主要用于小功率照明。大功率户外照明依然以高压钠灯和金卤灯为主，但它们存在许多缺点，亟需一种代替方案。无极灯是一种特别适用于户外大功率照明的高效长寿命的光源。它是由镇流器、磁环和灯管三部分构成，由于没有电极，所以理论上可以达到10万小时的寿命，是理想的户外大功率照明解决方案。但是由于缺少理论研究、电路和工艺控制的优化设计，无极灯面临两个致命缺陷：实际寿命远低于理论寿命。灯管的制造有涂粉、烘烤、排气等十多个工序，每个灯管都有特性差异，如果不能根据这些差异对进行阻抗匹配，容易导致电子镇流器发热，进而损坏。落后生产工艺导致的光衰过快。一是灯管涂粉中的硝化纤维粘结剂残留；二是灯管中含量钠量和表面涂层的汞烘烤不完整成黑色的钠汞齐。针对上述技术难题，项目团队对无极灯整机进行系统建模，优化设计了无极灯电子镇流器，形成完整的设计、装备和生产的体系，并推广应用于实际工程。从而将无极灯电子镇流器的寿命从原来的约2万小时提高到6万小时以上。在生产过程中，通过优化若干影响无极灯生产的关键环节，实现了保证灯管6万小时内光衰80%以内。从而解决了困扰无极灯发展的实际寿命短、光衰快的难题。查新和鉴定结论表明项目技术处于国内领先水平。项目相关技术授权发明专利8项，发表论文3篇。主要技术参数如下：功率因数：0.965-0.997；光效：63-80LM/W；显色指数：>80；启动时间：0.5秒；色温：2700K-6400K；工作环境温度：-20℃- +50℃；工作电压：交流100V-260V，可调光。寿命比国内龙头企业产品提高20％，光衰降减小了5％。项目技术相关产品在浙江宇光照明有限公司生产，根据绍兴通达会计师事务所出具的绍通大专审字[2016]第0044号审计报告的审计结论：采用该技术方案后，三年新增销售收入14003.63万元、利润3857.35万元、税收996.41万元、出口1647.46万美元。比未采用该技术时销售额提高3倍以上。项目销售的无极灯总功率约为3000万瓦，按照每天点亮10小时计算，与高压钠灯相比节电20%来算，可以3000万瓦*10小时*600天*0.2/0.8=4.5亿kw，长期使用效果更显著。立项背景：LED是众所周知的高效长寿光源，由于功率的限制，常用于小功率照明，大功率照明依然以高压钠灯和金卤灯为主，但高压钠灯存在许多缺点，亟需一种代替方案。无极灯正是适用于户外大功率照明的高效长寿命的光源，它是由镇流器、磁环和灯管三部分构成，由于没有电极，所以理论上可以达到10万小时的寿命。但是由于缺少理论研究、电路设计和工艺控制优化设计，无极灯面临两个致命缺陷：实际寿命远低于理论寿命。灯管的制造有涂粉、烘烤、排气等十多个工序，每个灯管都有特性差异，如果不能根据这些差异对进行阻抗匹配，会导致电子镇流器发热，进而损坏。落后生产工艺导致的光衰过快。一是灯管涂粉中的硝化纤维粘结剂残留；二是灯管中含量钠量和表面涂层的汞烘烤不完整成黑色的钠汞齐。针对上述技术难题，项目团队对无极灯整机进行系统建模，优化设计了无极灯电子镇流器，形成完整的设计、装备和生产的体系，并推广应用于实际工程。从而将无极灯电子镇流器的寿命从原来的约4-5万小时提高到6万小时以上。在生产过程中，通过优化若干影响无极灯生产的关键环节，实现了保证灯管6万小时内光衰10%以内。从而解决了困扰无极灯发展的实际寿命短、光衰快的难题。主要技术发明：率先提出了无极灯阻抗和电子镇流器系统建模方法，解决了阻抗自动匹配问题。授权发明专利：无极灯电源的自动阻抗匹配方法及匹配系统，黄松岭等。授权发明专利：无极灯电源电路及其保护方法和保护电路。无极灯的研究大多将发光泡体作为定常电阻负载处理，忽略了电子镇流器输出特性对发光泡体内气体放电等离子体的决定性作用和发光泡体非线性阻抗特性对电子镇流器的影响。课题组率先提出了无极灯系统的阻抗和电子镇流器的系统建模。首先，通过建立了无极灯在稳态工况下阻抗模型，解决传统无极灯灯管阻抗参数都是估算的缺陷无极灯结构如图1所示，稳态时，电能通过磁环构成的耦合器传递到离子体中，可以把这种工作模式描述为空心变压器模型，其中耦合磁环为原边，等离子体为副边。为了建立无极灯稳态阻抗模型，通过搭建测试电路通过实验，探明了无极灯的电压和电流的有效值，无极灯等离子体被激发后，随着灯功率的增加，电流增加，电压以图中虚线为界，先减小后增加。这对无极灯阻抗的测量和分析将对电子镇流器的优化设计以及无极灯整体光效的研究提供重要参考。其次，将上述无极灯的阻抗模型应用于整个无极灯系统分析，提出了一种无极灯参数的求解方法及参数优化方法无极灯的电子镇流器将发光泡体的阻抗纳入电子镇流器电路图，点画线框所示的串联谐振并联负载输出结构进行等效简化，可以根据电路求解阻抗参数。最后，基于上述无极灯的系统分析，提出了无极灯系统的自动阻抗匹配方法，它由第一匹配网络、第二匹配网络、高频电缆、第一传感器、第二传感器和控制器构成。控制器根据第一匹配网络输出阻抗和无极灯等效阻抗与第一匹配网络可变阻抗之间的模型计算第一匹配网络中可变阻抗元件的阻抗值，并根据第二匹配网络输出阻抗和高频网络犄征阻抗与第二匹配网络可变阻抗之间的模型对第一匹配网络和第二匹配网络中的可变阻抗元件进行调整。实现了在无极灯电源和灯之间的阻抗匹配，保证了灯的正常工作。提出了新型的无极灯电子镇流器电路，简化电路、降低启动电流、延长整机寿命。授权发明专利：一种无极灯电子镇流器中的半桥逆变电路，张新华等；授权发明专利：带辅助启动导电带的电磁感应灯。实用新型专利：一种远程控制可调光无极灯电子镇流电路，石松泉。实用新型专利：一种无极灯电路。首先，为降低成本，提出了一种简化的无极灯谐振电路的拓扑结构由于采用L2596，通过结合buck功率因数校正和Class E类逆变电路集成为单级结构，利用buck变换电路降压的特点，这样Class E类逆变器功率管上的不会产生太高的电压，而且仅仅只使用一个功率开关管，这样可以节省功率开关管数和控制电路，从而简化了电路，降低了成本。其次，为解决启动电流大的问题，开发了辅助启动导电带电路(ZL200910300354.7)。这种带辅助启动导电带的无极灯，在灯壳外表面的对称凹槽上分别绕有变压磁芯，变压磁芯与供电回路相连作为感应辅助启动电路。当无极灯启动时，灯壳内的气体电容性放电和感应耦合放电使得启动电压瞬间达到很大，从而电磁感应灯的光源启动速度就越快、启动能力就越强，而且可以将无极灯电子镇流器的寿命提高2倍以上。最后，为解决维修不便利的问题，提出一种超长输出导线的无极灯电子镇流器。由于无极灯管的理论寿命可达10万小时，而且无极灯用于户外照明，安装高度5米以上。为方便维修不方便的难题，提出一种超长输出导线的无极灯电子镇流器。该电子镇流器将自激振荡电路应用于无极灯，将负载参与到自激线路中，按照负载的线长不同，决定不同的气动频率。特别是通过对常规PFC副绕组的供电改动，采用BUCK线路对芯片供电，实现100-300VAC的全电压输入；采用自激驱动半桥谐振线路，使谐振点发生移动来匹配长导线。技术发明点：优化生产工艺环节，提高了产品的稳定性。首先，优化排气系统，解决灯管涂粉中的硝化纤维粘结剂残留现有的无极灯排气系统一般是玻璃排气系统。它采用高硼玻璃烧结出来的真空系统，该系统真空度好，但稳定性很差，操作时稍有不慎就会全部产品报废，而且系统本身很容易损坏。为此提出了一种金属与玻璃混合体无极灯排气系统，解决了硝化纤维粘结剂残，而且真空抽速也比原来的系统提升了50%，在解决硝化纤维粘结剂残留导致光衰过快难题的同时，生产效率提高一倍。其次，优化设计烘烤结构，解决工艺不稳定产生钠汞齐而导致光衰过快的难题无极灯制作过程中，其中有一道工序为排气，特别是吸附在管壳内壁和渗透到管体材料内部的气体是不易被抽除的，因此就必须对管壳进行加热烘烤以提高气体的逸出能量，加速气体分子逸出并及时被真空泵抽除。通过烘箱和送料装置的稳定优化结构，可以将汞恰好蒸发的同时，解决了钠汞齐带来的发黑问题。最后，优化设计玻壳铝膜真空局部蒸镀设备，解决蒸镀效率低的难题传统工艺使用浓硫酸进行蒸镀，费时费力又很危险，于是设计了一种真空局部蒸镀设备。它包括机架和玻璃钟罩，基座上固定装有泡壳；泡壳内安装有遮挡伞，泡壳内的定位基座上还安装有第一电极杆和第二电极杆。这种具有蒸铝设备结构合理，提高了蒸镀效率，使生产效率提高一倍以上，有效的降低了生产成本。