1 概述
目前礦井巷道和高速公路隧道照明燈具普遍采用白熾燈和日光燈。眾所周知,白熾燈的發(fā)光效率只有15 Lm/w,使用壽命只有1 000小時,普通日光燈的發(fā)光效率約60 Lm/w,壽命只有2 000小時。高質(zhì)量日光燈的壽命也只有5 000小時,由于礦井巷道和高速公路隧道都是晝夜點亮,因此照明燈具需要經(jīng)常更換,由于隔爆巷道燈更換燈管很困難,因此維護(hù)工作量大,維護(hù)費(fèi)用高。同時,白熾和日光燈耗電量較大,加之每天點亮?xí)r間很長,因此每年所需電費(fèi)極高。
為了克服這些問題,近年來,許多研究單位開始采用半導(dǎo)體照明燈(LED)制作巷道燈和隧道燈。LED具有節(jié)電、長壽命、環(huán)保等優(yōu)點,目前已有部分采用白熾燈的巷道燈改用LED,取得較明顯的效果,但是原來采用日光燈的巷道燈,必需采用多只LED組成的燈管,因此光線分布很不均勻,而且還會產(chǎn)生重影。同時,LED日光燈管的價格很高。目前,大量推廣仍有困難。
納米陶瓷電極日光燈的電極采用永久性納米陶瓷材料制成。這種材料能夠?qū)щ,并發(fā)射由電能轉(zhuǎn)變成的光電子能,使管壁上的熒光粉發(fā)光,這種熒光燈徹底克服了傳統(tǒng)鎢絲涂電子粉電極日光燈的致命缺點:光效低、耗能大、壽命短。目前納米陶瓷電極日光燈的發(fā)光效率可達(dá)110 Lm/w,在照度相同的條件下,比白熾燈節(jié)電90%,比傳統(tǒng)日光燈節(jié)電40%~60%。納米陶瓷電極日光燈可達(dá)30 000小時,比白熾燈長30倍,比傳統(tǒng)日光燈延長15倍以上,此外,納米陶瓷電極日光燈的成本略高于傳統(tǒng)日光燈,因此這種燈具目前是礦井巷道燈和高速公路隧道燈最理想的光源。
2 納米陶瓷電極熒光巷道燈的組成
該巷道燈主要由三部分組成:納米陶瓷電極日光燈管、電子鎮(zhèn)流器和隔爆罩。隔爆罩采用已通過安全認(rèn)證的巷道燈隔爆罩。這種隔爆罩結(jié)構(gòu)非常堅固,即使日光燈管和鎮(zhèn)流器產(chǎn)生爆炸。由于隔爆罩的屏蔽作用,不會對外產(chǎn)生任何影響,此外為了實現(xiàn)照明,隔爆罩還具有透光作用。
電子鎮(zhèn)流器的作用是控制電極和燈管的電流。當(dāng)外部電壓發(fā)生變化時,保證燈管和電極電流在很小范圍內(nèi)變化,避免損壞電極和燈管。該鎮(zhèn)流器還具有功率因數(shù)校正作用,整燈的功率因數(shù)可達(dá)到0.999。可有效消除對電網(wǎng)的污染。
采用納米陶瓷電極日光燈管后,原來巷道燈內(nèi)用的20 W日光燈管,只需選用14 W燈管。交流輸入電壓為127 V時,該燈管的工作電流只有0.085 A,該燈管還具有很高的過壓、過流承受能力。當(dāng)交流輸入電壓高達(dá)612 V時,電極才有可能燒斷,電極電流達(dá)到2.09 A時,電極才可能燒斷。該日光燈管的光通量可達(dá)到1 350 Lm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20 W普通日光燈管的光通量,因此照明效果優(yōu)于20 W普通日光燈管。而納米陶瓷電極日光燈管的平均壽命可達(dá)30 000 h,為普通日光燈管的10~15倍。在正常工作情況下,可以保證12年不更換燈管,大大節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
3 熒光巷道燈的電子鎮(zhèn)流器
為了節(jié)能,納米陶瓷熒光巷道燈采用電子鎮(zhèn)流器控制。該鎮(zhèn)流器主要由EMT濾波器、整流器、功率因數(shù)校正電路(PFC)、鎮(zhèn)流控制與保護(hù)電路等部分組成,各部分電路均由電子鎮(zhèn)流器專用集成電路IRS2168D控制,如圖1所示!
EMT濾波器由高頻濾波電感和電容組成,用于濾除高次諧波,減小對電網(wǎng)的污染。整流器由4個整流二極管組成,其作用是將交流輸入電壓變?yōu)橹绷鬏敵鲭妷海撴?zhèn)流器輸入交流電壓范圍為90 V~305 V,不僅適用于礦井下127 V供電電壓,也適用于世界各國的100 V和220 V供電電壓。交流輸入電壓過低時,集成電路輸出信號可關(guān)斷鎮(zhèn)流器輸出,實現(xiàn)欠壓封鎖功能。功率因數(shù)校正電路采用普通的升壓變換器,實現(xiàn)輸入電壓與輸入電流同相位,提高功率因數(shù)(達(dá)到0.99以上),減小總諧波失真。鎮(zhèn)流控制與保護(hù)部分主要由半橋式電路和保護(hù)電路組成,其作用是控制日光燈預(yù)熱電流,起輝電流和工作電流。保護(hù)電路可防止日光燈因出現(xiàn)故障狀態(tài)而損壞。
控制一個日光燈管的電子鎮(zhèn)流器實際電路如圖2所示,輸入端的L1、C1等元件組成EMT濾波器,壓敏電阻RV1實現(xiàn)過壓保護(hù),BR1為橋式整流器,功率因數(shù)校正電路由電感LPFC、二極管DPFC、功率MOS管MPFC、電容器CVBUS1和CVBUS2等元件組成,與功率MOS管串聯(lián)的電流采樣電阻的ROC的作用是:當(dāng)功率因數(shù)校正電感LPFC飽合時,可以防止因為電流過大而導(dǎo)致?lián)p壞功率因數(shù)校正電路,功率因數(shù)校正電路的工作由IRS2168D 7引腳(PFC)輸出信號控制,鎮(zhèn)流控制電路采用功率MOS管MHS和MLS、諧振電感LRES、諧振電容CRES等元件組成的半橋輸出電路功率MOS管由IRS2168的11引腳(LO)和16引腳(HO)輸出信號控制。IRS2168D的電流采樣引腳(CS)電壓決定于流過外接電流采樣電阻RCS的電流,通過該電阻可以調(diào)整最大峰值啟輝電流,因此可以調(diào)整日光燈啟輝電壓。電極驅(qū)動電路由諧振電感LRESB、LRESC和諧振電容CH1、CH2兩部分組成。
應(yīng)當(dāng)說明,該實用新型不僅適用于巷道燈和隧道燈,而且適用不同功率的日光燈管,也可用于室內(nèi)照明、道路照明等場合。為了提高照明效果,高速公路隧道燈經(jīng)常選用雙管日光燈。為了節(jié)省鎮(zhèn)流器的造價,可以采用一個鎮(zhèn)流器驅(qū)動兩只日光燈管,實際應(yīng)用電路,如圖3所示。