环形HID灯镇流器的设计与应用

摘 要 本文介绍新型环形HID灯电感镇流器的设计思想、计算公式，其中详细介绍了铁芯气隙设计的新理念和样品测试结果及其在城市照明系统中的作用。

关键词 环形HID灯 镇流器

以高压钠灯、金卤灯为代表的HID高强度气体发光灯，发光效率高、使用寿命长。但是，与其配套的镇流器由于沿袭传统电感镇流器的设计理论，体积大，重量大，更重要的是自身功耗高，有的占灯泡额定功率的30%以上，浪费了大量的宝贵电能，显然与高效光源不相适应，有必要改型设计。

我们都知道，传统电感镇流器是将E形硅钢片叠制成铁芯并于其套以绕制成的漆包线圈制作而成。由于E形硅钢片磁力线不均，加之E形硅钢片受到本身机械性能的限制，不可能提高磁通密度，因此，为了减少E形硅钢片的涡流损耗，往往将硅钢片做得很薄，硅钢片之间加以绝缘，这样使铁芯的占空比上升，势必在设计时需要增大铁芯面积来补偿，随之又相应增加漆包线的周长，增加硅钢片和漆包线的材料损耗，增大镇流器的体积和重量，增大镇流器的自身的铜损和铁损，即增加了自身的损耗。

鉴于镇流器总的损耗与铁芯截面的形状、大小、窗口尺寸、磁通密度、硅钢片的厚度、电源频率等诸多因素有关。因此针对传统E形结构镇流器的特点，改形后的镇流器如何缩短磁路，减小铁芯体积，减少线圈长度，缩小空间，减小镇流器自身损耗，提高效率，改善热能力是我们的设计指导思想。

另外，镇流器的铁损还与镇流器铁芯的体积成正比。当Bm值和铁芯截面积取定之后，应尽可能的将铁芯体积设计得最小，体积越小，铁损相应也越小。铁芯的体积可近似看成是铁芯截面积与磁路长度L的乘积。

设计理论和实践都证明，如果窗口面积允许做成圆形，即可做成环形铁芯镇流器。当环形铁芯的内外径达到比例，满足一定条件时即可做到最少的损耗和最低的温升，达到安全可靠又节能的目的。

漆包线直径

D=1.13 I/J

=1.13 3.15/2.5

=1.27mm (J取2.5A/mm2)

2、环形电感镇流器的气隙设计

环形电感镇流器的气隙设计与其他铁芯镇流器(例如E型，CD型等等)有较大的区别。它的形状直接影响到磁感应强度的分布，不良的气隙形状将引起较大的漏磁损耗，不但达不到节能的目的，而且可能因发热烧毁镇流器。

目前常规电感镇流器的气隙皆是距离相等的平等气隙，以实施扼流的功能，这是可行的，因为磁感应强度的方向垂直于气隙走向，只要气隙间距处处相等，磁力线的分布基本是均匀的，工程磁学的一些计算公式均能适用(这些公式的一个基本假设是磁路中的磁感应强度是均匀分布的)。

但在环形电感镇流器中，如果气隙间距处处相等，即所谓的平等走向，往往使温升升高而引起烧毁。观其现象是周长较短的内圈温升比周长较长的外圈温升高，究其原因是平行气隙的不合理所造成的，因为这时磁力线的分布因磁阻分布的不均匀而引起不均匀，过度集中的内圈，较大的漏磁损耗使铁芯发烫而损坏。

针对上述现象，势必提供新的气隙设计方式，以求得磁感应强度的均匀分布，使绕阻内外温升一致，从而减小镇流器铁损，减小温升，提高镇流器及其配套设施的整体性能，延长镇流器的使用寿命。

环形镇流器的气隙设计是采用以下方案实现的：用小于气隙间距的刀具将环状镇流器的截面开气隙，气隙平面垂直于环形平面，气隙的形状为喇叭口，内大外小，内外口角控制在0度至10度。(图1)

图1	图2

3、环形镇流器的测试数据与应用

按上述原理和公式设计制作的环形高压钠灯镇流器的自身损耗经有关部门测试其结果如表1所示。

注: NG250RJ型号含义(NG-高压钠灯用电感式镇流器，250-配用灯功率，R-节能型，J-环形铁芯)。
将环形镇流器与普通镇流器功率损耗进行对比如表2所示。

从表1、表2所示的关于环形高压钠灯镇流器的功率损耗的测试和对比结果可知，环形镇流器的自身功率明显地小于普通镇流器，且额定功率越大时，效果越显著，由于环形镇流器自身功耗小，因而产生的热量也少，再加上环形镇流器所具有的结构紧凑，温升低，噪声小，重量轻是一种值得推广的新型节能产品。

而且由于环形镇流器得天独厚的结构上的特点，可将HID灯的E27或E40灯座直接放置在环形镇流器的内孔中，如图2所示，使灯泡、灯座、镇流器和灯罩四位一体，这样既节省了安装空间，也解决了多灯头的花灯、草坪灯的镇流器无法放置的难题，同时也彻底解决了由于镇流器放置在灯杆底部容易受潮和被盗的问题。

参考文献：

[1]王全保。实用电子变压器材料器件手册[M]。沈阳：辽宁科学技术出版社，2003。

[2]北京照明学会照明设计专业委员会。照明设计手册[M]。北京：中国电子出版社，1998。

[3]史登跃。电能计量误差解决方案[J]。电工技术，2004，278 (2): 48-50