高压钠灯用大功率电子镇流器的研究

论文摘要

国家绿色照明工程的实施,促使各种绿色、高效、长寿命、光色好的照明光源被相继开发应用,高能量气体放电灯(HID灯)就是最为典型的新型光源,而在HID灯家族中,高压钠灯(HPS灯)因其在光效、寿命、光色、光穿透性等方面的优点而被更加广泛地开发和应用,但是与之匹配的电感镇流器却由于功率因数低、损耗大、体积大等缺点,已经不能满足人们对照明设备的绿色、节能的要求。所以设计一种高功率因数、高光效、体积小等优点的电子镇流器,已经成为HPS灯照明系统的迫切需要。本文就是基于此而开展研究工作的。本文首先对与HID灯及其照明技术有关的国内外技术资料进行了查阅、分析和综合,较全面地掌握了HID灯的工作原理和特性,并对HID灯在实际应用中出现的问题有了基本了解,对以往在解决这些问题方面已经进行过的技术研究工作进行了简单总结。基于对现有HID灯数学模型优缺点的分析和掌握,本文在HID灯的数学模型建立方面进行了大胆尝试。在对高压开关技术中的两个电弧放电数学模型各自的适用范围和缺点进行分析研究的基础上,大胆提出了一种HID灯正常工作时的数学模型,该模型与以往的模型相比,具有待定参数少、适用范围宽、待定参数的确定容易等优点,仿真结果表明,在对HID灯的外部电气性能描述方面,该模型具有与现有复杂模型相同的效果。该模型可以被应用在各种需要对HID灯外部电气性能进行仿真的场合。作为对所提出的HID灯数学模型的一个应用,在论文的最后,利用通过试验得到的250W高压钠灯在50Hz下的电压、电流波形,建立了该HPS灯外电气特性的数学模型,并利用Matlab的Simulink仿真环境将模型应用于该灯的电子镇流器逆变器主电路的设计工作中,结合对逆变器控制驱动电路、启动电路和功率因数校正电路的设计,最终完成了对HPS灯电子镇流器的设计计算。所遵循的技术路线完全可以用于其它类型的HID灯电子镇流器的设计工作中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电光源光度量基本参数
• 1.2 照明光源的发展
• 1.3 气体放电灯的原理和特性
• 1.3.1 气体放电灯的原理
• 1.3.2 气体放电灯的工作特性
• 1.4 HID 灯用镇流器的应用和发展
• 1.4.1 电感镇流器的应用
• 1.4.2 电子镇流器的发展
• 1.4.3 电子镇流器的应用
• 1.4.4 HID 电子镇流器的可靠性问题
• 1.4.5 高压钠灯等HID 灯对电子镇流器的要求
• 1.5 高强度气体放电灯电子镇流器国内外研究动态
• 1.6 本课题的任务
• 第2章 HID 灯电子镇流器原理
• 2.1 电子镇流器的基本结构
• 2.2 电子镇流器逆变部分的拓扑结构
• 2.3 电子镇流器的控制方法
• 2.3.1 高频信号的低频调制
• 2.3.2 变频和变幅值调制
• 2.3.3 避开声共振区域控制
• 2.4 电子镇流器中对HID 灯的启动方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 HID 灯的动态模型及仿真分析
• 3.1 气体放电灯的建模研究工作回顾
• 3.1.1 原理类模型
• 3.1.2 经验类模型
• 3.1.3 等效电导模型
• 3.1.4 曲线拟合类模型
• 3.1.5 以往HID 灯模型的适用性
• 3.2 基于开关中电弧放电理论的HID 灯新动态电导模型
• 3.3 基于新动态电导模型的HID 灯仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 大功率高压钠灯用电子镇流器的设计
• 4.1 基本技术方案
• 4.1.1 逆变电路拓扑结构的选择
• 4.1.2 电子镇流器控制方案的选择
• 4.1.3 HPS 灯启动方式的选择
• 4.2 设计工作技术路线
• 4.3 电路模块的具体设计
• 4.3.1 逆变电路的设计
• 4.3.2 逆变器驱动电路设计
• 4.3.3 启动电路的设计
• 4.3.4 功率因数校正电路的设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录