熒光燈用輝光啟動器標準要點解析

李 妹 俞安琪

(國家電光源質量監督檢驗中心 (上海)、國家燈具質量監督檢驗中心上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114)

1 引言

在我國，配電感鎮流器的熒光燈工作回路中，基本都采用熒光燈用輝光啟動器。盡管目前電子鎮流器的廣泛采用并且還有LED燈管的出現已經擠占了一定的份額，但是配電感鎮流器的熒光燈具仍舊具有較大的市場份額，尤其在要求具有電磁兼容高抗擾度、低電磁輻射騷擾的工作場合仍舊具有一定的應用市場。在上述配電感鎮流器的熒光燈工作回路中，熒光燈用輝光啟動器質量的優劣直接關系到熒光燈的啟動順利與否以及熒光燈的使用壽命。目前熒光燈用輝光啟動器采用的標準是GB20550—2006/IEC60155∶1993，但是，對該標準的理解和執行中尚存在較多的問題，本文就其中最主要的要點進行解析，供有關人員之用。

2 要點解析

2.1 電容型鎮流器 (capacitive ballast)

在標準啟動試驗的8.3.3條中，要求功率大于22W的輝光啟動器的測量都配用電容型鎮流器，另外，在標準的10.3條和10.5條中，都提到了應采用電容型鎮流器，但是，該標準中沒有提到電容型鎮流器串聯電容器電容量的計算，更沒有說明有關的測量原理。

(1)采用電容型鎮流器的原委

電感鎮流器和燈配合工作的線路功率因數均很低，一般線路功率因數λ約為0.3～0.5，因此有較大的無功電流，造成供電線路的壓降增大及供電網絡的電能損失。一般應進行無功功率補償 (電容器補償)，可單燈補償，也可以多燈總補償，還有一種補償方法為感容互補方式 (見圖1)，即在雙燈管系統中，在某一燈回路中串聯一只電容器使之阻抗呈容性，線路功率因數λ=0.50C左右 (以36/40W為例)，而另一燈回路中因未被補償所以仍呈感性阻抗，線路功率因數λ=0.50左右，兩者互補使雙燈系統總功率因數上升，一般補償好的話總線路功率因數λ≥0.90。雙燈串聯電容互補法的優點是:既省去了一個電容器，節約了成本，又由于被補償燈的電流因電容C的移相作用使燈電流在過零時的暗區正好與未補償燈錯開近90°，從而避免了電感型熒光燈的頻閃現像。但是，因為在回路中串聯了電容器，當輝光啟動器斷開的瞬間，電感鎮流器的自感電動勢必須與串聯電容電壓的即時值以及電源電壓的即時值疊加后才能加到燈管上，從理論上講，因為電容端電壓的抗突變性，對自感電動勢的影響不大，但實際上，因為電容量的有限以及電感鎮流器的自感電動勢的脈沖寬度較大，所以電容器的串入將降低自感電動勢脈沖的幅度及能量。為了保證在采用圖1電路時，熒光燈依然能順利地啟動并且能抵御燈去激活時的較大負載，所以提出了對配合較大功率的輝光啟動器，必須采用電容型鎮流器進行有關的試驗。

圖1 感容互補方式

(2)串聯補償電容器電容量的計算

從圖1可看出，在兩個整燈中只對一個整燈進行串聯補償并使被補償的燈經補償后處于容性，與未補償燈正好處于反相的狀態，當兩個燈一起使用時正好起到功率因數的互補作用，從而達到提高功率因數的目的。

補償原理和計算方法如下:

鎮流器阻抗簡化以后的表達式為:

串入電容后的復合阻抗簡化以后的表達式為:

從式 (2)可以看出，為了保證被補償的燈在補償電容C的串入后回路電流不變 (即阻抗不變)，則必須使補償后回路滿足XC=2XL，即回路中容抗XC等于2倍的鎮流器感抗XL。

而鎮流器阻抗可基本等效分解為:

根據容抗公式

把式 (3)、式 (4)和式 (6)合并有 XC=1/(2πFC)=2Z Sin，變形后可得串聯電容器電容量計算公式為:

式中，Z——鎮流器的實測阻抗值;

XL——鎮流器之感抗值;

XC——電容的容抗值;

π——圓周率;

f——頻率，我國國家電網是50Hz;

C——電容值。

以上兩參數對配不同功率燈的鎮流器均可通過查標準，測量或計算得出。

值得指出的是，一般的電感型鎮流器工作電流往往小于標準值，即鎮流器阻抗大于規定值。如果按照標準要求，所用的燈管壽命試驗用鎮流器工作電流偏差應小于2%，并應保持一致性，在用上述公式進行電容量計算時還應根據實際所用鎮流器的實測阻抗參數進行計算。另外，所用電容器的容量誤差應在計算值的±2%內。電容器的耐壓值也應≥450V(交流)。否則當感容公差以最不利的情況出現時將使被補償燈的實際工作電流和預熱電流與額定值相差太大而縮短燈的使用壽命并且達不到試驗的規定條件。

2.2 脈沖電壓測量

在標準脈沖電壓試驗的8.7條中，要求按標準GB20550—2006中的圖9和圖3的電路進行試驗。從圖2(GB20550—2006標準中的圖3)的電路可以看出，熒光燈被短接，其等效電路是兩個陰極電阻。

圖2 GB20550—2006標準中的圖3啟動器試驗線路

輝光啟動器產生啟動電壓的原理是:當熒光燈、電感鎮流器、輝光啟動器組成的點燈回路剛接通電源時，因為熒光燈尚未形成氣體放電，此時啟動器的內阻抗遠大于電感鎮流器，所以電源電壓主要降落在啟動器的兩端，該電壓大于啟動器工作的閥門電壓值，所以啟動器內部兩個電極間開始輝光放電。由于輝光放電的加熱作用，使啟動器內具有雙金屬片的電極因熱膨脹系數不同而產生熱變形，這種變形的積累使具有雙金屬片的電極碰到啟動器的另一極從而形成短接，此時，啟動器內的輝光放電消失，其內部的電極因為“熱慣性”仍保持短接狀態，為熒光燈兩端的陰極提供預熱電流的通路，所以啟動器兩極的熱變形而短接的時間即為熒光燈的預熱時間。由于啟動器內兩電極短接造成其內部輝光放電的停止，所以此時啟動器內的兩個電極得不到加熱的補充，當其中雙金屬片的電極溫度下降到一定程度時，雙金屬片電極因冷卻還原變形而與另一極斷開，此時電感鎮流器因為預熱電流的突然中斷而產生瞬間的自感電動勢，其數學表達式為:

式中，UB——電感鎮流器自感電動勢;

L——鎮流器在實際工作狀態的電感量;

d i/d t——啟動器內兩電極斷開時流過鎮流器的電流隨時間的變化率。

這一瞬間自感電動勢對圖1的下半電路與電源電壓的即時值疊加后施加在經預熱的燈管上，電動勢的方向與原電壓的方向相同，因而形成一瞬間高壓，加在燈管兩端，使燈管中的氣體放電，從而燈管成為電流通路，使日光燈正常發光，其數學表達式為:

式中，UL——燈管兩端瞬時電壓;

Ui——電源電壓;

θ——啟動器內兩電極斷開時的相位角。

從表達式 (9)可以看出，在輝光啟動器兩個電極跳開時，燈管兩端的瞬時電壓值與下述要素有關:

(1)此時的電源電壓的相位值;

(2)在斷電前瞬間流過鎮流器的預熱電流值;

圖3 GB20550—2006標準中的圖9脈沖電壓測試線路

(3)輝光啟動器兩個電極斷開的速率。

因為輝光啟動器兩個電極斷開的時間與電網供電電壓的相位無任何時間上的關聯，且該電極斷開時流過鎮流器的電流以及啟動器內兩電極斷開的速率也不會相同，所以從理論上講施加在燈管兩端的瞬時電壓值可以是0V～1500V之間的任一峰值電壓，但一般只有≥800V峰值的電壓才可能點亮燈。因為這一脈沖幅值很大的離散性，如果采用示波器加高壓探頭直接測量該電壓，很難準確測量出在單位時間段內有多少個脈沖電壓是符合要求的，尤其是不能保證每次測量結果的重復性，因為這一特征，所以在標準中專門列出了按GB20550—2006標準中的圖9電路進行測量 (見圖3)。圖3所示的電路是典型的能對正、反向脈沖進行積分測量的電路圖，在IEC標準系統中，所有對高壓脈沖的測量都采用這一電路，各標準只是根據所測脈沖電壓的幅值和脈寬的不同，而對有關的積分電路中的各極之間的絕緣電阻，積分電容的電容量，整流二極管參數及放電電阻的數值上有所變化。圖3中所列的測量電壓表位置，首先推薦用靜電高壓表 (精度1級或以上)，也可以用內阻抗≥100MΩ的帶高壓探頭的存儲示波器，在正反兩個位置測量，有爭議時，應以靜電高壓表測量為準。

3 結論

熒光燈輝光啟動器產品看似很簡單，但是在試驗中，如果不采用電容型鎮流器，實際上是明顯降低了試驗的要求，在測量啟動脈沖時如果不采用積分電路而直接采用示波器加高壓探頭的方法，將不能保證觸發脈沖測量和記錄的準確性，更不能保證測量的重現性，也不符合產品標準的要求。

［1］GB20550—2006/IEC60155∶1993．熒光燈用輝光啟動器．