节能灯毕业论文

引言电是人类之光明，万业之根本，人人节电利国利民。节能灯作为一种环保型的电源，在全世界得到了广泛的应用，国内节能灯的生产更是一枝独秀。现如今我们所讲的节能产品主要都是针对白炽灯来讲，普通的白炽灯光效大约在每瓦 10 流明左右，寿命大约在 1000 小时左右。 据我国有关部门的测算，如果能把所有的普通照明灯全部改用节能灯照明，每年将为国家节约电力 900 多亿千瓦时，这相当于长江葛洲坝水电站 94 年发电量 157.52 亿千瓦时的 5 倍。在相当一段长的时间内，一些地方和厂家盲目的大上节能灯项目，由于其在资金、技术、原材料以及工艺在没有充分落实的情况下，匆匆上马使得产品质量得不到保障，各企业的产品质量的不平衡，恶性竞价搞乱了市场，不按工艺要求生产，组装厂选用不合要求的灯管和元器件拼凑组成，质次价低，严重损坏了节能灯的声誉，光效低，寿命短，一致性差，造成社会上产生节能灯节能不节钱的说法，给节能灯的推广带来了很大的负面影响。 经过将近二十年的不断摸索和发展，我国的节能灯产品已经有了很大的进步与提高，很多产品已经接近或达到国外的先进水平，由于质优价低，国际市场上的竞争力非常强，但是市场上还是存在很大部分的节能灯厂商，根本不顾国家的法律、法规，不顾消费者的利益，还在大量生产不叫节能灯的节能灯，由于它的质次价低，每只出厂价仅售 45 元左右，消费者对产品的识别有限，在农村及大部分城市，还有很大一部分的市场，由于市场上占大部分的市场由低档产品占据着，使得好的节能灯产品比较难进入市场，这给绿色照明推广带来了一定的难度，但随着居民消费意识的提高以及对节能灯产品的认识，质量好的节能灯产品的市场在一天天的扩大，质量差的节能灯市场一天天的萎缩，这同时又给我们带来了希望与机遇。 一、电子节能灯概述节能灯又叫紧凑型荧光灯（国外简称 CFL 灯），由于它具有光效高（是普通灯泡的 5 倍），节能效果明显，寿命长（是普通灯泡的 8 倍），体积小，受到各国人民和国家的重视和欢迎，我国于 1982 年，首先在复旦大学电光源研究所成功研制 SL 型紧凑型荧光灯，二十年来，产量迅速增长，质量稳步提高，国家已经把它作为国家重点发展的节能产品（绿色照明产品）作为推广和使用。节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在 1160K 温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出 253.7nm 的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在 1160K 左右，比白炽灯工作的温度 2200K-2700K 低很多，所以它的寿命也大提高，达到 5000 小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦 50 流明以上。一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能 80%，平均寿命延长 8 倍，热辐射仅 20%。非严格的情况下，一盏 5 瓦的节能灯光照可视为等于 25 瓦的白炽灯，7 瓦的节能灯，光照约等于 40 瓦的，9 瓦的约等于 60 瓦的，而寿命是普通白炽灯泡的 8 倍。作为节能灯（包括电子镇流器）的重要部件，大功率开关三极管的质量对节能灯的质量和寿命起着关键的作用。1、电子节能灯的发展及发展前景它是 1978 年由国外厂家首先发明的， 我国于 1982 年，首先在复旦大学电光源研究所成功研制 SL 型紧凑型荧光灯，二十年来，产量迅速增长，质量稳步提高，国家已经把它作为“九五“期间实施“绿色照明工程“计划的重点推广产品。1997 年 10 月 1 日，我国“绿色照明工程”正式启动，这是照明技术领域内一项重大决策和举措，必将对我国的能源、电光源和照明技术，甚至环境保护等各个领域产生巨大影响。据国家经贸委人士称：我国将把采用电子镇流器和紧凑型荧光灯组成的一体化节能灯取代白炽灯作为“绿色照明工程”的重要目标，“九五”期间，将推广各种节能灯 3 亿只以上，形成终端节电 220 亿度的能力，相当于节约电力建设资金(490630)亿元，扣除节电投入，实际可减少社会支出(300400)亿元。又据信息产业部有关专家认为，在相同光通量条件下，节能灯比白炽灯可节约电能 80%，用于购买节能灯的费用，在(810)个月的电费节余中就可以收回。普通家庭和企事业单位、宾馆饭店、商业系统等使用电子节能灯，比白炽灯更为合算。但是，目前在工频下工作的老式电感镇流器，普遍存在耗能高、效率低、体积大，需大量铜材等缺点。所以，国家已把高频电子镇流器取代传统电感式镇流器定为一项政策。2、节能灯光源干扰谐波对红外线的影响普通的荧光灯因为它的磁性镇流器工作频率为低频 50Hz，所以灯光闪烁是人的眼睛能感觉的到。为了克服这个缺点，节能灯电子镇流器将 50Hz 电源转换成大约 38KHZ 的高频，因此它将电灯闪烁降低到感受不到的水平。高频电子镇流器工作时由于非线性负载使得电流波形不是正弦波而产生谐波。那么什么是谐波？谐波就是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与基波频率相同的分量，还得到一系列大于基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量。如图 1-1 所示；图 1-1 发生畸变的电流波形分解后得到 1-N 次谐波由于节能灯高频电子镇流器电流产生 1-N 倍于信号频率的干扰谐波，同样它驱动的光源也产生 1-N 倍于信号频率的干扰谐波，如图 1-2 所示：图 1-2 高频驱动的光源（节能灯）所产生的高频灯光干扰频带节能灯干扰谐波能量在频点 38kHZ 时最大，但随着频率的升高能量衰减接近于零。目前市场上大部分会议系统厂商制造的红外线语言分配系统，采用45K1MHz 窄带通讯波段传送语言信号，而节能灯干扰谐波的频点正好落在45K1MHz 窄带通讯频段内，会严重影响到红外通讯系统的声音质量和通讯距离。目前最好的红外线语言分配系统采用 2MHz-6MHz 宽带通讯波段传送语言信号，它有效的避开节能灯，产生的谐波干扰，具有传输性能好，抗干扰性好，及音质保真效果好等优点。图 1-3 受干扰的红外线同声传译系统 图 1-4 不受干扰的红外线同声传译系统 3、电子节能灯的优点3.1 光效高光效，即发光效率，是指一个光源所发出的光通量和所消耗的电功率之比。可用每瓦流明数或 LM/W 表示（光通量：是指光源在单位时间内所发出的光量，它是衡量灯的光亮度的重要指标，用 LM 表示。 ）紧凑型荧光灯与普通灯泡相比，发光效率，约提高 5-6 倍，如 11W 节能灯的光通量相当于 60W 普通白炽灯。3.2 寿命长所谓的寿命指一只成品灯，从点燃至“烧毁“或灯工作至低于标准中所规定寿命性能任一要求时的累计时间。普通白炽灯泡的额定寿命为 1000 小时，紧凑型荧光灯的寿命一般为 5000 小时。3.3 显色好各种步同的光源会显示出不同的光颜色。我们用显色指数 CRI （COLOR RENDERING INDEX）来测定，其范围从 0 至 100。白炽灯和白天阳光的颜色显示指数为 100。显示指数的高低直接反应出光的显色性的好坏，光的显色指数越高，在其照射下的物体的颜色就越能越得到真实的反映。反之，就会使物体颜色失真。一般说来，光的显色指数只要大于 75 以上，就能真实地反映出物体的颜色而不至于失真。紧凑型荧光灯采用稀土三基色荧光粉，它的显色指数为80RA 左右，比普通日光灯显色性显著提高。若采用廉价的卤粉作原料，将达不到此效果。3.4 体积小巧、造型美观、使用简便由于紧凑型荧光灯有较高的功率负载，因此它的体积小巧美观，也有交好的装饰作用。一体化节能灯的灯头规格使用条件与普通灯泡基本相同，所以可直接代替普通灯泡使用，它的市场容量巨大，容易推广应用。可以说紧凑型荧光灯集中了日光灯节电，长寿命和白炽灯体积小，显色好，使用简便等优点为一身，无愧是现代室内照明的典型光源，成为国际绿色照明光源的生产推荐产品， 有巨大潜在市场和发展前景。二、电子节能灯的制作电子节能灯的核心是镇流器，其设计及主要技术问题基本类同荧光灯的电子镇流器。利用高频电子镇流器将 50HZ 的市逆变 20-50HZ 高频电压去点燃荧光灯。1、电子节能灯的镇流器电子镇流器作为节能灯的核心部分如图 2-1 所示，它利用电感、电容和二极管构成的辅助电路实现输入电流波形的校正并使功率开关管工作在零电压开关状态，具有高功率因数、高工作效率、低波峰系数和电路结构简单的特点。在节能灯电路中，现已逐渐开始较多地采用电子镇流器来取代传统的电感式镇流器，它节能低耗（自身损耗通常在 1W 左右） ，效率高，电路连接简单，不用启辉器，工作时无蜂音，功率因数高（0.9 ，甚至接近于 1 ） ，使用它可使灯管寿命延长一倍，但电子镇流器价格还较高。图 2-1 节能灯实物图电子镇流器种类繁多，但其基本原理大多基于使电路产生高频自激振荡，通过谐振电路使灯管两端得到高频高压点燃。1.1 电子镇流器概述20 世纪 70 年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究，随着半导体技术飞速发展，各种高反压功率开关器件不断涌现，为电子镇流器的开发提供了条件，70 年代末，国外厂家率先推出了第一代电子镇流器，是照明发展史上一项重大的创新。由于它具有节能等许多优点，引起了全世界的极大关注和兴趣，认为是取代电感镇流器的理想产品，随后一些著名的企业都投入了相当的人力、物力来进行更高一级的研究与开发。由于微电子技术突飞猛进，促进了电子镇流器向高性能高可靠性方向发展，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，1984 年，西门子公司开发出了 TPA4812 等有源功率因数校正电器IC，功率因数达到 0.99。随后一些公司相继推出集成电子镇流器，89 年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器，电子镇流器目前在全世界特别是发达国家已全国推广应用。 我国对电子镇流器的研究开发起步较晚，技术起点低，早期对这一产品的难度和复杂性认识不足，专用半导体器件开发未跟上，产品质量过不了关，而且市场极不规范，大量的低价劣质品被抛向市场，使消费者蒙受损失，严重损害了电子镇流器的形象。90 年代后期，由于生产水平有了迅速发展和提高，从电路设计到了电子器件的配套都进入了较成熟阶段，优质产品进入建筑工程，随着我国绿色照明工程的实施，为电子镇流器推广应用铺平了道路，国产电子镇流器必将迅速赶上国际先进水平，在竞争的国际市场中占有一席之地。1.2 电子镇流器的特点（1）节能 电子镇流器自身的功率损耗仅为电感镇流器的 40%左右，而且荧光灯在30KHZ 左右的高频下，光效将提高 20%，工作电流仅为电感的 40%左右，并且能够在低温、低压下启动和工作。（2）无频闪 灯管在 30KHZ 左右工作时，发光稳定，人眼感觉不出“频闪“有利于保护视力。（3）无噪声 有利于在安静的环境中工作和学习。（4）灯管寿命延长 无需启辉器，不被反复冲击，闪烁，不会使灯管过早发黑，一次启动，减少维修和更换启辉器和灯管的工作量。 （5）功率因数高减少了无功损耗，提高了供电设备容量的有效利用率，减少线路的损耗。2、电子镇流器的分类2.1 按安装模式分类 （1）独立式（2）内装式 （3）整体式2.2 按性能特点分类（1）普通型、 （2）高功率因数型、 （3）高性能型、 （4）高性价比型、 （5）可调光型五大类。由于电子镇流器具有较高的灯光效、高的功率因数、重量轻、无闪烁、无噪声和使用电压范围较宽(170270V)等优点，在我国已得到广泛的应用。电子镇流器功率虽小，但使用量极大。因而其性能好坏直接影响到节电效果和对电网污染的程度。本文介绍的电子镇流器不但性能好，而且电路结构简单，成本低，具有较好的应用前景。3、设计节能灯的十大经验定律节能灯镇流器的原理并不难，难就难在它工作在高温和高密度元件排列的状况下，对元器件之间的搭配要求很高，搭配稍微有点偏差，就会直接导致整批产品质量不过关，所以，在设计节能灯，电子整流器时可以参考以下定律：（1）定律 1： 隔热层的选用：实际功率在 20 瓦以下的节能灯不需要隔热层，20 瓦以上的节能灯需在灯罩上加装能和外界对流的空气隔热层。（2）定律 2： 磁芯的选用规律是：7 瓦以下的灯用 EE10mm ,11 瓦以下的灯用 EE13mm ,15瓦以下的灯用 EE16mm ,20 瓦以下的灯用 EE19mm ,40 瓦以下的灯用 EE25mm ,60瓦以下的灯用 EI28mm ,100 瓦以下的灯用 EI33mm 。磁芯间隙的规律是：20 瓦以下的灯用 0.