大功率高频无极灯研究报告.doc

大功率高频无极灯产品技术研究 鉴 定 材 料 河南皓洁绿色照明工程有限公司 二八年十二月 2 目 录 1、鉴定大纲 3 2、研究技术报告 6 3、测试报告 26 4、设计与工艺图表 27 5、科技查新报告 33 6、质量标准 34 7、经济效益和社会效益分析 35 8、用户证明 39 9、其他材料 40 1企业法人营业执照 2组织机构代码证 3税务登记证 3 鉴定技术文件之一 大功率高频无极灯产品技术研究 鉴 定 大 纲 4 鉴定大纲 一、项目名称 大功率高频无极灯产品技术研究。 二、任务来源 自选。 三、组织鉴定单位 河南省科学技术厅。 四、主持鉴定单位 许昌市科学技术局。 五、鉴定性质 生产定型鉴定。 六、鉴定目的 对产品生产工艺是否先进各种技术文件及产品质量是否符合相关标准要求整套生产工艺能否应用于产业化生产及示范推广和应用等有关技术做出综合评价。 七、鉴定依据 1、国家科技部颁布的科学技术成果鉴定管理办法 2、相关的技术标准和规范。 八、鉴定形式 会议鉴定。 九、鉴定内容 1、技术文件是否齐全、完整并符合科技档案要求 5 2、应用技术成果的创造性、先进性、成熟程度 3、应用价值及推广的条件和前景 4、存在的问题及改进意见。 十、鉴定技术资料 1、鉴定大纲 2、研究技术报告 3、测试报告 4、设计与工艺图表 5、科技成果查新报告 6、产品质量标准 7、经济效益和社会效益分析 8、用户证明 9、其他相关材料 1企业法人营业执照 2组织机构代码证 3税务登记证 6 鉴定技术文件之二 大功率高频无极灯产品技术研究 研 究 技 术 报 告 7 研究技术报告 一、项目提出的背景及其目的意义 1、项目背景 社会的发展带来了照明行业的新变革。自90年代以来电子节能灯以其高光效、高显色、节电能、长寿命的优异性能风靡全球深入人心被誉为民用第三代新光源、绿色环保产品节能、环保代表着二十一世纪照明光源的发展方向。究其原因首先是人类保护地球生存环境的需要其次由于传统能源的日渐匮乏促使世界各国鼓励开发环保、节能产品。因此在我国“节能降耗”成为未来几年社会发展的重中之重。在照明行业从节能问题到全球气候变暖问题小小的节能灯被赋予了重大的意义。为了社会更好地健康发展人们一直都在寻求一种高发光效率、高显色性、高发光稳定性、无频闪、长寿命并符合环保要求的新光源用它来为我们的工作环境和生活环境提供更加舒适、愉悦的照明更好地改善人们视觉条件、提高工作效率并起到减少电能消耗、降低人工维护费用的作用。于是一种集合现代多种电光源优点为一体的新光源高频无极灯应运而生。它的诞生得到了全球各界人士的认可和欢迎并带动了其相关行业的发展。可以预见未来几十年里高频无极灯及相关行业在照明行业将成为发展前景最为光明的朝阳行业。 高频无极灯在某种程度上可以反映出一个国家照明技术发 8 展水平它是集多种学科进步相结合的科技成果而决非某个单科门类或某些个人的作用所能及。国内科技界和照明行业经过十多年的研制开发已经取得许多成果特别是高频功率电子技术有某些创新和突破使工作可靠性大大提高而体积却大大缩小。由于采用了APFC有源功率因数补偿功率因数可达0.99以上电流谐波THDlt8电流波峰比在1.45左右电气性能非常优良能在120-265V的宽范围内保持恒压输出稳定的光通长时间工作整机温度也较低这对于无极灯长寿命提供了重要的保证。与此同时制泡技术也取得长足进展。泡体的制造工艺从原来的手工操作凭经验作业走向半自动化操作定量工艺逐步得到有效控制水涂工艺技术虽有个体操作经验和熟练程度上的差异但灯泡的一致性已有所提高并且进一步得到改进。初期阶段的脱粉、冷爆、漏气等现象的概率已大大降低光效也有所提高现采用优质三基色粉和高效的高频电子镇流器系统光效可达70Lm/w或更高。 目前形成产品的高频无极灯功率从20W至165W多款色温从27000K至65000K可选显色指数80系统光效63Lm/w。工业用户和室外照明占主要部分。与高频无极灯配套使用的灯具也日益受到重视现已开发出一批专用灯具可供选择。同时已有越来越多的灯具制造商为配合无极灯的推广和可以预测到的潜在利益而投入资金开发无极灯新灯具。无极灯灯具与传统灯具相比具有设计简单重量轻省材料外观可以制作得更加雅 9 观和更富时代感而将会受到广大用户所青睐。特别应当提到的是功率磁性材料的应用作为耦合器的重要部件其电阻率和功率损耗已经通过材料的选取和制造工艺得以改进其居里温度已提高至2800C以上。电阻率提高和功率损耗降低有利于整体电光转换效率的提高泡体因内腔过热造成磁体失磁使灯泡自熄的概率降低了同时也有利于电光功率的逐步增大。 目前高频无极灯技术正处于成长期市场认知度也比较低作为一种环保、长寿、节能的优秀新光源其技术和质量仍需不断提高和改进才能更臻完美。首先系统光效需进一步提高改善灯泡的配方和制造工艺减少高频电源自身的功率损耗是提高系统光效的两个途径。目前标称系统光效63Lm/w离散性为58Lm/w-70Lm/w左右。由于无极灯发出的光线中可见光占的比例实际的视觉效果还是比较好。二是目前作为点光源式低压气体高频无极灯的电功率仍未突破250W实际功率仅为165W用于路灯其光通量难以与400W高压钠灯或金卤灯相匹敌。三是市场对无极灯的认知度低广告宣传投入不够。四是价格定位问题有争议等。在这些问题中关键技术难题是电功率的提高受泡体腔内功率磁体发热的制约导热处理成为重中之重研究大功率高光效的高频无极灯成为行业发展的瓶颈。目前在国内成熟的无极灯产品功率都在165w以下大功率的无极灯基本上处在研究试验阶段而大功率的无极灯应用领域和前景十分广阔也是全世界灯源专业瞩目发展的方向。 10 面对这些问题作为国内无极灯照明产品生产、研发企业的后起之秀如何提高大功率高频无极灯产品质量和数量降低生产成本促进当地产业工人增收和行业可持续发展已成为十分迫切和重要问题。因此实施该项目是当务之急势在必行。 2、目的意义 实施大功率高频无极灯产品技术研究的目的是研究、开发、生产高效能和低成本统一的无极灯节能系列产品利用其光信息技术为工厂、机关、学校、场馆、车站、码头、机场、高速公路、隧道及市政道路服务真正达到节能降耗提高光能源使用效率的目的。对高频无极灯进行大功率系列产品研究符合国家产业政策是为人们的工作环境和生活环境制造更加舒适、愉悦的照明更好的改善人们视觉条件提高工作效率达到节约电能消耗、降低人工维护费用的目的具有重要的现实意义和深远的历史意义。 1高频无灯是真正的环保节能电光源 与传统式的电光源不同高频无极灯内部没有灯丝或电极。它是基于萤光灯气体放电和高频电磁感应两个熟知原理相结合的一种新型光源是21世纪“绿色照明”领域的最新应用技术。由于灯泡内没有灯丝或电极因此不存在限制光源寿命的必然元件寿命可达数万小时以上。此外节能、无频闪、低眩光、可立即启动和再启动可在任意方位上安装以及优良的电气特性使它更臻完美。它完全消除了光污染这一隐形公害因此越来越 11 受到人们的普遍重视和采用成为真正的环保型电光源。 2有效改善城市人居环境 城市景观照明工作是城市基础设施建设和城市管理的重要内容具有多方面的功能效益。以科学、合理的城市景观照明规划作为指导和依据以高品质的高频无极灯为载体实施城市的景观照明工程建设和管理不仅可以美化城市提高城市文化品位和城市风貌水平提升和展示现代化文明城市的形象而且可以通过改善投资环境提高人们的生活质量活跃和繁荣城市晚间经济为城市经济发展注入新的活力带动照明、商业、旅游、文化、餐饮、广告、经济、文化事业以及相关产业的发展并对城市周边地区经济的发展起到带动和辐渥饔檬股碳以銮客蹲省痰男判募涌斐鞘薪璺沟牟椒踔猎诔鞘械慕煌伟驳确矫嬉材艽聪喙匦嫫浠饔檬窍远准摹?3不断提高行业技术水平 大功率高频无极灯系列产品的推广应用能够利用一种光信息的手段缩小我国工业照明和公共照明与国外同行业的差距使我国工业照明和公共照明光源产品的技术水平迈上一个新台阶。淘汰一批低光效高能耗的传统光源消除了照明行业由于传统光源寿命短、光效低、抗震力弱、需要频繁换灯带来的弊端提高了工作效率给我国的照明行业带来良好的经济效益对我国经济发展起到巨大的推动作用。 12 二、任务来源 大功率高频无极灯产品技术研究课题是河南皓洁绿色照明工程有限公司根据我国照明行业技术现状和市场需求情况结合公司技术优势和实际情况自选的科研项目。 自课题选择后公司专门成立了课题组组织科研力量进行技术攻关。公司技术部门于2008年4月开始着手进行多方调查、研究和论证2008年5月至2008年9月经过多次对高频无极灯涉及的涂粉、耦合器和高频发生器等技术、工艺遴选和调整确定最佳生产工艺技术流程自2008年10月开始实施大功率高频无极灯小规模生产。2008年4月产品经过四川省电子产品监督检验所检测各项指标均符合GB117625.1-2003、GB17625.2-2007、GB17743-2007国家标准和Q/HNHJ 001-2008企业标准的规定和泄丶际跻蟆幽鲜】蒲际跚楸芯克樾鹿狙兄频母咂无极灯在涂粉、耦合器和高频发生器等方面的改进技术在国内未见相同文献报道。经用户试用后反映良好产品生产工艺技术先进具备了鉴定条件。 三、总体设计方案 1、开发思路 由于大功率的无极灯应用领域和前景十分广阔而目前在国内成熟的无极灯产品功率都在165w以下大功率的无极灯基本上处在研究试验阶段为解决大功率高频无极灯系列产品在研发过程中存在的泡体温度高、高频无极灯电功率提高等问题公司 13 技术人员主要从改善高频无极灯高频发生器功率管、耦合器磁性材料和光源的性能来考虑。 根据公司技术人员的分析和市场调查发现决定无极灯寿命的主要因素是它的电源。如果电源的寿命延长那么整个灯的寿命也会相应提高。由于无极灯的电源是工作在比较高的频率下的如果电源无法承受高频工作或者在高频工作时极不稳定必将会影响无极灯的使用。因此依据近代电子学的最新科技成果如芯片元件、集成电路等来研发更加稳定更加耐用的电源对于提高无极灯的质量是极有实际意义的。同时由于绿色照明的节能需要可调光的无极灯也必须提到议事日程。研究高效率的无极灯调光电路和工作电路会对将来绿色照明事业的发展起着很大的促进作用。 在光源方面无极灯可继续改进之处首先提高灯的光效方面应在放电原理方面找出影响无极灯光效的因素然后对现有的灯做适当的调整。一般来说影响无极灯光效的主要因素有放电管充气压、惰性气体的种类、汞蒸汽压以及放电管的几何参数和冷端温度。通过实验找到合理的充气压和惰性气体种类找到合适的汞齐确定在灯内充入Kr85同位数放射性气体的合适数量确定更为合理的放电管几何参数是现阶段提高无极灯光效的主要方法。同时对放电特性的研究特别是H型放电特性的研究也会有助于改进无极灯的性能。 此外在工艺方面应当找出可以改进的因素。比如降低填 14 充气体中的杂质含量选用性能优异的铁芯材料和导线使用效率高且高温下性能稳定的萦光粉并且选用正确的烤粉工序等。 该项目提出后公司专门组织精兵强将与科研院所合作成立了课题组制定了公司内部科研项目计划任务书总经理亲自参加并主持设计工作带领全体工程技术人员查阅相关技术资料下企业调查研究、参观学习分析论证、吸收先进技术、经验。经长期充分论证分析集思广益为课题的深入研究打下了坚实的基础通过不懈的努力制定出了最佳方案现已生产出了符合标准的样品经过公司试验室进行产品性能试验对比试验达到了当初设计的各项技术性能指标该产品2008年4月经过四川省电子产品监督检验所检测各项指标均符合GB117625.1-2003、GB17625.2-2007、GB17743-2007国家标准和Q/HNHJ 001-2008企业标准规定。 2、主要研究内容 大功率无极灯的应用主要需解决以下问题: 1、大功率管的选配应用问题。 2、泡体温升过高问题。 3、大功率泡体玻壳的选配应用问题。 在165W研发生产的基础上项目组通过优化高频发生器线路设计选用美国最新生产出的仙童牌4N90功率管取带沿用的4N60用7N90取代7N60解决了大功率无极灯高频发生器的功率容量问题。同时在输出电路上用680PF贴片电容代替470PF原 15 用电容这样就确保了高频发生器能够输出较大的高频功率。 为解决大功率无极灯泡体的高温问题项目组同国内相关专业研究机构和专家经过多次设计实验采用扩大泡体内管直径、增加耦合器导热棒体积、应用磁导率更好的镍锌铁氧体磁芯取代原用的铁氧体磁芯。这样不仅解决了导热问题而且也在最大程度上降低了产热。目前公司生产的200W无极灯泡体内腔温度在190度左右同小功率温度基本一样完全符合技术要求。 大功率无极灯对泡体玻壳要求很高公司同山东力诺公司联合开发出P130硬质玻壳很好解决了发光时的辐射和寿命问题。 3、关键技术的先进性论述 1高频电源电路设计 高频电源电路中Fu为保险丝RV1、RV2、RV3为防雷压敏电阻。EMC净化电路是为传导干扰而设计防止9KHz30KHz电磁干扰从电源线串入及阻止机内电磁干扰从电源线泄漏出去。交流电经过EMI的双向“过滤”之后进入桥式整流经电容C滤波进入有源功率因数补偿电路在这里将电压变换提升至400V左右的稳定直流电作为高频电子功率发生器的直流供电电源。高频电子功率发生器产生一个设定频率的高频功率源设定频率此 16 处为2.65MHz可从2.50MHz3.0MHz。高频功率经过输出匹配电路将高频电磁能量耦合至灯泡泡体的内腔由于电磁感应原理使灯泡内壁的三基色粉原子受激发射而发光。在电源设计上由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术一方面使得电源的功率因数高达0.95以上另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以输入的电源电压在一定范围内波动时其发光亮度不变。 EMI净化电路通常用以抑制常态和共态共轭噪声。C1、C2也叫电容C3、C4叫Y电容它们与电感一起组成滤波节根据抑制性能的需要可增加滤电路的节数及调整旁路电容的数值。 APFC升压式功因校正变换器采用功因补偿IC。该电路能将整流后的脉动直流电压升至稳定的400V直流电压输出功率可达175W以上转换效率95THD10完全满足高功率因数低谐波的要求使高频无极灯的电气性能更加优良。 高频电子功率发生器是一种高频无极灯的他激式功率开关电路由IC及外围组件产生设定的工作频率2.65MHz可变电阻可作频率微调。该电路还设定了过渡时间调节使开关管的热损耗大大降低。 2无极灯功率耦合装臵设计 耦合器是把能量从高频发生器经线圈耦合到灯泡内的器件。它由磁芯、高温线、导热棒、绕线架、底座、过渡件和同轴电缆 17 组成。该技术使用放电管多圈气体电场叠加增强放电原理及高频高压电场耦合原理解决了现行无极灯的存在频率高开关功耗大高频电磁波辐射污染环境以及对电子元件的各种性能要求高制作成本高的问题。采用新型高频电磁耦合装臵无极灯完全克服了灯丝启动受冲击而损坏的弊端频繁开关对灯的寿命没有任何影响。 3无极灯散热处理技术 高频无极灯虽然很节能但其光能仅占总能耗的1820而发热占总能耗的48这样的比例已经比白炽灯优良56倍。泡体导热是散热的最关键部分泡体内腔的耦合器工作时由于铜耗和磁芯的功率损耗磁滞损耗和涡流损耗会产生热泡体发光时产生的红外热量也会有一部分传至内腔使内腔体温度升高如果任其上升当温度超过磁性材料的居里温度时磁性材料的磁导率就会发生急剧变化导致工作回路失谐电磁激励能量降低不足以继续维持等离子体的稳定工作灯熄灭。项目采用导热方式是在腔体中穿过磁筒插入一根紫铜棒铜棒的下端紧密联接灯头的金属铝金属铝与灯具直接联接将热导给灯具外壳。散热处理的方法首先将灯泡与电路盒非接触放臵彼此分开20mm以上距离以隔断灯热与电路盒的热传递然后将灯泡底座与灯具安装位臵紧密接触旋紧四只固定螺丝。在灯泡与灯具安装界面上涂一层薄薄的散热油如SLD-746导热油增加散热效果。这样借助灯具外壳散热可获理想效果大大延长灯的使 18 用寿命。 4无极灯水浆涂粉技术 水浆涂液是萦光粉、去离子水或蒸馏水、暂时性粘结剂水溶性有机高分子聚合物、永久性加固剂氧化铝、表面活性剂分散、润湿和消泡剂和PH值调节剂等几种材料构成。该技术将水溶性粘结剂溶入水中将加固剂分散到水中再按一定比例使萦光粉与它们搅拌混合同时加人表面活性剂经一定时间的搅拌添加PH值调节剂使粉浆的PH值调到等电点某分散粒子的等电点表示该粒子悬浮液所具有的PH值在此PH值时悬浮在水中的该粒子在电场中的迁移速度为零以上使粉浆中的固体粒子萦光粉和无机加固剂颗粒都带上相同的电荷这就使萦光粉和加固剂颗粒很好地分散在水涂粉粉浆中最终构成稳定的悬浮液。让均匀悬浮有萦光粉的粉浆涂敷在玻管的内表面上经热风吹干和高温烘烤使暂时性粘结剂分解、烤尽最终可在玻管内表面获得一层具一定厚度的萦光粉涂层。 5新型水浆涂粉粉浆的配制 新型水浆涂粉粉浆工艺的关键在于粉浆的配制工艺其具体要求是采用最少的粘结剂量添加合理数量的纳米级氧化铝、表面活性剂以及PH调节剂使粉浆获得所需的粘度、比重和流变特性。若粘结剂用的多一方面是浪费另一方面是加重了烤管工序的负担若氧化铝的量不合理则影响初始光通和流明维持率、涂层的外观和粉粒的粘附强度若表面活性剂的量不合理 19 则影响涂液的流变特性和涂层的质量。该工艺通过掌握各种材料的特性按不同材料的特性来配制