艾默生网络能源公司         李成章　

　　摘要在金卤灯照明系统的运行中，如果输入电源因故发生“闪断”故障的持续时间超过4～5ms，就会导致金卤灯发生“熄灯”10min以上的严重事故。为了确保奥运工程相关用电设备的稳定运行，艾默生公司为此开发出“场馆专用”UPS产品，以确保金卤灯照明系统的安全运行。

　3 金卤灯照明系统的工作原理及其运行特性
　　
　　如上所述,对于金卤灯照明系统而言,在其运行中,如果因故使其供电电源出现供电时间超过4～5ms的闪断/停电故障的话,就会导致金卤灯照明系统熄灯10min以上的事故,从而造成不必要的经济损失或恶劣的社会影响。为避免这样的事故发生,有必要弄清楚其工作原理及运行特性。
　　
　　3.1金卤灯的工作原理

　　
　　一台400V/2kW的金属卤化物灯的典型控制框图如图3所示。它是由如下四大部件组成的:
　　
　　①金卤灯的灯管:这是金卤灯照明系统的核心部件;
　　
　　②触发器:利用它来控制金卤灯灯管的启动/关断;
　　
　　③由“电感型镇流器L+电容C”所组成的输入滤波器;
　　
　　④由“输入开关K+接触器J”所组成的手动“开机/关机”控制系统。
　　
　　注:在实际工作中,为了尽可能降低金卤灯照明系统对供电电源可能产生的浪涌冲击电流的幅值,通常利用受控于PLC(可编程控制器)的分时、延迟启动开关来取代手动控制开关K,从而达到能对金卤灯照明系统中的各台金卤灯/各分组金卤灯照明系统分批地、自动地投入运行的目的。
　　
　　在图2中，来自市电的380V电源被直接馈送到标称工作电压为400V的2kW金卤灯的输入端。未稳压、正弦波形的380V电源经由“镇流器L+电容C+触发器”所组成的调控电路进行处理后，被转变成幅度为±210V左右的方波形交变电源，如图4所示。

此时，在金卤灯的灯管处可获得其如下运行特性:为了确保金卤灯的安全运行，期望被馈送到其灯管上的交变电源是幅值为±210V的交流“方波电源”。上述现象表明由“镇流器L+电容C+触发器”所组成的控制电路承担着如下的调控任务:

　　
　　(1)从金卤灯的输入端往其灯管的输入端看(见图2、图3),它承担着将不稳压的380V正弦波电源转变成幅值相对稳定在±210V的“方波形”的交变电源。此时,流过灯管的电流为准正弦波。在此条件下,金卤灯的灯管呈现出如下的输入特性:
　　
　　在UPS逆变器供电的条件下,cosφ=0.98和输入功率因数PF=0.88,其总输入电流谐波含量的THDI值为8.2%左右,其最大的单次输入电流谐波含量为3次谐波,3次电流谐波分量的THDI值为7.6%左右。
　　
　　考虑到该金卤灯的设计标称工作电压为400V,对于我国传统380V的供电体系而言,这种金卤灯实际上是处于相对欠压的工作状态之下。
　　
　　(2)从其灯管的输入端看:LC滤波器实际承担着将幅值为±210V左右“方波形”的交变电源转变成正弦波形的交变电源“波形变换器”的作用。在此条件下,从金卤灯的输入端可测得如下谐波运行特性:
　　
　　在UPS逆变器供电的条件下,其总输入电流谐波含量的THDI值为7%～11%,其最大的单次输入电流谐波分量为5次谐波分量(典型值4.3%),其输入功率因数PF值为0.86～0.89(滞后);
　　
　　在市电供电的条件下,其总输入电流谐波含量的THDI值为11%～18%,其最大的单次输入电流谐波分量也是5次谐波分量(典型值7.6%),其输入功率因数PF值为0.83～0.86(滞后)。
　　
　　上述检测结果表明:为确保金卤灯的灯管能获得所需的方波电源,馈送到金卤灯输入端的交流电源必须要具有足够高的电压幅值。否则,难于维持其正常运行。
　　
　　3.2金卤灯在各种工况下的运行特性
　　
　　根据对金卤灯的实测结果,可以将其运行特性分为“冷启动”工作状态和“热启动”工作状态。为便于讨论,下面将以1种400V/2kW的金卤灯在输入电源的各种工况下的运行特性为例来进行分析:
　　
　　(1)“冷启动”工作状态
　　
　　所谓的“冷启动”工作状态是指金卤灯在从未加过电的常温条件下或虽然是处于“开灯”状态下运行过一段时间,当执行关灯操作后,让它充分冷却的条件下(注:建议其停电时间超过12min以上),将380V交流输入电源投入到这种金卤灯输入端上的运行状态。在此条件下,会观察到如下的几种运行特性:
　　
　　①金卤灯灯管的“缓启动”保护功能
　　
　　为了避免金卤灯的灯管在未充分预热的条件下,因突加高压而加速老化/损坏,充分发挥其使用寿命长的优点。在由“LC型无源滤波器+镇流器”所组成的缓启动保护线路的调控作用下,此时在这种金卤灯的灯管两端电压及其工作电流是按照如图4所示的运行方式来执行降压限流型的缓启动操作的。

　　
　　当380V的交流电源刚被投入时,虽然金卤灯的灯管会立即被点亮，但该灯具并未真正进入稳定工作状态。相反,此时在400V/2kW的金卤灯灯管上的电压是处在幅值仅为25V的低压状态之下的,并非是最终稳态值210V左右。而与此同时,该灯管的电流却迅速上升到19A的大电流工作状态。此后,其工作电压和工作电流将会分别按照如图5所示的方式逐渐上升和下降。当灯管的端电压上升到其最大值235V时,灯管会产生突然闪亮的现象。此后,当灯管的端电压逐渐下降到其相对稳态值210V时,灯管的亮度将达到其最大的发光状态,灯管的缓启动时间大约会持续约2min左右。相关的检测结果表明:这种金卤灯的工作电流会逐渐下降到其稳态值(约7A左右)。
　　
　　②金卤灯的冷启动运行特性
　　
　　如图2所示,由于金卤灯的输入端都配置有60μF的交流电容的缘故,当通电时,必然会要求该供电电源应提供足够大的开机启动浪涌电流,以适应电容的充电和金卤灯管的启动。一般来说,开机启动浪涌电流的幅度可能是稳态输入电流的2～3倍。然而,如果多台金卤灯的输入开关突然同时合闸时,其总开机启动浪涌电流却仅为其稳态输入电流1.5～2.5倍。导致出现这种启动电流会相对减小的现象的重要原因是由于在各台金卤灯的实际点亮时间之间存在着相当大的离散度所致(见图5)。正是由于开机启动时间离散性的存在,在一定程度上,可以缓解金卤灯照明系统可能造成的对输入电源启动浪涌电流的冲击。
　　
　　③处于冷启动工作状态下运行的金卤灯稳态输入特性

　　
　(未完待续)

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