山东照明学会 吴恩远 李中诚
前 言
大家知道目前我们生活中的照明大量采用较为先进的气体放电光源。例如：节能灯、日光灯、道路照明的高压钠灯、金属卤化物灯等等。气体放电光源需要镇流器与之配合才能正常工作发光。自1938年荧光灯（日光灯）问世以来，人们一直采用电感（铁芯）镇流器与气体放电光源配套工作。这种镇流器存在许多缺点：重量重、体积大、自身耗能高，消耗大量的有色金属而且电感还会发出令人心烦的嗡嗡声，由于工作在工频下，光线存在着工频闪烁，易造成人眼视觉疲劳。在当今能源匮乏电力紧张的时代促使人们要研制一种高效节能、性能优异的镇流器来取代老式的电感镇流器，于是20世纪50年代到60年代，国外一些科学工作者就对此进行了研究，提出了电子镇流器的设想，于70年代荷兰菲利普生产出世界上第一只作为商品的电子镇流器。我国于80年代开始跟踪电子镇流器技术的发展，虽然起步晚，但发展飞快，现今我国已成为世界上生产电子镇流器的大国和生产中心。
想要全面了解电子镇流器，明白对电子镇流器的种种要求，就需要对气体放电灯的电特性的了解，就需要知道有关标准的要求。例如：性能标准、安全标准、环保标准等等。这样才能够全面了解电子镇流器，才能明白电子镇流器发展到今天在照明节能中若采用了智能化电子镇流器才能更有效的进行节能。
一、 气体放电光源
1. 气体放电光源：气体放电光源是我们日常生活中应用最多的一种光源，它是利用气体放电发光的原理，即依电流通过气体放电过程中，由气体媒质辐射出可见光的原理而制成的，气体放电是很复杂的物理现象，发光材料的气体原子、分子或化合物的激发和辐射性质决定了气体发光特性。常温下的气体物质如氖、氙、等和高温下蒸发的气态的金属蒸气或化合物蒸气的物质如汞、钠及各种金属卤化物等，均可作为气体放电发光的材料。采用不同的材料可以做成不同种类的气体放电光源，例如我们常见到的荧光灯（俗称日光灯）、高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯等等。
2. 气体放电光源的电特性
a. 点火电压：气体放电灯在正常工作之前，放电管两端的电压必须达到着火电压，否则放电管中基本上无电流通过，灯就无法起辉发光。不同种类的气体光源及规格它们的着火电压大不相同。普通的日光灯着火电压几百伏特，高压钠灯就需要几千伏特，氙灯则需要数千至上万伏特。
b.负阻特性：当气体放电灯被点着之后，随着灯管中电流的增加便进入到弧光放电形式，只有灯管进入到弧光放电才能正常发光，由此照亮我们的环境。在弧光放电过程中，它的灯管电压U
L与灯电流I
L呈负阻特性，即灯管电流增加时，灯管电压下降，如下图示。如果此时，点灯的外接电源电压不变，又不采取限制电流的措施，该灯管便会进入灯电流不断增加，灯电压又不断下降，再进一步造成灯电流增加的恶性循环中，直到灯管被大电流烧毁为止，只有将灯电流限制到使灯正常工作时的数值上，才能使气体放电灯长期平稳的发光工作。
二、镇流器
能使气体放电灯的工作电流限制住使其正常发光的电气装置我们称其为镇流器。镇流器是气体放电光源正常工作时必不可少的电器。
1.镇流器的功能
a.镇流器能够产生足以使灯启动的点火电压和焦尔能量
不同种类的气体放电灯及不同规格的灯（在不同的环境温度下）所需要的点火电压是不同的，同种规格的灯在点灯的寿命过程中即灯的正常自然老化过程中，着火电压的数值也不是一成不变的，而是往高变化。为了使气体放电灯在寿命终了前均能点着和正常工作，镇流器（或者单独使用的触发器）必须能够产生足够高的点火电压。其数值往往高于灯的标准中所规定的额定数值20%，足够高的点火电压是电离灯中气体的先决条件，且同时要提供出足够焦尔能量，使气体充分电离产生的灯管电流能使电极间发生弧光放电，否则点灯是不成功的。不同种类、不同规格的气体放电灯所需点火能量也是不同的。
b.镇流器能够将灯的启动电流控制在合适的范围内
启动电流是指灯在启动后30秒内，或灯预热过程中通过灯的电流。每一种灯都有规定的启动电流，如果启动电流太大，将会缩短灯的使用寿命，电流太小使灯不能预热至正常工作状态。不同种类的气体放电灯所需的启动电流是不同的。只有在合理的启动时间内能够控制合理的启动电流才有可能使灯正常工作并达到应有的使用寿命。
c.镇流器能够自动控制灯电流
气体放电灯是负阻性器件，必须将灯的工作电流控制在一个合理的小范围内，这样即能保障灯的发光效率又能兼顾灯的使用寿命。由于外界使用条件是变化的。例如电网电压不稳定（一般有±10%的变化或更多），又如灯管正常老化，其管压升高等等的外界因素，都有可能使正在工作中的灯电流发生不正常的变化，因而要求镇流器能够自动控制灯电流，使其保证在合理的范围内工作。
d.镇流器能够使灯功率不发生大幅度变化
气体放电灯由于点燃位置不同（垂直或水平）其灯管电压也不同，高压钠灯在使用过程中其管压也会慢慢上升，从刚使用的新灯（其灯管电压为90～100V）到接近寿命终端时（其灯管电压约为140V）在这种实际的环境条件下都应该使灯的输出功率变化不大或最好恒定在规定的数值上，这样在大批量使用情况下，不会造成电网的负担及影响光输出，电感镇流器和普通的电子镇流器都不能精确地控制灯功率输出，只有高水平的电子镇流器能够根据外界的各种变化自动精确地调整灯功率和光输出使其恒定在规定的数值上。
2.镇流器的安全性和可靠性
a. 镇流器的安全性：是指镇流器在实际的客观环境中使用时，绝对不允许出现危及人们生命财产安全方面的情况，为此世界有关组织及我国相应地制定了一系列有关标准。也就是说镇流器这种产品必须要符合有关标准的规定才可能是安全的。高压气体放电灯用镇流器的有关标准是：
GB19510.1-2004（IEC61347-1：2003）；GB19510.10-2004（IEC61347-2-9:2003）；
GB/T 15042-2005（IEC60923:2001）;GB19150.12-2005(IEC613470-2-11:2001)；GB19510.13-2007（IEC613470-2-12）等标准。
b. 镇流器的可靠性：是指镇流器在实际的客观环境中使用时，遇到了正常的异常情况时，不仅不能危及人们 生命财产的安全，而且还不能对镇流器造成损坏。所谓正常的异常情况是指镇流器在正常使用或操作过程中会碰到客观自然存在，又不好避免的情况称之为“正常的异常情况”。例如：“灯开路”，是讲在上灯泡的过程中没有正确接通或灯泡本身就存在着开路损坏。又如“灯短路”、“灯已老化”、“灯未被触发或未接入”、“灯头（或灯座）漏电”、“灯能工作，但已产生局部整流效应”等等，发生这些异常情况时，在通电1小时后镇流器应不受到损害。
3.镇流器的环保要求
a. 电磁兼容（EMC）：随着现代化的进程，所需要的电子产品会越来越多。我们知道每种电子产品都会产生电磁波，这些电磁波都会污染我们生活的环境，若达到了危害的程度，轻者会造成电子产品互相干扰而不能正常工作，重者会造成人们出现各种怪病，物种的变异甚至造成物种的灭绝。因此镇流器尤其是大功率电子镇流器必须要有抑制电磁污染的能力。人们已经制定了相关的标准，只有符合标准的产品，在同一电磁环境中工作时，既不会对其它设备产生干扰，也不会受到其它设备的干扰，彼此在电磁上是兼容的，称其为电磁兼容（EMC）。
b. 生产电子镇流器所采用的各种原材料都必须是符合环保要求的。例如：焊锡一定要是无铅焊锡（相对成本提高），又如PCB板，电子元器件等都必须是环保的，多数情况下相同的材料，环保的价格会大大上升，这样加大了产品的生产成本。
三、电子镇流器的优点
1. 与传统电感式镇流器比较：能耗低，效率高。
电感式镇流器被广泛应用在照明领域中已有近百年的历史了，它最大的缺点就是耗能高。在100W以下的照明光源中，镇流器的耗损功率要达到输出功率的15～20%。
例如：日常使用的40W日光灯，其配套的电感镇流器本身要消耗8W功率，其中40W用来发光工作，8W由镇流器转换成热能消耗掉了，则40W的电感镇流器所消耗的8W电能，占日光灯管工作电能的20%。大功率电感镇流器250W以上其功率损耗也在10～15%，如一盏1000W的灯其电感镇流器就要消耗100W的电能。现在虽然研究出节能型电感镇流器其功率损耗大功率的镇流器也要达到8～10%。电子镇流器在这方面就有耗能低的优点，小功率的电子镇流器可做到功耗8～10%，大功率的电子镇流器的功耗可达到6～8%，水平越高的电子镇流器，其功耗越低，在能源紧张、电力缺乏的今天，节约能源非常重要，通过采用高效节能的电子镇流器，就可以大量节约用电，从而能大量减少因发电而产生的废气和尘埃，达到减少污染、保护环境，使有限的矿物资源得到更合理的应用。因此节能照明即“绿色照明工程”已被我们国家“十一五”期间的《节能中长期专项规划》中列为十大节能重点工程之一。随着城市的建设，城乡照明节能的改造业已成为国家的重要的节能工作。
2．智能化的电子镇流器节电性能更为突出：在电脑技术飞快发展的今天，电子产品的智能化已能够较为容易地做到，当电子镇流器中装上简易的电脑IC片后，就成为了智能化的电子镇流器，它能随着人们对照明明暗程度的要求可实时地进行调整光输出，例如道路照明在人稀车少的时候就可以大幅度降低功率减少光输出从而最大程度地达到节约电能的效果。
下面我们举例说明：例如道路照明用400W高压钠灯每晚平均工作10小时。
a、 采用电感镇流器时：镇流器自身功耗10％为40W。则每盏灯每晚所需电量等于（400＋40）×10＝4400Wh，相当于耗电4.4度。
b、 采用普通电子镇流器时：镇流器自身功耗8％为32W。则每盏灯每晚所需电量等于（400＋32）×10＝4320Wh，相当于耗电4.32度。
c、 采用智能化高效节能的电子镇流器时：镇流器自身功耗只有6％为24W。在降低功率使用时，自身功耗还将减小。
①前半夜道路繁忙时：从开灯至3小时内所需要足光输出，此时耗电量为（400＋24）×3＝1272 Wh
②第4个小时内街道上的行人与车辆开始减少，此时光输出可以减少20％，此时耗电量为（424×0.8）×1＝339.2 Wh
③从第5个小时开始至第8个小时，已进入到后半夜，道路上车少人烯，只要保证有一定的亮度就可以了，于是灯功率可以下降50～60％，按60％来计算，此期间耗电量为（424×0.4）×4＝678.4Wh
④从第九个小时开始，道路上的行人，车辆渐渐多起来，则灯的光输出可上升到70％，此时的用电量为：（424×0.7）×1＝296.6Wh
⑤在第10个小时内可将光输出可上升到80％，此时的用电量为：（424×0.8）×1＝339.2Wh
第10个小时后天已放亮，道路的灯也将关闭了。当然每个时间段所需要的光输出可以根据需要人为地进行设定。如上述设定，每盏灯每晚总耗电量为：
1272＋339.2＋678.4＋296.8＋339.2＝2925.6Wh
相当于耗电2.9256度
400W高压钠灯每晚工作10小时的用电对比
| 种类 |
电感镇流器 |
普通电子镇流器 |
智能化高效节能电子镇流器 |
| 耗电量 |
4.4度 |
4.32度 |
2.9256度 |
| 节能 |
0 |
1.8％ |
33.5％ |
每晚点灯的时间越长，采用智能高效节能的电子镇流器，节约电能的效果更加明显。一座中小城市的道路照明若能按照最佳方案进行改造，一年下来节省的电费将成百上千万元，初期改造的费用，用不了一年均可收回。
3．重量轻、无闪烁及无噪声
电子镇流器一般要工作在20KH
z以上的频率，又由于采用的是电子元器件，因此消耗极少量的有色金属，没有铁芯电感镇流器那样笨重，重量大大减轻。电子镇流器还不会产生铁芯电感镇流器所特有的令人厌烦的嗡嗡噪声，避免了噪声干扰，提高了照明环境的质量，除此之外，由于工作在高频使人的眼睛感觉不到的闪烁，避免了人的视觉疲劳。
4．有异常状态保护功能
在灯出现异常状态如灯芯损坏，灯不启动，灯管脱落等等现象时，电子镇流器都会得到保护而不会损坏。然而，电感镇流器就很难做到。
5.具有高功率因数
我们知道功率因数高的负载，电厂发出来的电能的利用率就高，否则不能做功的无用功将白白地消耗发电厂的能源。同理传输电路的载流量是一定的，因为有无用功的存在，有用功的载流量将大大下降。否则就要加大投资，增加传输电路的线经来增加载流量，因此提高负载的功率因数，在不加大传输电路的线经条件下，便能简捷地提高了该线路传输有用功的能力，带动更多的有用载荷电感镇流器的功率因数一般只有0.6－0.8，而电子镇流器就能轻而易举地达到0.99在大规模使用此种高功率因数电子镇流器时，可以有效地提高了供电系统和电网的利用率，改善了供电质量，节约了电能，其经济效益，社会效益相当可观。
6．能够做到恒功率工作恒定的光输出
日常生活经验告诉我们有的照明光源会随着电网电压变化忽明忽暗，其主要原因电源电压不稳定，尤其是当今电力供应紧张，当外界用电负荷起伏变化时，总要影响到我们照明的质量。有了电子镇流器这一难题便迎刃而解了，一般情况下当电网波动范围达到160～260V时，都能保证镇流器处于恒功率工作，光输出恒定不变，电感镇流器根本做不到这一点。还有当电压低到180V以下时，电感镇流器已无法将灯点亮了。
7．电子镇流器可以进行智能化控制
电子镇流器非常容易加装与计算机通信接口，于是可以发展利用计算机对灯进行开灯，关灯，调光，单控和群控等，达到更科学地照明，合理利用电能。
随着能源的日益紧张，未来的竞争在一定意义上是高新技术的竞争。因此我们应该加强对核心技术的研究和认识，并对大众进行一些照明知识的普及，共同提高我们大众的科技素养。
