1、前言

　你是否遇到過這種情況？你完成了一項(xiàng)大型照明翻新改造工程的設(shè)計(jì)，在工程中你用先進(jìn)的電子鎮(zhèn)流器取代上千個(gè)熒光燈燈具中的舊式磁性鎮(zhèn)流器?？蛻魸M懷期望通過這一改造節(jié)省能源，降低維修成本，并得到較好的照明效果。不幸的是，電器承包商卻發(fā)現(xiàn)了你設(shè)計(jì)中明顯的問題，因?yàn)檎彰骺刂葡到y(tǒng)的元件在安裝期間已經(jīng)開始損壞。

　 很快人們發(fā)現(xiàn)機(jī)械繼電器觸點(diǎn)被熔在了一起，但是為什么會(huì)發(fā)生這種情況？電路是根據(jù)國(guó)家電器法規(guī)（NEC）的需要設(shè)計(jì)的，承包商按照工程師的圖紙施工，電子鎮(zhèn)流器是列入U(xiǎn)L認(rèn)證目錄（UL-listed）中的產(chǎn)品，而照明控制繼電器的額定負(fù)載的最值設(shè)計(jì)是合理。那么為什么繼電器的觸點(diǎn)會(huì)熔在一起呢？

　　最合理的答案是：這是由電子鎮(zhèn)流器的浪涌電流造成的。

　　2.什么是浪涌電流

　 浪涌電流對(duì)于照明設(shè)計(jì)者來說不是一個(gè)新的問題，在IES照明手冊(cè)上可以迅速查到白熾燈的鎢絲在冷卻狀態(tài)下存在相當(dāng)?shù)偷碾娮?，?dāng)首次提供電能時(shí)，通過鎢絲的電流量要比當(dāng)鎢絲達(dá)到正常工作溫度時(shí)通過的電流量大20～25倍。幸運(yùn)的是，這種情況通常發(fā)生在零點(diǎn)幾毫秒之內(nèi)。因此為白熾燈負(fù)載設(shè)計(jì)的機(jī)械繼電器通常具有超尺寸的觸點(diǎn)以便處理這種電流的初始沖擊。

　浪涌電流對(duì)用于熒光燈的磁芯和線圈鎮(zhèn)流器影響不大。流向燈內(nèi)的電流由一個(gè)電感器來控制，當(dāng)首次提供電能時(shí)電感器具有較高的阻抗。通?？稍诓坏?0毫秒的時(shí)間內(nèi)將浪涌電流量限制在10倍或限制在工作電流值上。因此，為白熾燈負(fù)載設(shè)計(jì)的電路也適用于處理由熒光燈普通鎮(zhèn)流器負(fù)載引起的浪涌電流。

　然而時(shí)代已經(jīng)變了。作為設(shè)計(jì)選擇，國(guó)家器具能源保護(hù)條例幾乎取消了常規(guī)磁性鎮(zhèn)流器，最新的設(shè)計(jì)是電子鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器具有體積小、輕便、低能耗、消除頻閃，能為先進(jìn)的燈提供調(diào)光特性等優(yōu)點(diǎn)。電子鎮(zhèn)流器的可靠性問題在早期的設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到解決，而遺留下來的唯一的缺陷就是浪涌電流問題。

　　3. 簡(jiǎn)單的電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)概念

　　電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)概念比較簡(jiǎn)單。在這種簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)中有兩個(gè)主要問題。首先，只有當(dāng)來自整流器的輸入電壓大于電容器的電壓時(shí)電流才能流入電容器。在每次AC周期的峰值上電容器都有被充滿電的情況發(fā)生，其結(jié)果是輸入電流不是正弦波，從而使轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)大量的諧波失真。這可以造成電源線路過熱，給公用事業(yè)公司造成很大的麻煩。

　鎮(zhèn)流器的制造商在處理這個(gè)問題上有兩個(gè)設(shè)計(jì)上的選擇。首先，他們可以安裝一個(gè)由電感器、電容器和電阻組成的被動(dòng)濾波器，在電路中放置在AC-DC轉(zhuǎn)換器之前。這個(gè)濾波器使電流平穩(wěn)地流入橋式全波整流器，以產(chǎn)生諧波失真（THD）總量被控制在20%～30%之間的正弦波(這同樣有助于提高鎮(zhèn)流器的功率因數(shù))。
　　
　第二個(gè)設(shè)計(jì)選擇是采用一個(gè)主動(dòng)濾波器，將其安裝在橋式全波整流器之后。這實(shí)際上是一個(gè)既可以過濾流入電容器的電流又可為電子鎮(zhèn)流器提供一個(gè)高功率因數(shù)的電子開關(guān)。

　鎮(zhèn)流器的制造商們通常愿意選擇主動(dòng)濾波器，這有幾個(gè)理由：主動(dòng)濾波器能將諧波失真控制得比被動(dòng)濾波器低，一般低于10%。更重要的是采用電子元件的主動(dòng)濾波器具有比被動(dòng)濾波器便宜、體積小、重量輕和節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。

　　4.短路問題

　　由于電感元件的作用，被動(dòng)濾波器通?？蓪⒗擞侩娏飨拗圃诤侠碇瞪稀Ｒ话阕畲笾凳枪ぷ麟娏鞯?0倍，并持續(xù)5毫秒。而另一方面，主動(dòng)濾波器就無法提供這樣的內(nèi)在利益。在浪涌電流100倍于工作電流的情況下，一個(gè)裝在20A電路上的16A電子鎮(zhèn)流器轉(zhuǎn)換為一個(gè)1 600A振蕩器作為照明控制繼電器和電路自動(dòng)斷路器！這就大大超過了最大電路自動(dòng)斷路器和繼電器的設(shè)計(jì)限制。裝置在墻上的開關(guān)和照明控制元件（特別是固態(tài)裝置）同樣有損壞的危險(xiǎn)。

　大流涌電流的兩個(gè)附帶的影響是電壓降低和瞬時(shí)諧波失真。假設(shè)一座大型辦公樓的一整層的電器設(shè)備同時(shí)開啟，在上千安培電流中測(cè)量到的電流波的影響將可能是一個(gè)整個(gè)建筑電源供應(yīng)瞬息電位差和嚴(yán)重的諧波失真。造成的不良結(jié)果可能包括計(jì)算機(jī)和辦公設(shè)備的重新啟動(dòng)，同時(shí)可能造成探測(cè)器和火警傳感器錯(cuò)誤發(fā)出警報(bào)。

　你可能認(rèn)為對(duì)于鎮(zhèn)流器制造商來說這是一個(gè)重要問題。但問題是他們中的大多數(shù)并不重視這個(gè)問題。幾乎沒有制造商在產(chǎn)品目錄中公布詳細(xì)的浪涌電流數(shù)據(jù)，并且從他們那里獲取特殊鎮(zhèn)流器的數(shù)據(jù)也常常是很困難的。

　　5.系統(tǒng)電阻

　 鎮(zhèn)流器制造商們辯說，必須承認(rèn)100倍于工作電流的浪涌電流在實(shí)際中未必會(huì)發(fā)生。這些理論的根據(jù)在于假設(shè)提供的電源阻抗為零。實(shí)際上，公用的電源線、建筑物的電源變壓器、配電盤和分支電路導(dǎo)線都會(huì)影響電源的阻抗，因此可以將浪涌電流限制為工作電流的10倍。一位主要的鎮(zhèn)流器制造商公開聲明：“由于系統(tǒng)的阻抗存在，總的系統(tǒng)浪涌電流可能將不會(huì)達(dá)到理論上所涉及的最大值”。

　遺憾的是，一旦貴公司的工程設(shè)計(jì)中被人懷疑有問題，"可能"一詞并不是你公司所投保時(shí)的保險(xiǎn)公司代理人想要聽到的。一個(gè)20A線路的最大浪涌電流可以是80～100A、5毫秒以上，無論如何，保證實(shí)際設(shè)計(jì)不超出每個(gè)系統(tǒng)元件的限定值范圍是工程師們的專業(yè)職責(zé)。

　　6.我們應(yīng)該做些什么？

　由于NEC沒有特別提出浪涌電流的問題，因此不足以簡(jiǎn)單地假設(shè)根據(jù)NEC要求安裝的UL-listed電子鎮(zhèn)流器和當(dāng)?shù)仉姎庖?guī)定要求實(shí)際上會(huì)提供一個(gè)安全和可靠的系統(tǒng)。照明設(shè)計(jì)者和電氣工程師必須為系統(tǒng)設(shè)計(jì)承擔(dān)全部的責(zé)任。

　 以下三個(gè)問題需要考慮：

?。?）為你設(shè)計(jì)中所選擇的鎮(zhèn)流器獲取浪涌電流規(guī)范。有幾種不同的方法測(cè)量浪涌電流，但目前用來解釋應(yīng)該如何規(guī)范浪涌電流的標(biāo)準(zhǔn)還沒有建立起來。測(cè)量應(yīng)該在提供的電源處于峰值輸入電壓時(shí)進(jìn)行，還是隨機(jī)進(jìn)行？是取多次測(cè)量的平均數(shù)，還是以記錄的最大值？如何確定浪涌電流的持續(xù)時(shí)間？什么是電源阻抗？如果制造商不愿意提供浪涌電流規(guī)范，這可能是因?yàn)樗麄儧]有對(duì)全部生產(chǎn)線進(jìn)必要的檢測(cè)，或是意識(shí)到這些規(guī)范將有可能隨著產(chǎn)品的變更而更改。如果制造商重新設(shè)計(jì)鎮(zhèn)流器的主動(dòng)或被動(dòng)濾波器電路，這些規(guī)范同樣也會(huì)變更。

　?。?）在整個(gè)系統(tǒng)阻抗允許范圍內(nèi)，為你設(shè)計(jì)中的每一個(gè)電路計(jì)算理論上的最大浪涌電流。

　　在多數(shù)情況下，這是一個(gè)不切實(shí)際的建議。即使你已經(jīng)掌握了全部資料，要計(jì)算一座綜合辦公樓的電源系統(tǒng)阻抗也是一件困難的工作。通常你還必須接受不精確的數(shù)據(jù)甚至養(yǎng)成猜測(cè)的習(xí)慣。更有甚者，你可能不得不為建筑物電源系統(tǒng)在未來的擴(kuò)建預(yù)留出設(shè)計(jì)空間。你當(dāng)然不會(huì)假設(shè)在未來更換鎮(zhèn)流器時(shí)會(huì)
有同樣的浪涌電流規(guī)范。

　 （3）選擇可承受最大浪涌電流理論值的電源元件（電路自動(dòng)斷路器、機(jī)械或固態(tài)繼電器、開關(guān)等等）。這可能需要計(jì)算由浪涌電流脈沖所顯示的總能量，在這項(xiàng)計(jì)算中你需要詳細(xì)的有關(guān)最大浪涌電流及其衰減特性的資料。

　特別有關(guān)系的是固態(tài)繼電器、手動(dòng)照明開關(guān)和占用傳感器。這些裝置的設(shè)計(jì)很少可以承受1 000A的電流，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該仔細(xì)選擇這類裝置（最好的固態(tài)繼電器包括零交叉整流電路，該電路可將浪涌電流限制在合理的水平。當(dāng)然，這將取決于特別的鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)和浪涌電流的持續(xù)時(shí)間）。7 規(guī)范和規(guī)則
　　
　實(shí)際上，我們必須認(rèn)識(shí)到，作為已經(jīng)普遍設(shè)計(jì)并市場(chǎng)化了的電子鎮(zhèn)流器與UL-listed元件并不兼容。NEC有一個(gè)不成文的原則，那就是安全和可靠的電氣系統(tǒng)應(yīng)該由UL-listed的通用元件構(gòu)成。電子鎮(zhèn)流器明顯地違反了這一原則。

　　照明設(shè)計(jì)師和電氣工程師們并不會(huì)根據(jù)某個(gè)制造商的特殊產(chǎn)品來設(shè)計(jì)照明、電氣系統(tǒng)。特別是當(dāng)有關(guān)浪涌電流規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)還沒有建立起來時(shí)更是如此。

　　在應(yīng)用中規(guī)定通用的產(chǎn)品是可行的。這個(gè)問題將涉及制定規(guī)章者和建筑管理者。當(dāng)將來需要更換鎮(zhèn)流器時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？在檔案中無限期地保存原始的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的想法是不切實(shí)際的，也沒有理由假設(shè)維修人員會(huì)同意僅僅為了替換幾個(gè)鎮(zhèn)流器而再做工程研究。

　　實(shí)際上真正需要的是那些規(guī)范和規(guī)則以便能夠清楚地限定如何測(cè)試?yán)擞侩娏鳎@些規(guī)范指定最大允許值從而使任何電子鎮(zhèn)流器都能夠與其它UL-listed元件相匹配。某些鎮(zhèn)流器的制造商曾經(jīng)提出一些問題，但除非整個(gè)行業(yè)同步進(jìn)行并且有可接受的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，否則他們的努力將是沒有意義的。

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