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  • 6月 20 週三 201221:05
  • 電子安定器參數解釋

T5spec_example
http://ahmow.blogspot.tw/2008/10/jargon-for-electric-ballast.html
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  • 6月 20 週三 201221:02
  • 電子安定器才是日光燈效率(省電)和壽命關鍵

http://ahmow.blogspot.tw/2008/10/t5-t8-t9-t6-ballast.html
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1. 預熱啟動(Pre-heated Start):
歐洲地區又叫做柔性啟動(Soft Start)、暖性啟動(Warm Start)、或者美加地品又稱之為可程式啟動(Programmed Start), 在台灣通常被叫做全數位式、、程式起動式或電子預熱式。此種設計方式係於燈管啟動時,先給予燈絲預熱或者加溫至約700度再點燈,其最大特色為不受燈管開 關點滅次數的影響,減輕燈管黑化現象,可以延長燈管的壽命,適合開關頻率高的使用場所,或者維修困難的場所,如果配合使用調光式電子安定器,更必須使用含 有預熱式啟動功能的電子式安定器。換句話說,預熱啟動型的電子安定器對燈管的保護提供最佳的保證。預熱時間可由0.5秒至2秒左右,電流越高,預熱愈快, 相對於燈絲上的stress電壓愈高,壽命較短,而延長時間,則使得stress電壓較小,燈絲壽命可大幅提高。點燈次數一般廠商宣告在20,000~50,000次,甚至100,000次,並提高燈管壽命50%。燈管壽命在16,000~24,000小時,甚至更高。為當今最先進的安定器。有些搭配Cut-Off 技術(或稱Optimum Cathode Control),對於高管壓燈管(燈管電壓超過200V以上),如T5-35W以上,可減緩老化速度。並由於使用IC控制,和主動PFC,使得對於電壓變動有極佳的容抗度,並且達到非常的好的效率。
Programmed start_1 Programmed start_2
而安定器本身,一般來說,預熱型電子安定器壽命約在50,000小時左右(tcase= 70~75,廠商宣告的安定器鐵殼外部最高溫度),其溫度約低(電子零件廢熱越少),則壽命可以延長。
ballast_temp
[Helvar ballast 的資料顯示其溫度技術的進步]
QTP8_life_time_new
[A tcase temperature lowered by 10 K generally doubles the life time of the professional range ECG. 歐司朗宣稱其電子安定器某些型號鐵殼溫度tcase=65度,壽命可長達100,000小時]
若以此壽命計算50,000~100,000小時計算,那一個安定器到掛掉,大約用了2~5支燈管,一天使用8小時,則可使用17~34年,非常環保啊!!安定器加上燈管成本1000NT左右而已。使用一對二或一對三安定器則更低。
2. 快速啟動(Rapid Start):
這 是一種相當特殊啟動的方式,在美國市場是相當普遍,其特色是從啟動至燈管點燈使用當中,一直在燈絲上保留一很低的電壓(約3.5V),但可使點燈電壓較低 (約405-550V)。因此其耗電量比預熱或者瞬時啟動型多出1.5w至2w,一般以串聯式設計居多,此種啟動方式較適合氣溫較冷的地區,起動時間約 0.5秒。有些有主動PFC,有些則無。
Rapid start_2 Rapid start_1
3. Program Rapid-Start(PRS)
使用開關切換改善快速啟動,預熱燈絲至650度C後點燈,移除點燈後穩定態的燈絲電流,並使點燈次數可達30,000次,一般來說PRS都是串連方式連接燈管,可同時點亮3~4根燈管,1~2根燈管損壞,並不影響其他燈管運作。
此有一篇Program Rapid-Start實做探討的博士論文,有興趣可以看看,看看文字描述就好了,數學計算很複雜XD,主要論述三種電路模式消除燈絲電流實作。
程序設定快速啟動之螢光燈電子安定器--陳威銘
4. 瞬時啟動(Instant Start):
其 特性是利用高壓啟動燈管(啟動電壓約介於800V至1,200V之間),點燈非常容易,但易造成燈管黑化,燈絲斷裂,燈管壽命降低,其最大競爭的優勢是價 格較低,適合用在開關次數不頻繁的場所(每天開關次數約小於5次者比較適用),起動時間,瞬間。一般使用被動PFC,電壓變動時,消耗功率也會隨之變動。 效率不若預熱電子式。其優點是便宜(但不耐用),且適合用在需要立即點亮電燈的場所,例如廁所。
Ballast_instant type
如何區分預熱啟動、快速啟動、及瞬時啟動?
預熱啟動/快速啟動(Rapid Start)及瞬時啟動(Instant Start)之比較
  日光燈管如果配合傳統電磁式安定器使用的話,一航而言,其點滅次數約在6,000次左右,日光燈管即可能產生黑化而故障。如果使用瞬時啟動型電子安定器,因為以高壓點燈之故,點滅次數約在2,000~3,000多次,螢光燈管即會產生黑化而壽命終了。
而瞬時啟動型電子安定器另一項值得注意的缺點,即在天氣寒冷時候,可能會發生點亮不易的情形,尤其新一代高管壓或者填充汞合金、固態汞的(T5、T6應屬此類)螢光燈管更應避免使用瞬時啟動型電子安定器。如果使用快速啟動點燈,點滅次數約12,000~15,000次,燈管也會產生黑化,但是快速啟動因使用線圈預熱,在燈管點亮動後,線圈上的電流仍會不斷流經燈管的燈絲,消耗電力會比其他啟動方式電子安定器多消耗1.5w~3w,約2.8%~5.6%。
  如果設計不當,燈絲很容易燒斷!若使用具有機械開關式電子零件設計預熱啟動,例如繼電器(Relay),場效電晶體(Mosfet),其點滅次數可以高達20,000~50,000次,燈管才會產生黑化,加上點亮後,沒有電流流經過燈絲,可以真正達到提高燈管50%的壽命。
如何從接線及點燈狀況區分預熱啟動、快速啟動、及瞬時啟動
   一般而言,日光燈管的接頭為2端4接點(4 pin),如果電子安定器配線是屬於一枝燈管出2條電線的話,一定是瞬時啟動,但是2枝燈管出8條接線,也可能是瞬時啟動電子安定器。其區分準則為點亮時 間,如果點亮小於0.4秒的話,即屬於瞬時啟動。如果點亮時間超過0.4秒的話,加上接線是一枝燈管出4線的話,則可能為快速啟動或者預熱啟動,其判斷準 則必須看點燈預熱的狀態。
  如何從點燈狀態區分預熱啟動、快速啟動、及瞬時啟動型電子安定器?瞬時啟動的特色即為瞬時點亮,快速啟動於點燈時燈管會出現燈管兩端毛管的現象後再點亮;而預熱啟動則會看到兩端燈頭出現紅色或微白現象再點亮。
台灣螢光燈電子安定器 CNS 安規證書
台灣 BSMI 認證標準: CNS 13755 (相當 IEC/ EN 61347-1, IEC/ EN 61347-2-3, IEC/ EN-61547, IEC/ EN 61000-3-2)
雖然台灣電子安定器的標準是以 IEC的安全規範為樣本, 它也加入日本安規測試方法及台灣獨特性要求之處, 今將分別列之說明
1. 在 80℃ 高溫之下連續測試360小時. (日本)
2. 二次測的電壓不得大於300V (日本)
3. 預熱點燈要達 8,000次 以上 (台灣)
但 是至目前為主, 台灣準檢驗局並未要求將電磁相容納入測試電子安定器的規範之內, 只要求在燈具內裝有電子安定器必須測試電磁相容 (台灣電磁相容的標準為 CNS 14115), 這兩種主要差異在於電子安定器如果通過電磁相容的測試, 裝入燈具內一定會通過, 但是燈具會通過相容測試, 內裝的電子安定器不一定會通過電磁相容. 國外安規標準尤其歐洲有CE認證一定要求通過安全及電磁相容兩大測試規範, 歐洲的相磁相容規範為 EN 55015 或 CISPR 15.
CNS13755螢光燈管用交流電子式安定器條文6.3.18規定預熱點燈要達 8,000次 以上,之後在 80℃ 高溫之下連續測試360小時,此時燈管周圍溫度25℃,有保護裝置者加以短路者。
CNS13755_6.3.18
[CNS13755 條文6.3.18]
--
根 據歐盟指令2000/55/EC對安定器的規範,繼2002/5/21禁止高耗能的D類安定器進入歐盟後,2005/11/21再度確定中耗能的C類安定 器不准進入歐盟市場。目前可以在歐盟販售的安定器產品僅剩A類的電子安定器及B類的低耗能傳統安定器。展望未來,提昇電子安定器的市場比重仍為歐盟持續努 力的目標。
除歐盟外,許多國家對電子安定器之產品推廣亦有相關的限制及鼓勵措施。根據美國能源部發佈的法令,未來將逐步限制廠商販賣發光效率(BEF)差的燈具產品,我國大致也沿襲了美加的法令。預計在2010年左右,電子安定器將成為燈具市場上的新主流產品。
電 子安定器具有環保節能的概念,加上各國相關法令的陸續制定,預計在未來幾年內市場仍將持續成長。相較於傳統式產品,電子安定器雖然前置成本較高,但卻可節 省後續的電費,預估兩年的回收年限及後續的省能應可對消費者產生足夠轉換的誘因。目前全球安定器市場雖然由國際大廠所掌控,國內仍然有多家廠商投入其間, 其中大多透過優異的生產製造為基礎,一方面幫大廠代工,一方面切入研發設計及通路建立,期望在這環保節能的領域之中佔有一席之地。
上述摘自燈具用電子安定器之產業概況--王志方 2007年8月
http://www.atit.org.tw/upload/960821-Indus.pdf
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  • 6月 20 週三 201220:57
  • T5 T8 T9 日光燈管介紹

http://ahmow.blogspot.tw/2008/10/t5-t8-t9-t85-fluorescent-lamps.html

T5/T8/T9皆屬於螢光燈管,基本發光原理相同,都是利用燈管電流引起汞蒸氣去刺激燈管內壁的螢光塗料發光,差別主要在於燈管管徑的不同,含汞量的不 同。其實市售的螺旋、3U、球型省電燈泡,PL-BB燈、PL燈、甚至LCD電腦螢幕、液晶電視螢幕的背光源,都是一樣的發光原理。基本的發光效率端看燈 管型狀,越直越長者,管電流容易通過,效率則越高,燈管越細則所需汞量越少,管電壓高,但是管電流小,亦有較高效率。
T9燈管
東亞_t9
[圖為一般T9燈管,非三波長]
為台灣最常見的日光燈,打從每個人出生從阿公阿嬤家看到大的就屬於這種燈管。
T9 日光燈管口徑9/8英吋(29mm),早年大多使用傳統的電感式安定器加上小氖氣啟動器點燈和輸出電流供燈管發亮,缺點是小氖氣啟動器易老化使得點亮漸漸 不易,後有改良型的電子式起動器取代,效果與壽命較小氖氣啟動器點燈較佳,但點亮之後的燈管電流依賴電感式安定器維持,電感式安定器利用電感的衝放電原理 隨電力系統60Hz對放對燈管的電壓電流,隨之缺點便是燈管實際上隨著60Hz交流電,每秒閃爍60Hz,雖已超過人類視覺暫留作用的24Hz(電影就是 24Hz,每秒24張135 film通過投影機),但長時間仍會感到不舒服。且電感安定器就像是線性的變壓器一樣,當電力系統存在電壓波動(因其他設備拉載,產生電壓降,影響電壓便 動率),二次測隨電力系統電壓一起波動,造成閃爍,以及突波可能使得燈管電流波動,加速燈管黑化老化。
近年開始有電子式的T9燈管安定器,依設計分為不同種類,優點是使得燈管點亮更為穩定,並且因可以有穩定的電流輸出,靠feedback設計,就像電腦的電源供應器可以穩定輸出二次測的12V或5V電源,並不易受一次測的電壓變動率影響,燈管輸出更亮更穩定。
就環保上來說,T9燈管的缺點為其含汞量是T5燈管的五倍或是T8的三倍,若沒有適當的回收制度,累積的汞汙染量相當大,一般認為T9含汞量在每一支15mg左右。
一般T9燈管分為



T9
長度
流明(lm)
瓦數(W)
lm/W估計


T9-18/20W
604mm
1150
18/20
64/58


T9-38/40W
1198mm
3400
38/40
89/85




注意到了嗎!?兩支18/20W T9加總流明數少於一支38/40W,正說明了螢光燈的效率特性,下面T8和T5也是一樣,燈管越長者,效率越佳。
上 表所列T9燈管為三波長型(Hi-Vision or Tri phosphor),至於沒有三波長螢光塗佈者光效更差,應不再使用,所以這邊不做討論。此估計數據應為電子式Rapid start type或Instant starttype 測出,傳統電感式安定器應比較不容易設計到此效率。而使用Program start type則可得到更高效率,約90~108lm/W左右,你可能不知道。請看下篇測試--環保非T5日光燈不可!?(站內)
一對一Ballast
[T9-38W,一對一的安定器,測得值0.27A,MF11381FL,耗電115*0.27=31.05VA,效率3400/31.05=109.5lm/W]
註:節能標章全球資訊網上中國電器(東亞)FHF38N-EX,發光效率(Lm/W): 108.42
T8燈管
philips_t8
[圖為一般T8燈管,非三波長]
T8日光燈管口徑8/8英吋(26mm),可分為三種歐洲、美國、日本等三種規格。在歐洲 T8燈管可以配合傳統銅鐵式的安定器,或電子式安定器來使用,但在美國及日本的T8燈管為高頻燈管,必須專門使用電子式安定器。
一般T8燈管汞含量仍略高於T5燈管,但飛利浦宣稱其T8與T5燈管汞含量每支皆低於3mg,並停產所有高含汞的燈管。(T9約15mg)
T8燈管分為



歐規
長度
流明(lm)
瓦數(W)
lm/W估計


T8-16W HF*
604mm
1400
16
87.5


T8-18W
595mm
1350
18
75


T8-36W
1213.6mm
3350
36
93



*僅能使用高頻點燈(電子式安定器)



日規美規
長度
流明(lm)
瓦數(W)
lm/W估計


T8-17W*
24in
1200
17
71


T8-25W*
36in
2050
25
82


T8-32W*
48in
2950(3100)**
32
92(96)**



*僅能使用高頻點燈(電子式安定器)
**使用特定安定器,應該是Program start type。
上 面只列出使用 T8 Medium Bipin的T8燈管型式,早期國外多使用Rapid start type ballast,所以宣告數據應是以此種安定器測出,今Program start type ballast漸漸被使用,可得到更好的效率(優於燈管marking上宣告),實際上已經和T5不分軒值,可做到101lm/W左右。
註:節能標章全球資訊網上台灣松下(Panasonic)FL40SS.EX-L/36,發光效率(Lm/W): 101.4
T8的燈頭種類:
T8燈頭
[其中T8 Medium Bipin和 T9燈頭是一樣的,台灣可見到的Philips T8-36W就是用此燈頭和T9燈座相容]
T5燈管
T5_1 T5_2
T5日光燈管口徑5/8英吋(16mm)。相對於傳統T9日光燈管口徑9/8英吋(=2.9公分),或T8日光燈管口徑8/8英吋(=2.6公分),T5日光燈管口徑較細小,但其發光效率卻高於T9與T8燈管。T5必須專門使用電子式安定器。
原先,T5日光燈管只有低功率(低瓦數)4W,6W,8W,13W四種規格。低功率T5日光燈管之使用已經有數十年,因為低功率T5日光燈管之光通量不高,無法作一般照明或主照明之用,僅能用於近距離照明、輔助照明或裝飾用途,故甚少人知道T5日光燈管。
迨至1994年,飛利浦推出高功率T5日光燈管,德國歐司朗、美國GE、日本各廠相繼加入高功率T5日光燈管開發的行列並推出產品。從此,T5日光燈管正式登上21世紀照明產品之主流地位。
1999年,中國上海首度推出高功率T5日光燈管,上海的T5日光燈管採用固態汞(汞 鈦合金)製造,非常環保。雖然生產技術很成熟,但是當時使用的機器設備是由老舊的傳統T9機器所生產,燈管品質未臻完美。2000年3月,由台灣製造所製 造,全世界最新最先進的電腦控制自動化T5日光燈生產線,在大陸東莞試?成功,同年9月正式產出高品質T5日光燈管。其後,台灣製造或台商在大陸製造之自 動化T5日光燈生產線,陸續銷售給中國大陸的業者。幾年來,已經有20條以上的自動化生產線在大陸運轉。這些自動化T5燈管生產線提高了中國大陸T5燈管 的品質,使中國大陸成為T5日光燈管的世界工廠。而台灣本土,僅有一條老舊的人工式生產線在生產小功率T5日光燈管(4W, 6W, 8W, 13W, 14W),大功率T5燈管無法生產。雖然台灣的生產技術很好,但終究敵不過新型自動化生產線且人工便宜的大陸產品。台灣兩大日光燈廠-中國電器(東亞牌) 與台灣日光燈(旭光牌),在此一領域缺席,這兩家公司沒有生產T5日光燈管,不是因為T5燈管不好,而是每賣一支T5燈管,T9燈管就會少賣一支。因此, 台灣只能仰賴世界三大廠牌(飛利浦,歐司朗與奇異)與大陸的供給。世界三大廠牌的價格非常貴,大陸燈管的品質良莠不齊,運到台灣又需認證,業者與消費者只 好忍受三大廠牌之高價剝削。T5燈管所使用的材料比T9燈管少,但價格卻比T9燈管貴很多,這是很不合理的。
--
上面T5介紹引述T5日光燈管之演進
T5燈管水銀劑約為傳統燈管的20﹪(T9),即水銀污染僅有原有的20﹪。
燈管管徑縮小,等於光源縮小,對於燈具製造有以下幾個優點——
1. 光源截面積的縮小使光的投射擴散或集中角度能控制得更好,使燈具的器具效率更高。
2. 光源直徑的縮小使燈具在相同的光擴散性及眩光控制下,其燈具的厚度能真正減低,達到6公分以下,燈具的體積縮小可以減少原材料的使用。
另外,以往傳統燈管所使用的為液態水銀而液態水銀在恒溫下是以液態呈現,所以當燈管被廢棄時,只要燈管一破裂,水銀立刻以液態進入地下,更滲入地下水源或河川,其中所造成的污染是永遠存在的,也是在生態中循環的,對生物的殘害也是永遠的。
而T5燈管所使用的是汞合金,在恒溫狀態下是固態的方式存在,僅有在燈管高電壓激發的狀態下是呈氣態的,只要燈管一破裂,水銀合金一接觸常溫,即呈固態,所以T5燈管的水銀污染,機率大幅縮減。
T5除了14W以下的可用傳統安定器(效率差),現行大多做14W以上,為當今最有效率的螢光燈管,須搭配電子安定器使用。



T5高效率
長度
流明(lm)
瓦數(W)
lm/W估計


T5-14W
22in
1275
14
91


T8-21W
36in
2000
21
95


T8-28W
46in
2750
28
98


T5-35W
58in
3450
35
99







T5高輸出
長度
流明(lm)
瓦數(W)
lm/W估計


T5-24W
22in
1895
24
79


T5-39W
34in
3320
39
85


T5-54W
46in
4740
54
88



T5高輸出是為了需要單位面積比較大的亮度,或是裝設燈具位置(挑高)較高時使用,效率無法和T5高效率燈管比擬。
T5燈管的宣告流明,應是以Program start type ballast測出,可從國外燈具原廠燈+原廠ballast型錄看出。若使用Rapid start type或Instant start type則有可能效率下降。
T5-35W 電流 T5-35W Ballast
[左圖:T5-35W HE實測得的電流大小,0.29A,耗電115*0.29=33.35VA,效率3300/33.35=99lm/W]
[右圖:安定器spec,內容如下]
然則T5雖為新一代日光燈管,是否能完全沒有缺點替代T9、T8、T6(此篇先不做討論同為使用固態汞的T6)!?
T9因為含汞率高,若無法降低,將面臨淘汰命運被T8或T5取代,然則相較於T8,T5仍有些缺點。
T5_fault
低溫光衰
上 圖可看出,相較於T8,T5有明顯的低溫光衰特性,較不適用於低溫環境,個人推測因固態汞不易於低溫環境氣化激發螢光粉體。當其光衰,相對效率就會不若 T8,舉例20 度C 環境溫度(Ambient),T5已光衰超過20%,T8 仍有100%光輸出;現今技術T8與T5幾乎在耗電效率上可以做到相差無幾,當選擇使用的時候,務須考慮環境條件。
根據經濟部能源委員會編印的便利商店節能技術手冊如下圖所示:
法規1
法規2
[法規:CNS691]
以40W燈管為例(不管你是T5、T8、T9)非三波長燈管效率需達72-81lm/W或是三波長84-90lm/W(預熱起動);非三波長燈管效率需達75-77lm/W或是三波長75-84lm/W(瞬時起動)。
以業界技術其實可以遠超過法規。無可厚非,法規必跟隨界標準之後,不然要叫技術稍微落後的小廠都不要做了嗎!?不過這個標準跟我們可以做到的節能減碳有段距離,只要良好的安定器搭配,要做到90lm/W並不是難事。相反的,如果你量測你的燈具,效率低於法規,你需要檢討設備,是否能改善,免於做為殘害地球的元凶之一。
--
相關文章:
環保非T5日光燈不可!?(站內)
T5 T8 T9 電子安定器概述
--
燈管粗細
[各種日光燈]
燈頭
[各類日光燈頭]
PL E27
[圖左:各類PL燈,和日光燈一樣需要使用安定器,原理相同;圖右:自帶安定器並使用E27燈頭的螢光燈類,螺旋燈,3U燈屬於此類]
螢光燈類含汞量逐年下降的歷史
mercury
 
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