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電磁感應燈,是集電子、電磁、真空等技術於一體的國際第四代節能環保型新光源,具有結構簡單、無電極、無燈絲、高光效、高顯色性和長壽命等特點。它的出現為解決上一代光源產品節能不節錢、指標壽命高而實際壽命短等一系列實際問題提供了新的方案。

1 電磁感應燈 -研發背景

自從愛迪生在世界上發明了白熾燈,掀開了人類照明史的第一頁.多少年來,隨著科技的發展,從日光燈到普通節能燈,從高壓汞燈到鈉燈、金屬鹵化物燈等氣體放電燈的相繼問世,以及LED新光源的推出……照明領域取得了一個又一個的進步。然而,研製高光效、高節能、長壽命、健康、環保的新光源一直是照明科技人員孜孜不倦的追求目標。
電磁感應燈
電磁感應燈
 

由於絕大多數光源受電極的限制,在製作和使用壽命方面都有很大的局限性。普通光源一般壽命很難超過10000小時,就算工藝很好的節能燈、金鹵燈,其壽命也局限在20000小時以內。無論是採用這些光源的照明設備的維護維修,還是廢棄光源給環境帶來的污染,都給全世界人民很大的壓力和負擔!所以人們一直致力與研製高光效、高節能、長壽命、健康、環保的新光源。LED解決了其中一些問題,但要真正在全世界普及並服務社會,還需要解決一些其本身帶來的問題。如:如何集中LED點光源形成高強度,大面積的照明等。所以,大批的照明科研人員還是從傳統的電光源著手,以尋求新的突破。

既然絕大多數傳統光源的壽命局限在於電極,那是否可以去掉電極呢?隨著科學技術的發展,人們終於發現了光、電、磁之間的相互聯繫,隨著深一步的了解和大膽創新的構想,科學家們終於成功研發了電磁感應燈(無極燈)。其採用的是電磁感應原理,先由電產生磁場,再由磁場產生感應電流,再應用藕合震蕩原理將產生的高頻電壓注入到真空的玻殼或玻管里!與三基色熒光粉及惰性氣體作用發光,從而避免了電極損耗的問題。由於沒有電極,一般來說,電磁感應燈的壽命可以達到60000小時以上,而且經過科研人員逐步的完善,光效可以達到85~90Lm/w,而且高效節能,可以比一般節能燈節能45%左右,比一般的白熾燈節能85%以上。雖然無極燈比傳統光源有著無比的優越性,但真正投入到產業化並真正服務社會,技術上還需要更多的完善。比如:由於電磁感應燈的電磁工作原理,所以一定會存在電磁干擾的問題,尤其是在大範圍應用中,如何解決這些問題。就成為科研人員主要的攻關課題。近年來,照明科研人員一直致力於電磁兼容指標達標的研究工作,這些在國內及國際上的市場推廣都是尤為重要的。比如,電子產品在國內市場上運作必須通過EMC認證,在歐美市場也有專門的檢測認證如美國的FCC認證。所以雖然說很多有實力的公司在研究這個課題,並有了一些成果,但能在市場上推廣的並不多。在市場上,大家最先看見的應該是歐司朗公司(OSRAM)推出的ENDURA,最先在日本新幹線高速鐵路新竹站上安裝了208隻105瓦燈體。但由於成本太高(500美金左右一隻),所以只能用在比較昂貴的工程中,而不能全社會推廣。緊接著飛利浦也相繼推出了QL系列,價格在200美金左右,比較便宜,但只有功率在25W左右的小功率的電磁感應燈。在推廣中也有相對的局限性。

令中國廣大照明工作人員慶幸和驕傲的是,最先達到無極燈系統化,產業化的是我們中國人自己的企業,我們中國的無極燈企業有比較完善的系列。從20W到200W,以及不同顏色、規格、型號和緊湊型設計。而且最先通過了EMC認證。自從2003年3月份成功投入生產以來。受到廣大照明專家的關注。(蔡祖泉,甘子光等照明專家先後發表過相關言論)。這是光源發展史上的一次重大革命的成功。是中國人的驕傲。比起國外公司的電磁感應燈,我們自己的無極燈有著更大的優越性。該燈的壽命超長。可以達到100000小時以上。從節能角度看,它比一般節能燈節能一倍,光效達到了85Lm/w以上。而且無眩光、無頻閃,低諧波含量小(8%)是真正的綠色光源。而且它的顯色性好(85左右)、千變萬化的造型、適用溫度範圍廣(125C°到-40C°正常工作)、色彩豐富等特性給照明帶來了更多的選擇。但這種電磁感應燈在國內還很少見,最先引起轟動的是國外市場。電磁感應燈最先在德國法蘭克福亮相,引起了國外客戶的極大關注。在國內最先出台是在同年的10月上海工博會,該燈以中國高新科技最高成果特別推薦的身份在工博會亮相,11月又參加了2003廣州國際照明展,引起照明界的強烈反響。

2 電磁感應燈 -今後趨勢

無疑電磁感應燈將成為今後光源發展的新趨勢,帶給中國的不光是源源不斷的經濟效益,更多的將會是相關的社會效應。據調查,全球每年廢棄的節能燈在5個億左右,這給全球帶來的環境污染是無法彌補的!全球每年要花費大量的資金處理這些污染問題,節能燈的污染以引起了聯合國等有關部門的高度重視!電磁感應燈的問世無疑為綠色照明開拓了一條全新的捷徑,由於其超長的壽命,廢棄燈泡的污染問題將被緩解甚至完全解決。所以說它是今後光源發展的趨勢。而不單單是一項高科技產品的發明。
電磁感應燈
電磁感應燈

其次,其高效節能的特性將為全球節省大量的能源。據統計,全球用在照明上的電量佔全部電量的15%左右,隨著城市照明的增多,家庭對照明的重視,這個數值還在逐年上升。電磁感應等比一般節能燈和金鹵燈省電約一倍,這將是非常可觀的一比節約。而且,雖然照明用的是電能無污染能源,但發電所消耗的能源如煤炭、水力、核能極其帶來的污染是不容忽視的!著就是電磁感應燈的環保效應所在!值得注意的是,隨著人們生活品味的提高,高質量的照明被越來越多的人所重視。傳統的熒光燈照明帶來的危害被越來越多的人認識,由於頻閃,眩光等問題,許多長期工作在燈光下的人健康受到影響,大中小學生近視眼的比率逐年升高,令許多家長困擾不已。無極燈的問世將提供給人們全新的綠色照明,無頻閃,無眩光的高質量照明給人們的身心健康撐開一把保護傘。除此之外,它還將帶動已經跌至低谷的中國照明產業,形成新的產業鏈,為行業注入新的活力!
無極燈有著廣闊的社會潛力和市場潛力,是真正的21世紀綠色環保照明新光源,全面提高全人類的照明質量!

3 電磁感應燈 -基本原理

電磁感應燈沒有電極,依靠電磁感應和氣體放電的基本原理而發光。沒有燈絲和電極使燈泡的壽命長達 100,000 小時,是白熾燈的 100 倍,高壓氣體放電燈的 5 ~15 倍,緊湊熒光燈的 5 倍~10 倍。

基於上述原理,氣體通過磁場放電而產生了可見光。即由電子鎮流器產生的頻率為230KHz,金屬線圈磁環組成的電磁變壓器在玻璃管(含有特殊工作氣體)周圍創造了磁場。

由線圈引起的放電路徑形成一個閉路,從而引起自由電子的加速度。這些自由電子和汞原子相碰撞而激發了電子.因為激活的電子從高能態退到低能態,他們放射出紫外線,當通過玻璃管表面的三基色熒光粉時,產生的紫外線轉化成可見光。

電磁感應燈是照明行業中電光源技術的新發明,電磁感應燈的優點是顯而易見的,與傳統的光源相比,電磁感應燈具有十萬小時的高使用壽命,同時免維護費用。高質量的光源,顯色性指數高於80,寬色溫從2700K到6500K。高顯色性使物體的本身的顏色即明亮又逼真,80lm/W的高光效(150plm/W瞳孔流明數)使照明更節能。電磁感應燈還具有更可靠的瞬間啟動性能,同時低熱量輸出,具有更可靠的抵抗電壓劇烈波動的能力,在標稱工作電壓數值的正負20V範圍內,鎮流器可以正常工作,光通量輸出功率消耗和照明效果受波動電壓的影響損失只有2%左右(包括色溫、顯色性等技術指標)。

同時,電磁感應燈的暖白光比黃色的鈉燈更合適應用於道路照明.因為暖白光接近於陽光的表現效果,所以能給路人以溫暖的心裡感受,同時有著更好的可視性,人們易於在暖白光下辨別道路和周邊環境顏色的特點,保證道路行駛的安全性和舒適性。

與黃光相比,暖白光的核心優勢還在於它的照明效率更高,耗電量更少。同樣的路燈,要比黃光至少少用10% 的電能,減少40%的二氧化碳排放量。所以,它也符合環保照明和綠色照明的要求,在能源危機和溫室效應日趨嚴重的現在,有著推廣普及的巨大潛力。暖白光這一先進的理念已經在美國、英國、比利時、挪威等國得到了廣泛應用。

4 電磁感應燈 -技術優勢

1、無極燈沒有燈絲或電極等限制光源壽命的必然組件,不受頻繁開關限制,壽命可達60000小時,是白熾燈的60倍,高品質節能燈、鈉燈和金鹵燈的12倍,一旦安裝使用,長年無需維護。大大減少維修煩惱和更換費用,尤其適用於換燈困難且費用昂貴的場所以及對安全要求尤為重要的場所。如隧道、交通複雜地帶、地鐵站、天花板很高的廠房、危險地域照明、大廳、運動場等。
2、基於氣體放電和電磁感應的原理,高效、節能、環保。同等亮度下,比白熾燈節能80%以上;比電子節能燈節能30%以上;比汞燈、鈉燈和金鹵燈綜合節能40%以上。汞齊可回收,無污染。
3、超低電壓啟動,88V電壓即刻正常工作,適應全球電壓。電壓波動時,燈仍可正常工作。無極燈工作頻率極高,電流過零時導致的光通的頻閃效應被徹底消除了,保護了眼睛的視力健康,有助於提高勞動安全,且可用於直流電源。
4 、在-20℃至+50℃的環境溫度下,無極燈可即開即亮,無須預熱,而電子節能燈、汞燈、鈉燈與金鹵燈等需要3至15分鐘的預熱時間。

5 電磁感應燈 -市場定位

無極燈集多種先進光源優點於一身,長壽、高效、節能、環保、無汞污染、光通利用係數高、光色多,可廣泛應用於室內外照明。既可滿足要求高顯色性和光線柔和、穩定的紡織、印染和精密裝配等室內照明的需求,也可滿足要求暖色調、高穿透力的道路照明需求,符合節能、高效、環保的照明發展趨勢。作為一種成熟的高效、節能、環保型新光源,無極燈目前已進入市場成熟期並將會在照明市場中佔據越來越重要的地位。

6 電磁感應燈 -產品優點

1.長壽命 燈管方面,採用無燈絲的燈管,利用高頻磁環的電磁感應的原理,在封閉的玻璃空腔中激活汞蒸氣電離,形成環形電流迴路,紫外線通過玻璃內壁上的三基色熒光粉,產生各種色溫的可見光。不存在燈絲易斷,電子粉易發射完,燈管電極處易發黑等現象;據權威資料統計,因電極燈絲而造成整燈報廢的失效率在40~60%以上,無極燈管避免了此缺點,故壽命明顯增長,且又能適合於特定有振動的場所。另燈管採用硬性玻璃,使玻璃管腔內保持長期氣密性,並使用特製的汞合金及輔助汞齊技術,採用日本進口的三基色熒光粉,在250KHZ高頻電流的作用下,光衰率有較大的降低。光衰決定了無極燈燈管的壽命,據燈管光衰的科學預算,燈管壽命能超出十萬小時。電器方面,採用自製高可靠的IC晶元,配套美國進口的功率管,注意電壓符合基本要求,保證電流特性、開關特性、發熱溫度性能好的場效應管;採用國內最優質的電磁材料,無論初始導磁率、飽和磁通密度、居里點、高頻磁損耗,磁溫曲線性能都大大超出普通電子鎮流器。薄膜電容、電阻、晶體二極體等生產廠家都經過嚴格的質量評選與落實。整套電器的壽命取決於電解電容的質量,電解電容的漏電流、損耗角的正切值、高頻脈動電流的大小是至關重要的參數,目前此電解電容工作在70℃的環境溫度下,直流電壓為400V的情況下,我廠為確保質量採用105℃耐高溫型、耐壓為450V長壽命的最好質量的電解電容,由日本進口按電解電容的理論壽命計算能達十萬小時。此壽命相當於普通節能燈的10-15倍、高強度氣體放電燈的10-12倍以上,可謂是照明光源產品的「長壽王」。
2.無閃爍 部分熒光燈,大多數高壓鈉燈、金鹵燈等採用電感式鎮流器,工作效率為電源工頻,因而對移動的物體明顯感到頻閃現象。部分熒光燈及極少數高強度氣體放電燈、緊湊型節能燈等都採用20-60KHZ頻率,因高強度氣體放電燈有聲頻共振現象故極易使燈光不穩定和有閃爍而熒光燈和緊湊節能燈,因高頻交流在單位時間內存在由強到弱,由弱到強,20-60KHZ周期性變化過程,從而導致燈光出現同等頻率的閃爍現象,這種閃爍為光通量的波動深度達50%,長期潛移默化危害人的視力,造成近視,另據英國劍橋大學醫學研究中心S.A.Waling博士和國際照明委員會J.schanda教授指出這種光度的波動即閃爍,還會引起偏頭痛疾病,故存在一定的光污染。電磁感應燈,工作頻率達250KHZ左右,另整套電路採用有源功率因數校正電路,恆功率輸出且增大濾波電解的容量降低燈管的CF值,故基本達到恆光通的輸出很低的光通量波動深度,這樣光亮無閃爍,保護視力,實在是一種健康、舒適的理想光源。
3.節能 當今世界環保已經成為人類生存和世界經濟發展所急需的首要問題,中國是人口眾多,資源相對不足的國家,中國照明耗電大體佔全國總發電量的10-12%,為三峽水力發電量的兩倍左右,故照明節能具有重大意義,國家節能辦正竭力提倡使用高節能、高效率的產品。電磁感應燈採用APFC電路,功率因數達0.99,功率因素為有用功率之比,這樣整燈輸入電流小,無用功基本為零,全為有用功,即線路上承受的功率全發揮效率,因此大大減小輸入導線的線徑,減少輸配動力設備的投資,無形中節省國家電能。另光效達80Lm/W,屬於高光效,超出白熾燈、普通熒光燈和緊湊型節能燈,也接近金鹵燈、高壓鈉燈的光效,但金鹵燈、高壓鈉燈及常規熒光燈的功率因數很低,尤其金鹵燈、高壓鈉燈有的低於0.3。故電磁感應燈綜合效率、綜合節能指數應首當第一。
4.範圍寬 燈功率及電源電壓的範圍寬,電磁感應燈的燈功率現可以從20W到250W,故適合應用的範圍更廣。普通熒光燈的功率適用於小功率,小於80W故適用於民用。高強度氣體放電燈則適合做超出100W大功率的燈,故適合室外及公共場所的使用。電磁感應燈故能適用室內外。電源電壓範圍85—277V,電壓範圍極廣,更方便應用於內外城鄉,故有較好的通用性,穩定性更為可靠。
5.高顯色性 因採用三基色熒光粉,顯色指數超出80,應在目前照明光源中屬最高;顯色恆定,克服了高強度氣體放電燈的點光源發光現象,色溫不一致且色溫漂移大的缺點,另顯色指數遠低於電磁感應燈。顯色指數高,便於在光照下還原事物的原色,提高事物顏色的解析度,故此類燈更有利於應用在商場、學校等公共場所及家庭。圖書寫字時對視力也有一定的保護功能。
另外,電磁感應燈的抗干擾、成本低、重量輕、自身功耗小、無噪音、瞬間點燈、低含汞量、防眩光等特點都具有顯著的優勢。電磁感應燈創造了新一代的光源,為推進中國的照明事業作出了貢獻,同時,使為造福全人類、實現健康環保的綠色照明的希望成為了現實。

7 電磁感應燈 -技術比對

電磁感應燈與其它光源的對比
1.電磁感應燈特點 【電磁感應燈】(High Frequency Electrodeless Induce Lamp)利用高頻電磁場激發無極放電腔而發光的一種新型照明光源,發光原理為高頻電磁場能量以感應方式耦合進燈泡內,激發燈泡里的稀有氣體電離而形成等離子體,等離子受激發原子返回基態而自發輻射出紫外線,而導致燈泡內壁的熒光粉受激發而發出可見光。
電磁感應燈的 顯著特點就是沒有傳統光源的電極部分,
適用場合:廠房、商嘗運動場館、倉庫、路燈
特點:超長壽命(100000小時)、無電極、無光衰、瞬間啟動和再啟動、無頻閃、顯色性好。
用途:公共建築、商店、隧道、步行街、高桿路燈、保安和安全照明及其他室外照明。
具體特點:
·超長壽命,40W以下>5年,40W以上>10年,長年使用免維護,壽命是普泡的100倍
·高功率因數>0.99,高效節能,比普泡節電10倍
·高顯色性,Ra>80,高光效,>80Lm/W
·工作頻率:210KHz,無閃爍,光線柔和,全面護眼
·光通量恆定,2000小時持續燃點,光通維持率達95%
·諧波含量達到國際L級標準,更加環保
·可頻繁開關,保證節電的可行性
·可瞬間啟動
·可超低溫啟動,零下25℃正常工作
·使用電壓範圍廣,90V~305V均能正常工作
·色溫範圍廣,2700K~6400K,色彩豐富
·電磁兼容指標達標,國際EMC、FCC標準
·硬質玻璃管,造型多樣,晶元式電器,可靠穩定
2.白熾燈特點 【白熾燈】(Incandescent lamp) 用通電的方法,將物體加熱到白熾狀態而發 光的燈。
特點:顯色性好(Ra=100)、開燈即亮、可連續調光、結構簡單、價格低廉,但壽命短、光效極低。
用途:居室、客廳、大堂、客房、商店、餐廳、走道、會議室、庭院。
運用方式:檯燈、頂燈、壁燈、床頭燈、走廊燈。
3.熒光燈特點 【熒光燈】 (fluorescent lamp)俗稱日光燈,主要是由放電產生的紫外輻射激發熒光粉層而發光的放電燈。
特點:光效高、壽命長、光色好。
熒光燈有直管型、環型、緊湊型等,是應用範圍十分廣泛的節能照明光源。
直管型一般使用的有T5、T8、T12等規格。
4.高壓汞燈特點 【高壓汞燈】(High pressure mercury 1amp)放電穩定時,汞蒸氣的分壓強達到或大於103Pa的汞燈。
特點:壽命長、成本相對較低,但其能效比較低。
用途:道路照明、室內外工業照明、商業照明。
5. 高壓鈉燈特點 【高壓鈉燈】(High pressure sodium lamp)放電穩定時,燈內鈉蒸氣的分壓強達到106Pa的鈉燈。
特點:壽命長、光效高、透霧性強。
用途:道路照明、泛光照明、廣場照明、工業照明等。
6. 低壓鈉燈特點 【低壓鈉燈】(low pressure sodium lamp) 放電穩定時,燈內鈉蒸氣的分壓強不超過幾個帕斯卡的鈉燈。
特點:發光效率特高、壽命長、光通維持率高、透霧性強,但顯色性差,顯色指數低。
用途:隧道、港口、碼頭、礦場等照明。
7.金屬鹵化物燈特點 【金屬鹵化物燈】(halide lamp)由金屬蒸氣與金屬鹵化物分解物的混合物放電而發光的放電燈。
特點:壽命長、光效高、顯色性好。
用途:工業照明、城市亮化工程照明、商業照明、體育場館照明以及道路照明等。
8. 陶瓷金屬鹵化物燈特點 【陶瓷金屬鹵化物燈】
特點:性能優於一般金鹵燈。
用途:商嘗櫥窗、重點展示及商業街道照明。
附表-1五種類型燈的能效及使用壽命對比表
燈類型
光效(Lm/W)
平均使用壽命(小時)
汞燈
30~50
12000~24000
高壓鈉燈
80~100
12000~24000
低壓鈉燈
80~180
10000~18000
金屬鹵化物燈
80
10000~15000
無極燈
85
50000~100000
附表-2五種類型燈的優缺對比表
燈類型
優點
缺點
汞燈
安裝及購買成本低
使用壽命適中
可調光
低效能,顯色性差
強光導致刺眼
亮度隨著時間推移而急劇變暗
使用有害物質—汞
高壓鈉燈
能效高
應用廣泛,可靠
使用壽命適中
橙黃色光
顯色性的缺陷導致安全問題
不能快速啟動
低壓鈉燈
能效極高
使用壽命適中
快速啟動,極小閃爍
不會吸引大部分的昆蟲
橙黃色光
顯色性的缺陷導致安全問題
部件昂貴
金屬鹵化物燈
良好的顯色性
比汞燈更好的能效
強光
應用廣泛
使用壽命短,高維護費用
高溫常導致鎮流器燒壞
電磁感應燈
能效高,高節能
白光,顯色性極好
瞬間啟動,無閃爍
超長使用壽命
可調光
初始成本高
以現有的部分燈具設備,兼容性不佳

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