1、前言

　你是否遇到過這種情況？你完成了一項大型照明翻新改造工程的設計，在工程中你用先進的電子鎮(zhèn)流器取代上千個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)了你設計中明顯的問題，因為照明控制系統(tǒng)的元件在安裝期間已經(jīng)開始損壞。

　 很快人們發(fā)現(xiàn)機械繼電器觸點被熔在了一起，但是為什么會發(fā)生這種情況？電路是根據(jù)國家電器法規(guī)（NEC）的需要設計的，承包商按照工程師的圖紙施工，電子鎮(zhèn)流器是列入UL認證目錄（UL-listed）中的產(chǎn)品，而照明控制繼電器的額定負載的最值設計是合理。那么為什么繼電器的觸點會熔在一起呢？

　　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

　 浪涌電流對于照明設計者來說不是一個新的問題，在IES照明手冊上可以迅速查到白熾燈的鎢絲在冷卻狀態(tài)下存在相當?shù)偷碾娮瑁斒状翁峁╇娔軙r，通過鎢絲的電流量要比當鎢絲達到正常工作溫度時通過的電流量大20～25倍。幸運的是，這種情況通常發(fā)生在零點幾毫秒之內(nèi)。因此為白熾燈負載設計的機械繼電器通常具有超尺寸的觸點以便處理這種電流的初始沖擊。

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

　然而時代已經(jīng)變了。作為設計選擇，國家器具能源保護條例幾乎取消了常規(guī)磁性鎮(zhèn)流器，最新的設計是電子鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器具有體積小、輕便、低能耗、消除頻閃，能為先進的燈提供調(diào)光特性等優(yōu)點。電子鎮(zhèn)流器的可靠性問題在早期的設計中已經(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. 簡單的電子鎮(zhèn)流器設計概念

　　電子鎮(zhèn)流器的設計概念比較簡單。在這種簡單設計中有兩個主要問題。首先，只有當來自整流器的輸入電壓大于電容器的電壓時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問題上有兩個設計上的選擇。首先，他們可以安裝一個由電感器、電容器和電阻組成的被動濾波器，在電路中放置在AC-DC轉(zhuǎn)換器之前。這個濾波器使電流平穩(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))。
　　
　第二個設計選擇是采用一個主動濾波器，將其安裝在橋式全波整流器之后。這實際上是一個既可以過濾流入電容器的電流又可為電子鎮(zhèn)流器提供一個高功率因數(shù)的電子開關。

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

　　4.短路問題

　　由于電感元件的作用，被動濾波器通?？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，一個裝在20A電路上的16A電子鎮(zhèn)流器轉(zhuǎn)換為一個1 600A振蕩器作為照明控制繼電器和電路自動斷路器！這就大大超過了最大電路自動斷路器和繼電器的設計限制。裝置在墻上的開關和照明控制元件（特別是固態(tài)裝置）同樣有損壞的危險。

　大流涌電流的兩個附帶的影響是電壓降低和瞬時諧波失真。假設一座大型辦公樓的一整層的電器設備同時開啟，在上千安培電流中測量到的電流波的影響將可能是一個整個建筑電源供應瞬息電位差和嚴重的諧波失真。造成的不良結(jié)果可能包括計算機和辦公設備的重新啟動，同時可能造成探測器和火警傳感器錯誤發(fā)出警報。

　你可能認為對于鎮(zhèn)流器制造商來說這是一個重要問題。但問題是他們中的大多數(shù)并不重視這個問題。幾乎沒有制造商在產(chǎn)品目錄中公布詳細的浪涌電流數(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100倍于工作電流的浪涌電流在實際中未必會發(fā)生。這些理論的根據(jù)在于假設提供的電源阻抗為零。實際上，公用的電源線、建筑物的電源變壓器、配電盤和分支電路導線都會影響電源的阻抗，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達到理論上所涉及的最大值”。

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

　　6.我們應該做些什么？

　由于NEC沒有特別提出浪涌電流的問題，因此不足以簡單地假設根據(jù)NEC要求安裝的UL-listed電子鎮(zhèn)流器和當?shù)仉姎庖?guī)定要求實際上會提供一個安全和可靠的系統(tǒng)。照明設計者和電氣工程師必須為系統(tǒng)設計承擔全部的責任。

　 以下三個問題需要考慮：

　（1）為你設計中所選擇的鎮(zhèn)流器獲取浪涌電流規(guī)范。有幾種不同的方法測量浪涌電流，但目前用來解釋應該如何規(guī)范浪涌電流的標準還沒有建立起來。測量應該在提供的電源處于峰值輸入電壓時進行，還是隨機進行？是取多次測量的平均數(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，這可能是因為他們沒有對全部生產(chǎn)線進必要的檢測，或是意識到這些規(guī)范將有可能隨著產(chǎn)品的變更而更改。如果制造商重新設計鎮(zhèn)流器的主動或被動濾波器電路，這些規(guī)范同樣也會變更。

　　（2）在整個系統(tǒng)阻抗允許范圍內(nèi)，為你設計中的每一個電路計算理論上的最大浪涌電流。

　　在多數(shù)情況下，這是一個不切實際的建議。即使你已經(jīng)掌握了全部資料，要計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)成猜測的習慣。更有甚者，你可能不得不為建筑物電源系統(tǒng)在未來的擴建預留出設計空間。你當然不會假設在未來更換鎮(zhèn)流器時會
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（電路自動斷路器、機械或固態(tài)繼電器、開關等等）。這可能需要計算由浪涌電流脈沖所顯示的總能量，在這項計算中你需要詳細的有關最大浪涌電流及其衰減特性的資料。

　特別有關系的是固態(tài)繼電器、手動照明開關和占用傳感器。這些裝置的設計很少可以承受1 000A的電流，所以設計時應該仔細選擇這類裝置（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。當然，這將取決于特別的鎮(zhèn)流器設計和浪涌電流的持續(xù)時間）。7 規(guī)范和規(guī)則
　　
　實際上，我們必須認識到，作為已經(jīng)普遍設計并市場化了的電子鎮(zhèn)流器與UL-listed元件并不兼容。NEC有一個不成文的原則，那就是安全和可靠的電氣系統(tǒng)應該由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。

　　照明設計師和電氣工程師們并不會根據(jù)某個制造商的特殊產(chǎn)品來設計照明、電氣系統(tǒng)。特別是當有關浪涌電流規(guī)范的標準還沒有建立起來時更是如此。

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

　　實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試浪涌電流，這些規(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，但除非整個行業(yè)同步進行并且有可接受的工業(yè)標準，否則他們的努力將是沒有意義的。

今日剪影