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隨著(zhù)社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展，伴隨著(zhù)精神、物質(zhì)文明建設的需要，對城市光亮美化的要求越來(lái)越高。霓虹燈作為商品宣傳的傳統手段已成為城鄉亮光工程的主要風(fēng)景線(xiàn)之一，對其在數量上和質(zhì)量上的要求亦相應提高，而為霓虹燈配套的變壓器也將成為城市亮光工程和商品宣傳中不可缺少的元件。 世界上第一支商業(yè)性霓虹燈的出現是在1910年，我國第一次制成的霓虹燈是在1927年。為霓虹燈配套的電感式霓虹燈變壓器，其生產(chǎn)技術(shù)仍沿用至今。它存在著(zhù)耗電大（功率因數為0.5～0.6）、重量重（8～1kg）、體積大、壽命短（因為溫升高）等問(wèn)題。尤其是耗電大的問(wèn)題尤為嚴重，據了解北京市對電感式霓虹燈變壓器的年需要量為100萬(wàn)臺。假設每臺變壓器每天平均使用4小時(shí)，則每年耗電量為190萬(wàn)度（千瓦時(shí)），與功率因數為0.9的電子式霓虹燈變壓器比較，相當于一座中型發(fā)電站的電力被白白浪費了，就全國而言，浪費的電力更為嚴重。 從節能考慮霓虹燈變壓器的升級換代已成為當前急需解決的一個(gè)課題。電子式霓虹燈變壓器是升級換代比較理想的產(chǎn)品，與電感式產(chǎn)品比較，它具有節能（功率因數為0.9～接近于1）、重量約輕4倍左右、體積減小1/3、壽命長(cháng)、具有燈管開(kāi)路和短路的全自動(dòng)保護功能及亮度不隨輸入市電電壓變化而改變等優(yōu)點(diǎn)。 但是，目前市場(chǎng)上出現的許多種電子式霓虹燈變壓器還不夠理想。例如：基本上只能用于室內（因為是開(kāi)放式結構）、亮度不夠高、自動(dòng)保護系統的可靠性差和成本高等，技術(shù)經(jīng)濟性已成為推廣應用它的主要障礙之一。 由于公開(kāi)發(fā)表的技術(shù)專(zhuān)著(zhù)較少，蔡祖泉同志的《霓虹燈原理與制造技術(shù)》一書(shū)是我國第一次全面論述霓虹燈和它的變壓器的原理與制造的技術(shù)著(zhù)作，它對提高我國霓虹燈工業(yè)的技術(shù)水平起到了很大的作用。但是如何進(jìn)行電子式霓虹燈變壓器的設計則論述較少。其他報刊發(fā)表的論文和專(zhuān)刊也只有具體的電路而未涉及如何進(jìn)行設計的問(wèn)題。本文對如何設計的問(wèn)題進(jìn)行一些探討。 2電子式霓虹燈變壓器的負載特性 冷陰極霓虹燈是在燈管內的低氣壓惰性氣體被高壓擊穿后，產(chǎn)生輝光放電而發(fā)光。霓虹燈進(jìn)入正常輝光放電狀態(tài)時(shí)，維持恒定放電電流的燈管壓降不很高，通常為一個(gè)恒定值。一個(gè)10m長(cháng)的霓虹燈，一般起輝電壓約為15kV左右，燈管工作電壓約為8～10kv左右，工作電流約為20～60mA。適應霓虹燈這種工作特性的電源即俗稱(chēng)漏磁變壓器的電感式霓虹燈變壓器。它實(shí)質(zhì)上是一高漏抗變壓器，其伏安特性如圖1所示。 圖中曲線(xiàn)a是變壓器的負載特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)和橫軸的交點(diǎn)是變壓器的短路電流，它大于燈管的工作電流。曲線(xiàn)和縱軸的交點(diǎn)是變壓器輸出端的空載電壓，此電壓高于燈管的起動(dòng)電壓。曲線(xiàn)b是冷陰極輝光放電霓虹燈的伏安特性曲線(xiàn)。曲線(xiàn)a、b的交點(diǎn)p就是霓虹燈的穩定工作點(diǎn)。 
圖1 電子式霓虹燈變壓器和電感式產(chǎn)品一樣，也是一個(gè)高漏抗變壓器，其負載特性也是非線(xiàn)性的。但是它的起輝電壓、工作電壓和工作電流均比電感式的低一些，這是由于它的工作頻率高所決定的。 3電子式霓虹燈變壓器的設計 電子式霓虹燈變壓器實(shí)質(zhì)上是個(gè)開(kāi)關(guān)電源，即220V市電經(jīng)AC/DC/AC/變換成高于20kHz的高頻電壓，輸入到高頻升壓變壓器去起動(dòng)霓虹燈，如果不考慮產(chǎn)品的經(jīng)濟性，就比較容易設計，性能也可以做得很好。但是這樣設計出來(lái)的產(chǎn)品，成本將會(huì )很高，無(wú)法進(jìn)入市場(chǎng)。這也是電子式霓虹燈在技術(shù)上提高較慢的根本原因。因此，必須在滿(mǎn)足成本要低而且性能要好的條件下進(jìn)行設計，難度是很大的。 3.1以變壓器為中心進(jìn)行設計 設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)，一般都是以電路為中心進(jìn)行設計，然后要求開(kāi)關(guān)變壓器滿(mǎn)足電路的性能。如果采用這種設計方法就很難達到電子式霓虹燈變壓器的要求。為此必須以變壓器為中心進(jìn)行設計，因為只有高漏抗的變壓器才能滿(mǎn)足霓虹燈的工作特性，而電路則處于滿(mǎn)足變壓器漏抗要求的輔助地位。 3.2最佳漏感設計 設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)，希望開(kāi)關(guān)變壓器的漏感不要太大，以免由漏感產(chǎn)生的尖峰電壓損壞開(kāi)關(guān)管。但是，從電子式霓虹燈變壓器的負載特性可知，在最佳燈管工作電流下需要一個(gè)最佳漏感。此漏感比一般開(kāi)關(guān)電源變壓器的漏感大得多，因為它的圈數有數千圈，漏感是與圈數的平方成正比的。 在設計電子式霓虹燈變壓器時(shí)，首先應確定繞組的漏磁結構，再根據功率選擇合適的磁心，但應適當加大（計算方法與開(kāi)關(guān)變壓器相同）。然后按照變壓器輸出空載電壓和燈管工作電壓以及開(kāi)關(guān)頻率確定漏抗，最后計算出漏感（計算出的漏感值是不準確的，需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗加以修正）。同時(shí)根據需要確定電路。 3.3電路的選擇原則 各種單端和雙端的無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源型式均可做為電子式霓虹燈變壓器的開(kāi)關(guān)電源。但是必須滿(mǎn)足成本要低、性能要好的要求。因此設計時(shí)在滿(mǎn)足性能要求的前提下，電路必須簡(jiǎn)單，元器件必須要少。 從電子式霓虹燈變壓器的工作特性（如尖峰電壓高）等考慮，一般采用半橋式比較合適。 3.4開(kāi)關(guān)管的安全工作區與變壓器高壓繞組的絕緣 電子式霓虹燈變壓器因為漏感大、其尖峰電壓>1000V，因此必須考慮開(kāi)關(guān)管阻斷電壓的選擇及緩沖電路的計算，使開(kāi)關(guān)管工作在安全區。 電子式霓虹燈變壓器輸出端的空載電壓高達十余kV，因此，必須重視高低壓繞組間及與地間的絕緣設計。理想的絕緣結構是采用環(huán)氧樹(shù)脂灌注繞組，灌注厚度不應小于3mm。 上述兩個(gè)設計環(huán)節是提高產(chǎn)品可靠性的保證，也是產(chǎn)品質(zhì)量保障體系中的重點(diǎn)。 3.5提高亮度的途徑 亮度低是多數電子式霓虹燈變壓器存在的問(wèn)題，也是推廣使用的障礙之一�？梢钥紤]從兩方面著(zhù)手進(jìn)行設計。 �。�1）加大輸出功率。電感式霓虹燈變壓器的輸出功率約為250W，電子式霓虹燈變壓器由于頻率高，可以考慮加大至130～180W（頻率低的功率可大一些，頻率高的可小一些）。 �。�2）提高開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率可以設計為20～80kHz。 從上述兩方面改善以后，估計亮度可以從800～1100流明提高至1500流明，甚至更高。 4結束語(yǔ) 本文提出從五個(gè)方面進(jìn)行電子式霓虹燈變壓器的設計，其中有經(jīng)驗和教訓，也有設計策略，不一定正確，敬請批評指正。今后要深入研究的工作還比較多，如：提高頻率可以提高亮度的原理、利用計算機進(jìn)行仿真以便從理論上提高設計水平、如何增加電子式霓虹燈變壓器點(diǎn)燃燈管的長(cháng)度（目前國內為12m）、如何進(jìn)一步推廣使用等。 來(lái)源：電子工程網(wǎng) |
