[发明专利]带有降低系统瓦数用的器件的照明系统

说明书

本发明涉及包括高压气体放电灯在内的照明系统，该系统带有一降低该照明系统中系统瓦数用的器件。本发明还涉及安装有该器件的高压气体放电灯。    

高压气体放电(HID)灯，尤其被广泛应用于工业、商店照明以及其他方面。高压气体放电灯，乃是一种带有放电容器(例如由石英玻璃或陶瓷制成)和填充物的灯，以便通常工作在约2个大气压以上时维持放电电弧。高压钠灯、高压汞灯以及金属卤化物灯，属于高压气体放电灯。

如同低压气体放电灯(例如荧光灯)的情况一样，高压气体放电灯具有负阻特性，并且需要稳定镇流器以控制放电灯工作时通过该灯的电流。没有镇流器，放电灯的电流将迅速增大，且在放电灯点燃之后难以控制，导致放电灯故障。最简单的镇流器是与放电灯串联的扼流线圈，且其阻抗是根据预定以保持放电灯电流在所需水平时该型放电灯的工作电压来选择的。这样的镇流器具有不希望的低滞后功率因数(电流滞后于电压)。为了提高此功率因数以及降低起始电流，与其扼流线圈并联接入一电容器。在美国，高压放电灯所用的镇流器通常具有超前的功率因数(电流超前于电压)是通过与电感线圈串联的电容器提供的。以上就是最简单的镇流器构形。应用于高压气体放电灯的非常通用的商品化镇流器，是不变瓦数的自耦变压器(CWA)，能够提供稳定的功率而不管电网电压常见的波动情况。这种镇流器包含高电抗的自耦变压器(一种其部分绕组由次级和初级线圈共用的变压器)和与放电灯串联的电容器，并提供超前的功率因数。

在美国，照明约占电力的20-25％。对于商店、办公室和仓库来说，照明可能要高达其电力消耗的50％。因此，在照明系统中节约电能，可以为这些商务部门提供总电能使用方面的相当大的节约。

商品化的高压气体放电照明设备，采用多个遍及被照明区域的分散的照明器。一个照明器是一个完整的照明机构，它物理支承器镇流器及其外壳、灯座和灯，通常还有一个调整光线的反射镜。改进耗能效率的一种途径是，用新的带有更高效率的放电灯和镇流器的照明器来取代现有的照明设备。例如，用带有高压钠灯和为其设计的镇流器的照明装置替代带有传统汞灯和CWA镇流器的照明器，将为照明系统提供更高的效率。采用这种方法的缺点在于原始投资的成本费用高。

另外一种方法是仅用效率更高的放电灯替换该照明器中的放电灯以得到非常低的成本，因为保留了原有的镇流器和照明装置组件。该放电灯类型可不同于被替换的放电灯。例如，通常是用高压钠灯替换汞灯，它比相同瓦数的汞灯具有更高的效率，并可在同样镇流器上工作。此新的放电灯类型也可与被替换的放电灯相同，但改变为与现有的镇流器一同工作时使用较低的能量。例如，一种节能途径是用具有较低额定电压的高压钠灯来取代相应额定电压的高压钠灯。一般说来，当使用CWA镇流器时，额定的灯电压降低约20％，可使放电灯瓦数降低约10％。

虽然降低放电灯的电压能够获得节能，但其缺点是通过放电灯和镇流器的电流上升。这就引起比使用原来放电灯时更高的镇流器损耗，并且造成系统瓦数下降比放电灯瓦数下降要少得多。如放电灯电压下降约20％，该系统的瓦数仅下降约为放电灯瓦数下降约10％的5-7％。

因此，本发明的目的是降低应用气体放电灯气体的照明系统的瓦数，但并不改变原有的镇流器。

一般说来，根据本发明的照明系统，包括一气体放电灯、一在放电灯工作时控制通过该放电灯电流的镇流器，以及连接在该镇流器和放电灯的放电容器之间的减小放电灯工作时通过该放电灯电流的电流减小器件，该器件的电损耗比放电灯的放电容器或镇流器的电损耗低。通过减小经过放电灯和镇流器的电流来减小放电灯的瓦数，与只降低改进型放电灯的额定灯电压相比，镇流器的损耗将会减小。只要额定的灯电压保持相同，尽管放电灯瓦数较低放电灯瓦数和系统瓦数的降低基本上相同。为达到最大节能，该器件最好基本上没有损耗。

比较有利的作法是使减小电流器件与放电容器并联。为了得到基本合适的电流，此并联器件的阻抗应比该放电灯放电容器的阻抗高约10至20倍。其优点为，流过该器件的电流能比其与放电灯串联时少得多，所以其损耗将低很多，因损耗与电流的平方成正比。