《年产100万只高频无极灯产业化推广应用》技术报告.docx
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《年产100万只高频无极灯产业化推广应用》技术报告
《年产100万只高频无极灯产业化推广应用》
技术报告
2.1研究背景及概况
高频无极灯是一种代表照明技术高光效、长寿、高显色性未来发展方向的新型光源。
它灯内无电极和灯丝,具有超长的寿命,节能效果好,发光效率高,无闪烁,启动和再启动性能优越,具有舒适的灯光和美观的外形,高显色性,可应用于各类场所,功率因数大于0.95,尤其适合在照明可靠性要求较高,需要长期照明,而维修和更换灯具困难的场所使用,是一种代表照明技术高光效、长寿、高显色性未来发展方向的新型光源。
中国是照明产品的生产和消费大国,2010年6月起,国家发展改革委、财政部对全国各地提出财政补贴高效照明产品推广任务量的明确要求(甘肃年推广任务量60万套以上),高频无极灯必将具有极大的市场潜力。
随着市场对高频无极灯的逐步认识与接受,对高频无极灯提出了更高的要求,要求高频无极灯的体积要小,成本要低,工作安全可靠。
本技术依托公司在高频无极灯开发应用领域已取得的技术突破,解决高频无极灯生产中的关键问题,通过工艺技术方案设计、专利技术转化生产流程开发、产品质量检测技术控制以及工艺技术操作规程制定等途径,形成年产100万套高频无极灯产业化推广应用,填补白银市高效节能照明产业的空白,促进我省照明电器行业结构优化升级,协同推动实现全社会节能减排目标任务。
2.2目前技术现状:
高频无极灯采用电磁感应原理,先由电产生磁场,再由磁场产生感应电流,再应用藕合振荡原理将产生的高频电压注入到真空的玻壳或玻管里,与三基色荧光粉及惰性气体作用发光,从而避免电极损耗问题。
由于没有电极,一般来说,电磁感应灯的寿命可以达到60,000小时以上,经过科研人员逐步的完善,光效可以达到85〜90Lm/w,而且高效节能,比一般节能灯节能45%左右,比一般的白炽灯节能85%以上。
虽然高频无极灯比传统光源有着无比的优越性,但真正投入商业化生产,形成产业化并真正服务社会,在技术上还需要更多的完善。
近年来,照明科研人员一直致力于电磁兼容指标达标的研究工作,这些问题对在国内及国际上的市场推广都是尤为重要的。
正是在这样的环境下,研究高频无极灯照明系统就有了实际应用的价值及潜在的巨大商业价值,但降低成本、改进工艺从而实现产业化推广依然是科研人员研究的重点。
2.3技术依据
无极灯生产工艺主要有以下几部份构成:
①清洗-把玻壳内杂物清洗干净。
②配粉,将三基色荧光粉粉末添加必要的辅料,按照严格工艺要求,配制成符合特定参数的水基浆液。
③涂粉-即在玻壳内部涂荧光并风干。
④烤粉-目的是除去玻壳内部有害物质。
⑤擦粉-把玻泡口粉层擦去50-80毫米,以便进入下道工序。
⑥封口-把玻壳和内管组件封接严密。
⑦排气-把泡壳内部氧气等有害气体排尽,充入适量氩气等惰性气体。
本技术利用公司现有专利一种割管机玻璃管固定装置(专利号201520047503.4)等技术,解决无极灯生产工艺中的关键问题,优化无极灯设计定型和生产过程的关键步骤,显著提高工艺参数的一致性与优质品率,由此也提高产品的合格率,增加产量,达到项目要求的技术研发标准,保证连续生产条件下的生产效率和产品质量。
2.4技术路线
高频无极灯,是集电子技术、光电技术等离子体与电真空技术为一体的没有常规电光源所必须的灯丝或是电极的高科技新型光源产品,主要由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成,其发光原理是在输入一定范围的电源电压后,高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给功率耦合器,由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场,对放电空间内的大气进行电离,并生产强紫外光,玻璃泡壳内壁的多基色荧光粉受强紫外光激励发光。
其技术路线为:
2.5高频无极灯产业化应用生产技术研究
2.5.1耦合器的生产技术研究
(1)耦合器的生产工艺原理
耦合器是把能量从高频发生器经线圈耦合到灯泡内的器件。
它由磁芯、高温线、导热棒、绕线架、底座、过渡件和同轴电缆组成。
磁芯和高温线的作用是产生高频磁场。
通过中间的导热棒,线圈产生的多余的热能和放电通过铝制底座传导到外面。
底座有两种功能:
一是保证灯泡和耦合器的连接;二是把多余的热传给散热片,这个散热片必须是灯具的一部分。
通过螺丝与灯具散热片连接。
通过同轴电缆使耦合器和高频发生器相连。
同轴电缆与耦合器固定连接,而与高频发生器通过螺钉可拆卸,目的是方便与灯具的连接。
铜制导热棒伸到灯泡中心为铁氧体磁芯散热,在绕线架上有两层高温线的线圈:
一层输送电流,另一层缠绕在初级线圈当中,但只有一头与线圈相连,这样第二个线圈的电场部分抵消了第一个线圈产生的电场,使公共模式终端电压干扰下降到一个较低的值。
(2)耦合器的生产关键技术
采用双耦合器与快速散热结构,集成符合人眼中介视觉光谱敏感技术与工艺,具有节能、低碳、便捷、寿命长的特点,且更适宜人眼视觉,真正实现了绿色照明。
核心技术:
①耦合器专利技术解决了其散热难题,突破了高频电子镇流器与饱壳装配的技术难点,将高频无极灯紧凑设计,使无极灯三大组件泡体、耦合器、电源集成为一体化产品;
②采用自动保护电路,当耦合器或是泡体出现故障,高频电源能够自动停止振荡,从而保护高频电源不会损坏;
③采用无极灯耦合器的新型调试方法。
(3)耦合器的生产工艺
(1)耦合器电磁线采用高频耐高温的拉克线。
(2)铁氧体磁芯采用高频且高温条件下磁性稳定性较高的铁氧体磁心,即R100镍锌铁氧体磁心。
(3)线圈、磁芯的固定使用耐高温亚胺脂漆浇注或浸泡线圈,在温度250度左右烘干后冷却,进而把线圈与铁氧体磁芯、铁氧体磁芯与导热棒固定在一起,避免在200度高温下线圈松动和脱落,尤其避免了在运输中线圈与铜棒的脱落。
(4)线圈引出线的固定采用在200度温度时仍保持粘性的高温四氟胶布进行帮扎固定,固定可靠。
(5)线圈在绕制过程中的固定采用耐温200度以上的高温布绑扎,在经过高温时不会松动,耦合器线圈电感量稳定,灯泡光效稳定。
(6)底座的加工采用铝合金精密铸造,保证了可靠散热。
(4)耦合器试验参数
选用23W一体化试验灯,经试验测试取得试验数据如下:
耦合器试验记录
序号
充气压力
测试参数
13Pa
16Pa
19Pa
22Pa
28Pa
3B
1A
2A
3A
1B
2B
3B
3B
3B
1
光效lm/W
55.23
54.47
56.49
54.23
57.12
57.01
57.84
56.41
58.25
2
光通量Φ/lm
1248.2
1219.6
1264.9
1229.1
1262.0
1253.5
1292.5
31251.9
1254.5
3
色温K
5159
5162
5146
5137
5135
5149
5166
5084
5067
4
显色指数Ra
80.1
80.4
80.4
80.2
80.4
80.1
80.6
80.1
80.2
5
电流A
0.1664
0.1652
0.1652
0.1671
0.1636
0.163
0.165
0.1645
0.1607
6
电压V
220.1
220.1
220.1
220.1
220.1
220.1
220.1
220.1
220.0
7
功率P
22.60
22.39
22.39
22.68
22.09
21.99
22.35
22.19
21.54
8
功率因数PF
0.6170
0.6156
0.6159
0.6166
0.6134
0.6128
0.6152
0.6128
0.6090
9
色容差SDCM
3.3
3.9
3.1
3.2
3.4
4.1
3.8
2.6
4.0
(5)耦合器尺寸变更(汞泡温度试验)试验
样品选择23W一体化高频无极灯,在混合气25Pa实验条件下经测试数据如后图
R8523W一体化混合气25pa
名称
参数
序号
T(min)
I(A)
U(V)
P(W)
PF
Φ(lm)
Φe(mW)
光效(lm/W)
Tc(K)
主波长(nm)
色纯度()
峰值波长(nm)
半波宽(nm)
红色比()
Ra
耦合器℃
汞齐℃
稀土25pa⑤
0004
30*4
0.1465
219.7
19.36
0.6012
1079
3364
55.73
5067
567.9
11.1
545.2
6.4
19.8
83.3
87.6
43.50
0005
30*5
0.1492
219.8
19.70
0.6005
1139
3563
57.84
5035
567.9
12.2
545.2
6.5
19.6
82.7
117.8
67.10
0006
30*6
0.1489
219.9
19.66
0.6005
1135
3566
57.73
5028
567.7
12.7
545.2
6.4
19.5
82.5
122.2
70.70
0007
30*7
0.1483
219.9
19.62
0.6019
1156
3689
58.93
5023
567.8
12.8
545.2
6.4
19.5
82.8
122.8
72.10
0009
30*8
0.1489
219.9
19.65
0.6004
1171
3762
59.58
5035
568.0
12.2
545.2
6.4
19.6
83.0
123.8
72.50
0010
30*9
0.1486
219.9
19.61
0.6002
1167
3769
59.53
5037
567.8
12.3
545.5
6.5
19.5
82.9
123.7
72.70
0011
30*10
0.1487
219.9
19.62
0.6001
1178
3830
60.06
5026
568.1
12.3
545.5
6.4
19.6
83.3
123.9
72.80
0012
30*11
0.1482
219.8
19.56
0.6003
1170
3811
59.79
5046
567.7
12.2
545.2
6.4
19.5
83.1
123.8
73.00
0013
30*12
0.1482
219.9
19.55
0.5999
1172
3800
59.96
5026
568.0
12.5
545.2
6.5
19.5
83.1
124.0
73.10
0014
30*13
0.1481
219.9
19.53
0.5994
1175
3840
60.18
5035
567.8
12.4
545.2
6.4
19.5
83.2
124.3
73.70
0015
30*14
0.1480
219.9
19.52
0.5999
1186
3898
60.77
5035
567.9
12.2
545.2
6.4
19.5
83.4
124.4
73.80
0016
30*15
0.1484
220.0
19.57
0.5996
1191
3913
60.86
5043
567.9
12.0
545.2
6.4
19.6
83.5
124.5
73.70
0017
30*16
0.1481
220.0
19.55
0.6001
1189
3897
60.84
5043
567.8
12.0
545.2
6.4
19.5
83.3
124.4
74.00
0019
30*17
0.1481
220.0
19.54
0.5997
1185
3887
60.66
5033
568.0
12.3
545.5
6.5
19.5
83.3
124.1
73.30
0020
30*18
0.1480
220.0
19.52
0.5998
1185
3899
60.71
5033
568.0
12.1
545.2
6.4
19.5
83.5
124.2
73.50
0021
30*19
0.1478
220.0
19.48
0.5989
1184
3907
60.76
5064
567.5
11.6
545.2
6.5
19.5
83.5
124.1
73.60
0022
30*20
0.1476
220.0
19.48
0.5999
1196
3959
61.39
5055
567.6
11.8
545.2
6.4
19.5
83.4
124.5
74.00
备注:
磁环长度:
35mm直径:
22mm内径:
11.5mmPF:
0.65环境初始温度:
18.0℃
2.5.2高频无极灯生产工艺提升
解决无极灯生产工艺中的关键问题,优化无极灯设计定型和生产过程的关键步骤,显著提高涂粉的一致性与优质品率,由此也提高产品的合格率,增加产量,达到项目要求的技术研发标准。
(1)喇叭机切割装置的改进
无极灯生产工序中,喇叭机将灯管内的玻璃长管一端翻成喇叭口形状,并割成规定尺寸的短管。
在此过程中,目前使用的切割装置,小刀杆由铜套定位。
因小刀杆要频繁的上下运动,这样极易磨损铜套,使定位不准确,导致产品质量下降,增加产品成本,设备的维护频繁,增加人工成本。
结构:
为了克服现有技术中的不足,本技术设计出一种无极灯用无极灯喇叭机切割装置。
技术方案:
装置包括小刀杆,小刀杆插入立式轴承中,由立式轴承定位,立式轴承外设有轴承套。
立式轴承的内径尺寸与小刀杆的外径相匹配。
功能:
小刀杆由立式轴承定位,定位准确,使产品质量稳定,成品率提高,减少设备的维护,降低成本。
结构示意图:
图中:
1-小刀杆,2-立式轴承,3-轴承套
(2)涂粉机粉浆处理装置
无极灯涂粉过程中,现有技术用的粉浆在使用一个周期后,直接投入下一周期,经过重复使用的过程,在高温环境下粉浆质量恶化,严重影响泡壳涂粉量的一致性,出现粉层不均匀,有亮点,涂花等缺陷,导致无法连续正常生产,影响产品质量。
结构:
为了克服现有技术中不足,本技术设计出一种涂粉机粉浆处理装置。
技术方案:
①涂粉机粉浆处理装置由过滤混匀器,冷却装置和气泡去除网袋组成;
②粉浆回收槽接入过滤混匀器,滤混匀器的出料管从冷却装置中穿过,再接入气泡去除网袋,气泡去除网袋设于粉浆槽中;
③冷却装置上设有热电偶,冷却装置前端设有出水管,后端设有进水管,进水管上设有电磁阀。
④出料管未端设有单向阀。
功能:
按照参数要求使粉浆温度降低,有效调整粉浆的物理参数,滤除杂质,消除使粉浆涂层形成缺陷的气泡,提高涂层一致性,降低产品缺陷率,最终实现连续正常生产。
结构示意图:
图中:
1-过滤混匀器,2-冷却装置,3-气泡去除网袋,4-粉浆回收槽,5-热电偶,6-出水管,7-进水管,8-电磁阀,9-粉浆槽,10-单向阀,11-出料管。
(3)泡壳排气冷却装置
无极灯泡壳排气时,需要对其抽真空,然后向内注入惰性气体后再进行密封。
在此过程中,要对汞齐管进行冷却。
目前使用的冷却系统,是将汞齐管直接插入水槽中进行冷却,这样极易将水带入排气设备中,使抽真空系统受到破坏,发生故障,无法正常生产。
结构:
为了克服现有技术中不足,本技术设计出一种无极灯泡壳排气冷却装置。
技术方案:
①无极灯泡壳排气冷却装置包括水槽,水槽端头底部设有进水管,尾头底部设有出水管;
②水槽为全封闭式,水槽一侧设冷却框体,冷却框体上均匀设有若干插孔。
③插孔的尺寸与无极灯泡壳汞齐管的外径相匹配。
④插孔的数量与排气车工位上泡壳的数量相等。
功能:
汞齐管不与水直接接触,设备正常运行不受影响,保证产品质量。
提高生产效率。
结构示意图:
图中:
1-水槽,2-冷却框体,3-插孔,4-进水管,5-出水管
2.5.3高频无极灯的工业化应用实验
按照研发计划,公司在实验室小试结束后,进行产品小批量试制。
在分解工艺优化后进行的综合工艺优化过程中进行了可靠性寿命参数优化试验,同时对单一气体及混合气体充气的压力对灯参数试验。
经过一年的应用实验,效果良好。
实验情况如下:
(1)电流VS时间曲线测试
选择23W实验灯,分别在混合气(2粒汞)25Pa1APF0.61和混合气(2粒汞)25Pa2A、混合气(4粒汞)25Pa1A、混合气(4粒汞)25Pa2A实验条件下进行测试
①混合气(2粒汞)25Pa1APF0.61条件下测试实验
实验测试数据(部分)如后图所示
Number
Time
Current(A)
Voltage(V)
Power(W)
Luminance(cd/m2)
x
y
u'
v'
CCT(K)
0
00h00m00s
0
0
0
1215.9
0.34
0.3544
0.2069
0.4853
5203
1
00h00m15s
0.16717
219.97
22.882
1184.1
0.34
0.354
0.2071
0.4851
5203
2
00h00m30s
0.16676
219.96
22.758
1187.5
0.3403
0.3546
0.207
0.4854
5193
3
00h00m45s
0.16741
219.96
22.852
1201.2
0.3406
0.3552
0.207
0.4857
5182
4
00h01m00s
0.16806
219.98
22.926
1215
0.3403
0.3547
0.207
0.4855
5191
5
00h01m15s
0.16854
219.95
22.985
1214.7
0.3404
0.3554
0.2068
0.4858
5191
6
00h01m30s
0.16898
219.93
23.047
1224.6
0.3408
0.356
0.2069
0.4862
5176
7
00h01m45s
0.16951
219.93
23.1
1236.7
0.3411
0.3559
0.207
0.4862
5166
8
00h02m00s
0.16984
219.92
23.174
1246.9
0.341
0.3556
0.2071
0.486
5171
9
00h02m15s
0.17017
219.93
23.219
1256.6
0.341
0.3559
0.207
0.4861
5171
10
00h02m30s
0.17068
219.95
23.284
1262.9
0.3411
0.3561
0.207
0.4862
5166
11
00h02m45s
0.17107
219.96
23.323
1271.8
0.3414
0.3565
0.207
0.4865
5157
12
00h03m00s
0.17136
219.93
23.37
1277.2
0.341
0.3563
0.2069
0.4864
5169
13
00h03m15s
0.17134
219.95
23.416
1277.5
0.3411
0.3567
0.2068
0.4865
5166
14
00h03m30s
0.17166
219.95
23.447
1283.6
0.3411
0.3575
0.2065
0.4869
5169
15
00h03m45s
0.1721
219.96
23.474
1287
0.3414
0.3574
0.2067
0.4869
5157
16
00h04m00s
0.17234
219.94
23.491
1292.7
0.3413
0.3578
0.2065
0.4871
5159
17
00h04m15s
0.17242
219.94
23.508
1300
0.3422
0.3588
0.2067
0.4877
5132
18
00h04m30s
0.1727
219.97
23.523
1316.9
0.3423
0.3587
0.2068
0.4876
5130
19
00h04m45s
0.17254
219.93
23.529
1320.8
0.3417
0.3578
0.2068
0.4871
5149
20
00h05m00s
0.17267
219.97
23.528
1320.9
0.3417
0.3579
0.2067
0.4872
5149
②混合气(2粒汞)25Pa2A条件下测试实验
实验测试数据(部分)如后图所示
Number
Time
Current(A)
Voltage(V)
Power(W)
Luminance(cd/m2)
x
y
u'
v'
CCT(K)
0
00h00m00s
0
0
0
1291.7
0.3286
0.3319
0.2078
0.4723
5678
1
00h00m15s
0.19321
219.68
27.283
1303.3
0.3288
0.3319
0.2079
0.4723
5669
2
00h00m30s
0.19532
219.71
27.513
1330.8
0.3296
0.3324
0.2083
0.4726
5633
3
00h00m45s
0.19598
219.72
27.551
1310.7
0.3304
0.3353
0.2077
0.4743
5592
4
00h01m00s
0.19649
219.73
27.593
1293.5
0.3295
0.3341
0.2075
0.4735
5636
5
00h01m15s
0.19684
219.73
27.605
1300.8
0.3294
0.334
0.2075
0.4734
5642
6
00h01m30s
0.19713
219.75
27.616
1336.4
0.3312
0.3364
0.2078
0.4749
5555
7
- 配套讲稿:
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部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
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