荧光灯负载与自镇流灯负载

荧光灯负载与自镇流灯负载

德牌仪器 罗宣果

2017.1,8

概述

随着科技的高速发展，家用开关控制的负载种类越来越多，变化也越来越快；以灯为例：白炽灯、卤钨灯、石英灯、电感式日光灯、电子式日光灯、节能灯、LED灯等等。由于每一种负载的特性不同，所以我们的标准也必须根据这些变化做相应的修订。

开关标准GB16915.1-2014提供了三种标准模拟负载，19.1是通用感性负载，19.2是荧光灯负载，19.3是自镇流灯负载。

其中19.2和19.3都是强调带电流冲击特性的负载。本文将重点比对分析19.2和19.3这两种负载，并得出一些重要结论。 一，负载模拟电路

下图为19.2和19.3的标准负载模拟电路。由图可见19.2是一个RLC交流电路， 19.3采用了整流和滤波电路。从元器件上对比19.2的电容是交流无极电容，19.3采用的是有极性的电解电容。

19.2荧光灯负载电路

19.3自镇流灯负载电路

二，实际模拟负载

19.2叫做荧光灯负载。标准要求cos￠=0.9（滞后），属于感性负载（实际中我们将19.2称作容性负载），所以标准模拟的实际负载是：带功率因素校正电容的电感式镇流器日光灯，显然这个负载早已过时了。这个负载模拟不了实际中大量使用的电子式镇流器日光灯（其cos￠大于0.98）。

19.3叫做自镇流灯负载。参见标准GB_T 17263-2013 《普通照明用自镇流荧光灯 性能要求》，我们知道自镇流灯的含义是：含有灯头、镇流器和灯管，并使之为一体的灯，这种灯在不损坏其结构时是不可拆卸的；自镇流灯的特点是直接接入市电就可以使用了。由此可见前期流行的节能灯也属于自镇流灯；随着节能灯逐渐退出使用，目前最典型的自镇流灯就是LED灯。

参见标准附录C《19.3电路的来源》，我们可以看出标准是以15W的LED灯作为典型电路，并详细给出了单灯和多灯负载下的模拟电路、冲击电流和冲击能量等参数。由此可见19.3

负载就是模拟一

个或多个LED灯并联在一起的负载。

（提问： 19.1模拟的是什么实际负载？）

三, 测试电流或测试功率

19.2是按照同19.1一样的标称额定电流来定义负载功率和进行测试的，比如额定电流16A开关要在16A电流下进行测试。因此19.2除了考核电流冲击之外也考核了产品的额定负载能力。

由标准中的表1可见19.3的测试负载最大只有350W（约1.4A），远小于开关的标称额定电流；而且19.3正常操作完成后的温升测试又需要改用额定电流进行测试，因此我们认为19.3是单纯考核产品的抗冲击能力。

四， 测试电源容量的影响

标准中19.2和19.3都对测试电源（的容量）做了要求：在cos￠=0.9±0.05（滞后）时其预期短路电流应在3kA~4kA之间 (19.1由于冲击电流较小，因此无此要求)。

这个要求非常重要，因为19.2和19.3都需要考核冲击电

流，只有保证测试电源的容量才能够保证负载能够输出这么大的冲击电流。

通过调查发现很多实验室的电网容量根本达不到这个要

求，大部分实验室也从来都没有测量过电源的预期短路电流。在此我们建议每个实验室都需要测这个预期短路电流值并做备

案。

对于19.2负载基于测试电源容量的差异我们可以得出如下结论：不同实验室，不同测试环境中就算是同一台19.2负载输出的冲击特性也有差异，从而导致测试结果也会有差异。

实际工作中我们也经常遇到这种情况（比如OEM厂与客户之间，工厂与第三方检测机构之间的测试结果差异），当然也不排除其他因素导致的差异。

测试电源容量对19.3负载同样有影响，但是由于标准中对于19.3负载有输出冲击参数要求，我们只要保证了标准要求的输出冲击参数，这个影响就可以排除掉，详细我们将在后面讨论。

那么如何保证标准要求的测试电源容量呢？有二个方案，一个就是改造实验室电网，比如从变压器直接拉专线进实验室，这个费用成本很高，很多实验室都难以做到。第二个方案就是在具体被测开关的供电端（注意：不是实验室供电端）安装一个有源提升装置，通过有源硬件来改变测试电源的容量（具体可咨询德牌仪器来获取完整的硬件解决方案）。

五， 标准要求的差异

以下为19.2的标准描述：

由此可见标准中只是对制作负载所需的关键元件参数做了要求，但是实际上在负载的加工制造过程中由于元件选型不同，制造工艺不同（包括内部配线大小以及布局等因素），导致其整体参数肯定有差异，这些差异直接会导致负载柜输出的冲击特性也会有差异。

由于标准中没有对19.2的输出参数做量化要求，所以我们也无法通过事后调整或者补偿来达到输出的一致性。因此不同供应商，甚至同一供应商不同批次的19.2负载就算在同一测试电源条件下其输出的冲击特性也会有差异的。

以下为19.3的标准描述：

荧光灯负载与自镇流灯负载.doc下载

由此可见，标准中除了对关键元件参数做了建议要求，还对负载输出的五个冲击参数的做了具体量化要求。这五个参数包括：额定电压；输出功率；90度冲击波形；Ipeak；I2t。必须这五个参数都 一致符合标准要求才是合格的负载。

那么19.3有没有受测试电源容量的影响呢？答案是有的。19.3负载在送达客户的测试现场后还需要根据当地的电网情况做参数调试后才能够正常使用（标准规定误差在5%以内）。而19.2负载基本上是送达客户的测试现场接上电源就可以直接使用了。

综上所述，由于标准中19.2负载没有对输出冲击参数做具体的量化要求，所以不同实验室做出来的测试结果有差异。而19.3负载对输出参数做了量化要求，因此在不考虑其他非相关因素的前提下其测试结果我们认为是一致的.

由此可见，19.2的冲击特性测试只是定性的测试，其测试结果会有差异；19.3的冲击特性测试是定量的测试，其测试结果一致性很好！

六， 相关建议

1， 建议每个实验室对自己的19.2负载测试一下90度冲击波形，

Ipeak和I2t等参数并做备案，尤其是第三方检测机构更需要标明负载的冲击参数。

2， 建议标准增加19.2的输出冲击特性参数要求，以达到测试结果

的一致性。

进一步考虑到重复测试的因素以及实际模拟负载的变化，为了提高测试效率和减少资源浪费，我们建议标准取消19.2项的测试。

3， 建议将19.3项的测试强制化以确保产品测试结果的一致性。

七， 19.3负载的技术方案

自镇流灯负载柜的开发从技术上讲存在较大难度。据我们了解目前国内外能够做到完全符合标准要求的自镇流负载柜的厂家非常少, 这也导致业内很多大公司和专业检测机构对市面上的自镇流灯负载柜都持观望态度。也有部分公司已经买了19.3负载柜，但是经过我们去现场计量检测发现其完全不符合标准要求。

以下是德牌仪器开发的一款三工位自镇流灯负载柜。

该设备具有如下特点：

1、本负载装置出厂前已经预置好标准要求的负载条件。只要测试电压调节到250V~， 操作人员按下与待测开关额定电流相同的开关按钮，其额定功率，冲击波形，Ipeak和I2t就符合标准相应要求。

2、使用方便直观，数显输入电压和输出功率，指针式电流表可以观察到冲击电流情况。

3、工位数3个，可以同时独立进行3个开关的测试。

4、带计量模式和计量专用端口，内置90度合闸板，方便测量冲击波形，Ipeak电流值和I2t能量值，完全满足标准对设备计量要求。

5、本设备内部配备调压装置，无需再外接调压器即能达到开关测试所要求的电压。

八， 19.3负载的计量和验收

自镇流灯负载柜在计量和验收方面也面临较大困难。计量过程要求非常熟悉标准条款，还要懂得冲击波形的取样方法以及I2t的积分算法等，目前国内真正能够计量自镇流灯负载柜的专业机构很少！有些公司买了自镇流灯负载柜并且贴上了计量合格标志，但个中原因大家都很清楚。

下面我们提供一套自镇流灯负载的验收标准和计量方法供大家参考：

1，电路设计

负载柜电路应按标准19.3的图14b进行设计，要注意打方框的两种器件，有整流桥和极性电容（电解电容），这种电容与19.2的

无极性电容不一样（对比下图）。

2，设备输出

电路中R2和应选择，使得当开关触头在相位角90°闭合时电流峰

值Ipeak和I2t值（从电流峰值的10%到10%进行积分）达到表19中给

出的值（±5%）。R4值的选择应能使之达到额定电流。

负载B中选择R2和C的意思是电阻R2的电容C可以调节。“开关

触头在相位角90°闭合时电流峰值Ipeak和I2t值”的意思就是计量电

流峰值和电流平方乘时间的积分是在90

度合闸时得到的，设备要有

一个90度合闸控制。正常测试时90度合闸控制不起作用，开关的通断是按日常操作那样在随机相位角接通的。

“R4值的选择应能使之达到额定电流”这个额定电流不是开关的

额定电流，而是表1对应的功率。

3，设备显示

设备上有功率表和电压表以及冲击电流表用来监控。

4，计量方法（以10A开关为例）

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用一个0.2级的标准电阻（电阻值为0.01欧）串联到开关回路中，用示波器读取标准电阻两端的电压，用电压除以电阻的公式得到电流（I=U/R=U/0.01=100*U），测量波形图如下：

峰值电流Ipeak =100*1.06=106A

将测量到的数据复制到电脑，用Excel软件对采样到的电压信号进行运算。用电压除以取样电阻（0.01欧）得到被测电流值（I=U/R=U/0.01=100*U）。

10A-100W的波形数据如下表所示：

示波器总计取得125000个点，每个点间隔0.00000016秒（具体点数多少取决于示波器带宽和采样率，带宽采样率越大取样数据越多，间隔时间也越小）。由图C)可知积分取大于峰值电流10%的部分，所以我们将所有大于峰值电流Ipeak的10%以上的电流值平方后乘0.00000016秒后再相加，得到积分值为2.8244A2S,符合标准要求的2.8 A2S(标准规定误差小于±5%)。

为了确保一致性和稳定性，以上数据都要要求经过5次以上的测量（包括冷态和热态），测量值均要在标准要求范围之内。

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