【特约】城市轨道交通照明无极灯启动过程研究[1]

　　近年来，随着我国经济的高速发展和城镇化进程的不断加快，中大城市的人口规模急剧膨胀，城市的交通供需矛盾日趋突出。由于城市轨道交通特别是地铁具有运量大、速度快、安全、节约用地等优点，日益受到越来越多城市规划者的青睐。截至2013年3月，我国已有35个城市在着手进行轨道交通的规划和建设，我国地铁进入一个快速的发展阶段，预计国家投资将达到1.5万亿，大量的城市轨道交通运输系统逐渐成为消耗电能的大户。地铁运营的能耗主要集中在牵引机车、内部照明、空调系统3个方面。目前牵引机车、空调系统的各项技术已经成熟，相关新技术无法在已完工的地铁中大规模应用，节能潜力不大。由于地铁环境中无法应用自然光，车厢、站台、通道内必须使用人工光源进行24h照明，内部照明系统的能耗甚至要高于空调系统。因此，地铁系统中能进一步挖掘节能潜力的就是内部照明[1]。

　　高效光源是照明节能的首要因素，根据城市轨道照明的需要，地铁照明光源应具有长寿命、低能耗、可靠性高、显色性好和无频闪等特点。参照GB50034-2004 《建筑照明设计标准》，大力推广绿色照明，倡导节约能源，提高照明能效。照明产品选择高效、节能、寿命长的灯具，如LED灯具、无极灯等[2]。因此，节能环保的绿色照明光源如无极灯和LED 灯将成为城市轨道照明的热门光源。与LED相比, 无极灯具有散热容易、单体功率大、无频闪等优点，而且其电磁干扰问题也可以通过提高高频发生器的工作稳定性、给发生器增加金属屏蔽外壳以及给泡壳增加导电金属膜来有效降低[3]。采用电感耦合方式的无极灯与电容耦合的介质阻挡放电[4]不同，前者是正常工作时为感性放电，而后者为容性放电。感性放电无极灯节能效果取决于其光效的高低，光效越高，节能效果越好。光效的高低与无极灯的启动、稳定性[5] 和放电参数[6]等因素有关。尤其是无极灯的启动过程决定着无极灯能否点亮的问题，是无极灯能否顺利广泛应用和提高光效的前提，因此对其进行深入研究具有重要的意义。本文采用高速摄像机和示波器等设备研究无极灯的启动过程，并对该过程的一些结果进行了讨论。

　　1　实验装置

　　为研究无极灯的启动过程，采用一种类似QL85型的无极灯进行实验，实验装置原理如图1所示。工频市电经高频电子镇流器产生2.65MHz的高频电流，当该高频电流流经耦合器线圈时，在耦合器周围产生变化的电磁场，将电能传入无极灯泡体内，加速灯体内部放电空间的电子，当电子能量足够高时与泡体内的低压Ar气分子发生碰撞，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体。等离子激发跃迁辐射出的紫外光子激发灯泡壳内壁的荧光粉产生可见光。泡体内启动过程的放电区域的大小和发光的强弱根据拍摄到的放电图片来确定。放电图片由美国VRI公司生产的Phantom V12摄像机进行拍摄，该相机全幅分辨率为1280×1280 pixels，最短曝光时间1μs，对于300～800nm波段的光的平均相应度为0.26A/W，无极灯距相机3米。TektronixTCPA300 电流探头(采用10A/V量程)、Tektronix P6015A 高压探头和Tektronix TPS 2014(100MHz,1Gs/s) 四通道示波器测量电子镇流器输出端的电压、电流和功率等放电参数。此外，在泡体径向距泡体表面30厘米处放置一光敏电阻将其变化用同轴电缆连接于示波器端口以记录光强度信号的变化(图中未示出)。

　　图1实验装置原理图