[스크랩] 전자식 안정기 이해

1. 절전(save)의 원리 ◈  형광램프는 램프 양단의 필라멘트에 전류가 흐르면서 가열되어 형광램프 內의 GAS가 이온화      되면서 빛을 발한다.      전자식 안정기는 25Hz 이상의 고주파에서 작동하기 때문에 전류의 극성이 바뀔      때에도 형광램프 내에 전기적으로 충전된 캐리어가 충분히 남아 있기 때문에 다시 방전을      하기 위한 별도의 전압이 필요없으며, 광효율이 증가함에 따라 약 20% 정도 절전 효과가 있다. ◈  전자식 안정기는 전자 부품으로 회로가 구성되어 있어 자체 소모전력이 적으며      약 5% 정도 절전 효과가 있다. ◈  전자식 안정기는 열 손실로 인한 효율 감소, 역률 저하로 인한 전력      손실(무효전력) 등을 최소화 할 수 있어 장기적으로도 절전효과가 있다.         각 전자식안정기 제조사별로 안정기를 설계함에 있어 다소 차이는 있으나 위의 요소들로      인하여 재래식 안정기(자기식, 쵸오크식) 보다는 약 25%의 절전 효과가 있다. 2.  기술규격에 대한 이해(KS C 8100) ◈  2-1. T.H.D (TOTAL HARMONIC DISTORTION : 고조파 함유율)      고조파는 스위칭 모드 회로로 구성되어 있는 모든 전자 장비로부터 발생하는 것으로서 입력      AC 파형 (60Hz 기본 정현라) 정배수에 해당하는 높은 주파수대에서 파형이 찌그러지는 현상을      HARMONIC 이라하며 통상 1차에서 17차까지의 합을 T.H.D. (TOTAL HARMONIC DISTORTION)      라고 합니다.      특히 고조파에서는 3rd가 총 T.H.D 의 30% 이상을 차지 함으로 3rd를 줄이는 것이 T.H.D를      낮추는 방법입니다. ◈  관련성      선로상에 고조파가 많이 함유할 경우 정현파 (기본파 60Hz)의 찌그러짐으로 하기와 같은      문제점들을 유발 할 수 있습니다.      1. 변압기 손실 및 선로에 용량 감소      2. 중성선의 발열, 차단기 TRIP      3. 정밀급 전자장비, COMPUTER 등의 오동작 요인 ◈  관련 규격      미국 (ANSI) : 20% 미만      K  S           : 고고조파 함유형 30% 미만                         저고조파 함유형 20% 미만      고마크        : 20% 미만 ◈   2-2.  접지       접지의 이유는 2가지로 나누어 볼 수 있으며 안전성과 성능면을 보완하는 역할을 하기 때문에       등기구도 접지를 필히 하여야 합니다.        - 안정성          형광램프용 전자식 안정기는 내부에 충전 부품 (전해 CONDENSER)가 필히 들어가고          있으며, 규정상 전원을 차단하였을 때 안정기의 잔류전압이 1분이내에 45V이내로 방전          (KSC-8100 16항)을 하여야 합니다.          이를 위해서 1차적으로 내부에 전해콘덴서와 병렬로 방전저항을 삽입하고 있으나 무조건          빠른 방전을 위하여 방전저항 값을 낮추면 안정기의 자체 전력 소모 및 저항의 자체 발열          등으로 효율이 저하되어 수백㏀의 방전용 저항을 설계할 수 밖에 없습니다.          그리고 2차적으로 접지를 시켜 잔류전압을 신속하게 방전시켜 주는 효과를 얻을 수          있습니다.          방전이 늦을 경우에는 잔류 전압으로 인하여 입력측 쇼트 또는 금속체 접촉시 스파크가          일어날 수 있으며 형광등의 잔광(번쩍거림 또는 어른거림)이 발생 할 수 있습니다.       - 성 능          E.M.I. 는 전계강도와 단자전압으로 나눌 수 있는데 접지가 없을 경우 특히 단자전압에서          문제가 많이 발생하여 다른 기기에 오작동 등의 발생 요인이 될 수 있습니다.        - 접지회로 ◈  2-3. 온도보호 및 각종 보호기능         1) 온도 보호 기능             회로 설계시 온도 감지 방식에 따라 아래와 같이 구분할 수 있다.             ▶  THERMAL PROTECTOR 방식                  안정기 내부 부품 중 발열을 제일 많이 하는 부위에 PROTECT을 부착하여 과열시                  차단되게 하는 방식으로 온도 상승시 PROTECTOP 동작하여 형광램프가 소등되고                  온도가 원상태로 내려가면 자동 복귀되어 형광램프가 재 점등되는 방식             ▶  전자회로 감지방식                  전자회로를 설계하여 과열시 이상 전압 및 이상 전류를 감지하여 차단 시켜주는                  방식으로 온도가 상승하면 THERMAL PROTECTOR 방식과 같이 형광램프가 소등되나                  온도가 원상태로 된 후 전원을 OFF 후 다시 ON 하면 정상으로 복귀되어 형광램프가                  재 점등되는방식                   관련규정                    -. KS-8100 용어의 정의 7항                    -. 최고표면온도 100℃ 이하인 것 표시할 것                    -. 최고표면온도 초과 이하인 것은 단위로 표시          2)FUSE 의 역할             안정기의 FUSE는 교체가 불가능하도록 설계되어 있다. 이것은 전자식 안정기가             반도체부품을 사용하여 회로를 구성하기 때문에 FUSE가 끊어졌을 때는 회로상의             반도체 부품(DIODE, F.E.T. TR 등)이 이미 과열 또는 과다한 전류 등으로 인한             이상 현상이 발생하여 파괴 또는 손상이 됐기 때문에 FUSE교체한다고 해서             회로가 정상 동작되어지질 않는다.             그럼에도 불구하고 FUSE를 사용하는 이유는 위와 같은 현상으로 화재 또는 같은 선로상의             다른기기 보호의 목적으로 전원 HOT(LIVE) LINE에 FUSE를 넣어 전원을 차단시키는             안전장치 이다. ◈  2-4. LAMP 수명말기 보호장치          LAMP의 수명은 형광램프의 흑화 및 필라멘트 단선으로 인하여 점등되지 않을 때 또는          형광램프의 전광속이 70% 이하로 떨어질 때까지를 형광램프 수명이라 한다.          일반 소비자는 전광속이 70% 이하에 대한 감이 없으며 단순히 점등이 되지 않을 때까지          일반적으로 계속 사용하고 있다.          형광램프가 방전불능 상태에 도달하여 램프 양쪽 끝 필라멘트 부분이 빨갛게 들어오며          램프전체가 흐리게 점등되는 현상을 LAMP수명 말기상태라 한다.          LAMP 말기 시에는 LAMP 양단의 필라멘트에 이상전압과 전류가 상승하여 필라멘트          즉 소켓 부분에 굉장히 높은 열(120°C~150°C)이 발생하여 방치할 경우 화재나 LAMP낙하 등          위험성이 내포되어 있어 이에 대한 대책 보호장치를 전자식 안정기에서는 필수적으로          설계하고 있다.          램프수명 말기 보호 회로에 쓰이는 회로는 여러 방법이 있겠으나 통상 아래와 같다.          ● 보호회로 방식   보호회로 방식 보호회로 보호회로 동작시의 소비전력 1) SHUT DOWN 방식    (발진멈춤) 예민하여 LAMP 취부시 오동작 염려가 있으나 안정성이 높아 고가 제품에 채택하고 있음. 약 0.5 ~ 1W 2) 발진전압 DOWN 방식 말기시 발진 전압을 내려 줌으로서 더 이상의 과열 방지하는 방법으로서 소비전력에 손실이 있다. 약 10 ~ 20W 3) 혼합 방식 위의 1),2)항의 장점만을 발췌하여 혼합한 것으로 LAMP를 등기구에 취부시에는 SHUT DOWN이 안되나 램프의 수명말기 상태가 지속될 경우(약 5분이상) SHUT DOWN이 되는 방식으로 원가상승으로 인하여 고가의 제품에만 적용됨. 약 0.5 ~ 1W ◈  2-5. EMI 와 CASE 재질         EMI는 전계강도와 단자전압으로 나누고 있으며 CASE와의 관계는 전계강도라 할 수 있습니다.         또한 전계강도는 전계와 자계가 발생하고 있는데 다음과 같다.         ● 전계(電界)             전계는 도체에 의해 차폐될 수 있으며, 이것은 전계선(ELECTRIC FIELD LINE)들이             다른 전하와 부딪히면 멈추기 때문이다.             만약, 전계선이 통과하는 곳에 나무들 같은 물체가 있거나 벽이나 지붕이 있다면 대부분의             전계선은 그 물체의 전하와 충돌하여 더 이상 나아가지 못 할 것이다.             이의 영향을 줄이기 위하여 접지 된 알루미늄 같은 차폐된 CASE를 사용한다면 더 많은             전계를 차폐할 수 있다.         ● 자계(磁界)             자계는 대부분의 물질에 의해 차폐되지 않기 때문에 차폐하기란 쉽지 않다.             이것은 자계선(MAGNETIC FIELD LINE)이 전류가 흐르는 도체가 주위에 연속적인             루프를 형성하고 있기 때문이다.             위의 전계강도는 차폐 CASE에 따라 약 90% 이상 차폐가 가능하나 자계는 차폐하기란             어려우나 다행히 전자식 안정기는 전류가 많이 흐르질 않기 때문에 자계에 의한 영향은             아주 미비하다.             문제는 전계강도인데 이에 대한 대책으로 설계시 발진전압을 최소화함으로서 불요복사             NOISE를 근원적으로 줄여 준다면 이 또한 큰 문제가 되질 않는다.                          - KSC-8100 EMI 전계강도 규격 40 ~ 54dB              ◈  2-6. 2등용과 1등용 안정기의 차이         원칙적으로 1개의 LAMP에 1개의 안정기를 사용하는 개념이 우선적이다.         그러나 2개의 LAMP를 사용하는 등기구의 경우에는 대부분 원가 절감을 위하여 2등용 안정기를         보편적으로 사용하고 있으며, 자기식안정기에서는 이에 따르는 문제점이 있어 1등용 안정기를         사용하고 있으나 전자식안정기 1개에 램프 2개를 사용할 수 있어 전자식안정기 만이         가지는 고유 장점이라 하겠다.         1) BLOCK DIAGRAM           2) 2등용 사용시 예상문제점에 대한 대책             ▶  입력(전원)측의 이상 현상 발생시                  입력(전원)측에 정격전압 이상의 과전압 유입이나 기타 문제점 발생시 1등용이나 2등용                  전부 점등되지 않음.             ▶  출력(LAMP)측의 이상 현상 발생시                  LC공진 회로를 별도로 사용하였기 때문에 램프 각기 별도로 동작함으로 1등용과 같은                  효과임             ▶  2등용 안정기로 인한 용량 부족                  2등용 안정기에 대한 용량을 충분히 계산되어 설계되었으므로 F.E.T. 또는 기타 부품의                  용량부족으로 과열이나 또는 이상현상이 발생치 않음             ▶  램프 1등만 사용시 문제점                  절전하기 위해 램프 1등만 사용하기 위해서는 LAMP를 소켓에서 양쪽 모두 제거하여                  LAMP를 완전히 빼어 놓으면 1등용 안정기와 똑같은 기능을 합니다.                  다만 통상적으로 램프 핀을 한쪽 소켓은 빼고 한쪽은 소켓에 걸쳐놓았을 경우는 소켓에                  접촉이 되어진 램프부분의 필라멘트에 예열전류가 계속 흘러 LAMP의 흑화 현상이 발생                  하며 조기에 필라멘트가 단락되어 램프를 사용할 수 없으며, 입력전력도 그 만큼 더                  소비하게 됩니다. (단점)   ◈  형광램프(FLUORESCENT LAMP)의 특성 1. 기본구조     형광램프는 저압 수은증기가 두개의 전극사이에서 아크가 생길때 253.7nm의 파장을 갖는     자외선 에너지를 발생시켜 방전관 내벽에 칠한 반투명의 형광물질을 자극시킴으로써 빛으로     변환합니다.    ● 전극        전극은 두가지가 기본형태로 열음극과 냉음극이 있습니다. 열음극은 이중코일 또는 삼중        코일의 텅스턴 필라멘트 위에 한가지 혹은 여러가지 알카리토륨 금속산화물인 전자방출        물질이 도포되어 있고 가열시 약 800°C에서 전자가 방출됩니다.        일반적으로 형광등에서는 열음극을 사용합니다.   구분/종류 열음극 형광램프 냉음극 형광램프   전극  텅스텐 필라멘트에 전자방출 물질 도포  Ni, Ta, Zr등의 금속   시동방법  예열전류 및 전압에 의한 열전자 방출  고전압에 의한 이온 충격으로 전자방출   시동전압  낮다 (수백V)  아주 높다 (1.2KV이상)   효율  높다  낮다   휘도  높다  낮다   열발생  많다  적다   램프수명  짧다(수천시간)  길다(수만시간)    ● 가스        알곤, 알곤-네온, 크림톤등 작은 양의 고순도 가스를 사용합니다.  충분한 전압이 인가되면        이온화되어 관내 저항이 감소되고 전류가 흐름으로써 수은이 증발하게 됩니다.    ● 형광체        형광체로 사용하는 물질은 무기물의 텅스텐산이나 인산등 산화물과 Mg, Ca 등 금속의 복합        산화물을 사용하고 발광성이나 색조 변경을 위해 Ag, Mn등 불순물 활성체를 혼합시킵니다. 2.  특  성    ● 온도에 의한 특성        수은증기 압력은 형광등내에서 가장 온도가 낮은점에 좌우되므로 온도는 형광등 특성에        큰 영향을 준다.  낮은 온도에서는 수은 증기압은 감소됨으로써 자외선 에너지의 방사가        적어져 형광체의 광출력은 감소되며 높은 온도에서는 방사되는 파장이 길어짐으로 인해        형광체를 자극하기가 어려워져 광출력이 감소됩니다.        광출력과 발광효율은 램프의 관벽 온도가 38°C에서 최대이며 높은 온도에서는 소비전력과        광출력이 거의 같은 비율로 감소하나 저온에서는 광출력의 감소가 매우 현저합니다.        형광등은 관벽온도가 주위 온도보다 높도록 설계되어 있으므로 주위온도 20°~33°C일 때        가장 효율적으로 동작됩니다.    ● 습도에 의한 특성        형광등의 시동전압은 관외벽의 정전 전하에 의해 영향을 받습니다. 관주위의 습기가 많아        지면 시동전압이 더 높게 요구되며 특히 래피드 스타트 형광등의 경우 큰 영향을 줍니다.    ● 형광램프의 정격수명        형광등의 전극에는 전자방출 물질이 도포되어 있으며 이 물질은 고온에서 자유전자를 방출        한다. 전극가열은 아크가 발생하기 전에 전자방출을 원활하게 해주는 예열형과 이온 충격에        의해 아크가 일어난 후 전극을 가열하는 순시기동형이 있습니다.        일반적으로 형광등에서는 열음극이 사용되므로 전자방출이 원활해질 때 까지 예열을 해야        하며, 이는 전극의 온도가 증가함에 따라 방전개시 전압은 급속히 감소하며 전극이 충분한        열전자를 방출하게 되면 방전개시 전압은 더 이상 감소하지 않는 특성이 있습니다.        열음극 램프의 램프수명은 전극에 도포된 Ba, Ca등의 전자방출 물질의 손실율에 의하여        결정됩니다. 도포막의 램프가 시동될 때 또한 램프점등 중에도 전자방출에 의해 도포 물질의        증발이 되는데 이 도포막은 하나 혹은 양쪽 전극에서 완전히 제거되거나 남아있는 도포막이        전자방출을 못하게 되면 램프는 수명말기에 도달하게 됩니다.        시동을 할 때 전자방출 도포막의 일부가 전극으로부터 떨어져 나와 음극 주위의 관 끝에        부착되어 흑화현상을 일으켜 점등시간이 길어질수록 광출력이 감소되므로 실제 형광등을        대체시키는 시간은 본래의 수명보다 짧아집니다.        형광램프는 방전불능시 까지의 점등시간 또는 광속이 최초치 (100시간 점등후)의 70%        (연색성을 개선한 경우 60%)로 감소된 시간 어느쪽이든 짧은쪽을 램프수명이라 하며        보통 방전 불능시까지의 점등시간을 절대수명, 점등수명 또는 음극수명 이라 하고 광속이        70%로 감소한 경우를 유효수명이라고 합니다.        이 수명은 1회 점등시간을 1시간 이상을 규정하고 그 사이의 소등시간을 10분 이상으로        규정하여 반복점등하여 램프가 점등되지 않을 때까지 합계 점등시간 또는 전광속이        초광속의 70%이하로 감소될 때 까지의 합계 점등시간중 짧은 것으로 다수의 램프 수명        시간을 평균하여 정격수명이라 합니다.     ● 형광램프의 수명 특성         형광램프는 사용조건에 따라 광속, 전기적 특성, 수명등에 영향을 줄 수 있으며 특히         전원전압, 주위온도, 점소등 빈도에 따라 램프수명에 큰 영향을 줍니다.         열음극 램프의 시동주기는 램프 수명에 큰 영향을 줍니다. 이외에도 실제 사용하는         곳에서는 램프수명에 영향을 미치는 변수 즉 온도, 습도등의 주위환경 조건 및 안정기의         특성과 스타터 디자인 즉 예열회로의 경우 주요 요소입니다.         요구되는 시동조건을 만족시키지 못하거나 적당한 전압 레벨로 램프를 구동시키지 못하는         안정기는 램프수명에 커다란 영향을 미칠 수 있습니다     ☞ 주위온도와 수명 관계         형광램프는 주위온도가 20°C일 때 최고의 기능을 발휘하게 설계되어 있으며, 고온에서 램프         전류는 증가하여 필라멘트 코일의 온도가 높아지므로 전자방출 물질의 증발이 많아집니다.         또한 저온에서는 시동이 잘 안되며 필라멘트 온도간 낮아지므로 인해 전자방출 물질의 비산이         많아지므로 수명이 짧아집니다.         형광램프를 노출형 기구에 사용할 경우 냉방기구등에 가까이 하여 찬바람을 직접 쏘이면         점등에 문제가 있으며 수명이 짧아 질 수 도 있습니다. 또한 조도가 현격히 떨어지며 삼파장         램프인 경우에는 적색현상이 발생합니다.         주위온도가 높거나 낮아도 램프수명과 밝기에 영향이 있어 수명이 짧아 지며, 특히 온도 낮고         바람이 있는 장소에서는 램프에 바람의 영향이 없도록 커버를 장착하여 사용하여야 합니다.     ☞ 점등 횟수와 수명관계         형광램프의 점등수명은 필라멘트 코일에 도포되어 있는 전자방출 물질의 손실로써         점등중보다 림프시동시의 경우 크며 1회의 점소등은 1~2시간 점소등과 같습니다.     ☞ 전원전압(랩프전압)의 변동과 수명관계         형광램프의 밝기(광속), 전류, 전력은 대개 전압에 비례하여 변화되며, 형광램프의 필라멘트         코일은 정격전압에서 그 기능이 최고로 발휘할 수 있도록 설계되었습니다. 정격전압보다         높아지면 필라멘트 코일온도가 올라감으로 인해 전자방출 물질의 증발이 많아지고         역으로 정격전압이 낮아지면 시동이 불확실(자기회로식)하고 또 점등중에 필라멘트         코일온도가 낮아지므로 인해 전자방출 물질의 비산이 많아지고 수명은 짧아집니다.         전압이 높거나 낮아져도 수명은 짧아지며 정격 전압의 ±60% 범위내로 사용하는 것이         가장 경제적입니다.          ☞ 주위 온도와 방전개시 전압관계         형광램프의 방전개시 전압은 주위온도의 영향을 받습니다.         온도가 낮아지면 방전개시 전압은 높아지므로 자기회로식(재래식) 안정기인 경우         점등이 안되며 높은 전압으로 순간 점등하는 전자식 안정기인 경우 점등은 이루어지나         필라멘트 코일에 도포된 전자방출 물질의 손실이 크므로 램프수명이 현저히 짧아집니다.    ● 형광램프의 주위온도 특성       1) 광출력 특성           형광램프는 관 내면에 도포되어진 형광체를 발광시키기 위해 미량의 수은이 들어있습니다.           이 수은의 증기압과의 관계로 발광효율의 최대가 되는 것은 관벽온도가 약 40°C(주위온도 20°C)           그러므로 주위온도가 이 보다 높거나 낮아도 광출력은 낮아지는 경향을 나타냅니다.       2) 시동 특성           형광램프는 주위온도에 따라 시동전압이 변합니다. 이것은 주위온도가 변함에 따라 특히           관내의 증기압이 변화되고 봉입가스와 수은증기와의 압력비가 변하기 때문에 생기는           현상입니다.           특히 저온에서 시동성이 나쁘게 됩니다.           주위온도 5°~40°C 범위에서 사용되어야 합니다.       3) 저온 때의 특성           형광램프는 주위온도가 약 20°C일 때 발광효율은 최고로 되어져 있기 때문에 추운 장소나           저온 시에는 어두워집니다.           특히 추운 겨울아침 등에는 점등직후 어두운 감이 있고 가물거리기도 하고 수은 부착에 의한           관벽의 흑화현상이 있습니다만 실내의 온도가 올라가면 정상으로 돌아옵니다.           단, 램프주위에 통풍이 있는 장소는 반드시 형광램프에 바람이 영향이 미치지 않도록 COVER를           설치하여 사용하셔야 합니다.            4) 점등중의 램프온도           주위온도 25°C에서 사용하는 경우 일반적인 형광램프는 유리관의 중앙하부의 표면온도가 점등           중 약 40°C가 됩니다. 온도가 최고로 높은 부위는 관 양쪽의 전극부근으로 50°~60°C가 됩니다.    ● 형광램프 사용중의 외관변화       1) ANODE SPOT           전극부근에 발생되는 비교적 명확한 흑화현상을 말하며 이것은 램프 점등 수명이 경과된           것으로 램프의 전극에 도포되어진 전자방사 물질이 비산되어 전극부근의 램프관 벽에           부착되어 만들어진 것입니다. 이 흑화는 장시간의 점등으로 생긴 것으로 조기에 생긴 경우는           아래와 같은 원인이 될 수 있습니다.           ① 점멸이 빈번할 때           ② 전원전압이 너무 높거나 낮을 때           ③ 부적격 안정기를 사용하였을 시           ④ 램프 장착이 불완전 상태 (램프의 베이스 핀이 소켓내에서 접촉불량일 경우)           ⑤ 2등용 안정기에서 램프 한쪽만 사용하기 위해 램프의 베이스 핀을 한 쪽 소켓에 걸쳐놓았을 때        2) END BAND            램프관 끝에서 수 cm지점에서 램프 중앙방향으로 흑갈색의 띠 상태로 생기는 흑화현상을            말한다.            이것은 장시간의 점등 후에 발생하는 것으로 점등 중 램프 내부에 생기는 미량의 불순가스와            수은이 화합한 것으로서 발기와 수명에는 영향이 없습니다.        3) EC흑화            내면의 전도성 피막(EC막)을 입힌 래피드 스타트 형광램프에서 보이는 현상으로 내면            전도성 피막과 수은 입자간의 미세한 방전에 의한 형광물질이 변색되는 것에 의하여            일어납니다.

출처 : 삼진종합설비 (三進宗合設備)

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