摘要：  本文介绍了新光源电磁无极灯的工作原理和特点，并对其发展前景和技术发展趋势作了简单分析。

关键字：  绿色照明，电磁无极灯，工作原理，发展前景

1 前言
节能环保是全人类面临的共同课题，前景无限美好。绿色照明节能设备正在成为全球数亿个家庭的必用品，这形成了目前和未来软磁材料最庞大的市场之一。
寻找长寿命、高光效的光源是人类长期追求。在能源危机日益严重的今天，这变得更加迫切，无极灯的研发历经坎坷，从1880年的理论构思直至1991年产品的初现，经历几代科学家不懈努力。
电磁无极灯没有灯丝，没有电极，以电磁感应方式点灯，高效、节能、长寿、环保，是国际第四代光源，集目前所有光源之优点于一身，节能、节钱、省心、省力，长年点灯，无需维护。高频电磁无极灯工作频率2.68MHz，是工频照明的5万多倍，彻底地消除了传统工频照明固有的“频闪效应”，绿色环保显色性＞80，接近日光，视觉自然。
2 电磁无极灯的工作原理
不论是白炽灯还是高、低压气体放电灯，都是由密封玻壳和电极（灯丝）组成，电能通过电极进入灯泡并转换为可见光。这类传统光源其使用寿命很大程度取决于玻壳内电极的寿命，而电极材料在电场的作用下会产生溅射，致使电极衰老，电极不能发射足够数目的电子，来补充损失的电荷维持稳定的灯管等离子体放电，玻壳发黑，加之玻壳材料和电极材料的膨胀系数不同而引起的慢性漏气等，使传统光源的使用寿命难以提高。
电磁无极灯应用电磁感应原理，先由电产生磁场，由磁场产生感应电流，再将产生的高频电压通过电磁感应措施，采用绕有线圈的磁环套在灯管外将该高频电波能量耦合进充有混合惰性气体和特制汞合金的放电灯管内，（电磁无极灯的灯管内没有传统的灯丝和电极），与三基色荧光粉及惰性气体作用，由于频率达到210kHz，灯管内的电子运动使汞合金分子发生电离和激发，产生253.7nm紫外光子，这些光子打击到涂有稀土荧光粉的玻壳内壁上，就会产生可见光辐射。85瓦电磁无极灯的亮度相当于500瓦白炽灯，比白炽灯节能80%。电磁无极灯的平均使用寿命为6万小时，是白炽灯的50倍。它不仅不会降低照明标准，还可以提供更高质量的照明。磁性（功率）材料作为无极灯耦合器的重要部件得到充分应用。
3 电磁无极灯的特点
(1)世界通用电压，110V-220V±20%，交流、直流两用。
(2)直流工作电压24V-240V，适用于发电厂、商场等特种场所，可组成不间断照明，无须逆变源。用于太阳能照明，可减少太阳能电池板和蓄电池的用量。
(3)可瞬时启动、再启动，不存在低压启动困难和电压高烧坏的可能。
(4)功率恒定，前三代光源是以200V，50Hz的电压直接点燃灯丝，或激发气体放电发光，电压过低或偏高，会影响正常工作和寿命。
(5)“无极灯”，无灯丝、变压器的发热耗损。极高的工作效率，能有效地把电能转换成可见光，使自身的发热量仅为高压钠灯、金卤灯的1/4以下，以上的诸多优点构成了无极灯的寿命可达6万小时，乃至更长的特定条件。
使用专用的反光罩，85W、125W电磁无极灯，可替代250W、400W高压钠灯、金卤灯、照度和视觉效果明显提高，实际耗电不到它们的1/4，寿命是其5倍以上。可减轻供电容量负荷、节省金属线材和更换费用等。
(6)由于发光原理不同，决定了其光不同。众所周知，人眼最敏感的波长为555nm，即为绿光。而电磁灯中其发光的50%-70%为绿光，高压钠灯不含绿光，白光LED仅含10%-25%的黄绿光，故电磁无极灯的人眼感觉即视觉流明是最广的。电磁无极灯与高压钠灯及白光LED的系统光效、等效光效对比见表1。
(7)各种光源照明质量的重要技术参数比较见表2。[#page#]
表 1 电磁无极灯与高压钠灯及白光LED的系统光效、
等效光效对比
主要参数 电磁无极灯 高压钠灯 白光LED
光效（流明／瓦） 82 120 75
流明系数 1.5 0.5 0.9
等效光效（流明／瓦） 120 60 67.5

表 2  各种光源照明质量的重要技术参数比较
光源种类 光效
(Lm/W) 显色指数
(Ra) 色温
(K) 平均寿命
(H)
普通白炽灯 15 100 2800 1000
卤钨灯 25 100 3000 2000~5000
紧凑型荧光灯 60 85 全系列 8000
电磁无极灯 55~70 85 3000~4000 40000~80000
普通荧光灯 70 70 全系列 10000
三基色荧光灯 93 80~98 全系列 12000
高压汞灯 50 45 3300~4300 6000
金属卤化物灯 75~95 65~92 3000~5600 6000~20000
高压钠灯 100~120 23/60/85 1950~2500 24000
低压钠灯 200   1750 28000
LED灯 50~200 75~80  50000~100000

4 电磁无极灯的技术参数
输入电压：88-265V AC/DC 50/60Hz     物理尺寸
工作频率：2.68MHz（高频无极灯 ）    250W-85W
功率因数：≥0.99      140×93.5×50(mm)
环境温度：-20℃~ 50℃      125W-165W
启动时间：≤0.5秒      150×100×55(mm)
电磁干扰：符合GB17743-1999
5 电磁无极灯的发展前景
电磁无极灯的技术开发和电磁无极灯应用一直吸引着国内外电光照明业界的科技开发人员和企业家。这是因为具有许多独特之处，它集长寿、节能和环保于一体，作为一种新型的绿色光源，它与传统电光源相比较其综合效果远远优于其他类型的电光源，目前它的技术和产业正处于快速发展成长阶段，与LED光源一样，电磁无极灯是一种朝阳产业。
电磁无极灯在某种程度上反映出一个国家照明技术发展水平，它是集多种学科进步（如：功率电子学、功率磁材和等离子体学）相结合的科技成果，而决非某个单科门类或某些个人的作用所能及。100年前汤普森(J.Thomson)、泰斯勒(Tesla)发明了无极灯原理，孕育了一百年至今才付诸现实便是印证。值得关注的是，作为世界上最大的节能灯生产国，我国80%的节能灯产品用于出口，国内的使用量很低。节能灯推广主要存在以下障碍：比普通白炽灯贵很多，由于宣传力度不够，很多消费者错误地认为“节能灯节电不省钱”，不愿购买；市场上一些粗制滥造的光效低、寿命短、光衰快的节能灯，打击了消费的信心；缺少鼓励高效照明产品生产、使用的财政、税收优惠政策等。
2011年11月4日，国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》。《公告》决定从2012年10月1日起，按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。[#page#]
发改委表示，中国照明用电约占全社会用电量的12%左右，采用高效照明产品替代白炽灯，节能减排潜力巨大。逐步淘汰白炽灯，对于促进中国照明电器行业结构优化升级、推动实现“十二五”节能减排目标任务、积极应对全球气候变化具有重要意义。与此同时，中国节能灯产品质量水平日益提高及半导体照明技术发展迅速，其在家庭照明、商业照明、道路照明等领域逐步得到应用，不同高效照明产品的发展及日益成熟的技术为逐步淘汰白炽灯提供了重要的保障。
《公告》明确中国逐步淘汰白炽灯路线图分为五个阶段：2011年11月1日至2012年9月30日为过渡期；2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯；2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯；2015年10月1日至2016年9月30日为中期评估期；2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯，或视中期评估结果进行调整。通过实施路线图，将有力促进中国照明电器行业健康发展，取得良好的节能减排效果，预计可新增照明电器行业产值约80亿元（人民币）、新增就业岗位约1.5万个，形成年节电480亿千瓦时、年减少二氧化碳排放4800万吨的能力。
发改委表示，2011年是中国“十二五”规划开局之年，联合国气候变化德班会议开幕在即。值此之际，中国发布逐步淘汰白炽灯路线图，再次表明中国政府深入开展绿色照明工程、大力推进节能减排、积极应对全球气候变化的坚强决心和采取的积极行动，将会对中国乃至全球淘汰白炽灯进程产生重要而深远的影响。
目前，我国照明用电约占社会总用电量的12%，白炽灯的使用量约为30亿只。据测算，用10瓦的节能灯取代亮度相近的60瓦的白炽灯，以全国推广使用12亿只，每只节能灯每天工作4小时计算，每年节省的电量相当于三峡电站全年发电量。
电磁无极灯没有电极，6-8万小时使用寿命、免维护，非常适合使用于高层厂房、运动场馆、道路、建筑物等场合，特别是难以维护的照明场所。电磁无极灯无闪烁，光色柔和，显色指数达80以上，视觉效果好；光通量高、光衰小，保证正常使用寿命内的照度需求；热态即开即亮，防止因意外断电而难以立即再启动所带来的麻烦；功率范围5-1250W，光效可达90lm/W以上，在不降低照明质量的情况下有效节能；具备可以在其额定功率30%到100%范围内稳定工作的良好调光性能，并能与各种智能化控制系统相配套，调光后的光效和显色变化小，这对各种照明场所节能降耗具有十分重要的意义。
6 技术展望
电磁无极灯技术正处于成长期，它的市场认知度也比较低，作为一种环保，长寿，节能的优秀新光源，其技术和质量仍需不断提高和改进，才能更臻完美，首先是泡体的光效要进一步提高才能体现更好节能，现在国内可至63-70lm/W左右，但与高压钠灯单项指标光效相比，仍然较低；光衰曲线善味完成6万小时以上记录，但从3万小时实测记录看来，其趋势是乐观的。另一方面，目前作为点光源式低压气体高频无极灯的电功率仍未突破250W，实际标称功率仅为165W，用于路灯其光通量难以与400W高压钠灯或金卤灯相区敌，电功率的提高受泡体腔内功率磁体发热导热处理成为难题；而功率电子器件MOSFET的选取和高频段使用也带来一系列的技术问题，这也是高频电子镇流器的关键技术。
而研究大功率高光效的金属卤化物电磁无极灯是今后发展的另一个大方向，国外研究表明，无极金卤灯的系统光效已达151lm/W。由于无极金卤灯的使用频率目前定为13.56MHz，EMC的抑制技术要求高，技术难度大，但终归是可以克服的。
高频电磁无极灯用磁芯大都使用镍锌铁氧体材料，因为设计在发光体中间位置的所谓内置式电磁发生器，距被激活的荧光粉有相当大的距离，所以必需产生足够大的电磁能量，才能使之激活发光。这就是使用频率高达2.65MHz的主要原因。但2.65MHz高频振荡产生的电磁辐射、射频干扰问题需要进行技术处理。为了屏蔽掉对人体和其它设备有害的电磁污染，对电磁发生装置的灯腔体，采用了真空涂敷氧化锡、铝薄膜的技术处理工艺，这样既阻碍了灯的透光效率，过高的灯体温度又影响了这种无极灯的光衰和使用寿命，还极大地增加了制造成本。
而低频无极灯工作在中低频率状态下，制造成本较低，通常使用锰锌铁氧体磁芯，其外置式结构利于实现向大功率、超大功率(200W-1000W)灯具发生，所以适用于高大宽广照明区域。它的电磁感应磁环线圈紧紧贴包在发光体玻壳的外端，与要激活的发光物质非常贴近，这样就不需要很大的能量，也就是不需要太高的工作振荡频率，一般200kHz-300kHz都可以十分轻松的产生足以激活发光体内荧光粉的电磁感应能力，效率很高。相对于200kHz左右的振荡频率，在EMC、EMI技术处理手段上就很容易达标，制造工艺相对难度也小了很多。
这两种工作状态对软磁铁氧体材料性能的要求都特别苛刻，既要极低温度（-40℃以下）具有足够的磁导率，启动高频振荡，又要相当高的居里温度（+280℃以上）以维持不停振，还要在如此宽温范围保持较高磁通密度和较低功耗，这是非常大的一个矛盾。镍锌铁氧体材料有高频、高居里点特征，但超低温磁导率低，使线圈感量不足难以启动，且材料功耗较大，灯具发热过高；锰锌铁氧体材料虽有高磁密低功耗优质，但居里点和频率却难上去，高温易停振，灯具体积较大。
立项开发这种材料的思路必须标新立异，因此应开发既能兼顾200kHz左右低频、又能在500kHz直至3MHz频率上综合PC50及3F4的性能，从而能替代μi1500左右的各种高频低功耗材料。同时借助已成功制作PC44材料的工艺技术，还可扩展μi到2000以上，兼顾低频端功耗要求，部分替代PC40、PC44等材料。以创新的理念开发出来的这种新材料系列，不仅能满足无极灯市场需要，还必将为高频功率铁氧体各类磁芯在通信和强电领域的新应用，开拓出一片广阔的天地。
参考文献（略）。