고출력 무전극 램프 시스템 설계 및 평가에 관한 연구 :A study on the design and evaluation of high power induction lamp system

정영일

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정영일 (원광대학교, 圓光大學校)

지도교수: 朴大熙

발행연도: 2017

저작권: 원광대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

고출력 무전극램프의 점등회로 설계를 통한 특성분석 및 최적화에 관한 연구

정영일 , 정대철 , 박대희 외 1명 한국정보전자통신기술학회 논문지 2017.02 학술저널

고출력 무전극 램프 시스템 설계 및 평가에 관한 연구

정영일 情報通信工學科 2017.01 학위논문

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현재 도로조명의 경우 기존 메탈할라이드 램프 400W이하로 설치되어 있어 에너지절약형 조명으로 대체가 이루어지고 있으며, 무전극 램프는 터널조명과 고천정 조명 적용분야를 타겟으로 더욱 활발한 교체가 이루어질 것으로 예상된다. 따라서 추가적으로 고효율, 고출력 무전극 램프 시스템 개발이 필요한 상황이다.
본 연구는 무전극 램프의 고출력화를 위하여 램프의 가스, 방전관 설계, 점등회로, 등기구 설계를 통한 전기적, 광학적, 열적특성을 분석 및 시뮬레이션을 진행하여 무전극 램프 시스템 최적화를 진행하고자 하였다.
고출력 무전극 램프의 개발을 위한 목적으로 기존의 공정 개선 및 추가를 진행한 후 가스종류 및 가스압, 방전관 및 페라이트 코어 사이즈, 아말감, 구동주파수 등의 설계요소에 따라 무전극 램프 제작하여 특성을 분석 하였다. 또한 고출력 무전극 램프용 점등회로 설계 및 제작을 진행하였고, 등기구가 결합된 시스템의 광학설계를 통한 배광특성을 비교분석 한 후 이에 따른 조도분포 특성을 시뮬레이션을 진행하여 최적화된 고출력 무전극 램프 시스템을 개발 하였다.
고출력 무전극 램프의 방전관은 62mm, 가스는 크립톤(Kr) 100%, 가스주입량 300~350[mmHg] 사이로 가스 압을 최적화 하였다.
인듐(In)아말감을 적용한 무전극 램프로 동일한 전력을 유지함에 따라 고출력 무전극 램프, 점등회로, 등기구 정격에 맞추어 최적화를 완료하였다.
무전극 램프용 점등회로의 설계를 통한 특성분석을 진행하여 개선 보완을 진행하였으며, 점등회로의 구동주파수에 따른 무전극 램프의 광학적 특성 및 시스템 영향을 확인한 결과를 토대로 135kHz로 구동하는 안정기를 최적화하였다.
OptisWorks 프로그램을 이용하여 무전극 램프와 반사판의 거리를 변수로 하여 광학 시뮬레이션 및 Relux 프로그램을 이용하여 배광분포에 따른 높이별 조도 시뮬레이션 진행하고 고출력 무전극 램프 고천정 등기구을 제작을 완료하였다.
결론적으로 고출력 무전극 램프, 점등회로, 등기구 최적화 연구결과를 토대로 무전극 램프 시스템의 설계 및 평가에 대한 가이드를 제시하였으며, 향후 추가적인 연구개발에 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

Currently, road lightings are installed with less than 400W of existing metal halide lamps. These road lightings are being replaced by energy-saving lightings.
Induction lamps are expected to be more actively replaced with targets for tunnel lighting and high ceiling lighting.
Therefore, it is necessary to develop high efficiency, high power induction lamps system.
In this study, the discharge tube design, lmap gas, lighting circuit, and lighting fixture were designed for the high power of the induction lamps. And Induction lamp system was optimized through electrical, optical, thermal characteristics analysis and simulation.
For the development of the high power induction lamp, the induction lamp was fabricated according to the design factors such as gas type, gas pressure, discharge tube, ferrite core size, amalgam, and driving frequency after the improvement of the existing process.
In addition, the design and manufacture of the lighting circuit for the high power induction lamp were carried out.
The light distribution characteristics through the optical design of the lighting fixture were compared and analyzed, and the illuminance distribution characteristics were simulated to develop the optimized high power induction lamp system.
The discharge tube size of the high power induction lamp was 62mm, and the gas was optimized to Kr 100% and gas pressure 300 ~ 350[mmHg].
When the indium amalgam was applied, the induction lamp maintained the same power. As a result, optimization of the induction lamp, lighting circuit, and lighting fixture was completed in accordance with the rating.
The characteristic analysis through the design of the lighting circuit for the induction lamp proceeded to improve and supplement.
Based on the optical characteristics of the induction lamp and the system effect according to the driving frequency of the lighting circuit, the driving frequency was optimized to 135kHz.
An optical simulation was performed according to the distance between the lamp and the reflector by using the OptisWorks program.
and illuminance simulation was performed for each height according to the light distribution by using the Relux program.
As a result, the high power induction lamp high ceiling fixture was completed.
In conclusion, Based on the high power induction lamp, ligthing circuit, lighting fixture optimization study was to present a guide for design and evaluation of induction lamp system.
It is expected to be applied to additional induction lamp research and development in future.

제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 연구 목적 및 범위 3
제 2 장 이론적 배경 4
제 1 절 무전극 램프의 방전 및 발광 4
1. 이상기체 이론 4
2. 탄성 충돌과 비탄성충돌 8
3. 충돌 단면적과 평균자유행로 10
4. 무전극 램프의 발광원리 13
5. 무전극 램프의 등가회로 14
6. 무전극 램프용 페라이트코어 설계 16
7. 무전극 램프용 아말감 설계 19
제 2 절 점등회로 설계 21
1. 점등회로의 구현 기술 22
제 3 절 등기구 설계 28
제 3 장 고출력 무전극 램프 시스템 제작 및 측정 평가 31
제 1 절 무전극 램프 시스템 제작 31
1. 무전극 램프 설계 및 제작 32
2. 점등회로 설계 및 제작 40
3. 등기구 설계 및 제작 43
제 2 절 실험방법 및 시뮬레이션 45
1. 무전극 램프, 점등회로의 특성분석 45
2. 등기구 광학설계 및 조도 시뮬레이션 46
제 4 장 결과 및 고찰 48
제 1 절 고출력 무전극 램프의 가스(혼합가스) 최적화 48
1. 고출력 무전극 램프의 가스최적화 48
2. 고출력 무전극 램프의 방전관, 페라이트코어 최적화 49
3. 고출력 무전극 램프의 가스압 최적화 55
제 2 절 무전극 램프의 아말감에 따른 광학적 특성 분석 및 최적화 58
1. 인듐(In)아말감, 주석(Sn)아말감 적용에 따른 특성분석 58
2. 아말감종류에 따른 등기구 적용 시 최적화 특성분석 62
제 3 절 무전극 램프용 점등회로 특성분석 및 최적화 63
1. 고출력 무전극 램프용 점등회로 설계 최적화 63
2. 점등회로의 구동주파수에 따른 무전극램프 특성분석 66
제 4 절 무전극 램프의 등기구 및 반사판 최적화 68
1. 고출력 무전극 램프의 반사판 설계를 위한 광학 시뮬레이션 68
2. 고출력 무전극 램프의 등기구 조도 시뮬레이션 71
제 5 장 결 론 79

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