智能穩(wěn)壓電源在路燈照明中的應(yīng)用

引言

現(xiàn)今工業(yè)廠區(qū)普遍有較大的工作區(qū)域，其間路燈眾多，一般采用的是高壓鈉燈，而該燈功耗非常大，導(dǎo)致廠內(nèi)供電電壓不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度大。尤其在下半夜，電壓通常高達(dá)250V以上，致使燈泡損耗率極高（達(dá)60%以上）。為節(jié)省能耗，減少浪費(fèi)，降低成本，有必要進(jìn)行節(jié)能改造。

1 節(jié)能改造分析

1.1 供電狀況

供電部門為了避免輸電過程中的各種損耗以及用電高峰期造成線路末端電壓過低對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的不良影響，而以比標(biāo)稱電壓高10%的電壓向用戶（以單相220V標(biāo)稱電壓為例，實(shí)際供電電壓為220+22010%=242V）供電，以確保供電線路遠(yuǎn)端的電壓不會(huì)低于220-22010%=198V。因此供電線路上的絕大部分區(qū)域的電壓都會(huì)等于或高于標(biāo)稱電壓（220V）。我國(guó)用戶變壓器的標(biāo)準(zhǔn)變比為10kV/0.4kV,但10kV高壓線路的實(shí)際供電電壓為11kV（10+1010%=11kV），因而低壓端的單相實(shí)際輸出電壓最高可達(dá)254V（0.4V/10V11kV/1.732=254V）。

1.2 用電狀況

照明用電設(shè)備（燈具）的正常工作電壓范圍（單相，即相電壓）是220（110%）V（即198V~242V）。通常，城市或地區(qū)的供電電壓會(huì)隨該地區(qū)的用電負(fù)荷減少而升高，這種現(xiàn)象在工業(yè)區(qū)尤為突出。

特別是深夜，供電電壓會(huì)比正常值220V高出10%~15%。

照明線路多為未經(jīng)無功補(bǔ)償即向燈具供電，功率因數(shù)極低，電路的無功損耗和無功電流在電路中造成的有功、無功損耗都比較大，造成了電能的極大浪費(fèi)。

1.3 可行性節(jié)電分析

燈具在運(yùn)行中消耗功率的計(jì)算公式為：

式中P——燈泡消耗的電功率；

U——供給燈泡的電壓；

R——燈泡的阻抗。

燈泡一經(jīng)出廠其阻抗R則已確定，因此改變供給燈具的供電電壓，燈具所消耗的電功率將會(huì)隨供電電壓下降的平方關(guān)系迅速下降。

1.3.1 照明節(jié)電改造主要由以下三方面工程構(gòu)成

（1）穩(wěn)壓控壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

安裝高精度多時(shí)段可控慢斜坡線性實(shí)時(shí)穩(wěn)壓節(jié)電設(shè)備，分時(shí)段實(shí)時(shí)穩(wěn)壓控壓，根據(jù)燈具和用電場(chǎng)所狀況將毫無穩(wěn)定可言的市電電壓實(shí)時(shí)精確穩(wěn)定地控制在燈具所需的電壓值上，在確保正常照明的前提下可極大地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。并有效保護(hù)燈泡，延長(zhǎng)燈具壽命。

（2）提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

本文設(shè)計(jì)的智能穩(wěn)壓照明節(jié)電器，可在電路功率因數(shù)較低時(shí)，對(duì)電路實(shí)施無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少無功損耗和無功電流在電路中有功損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（3）平衡三相輸出，減少零序電流，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

智能穩(wěn)壓照明節(jié)電器具有自動(dòng)平衡三相輸出電壓的功能，輔以工程技術(shù)人員的安裝處理，可極大地平衡三相供電電流，有效地減少在零線電流和環(huán)相電流，極大地降低線路損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

1.3.2 照明光源狀況

道路、車間等場(chǎng)所的大功率照明，通常使用的光源為氣體放電燈，如金鹵燈、高壓鈉燈等。下面以高壓鈉燈為例，說明光源狀況。

（1）啟動(dòng)電壓低

高壓鈉燈的技術(shù)參數(shù)明確規(guī)定：高壓鈉燈應(yīng)能在低于198V的電壓下啟動(dòng)；高壓鈉燈在啟動(dòng)時(shí)要求其觸發(fā)器輸出的脈沖峰值電壓應(yīng)2kV（2~3kV），而一盞合格的高壓鈉燈在啟動(dòng)時(shí)只要給該燈觸發(fā)器輸入（17510）V的50Hz市電電壓即可產(chǎn)生峰值為2~3kV的高壓脈沖。為確保觸發(fā)器能順利產(chǎn)生2kV以上的高壓脈沖，要求電源電壓應(yīng)大于175V才能觸發(fā)燈泡啟輝并使泡體內(nèi)的氣體充分游離正常發(fā)光。

（2）燈泡使用電壓范圍寬

高壓鈉燈在啟動(dòng)后燈的工作電壓為（10020）V,即高壓鈉燈啟動(dòng)后將工作在80~120V之間，則不能低于80V,為確保這一工作電壓則要求電源電壓不能低于176V（220-22020%=176V）。

（3）高壓鈉燈對(duì)電源電壓波動(dòng)的要求

高壓鈉燈在使用過程中對(duì)電源電壓的波動(dòng)有較為嚴(yán)格的要求。高壓鈉燈電源電壓不能波動(dòng)過大，電壓突然下降超過5%可能自行熄滅，而且電源電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)發(fā)光參數(shù)的影響較大。我們認(rèn)為：由于高壓鈉燈屬氣體放電燈類，過高的電壓和經(jīng)常波動(dòng)的電源電壓還會(huì)極大地縮短高壓鈉燈的使用壽命。

（4）影響高壓鈉燈使用壽命的因素

a 電壓幅值對(duì)高壓鈉燈壽命的影響

為使觸發(fā)器能順利產(chǎn)生2kV以上的高壓觸發(fā)脈沖，觸發(fā)燈泡啟輝和使泡體內(nèi)的氣體放電且充分游離并正常發(fā)光，要求電源電壓應(yīng)大于175V。當(dāng)泡體內(nèi)的氣體放電且充分游離并正常發(fā)光后，燈泡的使用壽命與泡體內(nèi)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度成正比，速度越高燈泡壽命越短，而泡體內(nèi)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度與燈泡的端電壓成正比。可見為延長(zhǎng)高壓鈉燈的使用壽命應(yīng)盡量適當(dāng)降低輸給高壓鈉燈的端電壓。實(shí)踐證明高壓鈉燈在啟輝后長(zhǎng)期工作在180V~200V電壓內(nèi)要比工作在高于200V的壽命要長(zhǎng)得多。

b 電壓波動(dòng)對(duì)高壓鈉燈壽命的影響

高壓鈉燈屬氣體放電燈類，輸給燈泡的電壓越穩(wěn)定燈泡的壽命就越長(zhǎng)；經(jīng)常突然跳變的電壓會(huì)使燈泡產(chǎn)生沖擊電流和影響泡體內(nèi)氣體的游離狀態(tài)，以至縮短燈泡的使用壽命。

2 智能照明節(jié)電器工作原理、特性、效果

2.1 智能照明節(jié)電器的簡(jiǎn)單工作原理

智能照明節(jié)電器的設(shè)計(jì)源于電磁補(bǔ)償和閉環(huán)跟蹤實(shí)時(shí)穩(wěn)壓原理，是一款高精度多時(shí)段可控慢斜坡線性實(shí)時(shí)穩(wěn)壓節(jié)電設(shè)備，徹底克服了斬波節(jié)電器固定式自耦變壓器降壓節(jié)電器、分檔調(diào)節(jié)式自耦變壓器降壓節(jié)電器等存在的波型畸變、諧波污染、電壓不穩(wěn)定、閃斷沖擊（10~20ms）等弊端。智能照明節(jié)電器在道路照明節(jié)電應(yīng)用中一般分三時(shí)段處理：第一時(shí)段為啟動(dòng)期，第二時(shí)段為上半夜，第三時(shí)段為下半夜。