基于單片機(jī)控制的智能化路燈節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)

0 引言

隨著大中城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市市容的改善，照明路燈的數(shù)量越來越多，其用電量占城市的總用電量的比例不斷增加。以往的路燈照明大多采用直接供電方式，人工送電人工關(guān)閉。這種方式有許多不足：供電系統(tǒng)在不同的時(shí)間電壓是波動(dòng)的，在用電高峰期，電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當(dāng)電壓高時(shí)不但影響照明設(shè)備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加（電源電壓若增加20%，則耗電量增加44%），當(dāng)?shù)凸葧r(shí)，照明設(shè)備又不能正常工作；利用人工送電，增加人員開資，有時(shí)又不能及時(shí)開閉，即影響正常照明又浪費(fèi)電能。因而有必要針對(duì)上述問題開發(fā)出一種使用方便又節(jié)能的裝置，這種裝置應(yīng)有如下功能。

（1）穩(wěn)壓控制：無論在用電高峰還是用電低谷，始終能使供電電壓穩(wěn)定在額定值范圍內(nèi)；

（2）顯示功能：可顯示輸入電壓、輸出電壓、三相電流、功率因數(shù)、有功、無功等參數(shù)；

（3）定時(shí)啟停：不同地區(qū)不同季節(jié)，晝夜交替時(shí)間是不同的，系統(tǒng)能根據(jù)地區(qū)和季節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)開閉路燈時(shí)間；

（4）根據(jù)天氣情況調(diào)節(jié)啟停時(shí)間：在定時(shí)啟停功能上能有根據(jù)天氣情況開閉路燈；

（5）自動(dòng)功率因數(shù)補(bǔ)償：隨著照明設(shè)備的不斷升級(jí)，系統(tǒng)應(yīng)有功率因數(shù)補(bǔ)償功能；

（6）效率高，無波形畸變，電壓調(diào)節(jié)平穩(wěn)，適應(yīng)負(fù)載廣泛，能承受瞬時(shí)超載，可長期連續(xù)工作，手控自控隨意切換，設(shè)有過壓，欠壓自動(dòng)保護(hù)功能。

1 系統(tǒng)工作原理

交流調(diào)壓方式有多種，常見的有自耦變壓器調(diào)壓方式、調(diào)相方式、磁飽和穩(wěn)壓方式等。這幾種方式均無法滿足路燈節(jié)能裝置的功能要求，自耦變壓器方式在大電流供電時(shí)，由于其碳刷的限制，不能滿足要求；而調(diào)相方式存在著波形畸變，即對(duì)電網(wǎng)有干擾，又對(duì)一些新型照明設(shè)備有干擾，無法滿足要求；磁飽和方式在大功率時(shí)因其體積龐大無法滿足要求。

補(bǔ)償變壓器方式可應(yīng)用于交流調(diào)壓中，這種方式的電氣原理圖如圖1所示。現(xiàn)以一相為列，說明其穩(wěn)壓工作原理。若不計(jì)補(bǔ)償變壓器阻抗壓降，則

式中：Uo—穩(wěn)壓器輸出電壓；
Uo=Ui+Ub
Ui—穩(wěn)壓器輸入電壓；
Ub—補(bǔ)償變壓器的輸出電壓。

調(diào)壓變壓器是一個(gè)雙觸頭輸出，每個(gè)觸頭均可在全程范圍內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)觸頭A在上，觸頭B在下時(shí)，補(bǔ)償變壓器的輸出電壓Ub相位與Ui相同；當(dāng)觸頭A在下，B在上時(shí)，補(bǔ)償變壓器輸出的電壓Ub相位與Ui相反。當(dāng)輸入電壓Ui增加ΔUi時(shí)，控制電路調(diào)節(jié)觸頭A與B移動(dòng)，使觸頭B移到上端，A移到下端，補(bǔ)償電壓Ub也相應(yīng)改變ΔUb，且ΔUb=-ΔUi，Uo= Ui-ΔUb，使輸出電壓Uo保持不變；當(dāng)輸入電壓Ui減小ΔUi時(shí)，控制電路則將觸頭A移到上端，B移到下端，此時(shí)ΔUb=ΔUi，Uo=Ui+ΔUb，使輸出電壓Uo保持不變。

當(dāng)系統(tǒng)是三相電源時(shí)，電路由三相補(bǔ)償變壓器TB、三相調(diào)壓器TUV、電壓檢測(cè)單元、伺服電機(jī)控制機(jī)構(gòu)，保護(hù)電路等組成，電氣原理圖如圖2所示。

調(diào)壓變壓器TUV的一次繞組接成Y形，連接在穩(wěn)壓器的輸出端，二次繞組連補(bǔ)償變壓器TB的一次繞組，而補(bǔ)償變壓器的二次繞組串聯(lián)在主電路中。

其穩(wěn)壓過程是：根據(jù)輸出電壓的變化，由電壓檢測(cè)單元采樣，檢測(cè)并輸出信號(hào)，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)變壓器TUV上的電刷來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓，以改變補(bǔ)償電壓的極性與大小，實(shí)現(xiàn)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)定在穩(wěn)壓整定精度允許的范圍內(nèi)，從而達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的目的。

補(bǔ)償變壓器方式具有體積小、控制靈活、調(diào)壓變壓器的功率和輸出電流可減至最小、可連續(xù)工作和過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。