【摘要】我國是能耗大國，電力能源對經(jīng)濟發(fā)展的制約也越來越大，因此節(jié)約電能就顯得格外重要，而照明節(jié)電器的廣泛應(yīng)用，是節(jié)電有效措施。本文主要對照明節(jié)電器及其在路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析。
　　【關(guān)鍵詞】照明節(jié)電器;路燈系統(tǒng);應(yīng)用
　　一、照明節(jié)電器的構(gòu)成與工作原理、特性
　　1、照明節(jié)電器的構(gòu)成
　　針對不同的工作場合，照明節(jié)電器分為單相和三相兩種類型。為方便起見，下面分析以單相照明節(jié)電器為主(見圖1)，同時給出三相照明節(jié)電器的原理可以由單相照明節(jié)電器類推而出。
　　
　　圖1單相照明節(jié)電器原理框圖
　　由圖1可見，單相照明節(jié)電器的構(gòu)成主要分為三大部分：
　　(1)補償變壓器B。起到改變一、二次側(cè)交流電壓和隔離的作用，即將一次側(cè)的可變電壓耦合到二次側(cè)形成△u，并與輸入電壓Ui疊加，來調(diào)整輸出電壓U。的大小。
　　(2)單相固態(tài)正弦波電壓調(diào)整器。在控制信號的作用下，產(chǎn)生與交流電網(wǎng)同步的正弦波補償電壓，并將此電壓提供給補償變壓器B。
　　(3)單片機控制、保護電路。單片機按照預(yù)先設(shè)計好的運行模式來控制照明節(jié)電器的正常運行；在線檢測外部輸入、輸出的相關(guān)信號(電壓、電流、功率、元器件溫度等)，在異常狀態(tài)下進行安全保護。
　　2、照明節(jié)電器的工作原理
　　1）電壓調(diào)整回路
　　由圖l輸入電壓Ui輸出電壓U0和補償電壓△U關(guān)系如下：
　　Ui=U。+△U
　　其輸出電壓U。=Ui一△U，通過改變電壓補償器B的一次電壓及其與控制電路的配合，即可按照節(jié)能模式運行。
　　2）單片機控制、保護回路
　　(1)單片機控制部分主要是按照預(yù)先設(shè)置好的照明節(jié)電器運行的模式曲線來控制電壓調(diào)節(jié)器的工作，并穩(wěn)定在設(shè)定的電壓上。
　　(2)保護回路將實時監(jiān)測到的啟動、延時、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流的值與事先設(shè)定值進行比較分析，一旦出現(xiàn)異常事故將旁路開關(guān)自動投入，保證照明系統(tǒng)以市電正常工作。其運行模式如圖2所示。
　　
　　圖2照明節(jié)電器運行模式
　　3、照明節(jié)電器的特性
　　1）提高用電器的效率。照明節(jié)電器是通過提高用電器的使用效率，降低功耗而節(jié)能的，其電壓調(diào)整器不同于普通的降壓變壓器，其在降低電壓的同時保證電路的功率因數(shù)及效率不變，使燈光系統(tǒng)能穩(wěn)定在低電壓及低電流狀態(tài)下工作。
　　2）照明節(jié)電器采用非相控技術(shù)調(diào)節(jié)不產(chǎn)生任何高次諧波，不污染電網(wǎng)。
　　3）其單片機控制模塊將微電腦芯片與高效電感換流技術(shù)有機結(jié)合在一起，通過電感之間的電磁相互作用，回收彼此相反的剩余電流和無功功率，改善供電品質(zhì)，抑制超標(biāo)能耗，可以最大限度地降低燈光照明系統(tǒng)的電耗，從而達到延長用電設(shè)備使用壽命和節(jié)約電能的雙重目的。
　　4)整個設(shè)備沒有需要維護的調(diào)整部件(如電機、炭刷等)，幾乎可以做到免維護。
　　完善的動態(tài)檢測功能，具有輸入、輸出、電壓、電流、功率等異常保護功能，可以延長燈管的使用壽命，且不增加交流電網(wǎng)總的諧波含量。設(shè)有獨立的旁路開關(guān)，故障時能及時退出運行，保證照明燈具仍然能夠使用。
　　二、幾種照明節(jié)電器分析
　　1、自耦降壓式節(jié)電器
　　自耦降壓式節(jié)電器的原理是通過一個自耦變壓器機芯，根據(jù)輸入電壓的高低，用接觸器或可控硅連接不同的變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5、10、15、20V或作5、10、15、20、25、30、35V等幾擋，從而達到節(jié)電的目的。
　　1）使用多擋降壓的降壓變壓器。無法起到對光源保護的作用由于其核心部件是一臺多抽頭的自耦變壓器，變比是固定的，一般的副邊有三到五個降壓抽頭，每一抽頭互差5V，即一旦進入某擋，降低的電壓就固定，電網(wǎng)電壓在上下5V內(nèi)波動時，控制電路不會動作，即節(jié)電器的輸出電壓也有上下5V的波動，這樣照明燈具的工作電壓照樣仍處在不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，無法起到對光源保護的作用。而電網(wǎng)電壓低時可能還會出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成燈具無法正常啟動點亮，反而會降低
　　燈具的壽命，這是這類裝置存在的最大安全缺陷。
　　2）換擋調(diào)節(jié)時。可產(chǎn)生跳變電壓和瞬變沖擊電流跳變電壓使燈光存在明顯的時暗時明的閃亮現(xiàn)象，嚴重影響正常照明；瞬變沖擊電流縮短燈具壽命。
　　2、智能節(jié)電器
　　智能節(jié)電裝置的工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸入、輸出電壓的信號與最佳的照明電壓比較，通過運算進行自動調(diào)節(jié)，從而能保證燈具長期保持最佳的照明工作電壓，能有效地保護燈具和實現(xiàn)最佳的節(jié)電效果。智能節(jié)電器的優(yōu)點：
　　1）優(yōu)化電力質(zhì)量。節(jié)約照明用電
　　(1)穩(wěn)定最佳工作電壓：根據(jù)電網(wǎng)電壓偏高和經(jīng)常波動的現(xiàn)象，慢斜坡智能節(jié)電器可實時在線調(diào)控輸出最佳的照明工作電壓，并能將其穩(wěn)定在±2％以內(nèi)，有效提高電力質(zhì)量，從而達到節(jié)電10％～45％的效果。
　　(2)多時段節(jié)電運行，實現(xiàn)最佳節(jié)能：根據(jù)實際用電場所需求，通過程序進行多時段節(jié)能電壓設(shè)置，從而可滿足不同場所不同光源、不同時間的需求，實現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。
　　2）有效保護電光源．延長燈具的使用壽命
　　(1)軟啟動和慢斜坡控制：慢斜坡處理智能節(jié)電裝置能夠?qū)崿F(xiàn)燈具的軟啟動和慢斜坡控制過程。燈具在啟動時，采用軟啟動預(yù)熱，可大量減少啟動電流的沖擊，有效提高燈具的壽命。
　　(2)慢斜坡處理：在調(diào)壓和穩(wěn)壓過程中，慢斜坡智能節(jié)電裝置采用慢斜坡調(diào)控方式，使電壓在設(shè)定時間內(nèi)緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流波動的沖擊，從而減少電光的損壞，延長使用壽命。
　　三、照明節(jié)電器在路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
　　下面以常用的高壓鈉燈為例簡單介紹當(dāng)前路燈系統(tǒng)的現(xiàn)況。
　　高壓鈉燈是目前應(yīng)用最廣泛的道路照明光源，而高壓鈉燈及燈具技術(shù)已發(fā)展得較為成熟，高光效高壓鈉燈已普遍應(yīng)用，光效最高可以達到150lm／W，而燈具的效率也提高到75％、甚至80%以上。以廣州市的主干道為例，按平均照度不低于30lux時，照明功率密度(LPD)值不高于1．05，僅有25％道路因光源、燈具效率較低而難以達到此標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)有高壓鈉燈是完全能滿足照明功率密度標(biāo)準(zhǔn)要求的。
　　以主干道為例，按高光效400W高壓鈉燈(發(fā)光效率138lm／W考慮了鎮(zhèn)流器的功耗后系統(tǒng)光效為120lm／W)、維護系數(shù)0．7、燈具利用系數(shù)0．5，主干道平均照度30lux，按平均照度公式計算：
　　
　　式中K——維護系數(shù)0．7
　　ϕ——單位安裝間距內(nèi)總的光源光通量
　　U——利用系數(shù)0．5
　　S——路燈安裝間距
　　W——道路寬度
　　ƞ——光源發(fā)光效率1381m／W
　　P——單位安裝間距內(nèi)總光源功率
　　從以上公式可以進一步推導(dǎo)出功率密度P和平均照度、光源發(fā)光效率、燈具利用系數(shù)、維護系數(shù)的關(guān)系：
　　
　　即LPD為0．71時即可滿足30lux的平均照度要求，比照明功率密度標(biāo)準(zhǔn)1．05低了32％，如果采用250W高壓鈉燈(光效為128lm／W考慮了鎮(zhèn)流器的功耗后，系統(tǒng)光效為～111lm／w)，則該LPD值為0．77，由此得出高光效高壓鈉燈是完全可以滿足節(jié)電標(biāo)準(zhǔn)、且作為道路照明節(jié)電方案實施的。
　　在對現(xiàn)有路燈節(jié)電改造中，高壓鈉燈也要根據(jù)道路實際情況來確定實施方案，比如對主要因道路亮(照)度過高而造成的LPD超標(biāo)問題，應(yīng)對道路的LPD、照度進一步核對，對燈具效率有效合理情況下，可降低光源功率或通過節(jié)電設(shè)備(調(diào)壓節(jié)電或單燈功率鎮(zhèn)流器)節(jié)電。如對使用400W高壓鈉燈(光通量55000lm)、平均照度大于50lux的主干道，可以更換為250W高壓鈉燈(33000lm)。改造后照度降低為：50×33000／55000=30lux，仍滿足設(shè)計要求改造后節(jié)電率：(400—250)／400=37．5％。
　　同時雖然LED路燈價格在不斷下降，但價格基本在4000元以上，是高壓鈉燈(含電器、光源、燈具)3倍以上，一個中型規(guī)模城市5、6萬盞路燈更換成LED，其投入是相當(dāng)大的，而采用更新高壓鈉燈的改造方式則要經(jīng)濟的多，尤其僅需更換光源、電器時，改造成本更低，高壓鈉燈節(jié)電改造是低投入、高回報。高壓鈉燈日常維護主要是光源和電器，在故障時易于維修，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，不同廠家光源、電器可以互換，維護成本低。
　　可見高壓鈉燈使用時，具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點。而城市道路照明要實現(xiàn)有效節(jié)電、降低成本、保證照明功能指標(biāo)、維護便利的目標(biāo)，選擇高壓鈉燈節(jié)電還是最簡單、直接有效的節(jié)電方法。
　　結(jié)語
　　總之，我國電力能耗大，電力節(jié)能是我國減能減排的重要舉措，照明節(jié)能器在節(jié)能上有很大優(yōu)勢。在實際的使用過程中應(yīng)根據(jù)照明的實際環(huán)境需求來加以綜合考慮，這樣既能達到節(jié)約電能的目的，又能滿足實際的使用要求。
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