帶遠程監控的路燈照明 節電控制系統設計

0 引言
照明是城市基礎設施的組成部分，在城市的交通安全、社會(huì )治安、人民生活和市容風(fēng)貌中居于舉足輕重的地位，并發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用，也標志著(zhù)城市實(shí)力和成熟的程度?，F有的城市路燈70％以上使用的都是高壓鈉燈，其設計壽命為24 000小時(shí)(5年)。但是，由于電壓波動(dòng)大，許多地區的波動(dòng)甚至超過(guò)額定電壓的15％，特別是在后半夜，由于電負荷減少，使得電網(wǎng)電壓有時(shí)接近245 V，高電壓不但浪費了電能，還縮短了燈泡的使用壽命，事實(shí)上，現在城市路燈的實(shí)際使用壽命平均不到一年。
目前，在供電電源端節能的方式主要有兩種，一是采用半夜燈，二是采用調壓方式。并夜燈是通過(guò)在下半夜關(guān)掉一部分照明燈的方法來(lái)達到節能，它具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是道路照明不均勻，且無(wú)法解決下半夜電壓高而影響光源壽命的問(wèn)題，也不適用于商場(chǎng)、學(xué)校這些室內場(chǎng)所。而通過(guò)降低供電電壓的方法不但可以節能，還可延長(cháng)光源的壽命，是一種較好的節能方式。
為此本文提供了一種基于C8051F310單片機的節電控制系統的設計方案，該系統能針對電網(wǎng)電壓偏高和波動(dòng)現象，并根據用戶(hù)現場(chǎng)的實(shí)際需求，實(shí)時(shí)在線(xiàn)調控輸出最佳照明工作電壓，以將其穩定在允許的范圍內，從而提高電力質(zhì)量，節約照明用電，延長(cháng)燈泡的使用壽命，十分適用于路燈、學(xué)校、商場(chǎng)等室內和室外的照明節電控制。

1 基本設計思路
本文所設計的路燈控制器采用自耦變壓器形式調整負載路燈的電壓，自耦變壓器的一、二次側線(xiàn)圈不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，所以，在輸出電壓調節范圍不大時(shí)，它的容量比較小，所以消耗的材料小，造價(jià)低，效率高，其最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現了電壓的正弦波輸出，其結構和功能都很簡(jiǎn)單，可靠性也比較高。
圖1所示是一個(gè)路燈照明節電系統的基本框圖。該路燈節電控制器要實(shí)現的基本設計思路是通過(guò)閉合在自耦變壓器二次邊不同變比的四個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，使路燈兩端電壓在電網(wǎng)電壓變化時(shí)(主要是夜間電網(wǎng)電壓偏高時(shí))能夠自動(dòng)穩定在一預設值。

熒光燈是一種利用汞放電產(chǎn)生紫外輻射來(lái)激發(fā)熒光粉層而發(fā)光的低氣壓放電燈，是目前工廠(chǎng)、大廈、商場(chǎng)、機關(guān)、學(xué)校和家庭照明的一種主要電光源。表1給出了熒光燈的照度、壽命與電壓的關(guān)系(令額定電壓下的壽命為1)。

由表1可知，若電網(wǎng)電壓為額定電壓220 V，采用90％額定電壓供電時(shí)，燈具壽命可延長(cháng)一倍，照度衰減7％。從人體視覺(jué)學(xué)可知，人的眼睛對光強度變化的感覺(jué)是按對數關(guān)系計算的，照度衰減7％，人的視覺(jué)能夠感覺(jué)到光線(xiàn)變暗1．6％，此時(shí)節約電能19％，可以達到最佳能效比。如電網(wǎng)電壓超過(guò)220 V，則節能率一般在20％以上。所以，90％額定電壓為室內照明供電最優(yōu)運行與節能電壓。
1．1 觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)設置方案
由以上分析可知，90％的額定電壓為路燈或室內照明最優(yōu)運行與節能電壓，即200伏。我國電網(wǎng)電壓標準為220 V(-15％~+10％)，即電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為187～242 V。假設電網(wǎng)電壓在以上電壓范圍內波動(dòng)，并設自耦變壓器各路開(kāi)關(guān)變比分別為a0、a1、a2、a3，那么，可以取電網(wǎng)波動(dòng)的四個(gè)電壓點(diǎn)來(lái)計算設定自耦變壓器的變比，以使電網(wǎng)電壓在這四個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，變壓器輸出均為200V，這四個(gè)點(diǎn)為200V，210V，220V，230V。