智能穩壓電源在路燈照明中的應用

引言

現今工業(yè)廠(chǎng)區普遍有較大的工作區域，其間路燈眾多，一般采用的是高壓鈉燈，而該燈功耗非常大，導致廠(chǎng)內供電電壓不穩定，波動(dòng)幅度大。尤其在下半夜，電壓通常高達250V以上，致使燈泡損耗率極高（達60%以上）。為節省能耗，減少浪費，降低成本，有必要進(jìn)行節能改造。

1 節能改造分析

1.1 供電狀況

供電部門(mén)為了避免輸電過(guò)程中的各種損耗以及用電高峰期造成線(xiàn)路末端電壓過(guò)低對用電設備產(chǎn)生的不良影響，而以比標稱(chēng)電壓高10%的電壓向用戶(hù)（以單相220V標稱(chēng)電壓為例，實(shí)際供電電壓為220+22010%=242V）供電，以確保供電線(xiàn)路遠端的電壓不會(huì )低于220-22010%=198V。因此供電線(xiàn)路上的絕大部分區域的電壓都會(huì )等于或高于標稱(chēng)電壓（220V）。我國用戶(hù)變壓器的標準變比為10kV/0.4kV,但10kV高壓線(xiàn)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254V（0.4V/10V11kV/1.732=254V）。

1.2 用電狀況

照明用電設備（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，城市或地區的供電電壓會(huì )隨該地區的用電負荷減少而升高，這種現象在工業(yè)區尤為突出。

特別是深夜，供電電壓會(huì )比正常值220V高出10%~15%。

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

1.3 可行性節電分析

燈具在運行中消耗功率的計算公式為：

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(chǎng)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 照明節電改造主要由以下三方面工程構成

（1）穩壓控壓，實(shí)現節能

安裝高精度多時(shí)段可控慢斜坡線(xiàn)性實(shí)時(shí)穩壓節電設備，分時(shí)段實(shí)時(shí)穩壓控壓，根據燈具和用電場(chǎng)所狀況將毫無(wú)穩定可言的市電電壓實(shí)時(shí)精確穩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)現節能。并有效保護燈泡，延長(cháng)燈具壽命。

（2）提高功率因數，實(shí)現節能

本文設計的智能穩壓照明節電器，可在電路功率因數較低時(shí)，對電路實(shí)施無(wú)功補償，提高功率因數，減少無(wú)功損耗和無(wú)功電流在電路中有功損耗，實(shí)現節能。

（3）平衡三相輸出，減少零序電流，實(shí)現節能

智能穩壓照明節電器具有自動(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(xiàn)電流和環(huán)相電流，極大地降低線(xiàn)路損耗，實(shí)現節能。

1.3.2 照明光源狀況

道路、車(chē)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(shuō)明光源狀況。

（1）啟動(dòng)電壓低

高壓鈉燈的技術(shù)參數明確規定：高壓鈉燈應能在低于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，要求電源電壓應大于175V才能觸發(fā)燈泡啟輝并使泡體內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）高壓鈉燈對電源電壓波動(dòng)的要求

高壓鈉燈在使用過(guò)程中對電源電壓的波動(dòng)有較為嚴格的要求。高壓鈉燈電源電壓不能波動(dòng)過(guò)大，電壓突然下降超過(guò)5%可能自行熄滅，而且電源電壓波動(dòng)時(shí)對發(fā)光參數的影響較大。我們認為：由于高壓鈉燈屬氣體放電燈類(lèi)，過(guò)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的氣體放電且充分游離并正常發(fā)光，要求電源電壓應大于175V。當泡體內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氣體分子運動(dòng)的速度成正比，速度越高燈泡壽命越短，而泡體內氣體分子運動(dòng)的速度與燈泡的端電壓成正比?？梢?jiàn)為延長(cháng)高壓鈉燈的使用壽命應盡量適當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(cháng)期工作在180V~200V電壓內要比工作在高于200V的壽命要長(cháng)得多。

b 電壓波動(dòng)對高壓鈉燈壽命的影響

高壓鈉燈屬氣體放電燈類(lèi)，輸給燈泡的電壓越穩定燈泡的壽命就越長(cháng)；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 智能照明節電器工作原理、特性、效果

2.1 智能照明節電器的簡(jiǎn)單工作原理

智能照明節電器的設計源于電磁補償和閉環(huán)跟蹤實(shí)時(shí)穩壓原理，是一款高精度多時(shí)段可控慢斜坡線(xiàn)性實(shí)時(shí)穩壓節電設備，徹底克服了斬波節電器固定式自耦變壓器降壓節電器、分檔調節式自耦變壓器降壓節電器等存在的波型畸變、諧波污染、電壓不穩定、閃斷沖擊（10~20ms）等弊端。智能照明節電器在道路照明節電應用中一般分三時(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。