基于單片機控制的智能化路燈節能裝置的設計

0 引言

隨著(zhù)大中城市規模的不斷擴大，城市市容的改善，照明路燈的數量越來(lái)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，當電壓高時(shí)不但影響照明設備的使用壽命，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%），當低谷時(shí)，照明設備又不能正常工作；利用人工送電，增加人員開(kāi)資，有時(shí)又不能及時(shí)開(kāi)閉，即影響正常照明又浪費電能。因而有必要針對上述問(wèn)題開(kāi)發(fā)出一種使用方便又節能的裝置，這種裝置應有如下功能。

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

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

（3）定時(shí)啟停：不同地區不同季節，晝夜交替時(shí)間是不同的，系統能根據地區和季節自動(dòng)調節開(kāi)閉路燈時(shí)間；

（4）根據天氣情況調節啟停時(shí)間：在定時(shí)啟停功能上能有根據天氣情況開(kāi)閉路燈；

（5）自動(dòng)功率因數補償：隨著(zhù)照明設備的不斷升級，系統應有功率因數補償功能；

（6）效率高，無(wú)波形畸變，電壓調節平穩，適應負載廣泛，能承受瞬時(shí)超載，可長(cháng)期連續工作，手控自控隨意切換，設有過(guò)壓，欠壓自動(dòng)保護功能。

1 系統工作原理

交流調壓方式有多種，常見(jiàn)的有自耦變壓器調壓方式、調相方式、磁飽和穩壓方式等。這幾種方式均無(wú)法滿(mǎn)足路燈節能裝置的功能要求，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(mǎn)足要求；而調相方式存在著(zhù)波形畸變，即對電網(wǎng)有干擾，又對一些新型照明設備有干擾，無(wú)法滿(mǎn)足要求；磁飽和方式在大功率時(shí)因其體積龐大無(wú)法滿(mǎn)足要求。

補償變壓器方式可應用于交流調壓中，這種方式的電氣原理圖如圖1所示?，F以一相為列，說(shuō)明其穩壓工作原理。若不計補償變壓器阻抗壓降，則

式中：Uo—穩壓器輸出電壓；
Uo=Ui+Ub
Ui—穩壓器輸入電壓；
Ub—補償變壓器的輸出電壓。

調壓變壓器是一個(gè)雙觸頭輸出，每個(gè)觸頭均可在全程范圍內移動(dòng)。當觸頭A在上，觸頭B在下時(shí)，補償變壓器的輸出電壓Ub相位與Ui相同；當觸頭A在下，B在上時(shí)，補償變壓器輸出的電壓Ub相位與Ui相反。當輸入電壓Ui增加ΔUi時(shí)，控制電路調節觸頭A與B移動(dòng)，使觸頭B移到上端，A移到下端，補償電壓Ub也相應改變ΔUb，且ΔUb=-ΔUi，Uo= Ui-ΔUb，使輸出電壓Uo保持不變；當輸入電壓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。

當系統是三相電源時(shí)，電路由三相補償變壓器TB、三相調壓器TUV、電壓檢測單元、伺服電機控制機構，保護電路等組成，電氣原理圖如圖2所示。

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

其穩壓過(guò)程是：根據輸出電壓的變化，由電壓檢測單元采樣，檢測并輸出信號，控制伺服電機轉動(dòng)，帶動(dòng)變壓器TUV上的電刷來(lái)調節變壓器的二次電壓，以改變補償電壓的極性與大小，實(shí)現輸出電壓自動(dòng)穩定在穩壓整定精度允許的范圍內，從而達到自動(dòng)穩壓的目的。

補償變壓器方式具有體積小、控制靈活、調壓變壓器的功率和輸出電流可減至最小、可連續工作和過(guò)載能力強等特點(diǎn)。