中心議題:

• 研究智能照明節電器的工作原理及特性
• 探討智能穩壓電源在路燈照明中的應用

解決方案:

• 照明節電改造主要由三個方麵工程構成
• 分析智能照明節電器工作原理、特性
  、效果

引言

現xian今jin工gong業ye廠chang區qu普pu遍bian有you較jiao大da的de工gong作zuo區qu域yu，其qi間jian路lu燈deng眾zhong多duo，一yi般ban采cai用yong的de是shi高gao壓ya鈉na燈deng，而er該gai燈deng功gong耗hao非fei常chang大da，導dao致zhi廠chang內nei供gong電dian電dian壓ya不bu穩wen定ding，波bo動dong幅fu度du大da。尤you其qi在zai下xia半ban夜ye
，電dian壓ya通tong常chang高gao達da250V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，有必要進行節能改造。

1、節能改造分析

1.1 供電狀況

供電部門為了避免輸電過程中的各種損耗以及用電高峰期造成線路末端電壓過低對用電設備產生的不良影響，而以比標稱電壓高10%的電壓向用戶（以單相220V標稱電壓為例
，實際供電電壓為220+22010%=242V）供電，以確保供電線路遠端的電壓不會低於220-22010%=198V。因此供電線路上的絕大部分區域的電壓都會等於或高於標稱電壓（220V）。我國用戶變壓器的標準變比為10kV/0.4kV,但10kV高壓線路的實際供電電壓為11kV（10+1010%=11kV），因而低壓端的單相實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）的正常工作電壓範圍（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隨該地區的用電負荷減少而升高
，這種現象在工業區尤為突出。

特別是深夜，供電電壓會比正常值220V高出10%~15%。

照明線路多為未經無功補償即向燈具供電，功率因數極低
，電路的無功損耗和無功電流在電路中造成的有功
、無功損耗都比較大
，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。

燈泡一經出廠其阻抗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隨供電電壓下降的平方關係迅速下降。


1.3.1 照明節電改造主要由以下三方麵工程構成

（1）穩壓控壓，實現節能

anzhuanggaojingduduoshiduankekongmanxiepoxianxingshishiwenyajiedianshebei，fenshiduanshishiwenyakongya

，genjudengjuheyongdianchangsuozhuangkuangjianghaowuwendingkeyandeshidiandianyashishijingquewendingdikongzhizaidengjusuoxudedianyazhishang
，zaiquebaozhengchangzhaomingdeqiantixiakejidadishixianjieneng。bingyouxiaobaohudengpao
，yanchangdengjushouming。
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（2）提高功率因數，實現節能

本(ben)文(wen)設(she)計(ji)的(de)智(zhi)能(neng)穩(wen)壓(ya)照(zhao)明(ming)節(jie)電(dian)器(qi)

，可(ke)在(zai)電(dian)路(lu)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)較(jiao)低(di)時(shi)，對(dui)電(dian)路(lu)實(shi)施(shi)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)，提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)，減(jian)少(shao)無(wu)功(gong)損(sun)耗(hao)和(he)無(wu)功(gong)電(dian)源(yuan)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)有(you)功(gong)損(sun)耗(hao)，實(shi)現(xian)節(jie)能(neng)。

（3）平衡三相輸出，減少零序電流
，實現節能

智zhi能neng穩wen壓ya照zhao明ming節jie電dian器qi具ju有you自zi動dong平ping衡heng三san相xiang輸shu出chu電dian壓ya的de功gong能neng，輔fu以yi工gong程cheng技ji術shu人ren員yuan的de安an裝zhuang處chu理li，可ke極ji大da地di平ping衡heng三san相xiang供gong電dian電dian流liu
，有you效xiao地di減jian少shao在zai零ling線xian電dian流liu和he環huan相xiang電dian流liu，極ji大da地di降jiang低di線xian路lu損sun耗hao，實shi現xian節jie能neng。

1.3.2 照明光源狀況

道路、車間等場所的大功率照明，通常使用的光源為氣體放電燈
，如金鹵燈、高壓鈉燈等。下麵以高壓鈉燈為例
，說明光源狀況。

（1）啟動電壓低

高壓鈉燈的技術參數明確規定：高壓鈉燈應能在低於198V的電壓下啟動；高壓鈉燈在啟動時要求其觸發器輸出的脈衝峰值電壓應2kV（2~3kV），而一盞合格的高壓鈉燈在啟動時隻要給該燈觸發器輸入（17510）V的50Hz市電電壓即可產生峰值為2~3kV的高壓脈衝。為確保觸發器能順利產生2kV以上的高壓脈衝
，要求電源電壓應大於175V才能觸發燈泡啟輝並使泡體內的氣體充分遊離正常發光。

（2）燈泡使用電壓範圍寬

高壓鈉燈在啟動後燈的工作電壓為（10020）V,即高壓鈉燈啟動後將工作在80~120V之間
，則不能低於80V,為確保這一工作電壓則要求電源電壓不能低於176V（220-22020%=176V）。

（3）高壓鈉燈對電源電壓波動的要求

高壓鈉燈在使用過程中對電源電壓的波動有較為嚴格的要求。高壓鈉燈電源電壓不能波動過大，電壓突然下降超過5%可能自行熄滅
，而且電源電壓波動時對發光參數的影響較大。我們認為：由於高壓鈉燈屬氣體放電燈類
，過高的電壓和經常波動的電源電壓還會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

為使觸發器能順利產生2kV以上的高壓觸發脈衝，觸發燈泡啟輝和使泡體內的氣體放電且充分遊離並正常發光
，要求電源電壓應大於175V。當dang泡pao體ti內nei的de氣qi體ti放fang電dian且qie充chong分fen遊you離li並bing正zheng常chang發fa光guang後hou，燈deng泡pao的de使shi用yong壽shou命ming與yu泡pao體ti內nei氣qi體ti分fen子zi運yun動dong的de速su度du成cheng正zheng比bi，速su度du越yue高gao燈deng泡pao壽shou命ming越yue短duan，而er泡pao體ti內nei氣qi體ti分fen子zi運yun動dong的de速su度du與yu燈deng泡pao的de端duan電dian壓ya成cheng正zheng比bi。可ke見jian為wei延yan長chang高gao壓ya鈉na燈deng的de使shi用yong壽shou命ming應ying盡jin量liang適shi當dang降jiang低di輸shu給gei高gao壓ya鈉na燈deng的de端duan電dian壓ya。實shi踐jian證zheng明ming高gao壓ya鈉na燈deng在zai啟qi輝hui後hou長chang期qi工gong作zuo在zai180V~200V電壓內要比工作在高於200V的壽命要長得多。

b．電壓波動對高壓鈉燈壽命的影響

高壓鈉燈屬氣體放電燈類，輸給燈泡的電壓越穩定燈泡的壽命就越長；經常突然跳變的電壓會使燈泡產生衝擊電流和影響泡體內氣體的遊離狀態，以至縮短燈泡的使用壽命。
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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單工作原理

zhinengzhaomingjiedianqideshejiyuanyudiancibuchanghebihuangenzongshishiwenyayuanli

，shiyikuangaojingduduoshiduankekongmanxiepoxianxingshishiwenyajiedianshebei，chedikefulezhanbojiedianqigudingshizioubianyaqijiangyajiedianqi
、分檔調節式自耦變壓器降壓節電器等存在的波型畸變
、諧波汙染、電壓不穩定、閃斷衝擊（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段處理：第一時段為啟動期，第二時段為上半夜
，第三時段為下半夜。

各時段的工作電壓和節能效果見圖1。 2.1.1 節電器的組成

智控照明節電器主要由主變壓器、補償供給器、數據采集與編程處理、輸出和操作控製等四大部分組成（見圖2）。 智控照明節電器組成框圖中的U1為市電輸入電壓，U2為主變壓器副邊電壓
，U3為補償供給變壓器的輸出電壓（也是主變壓器的輸入電壓，或叫主變壓器的原邊電壓），U0為節電器的輸出電壓。
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2.1.2 簡單工作原理

智控照明節電器在設計和製作中嚴格規定了主變壓器輸入輸出繞組與補償供給變壓器繞組的同名端。如圖2及電工原理可知該節電器的輸出電壓U0是由U1,U2,U3聯合確定的。即U0=U1-U2U2=nU3（n為主變壓器的變比
，即n=U2:U3=1:5）U3為受閉環數據采集處理和編程處理後由補償供給變壓器根據輸出電壓的需要線性變化電壓，U3的最小連續變化量為0.5V,即U2的最小連續變化量為0.1V。

節電器安裝到用戶電路後，需根據用戶的現場用電需要設定時間段、時間常數以及輸出電壓參數等。

接通電源後，節電器數據采集與編程處理電路將采集到的輸出電壓數據與設定的時段電壓參數作實時處理
，並根據U0=U1-U2與U2=nU3的需要，即時控製和指令補償供給變壓器輸出精確的U3,以確保輸出精確穩定的輸出電壓U0。

由(you)於(yu)采(cai)用(yong)了(le)線(xian)性(xing)慢(man)斜(xie)坡(po)補(bu)償(chang)原(yuan)理(li)，三(san)相(xiang)的(de)主(zhu)變(bian)壓(ya)器(qi)可(ke)分(fen)相(xiang)獨(du)立(li)製(zhi)作(zuo)，且(qie)三(san)相(xiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)共(gong)用(yong)一(yi)組(zu)設(she)定(ding)參(can)數(shu)，故(gu)不(bu)管(guan)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)如(ru)何(he)變(bian)化(hua)或(huo)是(shi)負(fu)載(zai)如(ru)何(he)變(bian)化(hua)，節(jie)電(dian)器(qi)的(de)三(san)相(xiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)都(dou)是(shi)基(ji)本(ben)相(xiang)等(deng)的(de)，可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)三(san)相(xiang)100%的不平衡負載。

2.2 智能照明節電器的特性

2.2.1 穩定最佳工作電壓

針對電網電壓偏高和波動等現象，調控裝置可根據用戶現場實際需求，實時在線調控輸出最佳照明工作電壓，並能將其穩定在2%以內，有效提高電力質量
，從而達到節電10%~40%的效果。

2.2.2 多時段節能運行

根據用戶實際的照明需求
，調控裝置還可通過程序進行多時段節能電壓設置，從而滿足用戶不同光源、不同時間的需求，實現最佳照明狀態和最大節電率。

2.2.3 有效保護電光源，延長其使用壽命

影ying響xiang電dian光guang源yuan壽shou命ming的de一yi個ge重zhong要yao因yin素su是shi，啟qi動dong和he運yun行xing時shi電dian流liu和he電dian壓ya對dui光guang源yuan的de衝chong擊ji。為wei了le有you效xiao地di降jiang低di電dian流liu衝chong擊ji和he延yan長chang燈deng具ju的de使shi用yong壽shou命ming，在zai國guo外wai高gao檔dang燈deng具ju產chan品pin中zhong，要yao求qiu燈deng具ju有you軟ruan啟qi動dong功gong能neng。

智能調控裝置能夠實現燈具的軟啟動和慢斜坡控製過程。燈具在啟動時，采用低壓軟啟動，充分預熱。該過程可減少40%的啟動電流衝擊，有效提高光源壽命。在調壓
、穩壓的過程中
，智能調控裝置采用慢斜坡線性調節的方式處理電壓，讓電壓在設定時間內緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流波動的衝擊，從而降低電光源損壞，延長使用壽命。

2.2.4 實時穩壓
、控壓

在電壓波動較大的地方，如電氣設備比較多的場所，有些時段1min內的電壓波動甚至高達15%以上；路燈後半夜的供電電壓有些道路會達到240V以上。智能調控裝置高穩定的最佳輸出電壓
，能夠延長電光源壽命2~4倍，能極大地降低運行
、維護成本30%~50%。

2.2.5 適用性強
、可靠性高

調控裝置每相可獨立調節
，可操作性強，可以承受三相100%的de不bu平ping衡heng負fu載zai，且qie保bao證zheng單dan相xiang的de故gu障zhang不bu影ying響xiang其qi他ta兩liang相xiang的de正zheng常chang運yun行xing。同tong一yi個ge裝zhuang置zhi可ke以yi帶dai不bu同tong類lei型xing光guang源yuan負fu載zai，還hai可ke以yi獨du立li調tiao節jie每mei相xiang的de輸shu出chu電dian壓ya。

調控裝置采用手動和自動雙旁路係統，以保證照明設備不斷電，正常安全運行


；調控裝置控製部分不含交流接觸器
，無觸點和移動元件，保證高可靠性和低功耗。

可選配GSM/GPRS全球實時（手機）監控係統，通過顯示、聲音等信號監測設備運行
，故障報警，及時采取保護措施。

這一照明節電產品可實現智能照明調控
、有效保護電光源、降低電能消耗的功能。

2.3 智能照明節電器的使用效果

2.3.1 直接效果

經安裝使用智能照明節電器後
，路燈照明用電電費開支下降33%以上，降低了公司的運營成本。

2.3.2 間接效果

從安裝使用智能照明節電器後，大大降低了燈泡的損壞和更換率
，間接地降低了運營成本。

3
、結語

通過加裝智能穩壓照明節電器，照明的平均節電率達到33%以(yi)上(shang)
，大(da)大(da)減(jian)少(shao)了(le)燈(deng)泡(pao)的(de)損(sun)耗(hao)。經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)的(de)實(shi)踐(jian)
，已(yi)取(qu)得(de)了(le)明(ming)顯(xian)的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)。然(ran)而(er)一(yi)些(xie)大(da)型(xing)企(qi)業(ye)
，更(geng)為(wei)耗(hao)電(dian)
，需(xu)要(yao)加(jia)大(da)節(jie)能(neng)投(tou)入(ru)，全(quan)麵(mian)、穩妥開展節能降耗工作，這對企業提高經濟效益具有重大現實意義。