【摘要】我國(guó)是能耗大國(guó)，電力能源對(duì)經(jīng)濟(jì)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(duì)照明節(jié)電器及其在路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)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(duì)不同的工作場(chǎng)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(shí)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(bǔ)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(hào)的作用下，產(chǎn)生與交流電網(wǎng)同步的正弦波補(bǔ)償電壓，并將此電壓提供給補(bǔ)償變壓器B。
　　(3)單片機(jī)控制、保護(hù)電路。單片機(jī)按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的運(yùn)行模式來控制照明節(jié)電器的正常運(yùn)行；在線檢測(cè)外部輸入、輸出的相關(guān)信號(hào)(電壓、電流、功率、元器件溫度等)，在異常狀態(tài)下進(jìn)行安全保護(hù)。
　　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(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行。
　　2）單片機(jī)控制、保護(hù)回路
　　(1)單片機(jī)控制部分主要是按照預(yù)先設(shè)置好的照明節(jié)電器運(yùn)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(hù)回路將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的啟動(dòng)、延時(shí)、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流的值與事先設(shè)定值進(jìn)行比較分析，一旦出現(xiàn)異常事故將旁路開關(guān)自動(dòng)投入，保證照明系統(tǒng)以市電正常工作。其運(yùn)行模式如圖2所示。
　　
　　圖2照明節(jié)電器運(yùn)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(shí)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(jī)控制模塊將微電腦芯片與高效電感換流技術(shù)有機(jī)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(dá)到延長(zhǎng)用電設(shè)備使用壽命和節(jié)約電能的雙重目的。
　　4)整個(gè)設(shè)備沒有需要維護(hù)的調(diào)整部件(如電機(jī)、炭刷等)，幾乎可以做到免維護(hù)。
　　完善的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能，具有輸入、輸出、電壓、電流、功率等異常保護(hù)功能，可以延長(zhǎng)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(dú)立的旁路開關(guān)，故障時(shí)能及時(shí)退出運(yùn)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(gè)自耦變壓器機(jī)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(dá)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(duì)光源保護(hù)的作用由于其核心部件是一臺(tái)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(gè)降壓抽頭，每一抽頭互差5V，即一旦進(jìn)入某擋，降低的電壓就固定，電網(wǎng)電壓在上下5V內(nèi)波動(dòng)時(shí)，控制電路不會(huì)動(dòng)作，即節(jié)電器的輸出電壓也有上下5V的波動(dòng)，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(duì)光源保護(hù)的作用。而電網(wǎng)電壓低時(shí)可能還會(huì)出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成燈具無法正常啟動(dòng)點(diǎn)亮，反而會(huì)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(shí)。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(shí)暗時(shí)明的閃亮現(xiàn)象，嚴(yán)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(shí)時(shí)采集輸入、輸出電壓的信號(hào)與最佳的照明電壓比較，通過運(yùn)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而能保證燈具長(zhǎng)期保持最佳的照明工作電壓，能有效地保護(hù)燈具和實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)電效果。智能節(jié)電器的優(yōu)點(diǎn)：
　　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(dòng)的現(xiàn)象，慢斜坡智能節(jié)電器可實(shí)時(shí)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(dá)到節(jié)電10％～45％的效果。
　　(2)多時(shí)段節(jié)電運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能：根據(jù)實(shí)際用電場(chǎng)所需求，通過程序進(jìn)行多時(shí)段節(jié)能電壓設(shè)置，從而可滿足不同場(chǎng)所不同光源、不同時(shí)間的需求，實(shí)現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。
　　2）有效保護(hù)電光源．延長(zhǎng)燈具的使用壽命
　　(1)軟啟動(dòng)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(dòng)和慢斜坡控制過程。燈具在啟動(dòng)時(shí)，采用軟啟動(dòng)預(yù)熱，可大量減少啟動(dòng)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(shí)間內(nèi)緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流波動(dòng)的沖擊，從而減少電光的損壞，延長(zhǎng)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(jiǎn)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(dá)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(shí)，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(dá)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(hù)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(jì)算：
　　
　　式中K——維護(hù)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(jìn)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(hù)系數(shù)的關(guān)系：
　　
　　即LPD為0．71時(shí)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(shí)施的。
　　在對(duì)現(xiàn)有路燈節(jié)電改造中，高壓鈉燈也要根據(jù)道路實(shí)際情況來確定實(shí)施方案，比如對(duì)主要因道路亮(照)度過高而造成的LPD超標(biāo)問題，應(yīng)對(duì)道路的LPD、照度進(jìn)一步核對(duì)，對(duì)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(duì)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(jì)要求改造后節(jié)電率：(400—250)／400=37．5％。
　　同時(shí)雖然LED路燈價(jià)格在不斷下降，但價(jià)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(gè)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(jì)的多，尤其僅需更換光源、電器時(shí)，改造成本更低，高壓鈉燈節(jié)電改造是低投入、高回報(bào)。高壓鈉燈日常維護(hù)主要是光源和電器，在故障時(shí)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(hù)成本低。
　　可見高壓鈉燈使用時(shí)，具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲等優(yōu)點(diǎn)。而城市道路照明要實(shí)現(xiàn)有效節(jié)電、降低成本、保證照明功能指標(biāo)、維護(hù)便利的目標(biāo)，選擇高壓鈉燈節(jié)電還是最簡(jiǎn)單、直接有效的節(jié)電方法。
　　結(jié)語
　　總之，我國(guó)電力能耗大，電力節(jié)能是我國(guó)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(shì)。在實(shí)際的使用過程中應(yīng)根據(jù)照明的實(shí)際環(huán)境需求來加以綜合考慮，這樣既能達(dá)到節(jié)約電能的目的，又能滿足實(shí)際的使用要求。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]田野，王峰.論照明節(jié)電器的工作原理及其性能[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2010,22(13)
　　[2]楊光.照明節(jié)電器及其應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志,2004(10)
　　[3]林振剛.高壓鈉燈在城市道路照明節(jié)電的應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報(bào),2009,20(4)