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淺談電子鎮(zhèn)流器在道路照明節(jié)能中的應(yīng)用

所屬欄目:電力論文 發(fā)布日期:2010-08-24 09:21 熱度:

  提要:本文主要介紹了電子鎮(zhèn)流器在城市道路節(jié)能中的應(yīng)用,對(duì)常用的道路照明節(jié)能措施進(jìn)行了比較和分析。通過對(duì)電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理分析,可為人們選用道路節(jié)能產(chǎn)品提供參考。
  關(guān)鍵詞:功率因數(shù),諧波,道路照明
  一、前言
  我國實(shí)施的“綠色照明促進(jìn)工程”,旨在節(jié)約能源,提高照明質(zhì)量,促進(jìn)城市照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。電子鎮(zhèn)流器憑借其自身的優(yōu)點(diǎn),很好地解決了電感式鎮(zhèn)流器的存在的問題,對(duì)城市道路照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。
  二、常用的道路照明節(jié)能措施的分析
  就道路照明節(jié)能方法而言,主要有兩中途徑:1)從光源的角度考慮,通過提高光源自身的發(fā)光效率從而節(jié)約能源;2)從照明控制的角度考慮,根據(jù)不同的照明需求,通過采用高效的控制器件或控制措施,提高能源的利用率。
  幾種常用的道路照明節(jié)能措施的比較:
  (1)LED光源路燈。LED光源具有能效高、工作電壓低、耗電量小、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn),逐漸應(yīng)用于照明領(lǐng)域,成為道路照明的新興產(chǎn)品。然而,LED光源用于道路照明時(shí),存在一下缺點(diǎn):a.照度均勻度低,容易出現(xiàn)光斑現(xiàn)象;b.基于LED自身的特點(diǎn),所產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)出去,加速老化現(xiàn)象,使光衰嚴(yán)重;c.單燈功率低。LED光源在道路照明的普及應(yīng)用仍處于發(fā)展階段,無論從價(jià)格、技術(shù)、質(zhì)量綜合方面來看,現(xiàn)在還處于一種過渡期。
  (2)無極燈。無極燈具有發(fā)光效率高、高顯色性、功率因數(shù)高、響應(yīng)時(shí)間短、高節(jié)能比等特點(diǎn),節(jié)能效果好,但由于散熱問題是限制大功率無極燈的瓶頸,并且,無極燈采用高頻電磁感應(yīng)(無燈絲、無電極)方式觸發(fā)燈內(nèi)壁的三基色熒光粉發(fā)光,從而大量高頻諧波,對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。高低頻無極燈與大功率LED照明同屬過渡階段,由于路燈改造屬市政工程,從投資角度來說,產(chǎn)品的穩(wěn)定性是改造的前提,其次才是節(jié)能空間,無極燈在市政應(yīng)用領(lǐng)域從技術(shù)性能、質(zhì)量穩(wěn)定方面還需要一個(gè)跨度時(shí)期。
  (3)電容就地補(bǔ)償方式。電容就地補(bǔ)償方式是最常用的方法,操作簡單,成本低,是有效降低電感鎮(zhèn)流器燈具視在電流,減少無功功率,提高電網(wǎng)功率因數(shù)的方法。但理論上不能降低有功功率,鎮(zhèn)流器自身損耗仍是一個(gè)比較嚴(yán)重的問題,且補(bǔ)償電容容易失效,需要經(jīng)常維護(hù)。
  (4)雙功率電感鎮(zhèn)流器。雙功率電感鎮(zhèn)流器是通過預(yù)定時(shí)間進(jìn)行調(diào)壓切換,實(shí)現(xiàn)變功率輸出。由于采用變功率輸出,可以只采用單回路控制方式,從而減少工程投資,又可以彌補(bǔ)下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象,提高道路的照明均勻度。但電感鎮(zhèn)流器仍需采用電容就地補(bǔ)償方式進(jìn)行無功補(bǔ)償。
  (5)電子鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器是在電源與高壓鈉燈等氣體放電燈之間整體替代電感鎮(zhèn)流器,觸發(fā)器,補(bǔ)償電容器的裝置,其安裝使用更加方便,節(jié)能效果更好(自身功耗比電感鎮(zhèn)流器節(jié)省80%以上)。由于電子鎮(zhèn)流器在線路開路或短路時(shí)進(jìn)線電流自動(dòng)減少為零,因此電子鎮(zhèn)流器自身不易損壞,并且還具有無頻閃,無噪聲,無聲頻共振,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)現(xiàn)狀道路照明狀況改變較少的情況下,采用電子鎮(zhèn)流器是相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)可靠的方法。
  三、電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理
  實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)功率因數(shù)cosα≥0.98時(shí),可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能最佳傳輸。除熱損耗外,幾乎100%地輸出到負(fù)載。在實(shí)際應(yīng)用中電感鎮(zhèn)流器由于無功功率過大,加大了線路的無功負(fù)載,從而增大了電網(wǎng)損耗。而電子鎮(zhèn)流器可最大限度地使用線路供電能力,減少電網(wǎng)損耗,節(jié)約電能。高壓鈉燈的氣體輝光放電電弧V-I特性表明,用電感鎮(zhèn)流器時(shí)的燈頭電壓呈馬鞍型曲線,流過的電流中間高,兩邊低。做傅利葉展開后,電流波形包含大量的奇次諧波(見圖1)。
              圖1-2.jpg
                                                   圖1                                                                                                               圖2
  以250W高壓鈉燈為例,電感鎮(zhèn)流器的每周期穩(wěn)定過程分為:
  1、電源正半周:電壓開始上升,但電壓較低,無法形成放電,先形成的等離子體復(fù)合恢復(fù)成分子期;電壓擊穿半恢復(fù)的等離子氣體期;流過電弧的電流開始增加,電流輝光放電期;電壓瞬時(shí)值下降;無法維持氣體放電后,等離子氣體開始進(jìn)入復(fù)合恢復(fù)期。
  2、電源負(fù)半周:負(fù)電壓值開始上升,但電壓較低;無法形成放電,原先形成的等離子體復(fù)合恢復(fù)成分子期;電壓擊穿半恢復(fù)的等離子氣體期;流過電弧的電流開始增加,電流輝光放電期;電壓瞬時(shí)值下降;無法維持氣體放電后,等離子氣體開始進(jìn)入復(fù)合恢復(fù)期。
  由于每次放電周期間隔達(dá)10毫秒(50HZ),等離子體數(shù)目減少,氣體在復(fù)合恢復(fù)期的發(fā)光強(qiáng)度明顯減弱。用分色盤很容易檢出光亮的脈動(dòng)。電流和燈發(fā)光強(qiáng)度是非線性的,典型曲線見圖2:
  由于電流零歇時(shí)發(fā)光為零,大脈動(dòng)電流工作方式的效率比較低。在相同照度下耗電多,照明質(zhì)量差。典型的電感鎮(zhèn)流器,當(dāng)250W高壓鈉燈滿功率運(yùn)行時(shí)其總功率約285W。將工作過程與波形對(duì)照,并以傅利葉展開燈電流后發(fā)現(xiàn),波形中含有很高的奇次諧波成分(3/5/7/9/11次諧波為主),電網(wǎng)電壓被奇變成饅頭波,功率因數(shù)低,而且無法用電容補(bǔ)償。
  電子鎮(zhèn)流器工作頻率約50KHz,每放電周期僅10微秒,氣體擊穿所需的鏈?zhǔn)皆鲋颠^程達(dá)2-8微秒,恢復(fù)時(shí)間約1毫秒。在電感限流作用下,電弧中的等離子氣體在電壓過零時(shí)根本來不及恢復(fù)及倍增,所以燈的每周期穩(wěn)定過程中只有穩(wěn)定的輝光放電效應(yīng),并通過其功率校正(PFC)電路,使得其功率因數(shù)達(dá)0.95以上。另外,從電弧工作狀況看,十分類似直流供電,但沒有電極轉(zhuǎn)移效應(yīng)。由于燈電極沒有長時(shí)間的高峰值電流流過,電極溫度穩(wěn)定,磨損減小,而高壓鈉燈燈管的主要失效模式為電極老化,這樣一來,使用電子鎮(zhèn)流器將有效延長燈管壽命。
  圖3所示為使用電子鎮(zhèn)流器時(shí)鈉燈兩端的典型工作波形,與電感式鎮(zhèn)流器相比,工作過程明顯不同,在工作的所有時(shí)間內(nèi),燈都在穩(wěn)定的發(fā)光;沒有頻閃,用分光盤無法測(cè)出,大大提高了照明質(zhì)量。
                          圖3.jpg
                                                         圖3
  電子鎮(zhèn)流器采用恒功率控制,在電壓大幅度波動(dòng)的情況下,提供給燈的功率保持不變,而且電子鎮(zhèn)流器的工作頻率為30KHz~45KHz,減少了高壓鈉燈的電光轉(zhuǎn)換中的脈動(dòng),提高了效率和舒適度。同時(shí),由于電子鎮(zhèn)流器可實(shí)現(xiàn)定時(shí)變功率輸出的功能,可在約定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)降低輸出功率,彌補(bǔ)下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象,提高道路的照明均勻度。
  實(shí)驗(yàn)表明,250W高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器總功率約285W,在同等光照度下,電子鎮(zhèn)流器總功率僅需262W。從理論上看,使用電子鎮(zhèn)流器每只燈節(jié)省23W,若每天工作10小時(shí),可節(jié)省電0.23度,即每年節(jié)電約82度,再加上高功率因數(shù)間接節(jié)能效果,每年至少節(jié)電約120度以上。以某中型城市有5萬只高壓鈉燈為例,可年節(jié)電600萬度。
  四、結(jié)論
  高壓鈉燈因其具有極好的光效(80~140lm/W)和合適的光波長,而被廣泛用于戶外照明。在LED、無極燈等新興光源技術(shù)仍有待進(jìn)步的時(shí)候,高壓鈉燈是道路照明光源的首選。傳統(tǒng)的電感式的鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身損耗大的缺點(diǎn)。
  隨著我國綠色照明工程的日益深入,人們對(duì)綠色照明產(chǎn)品的需求日益增大,特別是高性能電子鎮(zhèn)流器以其卓越的性能、適中的價(jià)格、功率因數(shù)高、能效高、燈電流波峰比低、良好的電磁兼容性:不會(huì)污染電網(wǎng)、不會(huì)干擾其它醫(yī)療儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等用電設(shè)備正常工作的特點(diǎn)及優(yōu)越性將逐步替代電感鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用,也是解決城市道路照明中節(jié)能環(huán)保和照度要求之間矛盾的最理想方法。
  參考文獻(xiàn):
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  【4】毛興武、祝大衛(wèi),電子鎮(zhèn)流器原理與制作[M].,人民郵電出版社
  【5】路秋生,電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與調(diào)光控制[M],.科學(xué)出版社
  
  

文章標(biāo)題:淺談電子鎮(zhèn)流器在道路照明節(jié)能中的應(yīng)用

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