氣體放電燈變功率鎮(zhèn)流器的原理和控制

李光榮

(無錫市照明工程有限公司，無錫 214000)

照明電器

氣體放電燈變功率鎮(zhèn)流器的原理和控制

李光榮

(無錫市照明工程有限公司，無錫 214000)

文章概述了目前照明行業(yè)的背景，簡要介紹了目前新型的LED照明光源，闡述了氣體放電燈的兩種節(jié)能方式：降壓節(jié)電柜和變功率鎮(zhèn)流器。文章具體介紹了變功率鎮(zhèn)流器的兩種控制方式：時控變功率器和線控變功率器，分別說明了兩種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)介紹了線控變功率器的原理、內(nèi)部電路圖、主要參數(shù)和電子元件選擇注意點(diǎn)。

節(jié)能；變功率鎮(zhèn)流器；線控變功率器；可靠性

0 引 言

隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市照明工程也在不斷增加，照明工程為夜晚人們的出行提供了方便，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是隨之而來的電能消耗也日益增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年全國照明用電量已占總用電量的13.2%。節(jié)約照明用電量已成為我國節(jié)能減排工程中的重要組成部分。

近幾年隨著LED照明產(chǎn)品的成熟，城市照明工程中已逐步采用新型的LED產(chǎn)品。LED作為新型照明光源，其光效高，壽命長，技術(shù)逐步走向成熟，是一種綠色的照明光源。在國內(nèi)新建照明工程中逐步使用LED產(chǎn)品，節(jié)電效果顯著。但就目前的城市照明行業(yè)現(xiàn)狀來說，氣體放電燈還是照明工程中最常見的光源，其中使用最多的就是高壓鈉燈。如何降低這部分氣體放電的用電量，是擺在所有城市照明工作者面前的一個難題。

1 氣體放電燈節(jié)能方案

目前氣體放電燈的節(jié)能方案一般有兩種，一種是在供電線路上安裝降壓節(jié)電柜，另一種是在每個燈具中安裝變功率鎮(zhèn)流器。

1.1 降壓節(jié)電柜

降壓節(jié)電柜是通過可控硅斬波的方式，切除交流電正弦波的一部分，從而降低照明工程的供電電壓。氣體放電燈一般都采用電感鎮(zhèn)流器，降低供電電壓可降低燈的功率，原理如圖1所示。這種節(jié)電方式，節(jié)電效率可以達(dá)到15%～20%，在照明工程中被廣泛采用。但這種方式有兩個缺點(diǎn)：一是采用可控硅降壓，改變了原有的交流電波形，易使供電線路產(chǎn)生諧波，縮短氣體放電燈的使用壽命；二是由于降低了供電線路的始端電壓，若照明工程的供電線路比較長，易造成供電線路末端電壓過低，導(dǎo)致氣體放電燈不能正常工作。

圖1 降壓節(jié)電柜降壓原理圖

1.2 變功率鎮(zhèn)流器

氣體放電燈工作在前半夜時，滿功率運(yùn)行，到后半夜，路上車少人稀，變功率鎮(zhèn)流器通過控制器切換鎮(zhèn)流器的出線端，在電路中串入一定量的電感，降低氣體放電燈回路的電流，從而降低氣體放電燈功率。變功率鎮(zhèn)流器的節(jié)電效率可達(dá)到40%以上。變功率鎮(zhèn)流器的控制方式有兩種：一種為時控，另一種為線控。

原理如圖2所示。

圖2 變功率原理圖

1.2.1 時控變功率器

燈具內(nèi)的時控變功率器，在通電一段時間后切換變功率鎮(zhèn)流器的出線端，電路中串入一定的電感量，降低了回路的電流，氣體放電燈降功率運(yùn)行。電路如圖3所示。

圖3 時控變功率器電路圖

時控變功率器的內(nèi)部電路一般采用CD4060高精度定時芯片，性能可靠，定時準(zhǔn)確。但時控變功率器的控制方式單一，不夠靈活，若遇重大節(jié)假日或其他特殊情況，到后半夜，氣體放電燈降功率運(yùn)行時不能保證道路的亮度。

1.2.2 線控變功率器

在照明供電線路中鋪設(shè)兩根變功率控制線，當(dāng)路燈配電箱內(nèi)的控制器或三遙控制系統(tǒng)發(fā)出降功率運(yùn)行的信號時，通過變功率控制線將信號傳給線控變功率器，線控變功率器切換變功率鎮(zhèn)流器的出線端，增加氣體放電燈回路的電感量，降低回路的電流，從而使氣體放電燈降功率運(yùn)行。接線電路圖如圖4所示。

圖4 線控變功率器接線路圖

當(dāng)L控線路上達(dá)到220 V電壓時，照明線路上的所有路燈全功率運(yùn)行，當(dāng)L控線路上不到220 V電壓時，線路中的燈全部降功率運(yùn)行，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

當(dāng)L控線路上有220 V電壓時，經(jīng)過阻容降壓之后，再由D1—D4單向?qū)ǘO管構(gòu)成全波整流電路，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，?jīng)過電解電容C2濾波，穩(wěn)壓二極管ZD1穩(wěn)壓，將電壓穩(wěn)定為直流47 V，給繼電器J1的電感線圈供電，繼電器切換變功率鎮(zhèn)流器的出線端，氣體放電燈全功率運(yùn)行，當(dāng)L控失去220 V電壓時，繼電器J1開關(guān)切換，氣體放電燈降功率運(yùn)行。

線控變功率器主要參數(shù)：

1)工作電壓范圍：160～250 V；

2)負(fù)載額定電流：25 A；

3)切換開關(guān)次數(shù)：≥2.5萬次；

4)切換時間：≤0.5 S；

5)工作溫度：-40～80 ℃；

6)防護(hù)等級：IP67。

電子元器件的選用：

1)為解決寬范圍的工作電壓問題，采用阻容降壓，保證電壓在160～250 V之間，線控變功率器都能正常工作。

2)為使線控變功率器能更好適應(yīng)戶外惡劣的天氣環(huán)境，提高控制器的IP防護(hù)等級，控制器采用了環(huán)氧樹脂封裝，內(nèi)部線路板密封處理，外殼防護(hù)等級達(dá)到IP67 。

3)為解決線控變功率器的抗干擾問題，在控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)了電解電容諧波吸收電路，并使用了金屬外殼作為屏蔽，防止外部信號干擾控制器工作。

4)為提高線控變功率器的使用壽命，采用密封、高可靠的繼電器，保證開關(guān)次數(shù)在2.5萬次以上。

線控變功率器控制靈活，既可在后半夜自動降功率，也可在重大節(jié)假日或其他特殊情況時，根據(jù)具體需要靈活調(diào)整降功率運(yùn)行的時間。但由于線控變功率器需要敷設(shè)兩根控制線，照明工程的前期工程造價較時控變功率器略高。

2 結(jié)論

我國照明的用電量在總用電量中的比例日益增加，節(jié)能減排刻不容緩。城市的公共照明應(yīng)在滿足人們出行方便的前提下，率先采用有效的節(jié)能手段，推廣新型的LED照明和降低現(xiàn)有的氣體放電燈用電量同樣重要。上述研究表明，采用變功率鎮(zhèn)流器，投入小，節(jié)電效果明顯，小投入大回報。

節(jié)能減排利國利民，能有效地緩解能源危機(jī)，提高空氣質(zhì)量。城市照明行業(yè)應(yīng)根據(jù)具體工程，積極地采用合適的節(jié)能方法，降低照明工程的用電量，為我國的節(jié)能減排工程貢獻(xiàn)一份力量。

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Principle and control of variable power ballast for gas discharge lamp

Li Guangrong

(Wuxi City Lighting Engineering Co.， Ltd.Wuxi 214000，P.R.China)

This article provides a brief overview of the lighting industry， said the current background， briefly describes the current new LED light source， describes two gas discharge lamp energy saving mode， step-down power-saving cabinet and variable ballast.Specifically introduced two variable power ballast control， when the control variable power and variable power control wire， illustrate the advantages and disadvantages of the two control modes.Details of the principle of variable power wire， internal circuit diagram， the main parameters and electronic component selection and pay attention.

energy saving；variable power ballast；variable power wire；reliability

2016- 04-10

李光榮(1978-)，男，工程師，主要從事道路照明技術(shù)與管理工作。