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智能稳压电源在路灯照明中的应用
作者:    时间:2011-09-20    来源:EDN 
 
      

  引言

  现今工业厂区普遍有较大的工作区域,其间路灯众多,一般采用的是高压钠灯,而该灯功耗非常大,导致厂内供电电压不稳定,波动幅度大。尤其在下半夜,电压通常高达250V以上,致使灯泡损耗率极高(达60%以上)。为节省能耗,减少浪费,降低成本,有必要进行节能改造。

  1 节能改造分析

  1.1 供电状况

  供电部门为了避免输电过程中的各种损耗以及用电高峰期造成线路末端电压过低对用电设备产生的不良影响,而以比标称电压高10%的电压向用户(以单相220V标称电压为例,实际供电电压为220+22010%=242V)供电,以确保供电线路远端的电压不会低于220-22010%=198V。因此供电线路上的绝大部分区域的电压都会等于或高于标称电压(220V)。我国用户变压器的标准变比为10kV/0.4kV,10kV高压线路的实际供电电压为11kV10+1010%=11kV),因而低压端的单相实际输出电压最高可达254V0.4V/10V11kV/1.732=254V)。

  1.2 用电状况

  照明用电设备(灯具)的正常工作电压范围(单相,即相电压)是220110%V(即198V~242V)。通常,城市或地区的供电电压会随该地区的用电负荷减少而升高,这种现象在工业区尤为突出。

  特别是深夜,供电电压会比正常值220V高出10%~15%

  照明线路多为未经无功补偿即向灯具供电,功率因数极低,电路的无功损耗和无功电流在电路中造成的有功、无功损耗都比较大,造成了电能的极大浪费。

  1.3 可行性节电分析

  灯具在运行中消耗功率的计算公式为:

  式中P——灯泡消耗的电功率;U——供给灯泡的电压;R——灯泡的阻抗。

  灯泡一经出厂其阻抗R则已确定,因此改变供给灯具的供电电压,灯具所消耗的电功率将会随供电电压下降的平方关系迅速下降。

  1.3.1 照明节电改造主要由以下三方面工程构成

  (1)稳压控压,实现节能

  安装高精度多时段可控慢斜坡线性实时稳压节电设备,分时段实时稳压控压,根据灯具和用电场所状况将毫无稳定可言的市电电压实时精确稳定地控制在灯具所需的电压值上,在确保正常照明的前提下可极大地实现节能。并有效保护灯泡,延长灯具寿命。

  (2)提高功率因数,实现节能

  本文设计的智能稳压照明节电器,可在电路功率因数较低时,对电路实施无功补偿,提高功率因数,减少无功损耗和无功电流在电路中有功损耗,实现节能。

  (3)平衡三相输出,减少零序电流,实现节能

  智能稳压照明节电器具有自动平衡三相输出电压的功能,辅以工程技术人员的安装处理,可极大地平衡三相供电电流,有效地减少在零线电流和环相电流,极大地降低线路损耗,实现节能。

  1.3.2 照明光源状况

  道路、车间等场所的大功率照明,通常使用的光源为气体放电灯,如金卤灯、高压钠灯等。下面以高压钠灯为例,说明光源状况。

  (1)启动电压低

  高压钠灯的技术参数明确规定:高压钠灯应能在低于198V的电压下启动;高压钠灯在启动时要求其触发器输出的脉冲峰值电压应2kV2~3kV),而一盏合格的高压钠灯在启动时只要给该灯触发器输入(17510V50Hz市电电压即可产生峰值为2~3kV的高压脉冲。为确保触发器能顺利产生2kV以上的高压脉冲,要求电源电压应大于175V才能触发灯泡启辉并使泡体内的气体充分游离正常发光。

  (2)灯泡使用电压范围宽

  高压钠灯在启动后灯的工作电压为(10020V,即高压钠灯启动后将工作在80~120V之间,则不能低于80V,为确保这一工作电压则要求电源电压不能低于176V220-22020%=176V)。

  (3)高压钠灯对电源电压波动的要求

  高压钠灯在使用过程中对电源电压的波动有较为严格的要求。高压钠灯电源电压不能波动过大,电压突然下降超过5%可能自行熄灭,而且电源电压波动时对发光参数的影响较大。我们认为:由于高压钠灯属气体放电灯类,过高的电压和经常波动的电源电压还会极大地缩短高压钠灯的使用寿命。

  (4)影响高压钠灯使用寿命的因素

  a 电压幅值对高压钠灯寿命的影响

  为使触发器能顺利产生2kV以上的高压触发脉冲,触发灯泡启辉和使泡体内的气体放电且充分游离并正常发光,要求电源电压应大于175V。当泡体内的气体放电且充分游离并正常发光后,灯泡的使用寿命与泡体内气体分子运动的速度成正比,速度越高灯泡寿命越短,而泡体内气体分子运动的速度与灯泡的端电压成正比。可见为延长高压钠灯的使用寿命应尽量适当降低输给高压钠灯的端电压。实践证明高压钠灯在启辉后长期工作在180V~200V电压内要比工作在高于200V的寿命要长得多。

  b 电压波动对高压钠灯寿命的影响

  高压钠灯属气体放电灯类,输给灯泡的电压越稳定灯泡的寿命就越长;经常突然跳变的电压会使灯泡产生冲击电流和影响泡体内气体的游离状态,以至缩短灯泡的使用寿命。

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标签:  GPRS  路灯照明


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