1 節(jié)能改造分析

　　1.1 供電狀況

　　供電部門為了避免輸電過(guò)程中的各種損耗以及用電高峰期造成線路末端電壓過(guò)低對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的不良影響，而以比標(biāo)稱電壓高10%的電壓向用戶（以單相220V標(biāo)稱電壓為例，實(shí)際供電電壓為220+22010%=242V）供電，以確保供電線路遠(yuǎn)端的電壓不會(huì)低于220-22010%=198V。因此供電線路上的絕大部分區(qū)域的電壓都會(huì)等于或高于標(biāo)稱電壓（220V）。我國(guó)用戶變壓器的標(biāo)準(zhǔn)變比為10kV/0.4kV,但10kV高壓線路的實(shí)際供電電壓為11kV（10+1010%=11kV），因而低壓端的單相實(shí)際輸出電壓最高可達(dá)254V（0.4V/10V11kV/1.732=254V）。

　　1.2 用電狀況

　　照明用電設(shè)備（燈具）的正常工作電壓范圍（單相，即相電壓）是220（110%）V（即198V~242V）。通常，城市或地區(qū)的供電電壓會(huì)隨該地區(qū)的用電負(fù)荷減少而升高，這種現(xiàn)象在工業(yè)區(qū)尤為突出。

　　特別是深夜，供電電壓會(huì)比正常值220V高出10%~15%。

　　照明線路多為未經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償即向燈具供電，功率因數(shù)極低，電路的無(wú)功損耗和無(wú)功電流在電路中造成的有功、無(wú)功損耗都比較大，造成了電能的極大浪費(fèi)。

　　1.3 可行性節(jié)電分析

　　燈具在運(yùn)行中消耗功率的計(jì)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(jīng)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(huì)隨供電電壓下降的平方關(guān)系迅速下降。

　　1.3.1 照明節(jié)電改造主要由以下三方面工程構(gòu)成

　　（1）穩(wěn)壓控壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

　　安裝高精度多時(shí)段可控慢斜坡線性實(shí)時(shí)穩(wěn)壓節(jié)電設(shè)備，分時(shí)段實(shí)時(shí)穩(wěn)壓控壓，根據(jù)燈具和用電場(chǎng)所狀況將毫無(wú)穩(wěn)定可言的市電電壓實(shí)時(shí)精確穩(wěn)定地控制在燈具所需的電壓值上，在確保正常照明的前提下可極大地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。并有效保護(hù)燈泡，延長(zhǎng)燈具壽命。

　　（2）提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

　　本文設(shè)計(jì)的智能穩(wěn)壓照明節(jié)電器，可在電路功率因數(shù)較低時(shí)，對(duì)電路實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少無(wú)功損耗和無(wú)功電流在電路中有功損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　（3）平衡三相輸出，減少零序電流，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

　　智能穩(wěn)壓照明節(jié)電器具有自動(dòng)平衡三相輸出電壓的功能，輔以工程技術(shù)人員的安裝處理，可極大地平衡三相供電電流，有效地減少在零線電流和環(huán)相電流，極大地降低線路損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　1.3.2 照明光源狀況

　　道路、車間等場(chǎng)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。下面以高壓鈉燈為例，說(shuō)明光源狀況。

　　（1）啟動(dòng)電壓低

　　高壓鈉燈的技術(shù)參數(shù)明確規(guī)定：高壓鈉燈應(yīng)能在低于198V的電壓下啟動(dòng)；高壓鈉燈在啟動(dòng)時(shí)要求其觸發(fā)器輸出的脈沖峰值電壓應(yīng)2kV（2~3kV），而一盞合格的高壓鈉燈在啟動(dòng)時(shí)只要給該燈觸發(fā)器輸入（17510）V的50Hz市電電壓即可產(chǎn)生峰值為2~3kV的高壓脈沖。為確保觸發(fā)器能順利產(chǎn)生2kV以上的高壓脈沖，要求電源電壓應(yīng)大于175V才能觸發(fā)燈泡啟輝并使泡體內(nèi)的氣體充分游離正常發(fā)光。

　　（2）燈泡使用電壓范圍寬

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

　　（3）高壓鈉燈對(duì)電源電壓波動(dòng)的要求

　　高壓鈉燈在使用過(guò)程中對(duì)電源電壓的波動(dòng)有較為嚴(yán)格的要求。高壓鈉燈電源電壓不能波動(dòng)過(guò)大，電壓突然下降超過(guò)5%可能自行熄滅，而且電源電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)發(fā)光參數(shù)的影響較大。我們認(rèn)為：由于高壓鈉燈屬氣體放電燈類，過(guò)高的電壓和經(jīng)常波動(dòng)的電源電壓還會(huì)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(duì)高壓鈉燈壽命的影響

　　為使觸發(fā)器能順利產(chǎn)生2kV以上的高壓觸發(fā)脈沖，觸發(fā)燈泡啟輝和使泡體內(nèi)的氣體放電且充分游離并正常發(fā)光，要求電源電壓應(yīng)大于175V。當(dāng)泡體內(nèi)的氣體放電且充分游離并正常發(fā)光后，燈泡的使用壽命與泡體內(nèi)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度成正比，速度越高燈泡壽命越短，而泡體內(nèi)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度與燈泡的端電壓成正比。可見(jiàn)為延長(zhǎng)高壓鈉燈的使用壽命應(yīng)盡量適當(dāng)降低輸給高壓鈉燈的端電壓。實(shí)踐證明高壓鈉燈在啟輝后長(zhǎng)期工作在180V~200V電壓內(nèi)要比工作在高于200V的壽命要長(zhǎng)得多。

　　b 電壓波動(dòng)對(duì)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(wěn)定燈泡的壽命就越長(zhǎng)；經(jīng)常突然跳變的電壓會(huì)使燈泡產(chǎn)生沖擊電流和影響泡體內(nèi)氣體的游離狀態(tài)，以至縮短燈泡的使用壽命。

　　2 智能照明節(jié)電器工作原理、特性、效果

　　2.1 智能照明節(jié)電器的簡(jiǎn)單工作原理

　　智能照明節(jié)電器的設(shè)計(jì)源于電磁補(bǔ)償和閉環(huán)跟蹤實(shí)時(shí)穩(wěn)壓原理，是一款高精度多時(shí)段可控慢斜坡線性實(shí)時(shí)穩(wěn)壓節(jié)電設(shè)備，徹底克服了斬波節(jié)電器固定式自耦變壓器降壓節(jié)電器、分檔調(diào)節(jié)式自耦變壓器降壓節(jié)電器等存在的波型畸變、諧波污染、電壓不穩(wěn)定、閃斷沖擊（10~20ms）等弊端。智能照明節(jié)電器在道路照明節(jié)電應(yīng)用中一般分三時(shí)段處理：第一時(shí)段為啟動(dòng)期，第二時(shí)段為上半夜，第三時(shí)段為下半夜。

　　各時(shí)段的工作電壓和節(jié)能效果見(jiàn)圖1。