照明节能控制器的应用及原理

国内照明节能控制设备的性能比较
随着我国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控设备得到了空前的发展，当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧急和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛重视。
目前国内照明节能主要的途径有两种：
采用高效的节能型光源，也就是使用发光效率高的灯泡或灯管
在现有照明系统上加装节能控制设备
从实际应用的角度来看，第一种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大，使许多单位望而却步。同时，高效节能光源（灯管、灯泡）是传统光源价格的5~10倍，如果采购的节能型灯具本身质量有问题或是电网供电质量不好，节能型灯具使用寿命很短，这样就可能造成使用单位出现“节能不节钱”的不正常现象。
对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实用，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。从工作原理上大致分为三大类。
1. 可控硅斩波型照明节能装置
原理：采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。
这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。
但该调压方式存在一致命缺陷，由于斩波，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染，危害极大，不能用在有电容补偿电路中。（现代照明设计要求规定，照明系统中功率因数必须达到0.9以上，而气体放电灯的功率因数在一般在0.5以下，所以都设计用电容补偿功率因数）在国外发达国家，已有明文规定对电气设备谐波含量的限制，在国内，北京、上海、广州等大城市，已对谐波含量超标的设备限制并入电网使用。
大功率可控硅斩波型节电设备，因其自身存在谐波污染的缺陷，如果加装滤波设备，成本太高，是不经济的，所以此类设备是不宜用于照明电路中。
谐波的危害
a.缩短电力电容器的使用寿命，严重情况下，会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
b.变压器的铜耗、铁耗增大，减少变压器的实际使用容量，浪费电能。
c.增加电气设备附加损耗，减少出力，浪费电能，严重时使电气设备过热，烧损。
d.造成开关、接触器等电气设备的误动作，自动化仪表不能正常工作。
e.产生严重的、看不见的电磁波干扰，使有线和无线信号无法接收和传输，影响手机、电视、广播、电脑等设备的正常使用，损害人体正常生理机能。
2. 自耦降压式调控装置
现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低5、10、15、20V等几个档，从而达到降压节电的目的。
这类产品最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。
存在的技术缺陷：
1) 固定多档降压器
由于其核心部件是一个多抽头的变压器，变压比是固定的，一般副边有三到五个降压抽头，分别降5V、10V、15V、20V，一旦接线端固定，降低电压就是固定值，当电网电压波动时，调控装置的输出电压也会上下波动，这样照明的工作电压处在不稳定波动状态，无法起到对电光源的保护作用。如图所示，当电网电压高时，节电率不是最佳状态；而电网电压低时，可能出现欠压现象，造成灯具无法正常点亮，反而降低灯具寿命，这是这类调控装置存在的最大安全缺陷。当用电高峰时，电压过低，电气设备也无法正常运行。
2)接触器型降压器
这类调控装置为了能做到额定电压正常启动，并在过电压和欠电压时跳到旁路（设备的安全保护），一般都用的都是交流接触器来进行切换，这是最简单和常用的办法。但是，如果用接触器作为节电产品的电压调整装置的话，其安全性、可靠性和无故障工作寿命都不能保障，存在安全隐患，原因如下：
a.交流接触器的工作原理是用电磁线圈吸合、断开，来控制触头常开或是常闭，属机械移动部件，只适用于不经常动作的开关场合，如灯具、电器的开起和关断，切换次数是有限的，不适用于频繁切换的场合。
b.交流接触器在切换动作时，是机械的吸合和断开，所以会有短暂的10~20ms的断电，我们称之为“闪断”，这样的断电会导致HID灯( High Intensity Discharged Lamp—高压气体放电灯，如高压钠灯、金卤灯、高压汞灯等)熄灭。这种灯的特性决定，在熄灭以后，必须等到灯管冷却，蒸气压下降后才能再点亮，一般需要5~10min左右，在使用中，这将是个严重故障。
根据以上原因，交流接触器是不能用来控制照明调控装置进行频繁切换的。所以，生产和销售此类节电产品的厂家，一般做不到实时稳定电压、多时段调控等功能，这也就是这类节电产品的缺点所在。

huanghxf

2006年06月01日 14:13:55

2楼

3. 智能照明节电器
从前两类节电产品来看，它们各有优缺点，之所以不能得到大量使用，是因为其本身都存在技术缺陷，可控硅（相控）型优点是，可实时精确控制输出电压，满足照明用电的最佳值，缺陷是电压无法实现正弦波输出，有谐波污染。而自耦降压型的优点正好是能做到电压正弦波输出，却不能实现电压的自动精确控制，只能固定降电压，不能升压和稳压，如果能将两者优势结合互补，去除缺陷，就是相对比较理想的照明节能产品了。
智能照明调控装置工作原理，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。
智能照明调控装置在结合前两类节能产品的优点的基础上，克服了其中存在的缺陷，具体优点体现在以下四个方面：
1)优化电力质量，节约照明用电
稳定最佳工作电压
针对电网电压偏高和波动等现象，调控装置可根据用户现场实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，并能将其稳定在±2%以内，有效提高电力质量，从而达到节电10%~40%的效果。
多时段节能运行
根据用户实际的照明需求，调控装置还可通过程序进行多时段节能电压设置，从而满足用户不同光源、不同时间的需求，实现最佳照明状态和最大节电率。
2) 有效保护电光源，延长其使用寿命
软启动、慢斜坡
影响电光源寿命的一个重要因素是，启动和运行时电流和电压对光源的冲击。为了有效的降低电流冲击和提高灯的寿命，在国外高档灯具产品中，要求灯具有软启动功能。
智能调控装置能够实现灯具的软启动和慢斜坡控制过程。灯具在启动时，采用低压软启动，充分预热。该过程可减少40%的启动电流冲击，有效提高光源寿命。在调压、稳压的过程中，智能调控装置采用慢斜坡方式，让电压在设定时间内缓慢过渡，保证光源不受电压、电流波动的冲击，从而降低电光源损坏，延长使用寿命。
实时稳压、控压
在电压波动很大的地方，如电气设备比较多的厂区，一分钟内的电压波动达到±15%；路灯后半夜的供电电压也会达到250V。智能调控装置高稳定的最佳照明电压，能够延长电光源寿命2~4倍，减少照明运行、维护成本30%~50%。
3) 智能照明调控
为了满足不同用户对照明灯具控制的需要，智能调控装置有三种运行模式可供选用：
端子控制节能运行模式
时间控制节能运行模式
通讯控制节能运行模式
可按现场实际情况，通过天文钟、智能探头或内部编程、远程计算机遥控，实现时控、光控、程控等多种智能化控制。并可根据不同时段、不同灯具、不同亮度要求，每相独立调节，允许100%不平衡。
4)适用性、可靠性
调控装置每相可独立调节，可操作性强，可以承受三相100%的不平衡负载，且保证单相的故障绝不影响其它两相的正常运行。同一个装置可以带不同类型光源负载，还可以独立调节每相的输出电压。
调控装置采用手动和自动双旁路系统，以保证照明设备不断电，正常安全运行；
调控装置控制部分不含交流接触器，无触点和移动元件，保证高可靠性和低功耗。
可选配GSM/GPRS全球实时（手机）监控系统，通过显示、声音等信号监测设备运行，故障报警，及时采取保护措施。
这类照明节电产品成本略高于前两种，可实现智能照明调控、有效保护电光源、降低电能消耗的功能，使用的经济性和可靠性远远好于前两种产品，是目前国际上比较成熟的照明控制解决方案。
我公司生产的SLC系列智能节能照明控制器就是第三种控制器,适用于各类白炽灯、钠灯、汞灯、卤素灯、荧光灯（日光灯）等电感式整流器的灯光照明系统.应用场所：城市路灯、高速公路、市政照明工程、楼宇、公共场所、大型广告灯牌等.这是我司产品资料:
SLC系列智能节能照明控制器是以微处理器技术和现代电力电子先进技术为基础开发的高性能产品，能有效的实现降压及限压功能，能延长灯具的使用寿命，减少维护费用，降低维护人员的工作量，节能效果可达10%-45%*，投资少，见效快。
　　SLC系列产品在软、硬件设计上采用了完善的抗干扰技术、防雷技术、防浪涌技术，符合EMC的标准（GB/T 13926.4-92），产品性能稳定，可长期安全、可靠运行。
　　SLC系列产品具有功率大、体积小，安装调试简便，并易于老系统的改造等优点。产品已得到广泛的应用，且得到用户的好评。
　　适用于各类白炽灯、钠灯、汞灯、卤素灯、荧光灯（日光灯）等电感式整流器的灯光照明系统。
应用场所：城市路灯、高速公路、市政照明工程、楼宇、公共场所、大型广告灯牌等。
　　特性及功能：
　　控制：
· 灵活的可编程控制功能。降压限压幅度、开关灯时间任意设定。
· 控制模式有时控、光控、手动控制、上位机远程控制及根据使用地点的经纬度自动控制。
· 软启动、软过渡、软关闭功能，防止过电压及冷启动大电流对灯具的冲击，大幅度减少灯具的损毁率。
· 对钠灯、汞灯等灯具设有可调的全压预热启动时间，灯具能更充分的预热，平稳过渡到正常工作状态。
· 能实现全夜灯及半夜灯控制，且有后半夜再降压调流功能，节能效果更加理想。
· 完善的再起动功能，当负载故障、外部供电故障结束后，能自动重新点燃灯具。
· 控制方式有时控、光控、手动控制、上位机远程控制及根据使用地点的经纬度自动控制（选件）。
· 三相开关灯时间及输出电压可独立调节，可接不平衡及不同类型的负载。
· 可编程的检修模式，便于照明系统检修、维护和灯具更换。
· 预留一组受时钟控制的常开接点以实现特殊控制。接点容量为7A/250VAC。
　　保护：
· 完善的防雷、过压、过热保护。
· 三相独立过载保护，报警提示。
· 故障报警自动旁路功能，并奖故障信号上传。
· 应急照明自动切换功能。某些特殊场合，需要不间断照明，当主照明回路出现故障，主照明回路自动切换为直流应急供电系统时，控制器自动检测该变化，并保持照明的不中断。
· 断电数据保护。在系统断电时，所设定的参数不丢失，且时钟仍然可以正常准确运行。
　　界面：
· 全中文界面，菜单式参数设定，层次分明，完善的帮助及故障提示。
· 四个按键实现全部参数设定，操作简单，使用方便。
· 运行时显示三相输出电压及电流。
　　通讯：
· 配有RS485接口，能实现与上位机之间的信息传输。可通过上位机设定、修改参数，并能远程监控系统。
· 标准Modbus通讯协议（其他协议需另定制）。
· 通讯速率：9600bit
　　技术指标：
· 工作电压：220V±20% AC, 50Hz/60Hz, 220V±20% DC；
· 额定工作电流（每相的电流）： 30A、60A、100A、160A、200A；
· 电压设定范围：170V - 255V；
· 输出电压精度：±15%；
· 定时精度：±1秒；
· 时钟精度：±50ppm；
· 全压预热启动时间：1-9分钟可设定；
· 过载能力：长时间连续过载30%；
· 冷却方式：强制风冷；
· 工作环境：无爆炸性气体及粉尘的场合
· 工作环境温度：-10℃-+55℃（特殊场合需特别声明）
· 贮存环境温度：-55℃-+80℃
· 相对湿度：≤95%