電氣工程師備考：補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置

1、綜述

隨著城市化進(jìn)程的明顯加快，路燈系統(tǒng)的規(guī)模也日益龐大。路燈的運(yùn)行費(fèi)用給各地財(cái)政造成巨大的壓力。全國(guó)路燈總量約1200萬(wàn)盞，年耗電439億kWh，以平均電價(jià)0.65元計(jì)，年開(kāi)支為285億元，電網(wǎng)因電力供應(yīng)的緊張而很不穩(wěn)定。

前半夜適逢用電高峰，電壓就低，路燈相對(duì)昏暗，甚至出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，后半夜卻線網(wǎng)電壓驟升，有些地區(qū)可達(dá)250V。導(dǎo)致照明異常明亮，甚至出現(xiàn)眩光，使設(shè)計(jì)壽命5年的燈泡不到1年就已損壞，以路燈保有量3萬(wàn)盞計(jì)，每年更換費(fèi)用高達(dá)360萬(wàn)元(每盞更換成本120元)。

舊有的路燈控制只考慮開(kāi)、關(guān)及一些保護(hù)，現(xiàn)在在高等級(jí)公路的照明上國(guó)家已規(guī)定要采用節(jié)能設(shè)備。對(duì)舊有的路燈，國(guó)家也大力提倡進(jìn)行節(jié)能改造。

目前普遍使用的氣體放電燈在允許范圍內(nèi)降壓時(shí)照度并不成比例下降，即照度變化不大的特點(diǎn)，適度降壓使用可以既保證照明質(zhì)量，又大幅度的節(jié)約電能消耗，節(jié)省可觀的電費(fèi)開(kāi)支。但要有經(jīng)濟(jì)可靠，壽命長(zhǎng)，沒(méi)污染的可調(diào)電源對(duì)路燈進(jìn)行調(diào)控。

傳統(tǒng)的滑動(dòng)觸點(diǎn)調(diào)壓器、交流接觸器切換、磁飽和穩(wěn)壓器、相控穩(wěn)壓器等方式，有的反應(yīng)速度慢、機(jī)械觸點(diǎn)易損壞，自動(dòng)化程度低;有的效率低;有的則輸出波形失真較大，常對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。

以最為簡(jiǎn)單成熟且可靠性很高的變壓器技術(shù)為依托，引入微電腦作為智能控制單元，并采用先進(jìn)的現(xiàn)代電力半導(dǎo)體器件作無(wú)觸點(diǎn)控制的補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置已經(jīng)經(jīng)過(guò)市場(chǎng)考驗(yàn)。正在照明領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

2、補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置的原理

補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置是在主回路中串聯(lián)一套變壓器線圈，用它所產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)與主電源迭加，從而改變輸出電壓值。由于變壓器不是直接用來(lái)供電，而僅是起補(bǔ)償作用(約是總電源電壓的30%)，因此變壓器的功率和體積也可縮小為30%，可節(jié)省大量的銅線、鐵芯等材料。

補(bǔ)償變壓器的初級(jí)繞組由電子功率部件與多抽頭變壓器的各抽頭連接，電子功率部件擔(dān)負(fù)二個(gè)任務(wù)：

(1)按微電腦的指令通、斷與抽頭的連接;

(2)按微電腦的指令細(xì)分電壓——即調(diào)節(jié)導(dǎo)通程度，改變迭加電壓的幅值，以增加電壓級(jí)數(shù)和每級(jí)的精度。如每級(jí)抽頭為5V，在5V范圍內(nèi)，我們可以再把它分為1V/擋5級(jí)。由于是靠改變電子部件的導(dǎo)通程度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，相位等參數(shù)沒(méi)有改變，所以不會(huì)改變正弦波形。

整個(gè)裝置除變壓器的參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)得合理是個(gè)關(guān)鍵技術(shù)外，微電腦對(duì)反饋來(lái)的輸出信號(hào)進(jìn)行分析、判斷，立即作出開(kāi)、合電子開(kāi)關(guān)的指令，電子開(kāi)關(guān)又隨著微電腦的指令，與電源同步(同相位)連續(xù)導(dǎo)通、截止。不能有誤導(dǎo)通或不導(dǎo)通。如果發(fā)生誤導(dǎo)通或不導(dǎo)通，就會(huì)使輸出電壓波形畸變，就會(huì)產(chǎn)生高次諧波，從而反過(guò)來(lái)給微電腦反饋錯(cuò)誤的信息。最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。目前國(guó)內(nèi)能掌握這個(gè)技術(shù)的還不多。因此過(guò)得硬的無(wú)觸點(diǎn)產(chǎn)品也就很少。

3、補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置的功能

有了經(jīng)濟(jì)、可靠、無(wú)諧波、無(wú)觸點(diǎn)的調(diào)壓裝置，就有了使照明燈具工作在最佳狀態(tài)和滿足人們對(duì)照明節(jié)能要求的基礎(chǔ)。

燈具的開(kāi)和關(guān)的控制可以根據(jù)日照曲線且選用天文鐘、光控開(kāi)關(guān)、PLC、遙控裝置等很成熟的常用方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4、照明調(diào)控系統(tǒng)

補(bǔ)償變壓器式照明穩(wěn)壓節(jié)能裝置與低壓配電一起組成完整的照明調(diào)控系統(tǒng)。分三部分：

(1)開(kāi)關(guān)燈及節(jié)能時(shí)間控制部分;

(2)主回路保護(hù)和控制部分;

(3)緊急和維修旁路部分。

一體式(PC級(jí))自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATSE)平時(shí)不耗電，觸頭系統(tǒng)選用的材料已充分考慮了長(zhǎng)期閑置不被氧化的問(wèn)題。因此消防等可靠性要求高的場(chǎng)合都規(guī)定用一體式(PC級(jí))自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATSE)，而不準(zhǔn)許用接觸器式、斷路器式、電動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)式。