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國內照明節能控制設備的性能比較
來源:互聯網 時間:2007-6-22 16:51:45 用手機瀏覽

    隨著我國城市化建設的不斷深入,經濟高速持續的發展,人們的生活水平也不斷提高。在繁華的都市,城市道路、夜景照明已成為城市文明的標志和城市文化的代表。在推進城市亮化工程的進程中,照明光源及調控設備得到了空前的發展,當然,城市照明的電能消耗和燈具損耗也越來越大,由于電力緊急和電費的上漲,照明節能降耗將越來越受到廣泛重視。

目前國內照明節能主要的途徑有兩種:
   l 采用高效的節能型光源,也就是使用發光效率高的燈泡或燈管
   l 在現有照明系統上加裝節能控制設備

  從實際應用的角度來看,第一種方案適用于新設計的照明回路。對于已有的照明系統,因需更換所有燈具,初期投入資金和人力比較大,在不能分批分次更新燈具的照明場所,這樣做一次性投入太大,使許多單位望而卻步。同時,高效節能光源(燈管、燈泡)是傳統光源價格的5~10倍,如果采購的節能型燈具本身質量有問題或是電網供電質量不好,節能型燈具使用壽命很短,這樣就可能造成使用單位出現“節能不節錢”的不正,F象。

  對現有照明系統的節能改造,一般采用加裝節能設備,較為經濟和實用,目前國內銷售的照明節能設備很多,其中照明控制調控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類。

  1. 可控硅斬波型照明節能裝置
   原理:采用可控硅斬波原理,通過控制晶閘管(可控硅)的導通角,將電網輸入的正弦波電壓斬掉一部分,從而降低了輸出電壓的平均值,達到控壓節電的目的。

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可控硅斬波型 節電產品節電原理圖


   這類節能調控設備對照明系統的電壓調節速度快,精度高,可分時段實時調整,有穩壓作用,因為主要是電子原件,相對來說體積小、設備輕、成本低。
   但該調壓方式存在一致命缺陷,由于斬波,使電壓無法實現正弦波輸出,還會出現大量諧波,形成對電網系統諧波污染,危害極大,不能用在有電容補償電路中。(現代照明設計要求規定,照明系統中功率因數必須達到0.9以上,而氣體放電燈的功率因數在一般在0.5以下,所以都設計用電容補償功率因數)在國外發達國家,已有明文規定對電氣設備諧波含量的限制,在國內,北京、上海、廣州等大城市,已對諧波含量超標的設備限制并入電網使用。
   大功率可控硅斬波型節電設備,因其自身存在諧波污染的缺陷,如果加裝濾波設備,成本太高,是不經濟的,所以此類設備是不宜用于照明電路中。
   諧波的危害
   a. 縮短電力電容器的使用壽命,嚴重情況下,會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。
   b. 變壓器的銅耗、鐵耗增大,減少變壓器的實際使用容量,浪費電能。
   c. 增加電氣設備附加損耗,減少出力,浪費電能,嚴重時使電氣設備過熱,燒損。
   d. 造成開關、接觸器等電氣設備的誤動作,自動化儀表不能正常工作。
   e. 產生嚴重的、看不見的電磁波干擾,使有線和無線信號無法接收和傳輸,影響手機、電視、廣播、電腦等設備的正常使用,損害人體正常生理機能。

  2. 自耦降壓式調控裝置

  現在市場上最多照明節電產品就是此類產品。它的原理是,通過一個自耦變壓器機芯,根據輸入電壓高低情況,接連不同的固定變壓器抽頭,將電網電壓降低5、10、15、20V等幾個檔,從而達到降壓節電的目的。

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自耦降壓式節電產品節電原理

  這類產品最大的優點是克服了可控硅斬波型產品產生諧波的缺陷,實現了電壓的正弦波輸出,結構和功能都很簡單,當然可靠性也比較高。

  存在的技術缺陷:
    1) 固定多檔降壓器
   由于其核心部件是一個多抽頭的變壓器,變壓比是固定的,一般副邊有三到五個降壓抽頭,分別降5V、10V、15V、20V,一旦接線端固定,降低電壓就是固定值,當電網電壓波動時,調控裝置的輸出電壓也會上下波動,這樣照明的工作電壓處在不穩定波動狀態,無法起到對電光源的保護作用。如圖所示,當電網電壓高時,節電率不是最佳狀態;而電網電壓低時,可能出現欠壓現象,造成燈具無法正常點亮,反而降低燈具壽命,這是這類調控裝置存在的最大安全缺陷。當用電高峰時,電壓過低,電氣設備也無法正常運行。

  2) 接觸器型降壓器
   這類調控裝置為了能做到額定電壓正常啟動,并在過電壓和欠電壓時跳到旁路(設備的安全保護),一般都用的都是交流接觸器來進行切換,這是最簡單和常用的辦法。但是,如果用接觸器作為節電產品的電壓調整裝置的話,其安全性、可靠性和無故障工作壽命都不能保障,存在安全隱患,原因如下:
   a. 交流接觸器的工作原理是用電磁線圈吸合、斷開,來控制觸頭常開或是常閉,屬機械移動部件,只適用于不經常動作的開關場合,如燈具、電器的開起和關斷,切換次數是有限的,不適用于頻繁切換的場合。
   b. 交流接觸器在切換動作時,是機械的吸合和斷開,所以會有短暫的10~20ms的斷電,我們稱之為“閃斷”,這樣的斷電會導致HID燈( High Intensity Discharged Lamp—高壓氣體放電燈,如高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈等)熄滅。這種燈的特性決定,在熄滅以后,必須等到燈管冷卻,蒸氣壓下降后才能再點亮,一般需要5~10min左右,在使用中,這將是個嚴重故障。

  根據以上原因,交流接觸器是不能用來控制照明調控裝置進行頻繁切換的。所以,生產和銷售此類節電產品的廠家,一般做不到實時穩定電壓、多時段調控等功能,這也就是這類節電產品的缺點所在。

  3. 智能照明節電器
   從前兩類節電產品來看,它們各有優缺點,之所以不能得到大量使用,是因為其本身都存在技術缺陷,可控硅(相控)型優點是,可實時精確控制輸出電壓,滿足照明用電的最佳值,缺陷是電壓無法實現正弦波輸出,有諧波污染。而自耦降壓型的優點正好是能做到電壓正弦波輸出,卻不能實現電壓的自動精確控制,只能固定降電壓,不能升壓和穩壓,如果能將兩者優勢結合互補,去除缺陷,就是相對比較理想的照明節能產品了。
   智能照明調控裝置工作原理,采用微電腦控制系統,實時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較,通過計算進行自動調節,從而保證輸出最佳的照明系統工作電壓。

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智能調控型節電產品節電原理

  智能照明調控裝置在結合前兩類節能產品的優點的基礎上,克服了其中存在的缺陷,具體優點體現在以下四個方面:
   1) 優化電力質量,節約照明用電
   l 穩定最佳工作電壓
   針對電網電壓偏高和波動等現象,調控裝置可根據用戶現場實際需求,實時在線調控輸出最佳照明工作電壓,并能將其穩定在±2%以內,有效提高電力質量,從而達到節電10%~40%的效果。
   l 多時段節能運行
   根據用戶實際的照明需求,調控裝置還可通過程序進行多時段節能電壓設置,從而滿足用戶不同光源、不同時間的需求,實現最佳照明狀態和最大節電率。
   2) 有效保護電光源,延長其使用壽命
   l 軟啟動、慢斜坡
   影響電光源壽命的一個重要因素是,啟動和運行時電流和電壓對光源的沖擊。為了有效的降低電流沖擊和提高燈的壽命,在國外高檔燈具產品中,要求燈具有軟啟動功能。
   智能調控裝置能夠實現燈具的軟啟動和慢斜坡控制過程。燈具在啟動時,采用低壓軟啟動,充分預熱。該過程可減少40%的啟動電流沖擊,有效提高光源壽命。在調壓、穩壓的過程中,智能調控裝置采用慢斜坡方式,讓電壓在設定時間內緩慢過渡,保證光源不受電壓、電流波動的沖擊,從而降低電光源損壞,延長使用壽命。
   l 實時穩壓、控壓
   在電壓波動很大的地方,如電氣設備比較多的廠區,一分鐘內的電壓波動達到±15%;路燈后半夜的供電電壓也會達到250V。智能調控裝置高穩定的最佳照明電壓,能夠延長電光源壽命2~4倍,減少照明運行、維護成本30%~50%。
   3) 智能照明調控
   為了滿足不同用戶對照明燈具控制的需要,智能調控裝置有三種運行模式可供選用:
   l 端子控制節能運行模式
   l 時間控制節能運行模式
   l 通訊控制節能運行模式
   可按現場實際情況,通過天文鐘、智能探頭或內部編程、遠程計算機遙控,實現時控、光控、程控等多種智能化控制。并可根據不同時段、不同燈具、不同亮度要求,每相獨立調節,允許100%不平衡。
   4) 適用性、可靠性
   l 調控裝置每相可獨立調節,可操作性強,可以承受三相100%的不平衡負載,且保證單相的故障絕不影響其它兩相的正常運行。同一個裝置可以帶不同類型光源負載,還可以獨立調節每相的輸出電壓。
   l 調控裝置采用手動和自動雙旁路系統,以保證照明設備不斷電,正常安全運行;
   l 調控裝置控制部分不含交流接觸器,無觸點和移動元件,保證高可靠性和低功耗。
   l 可選配GSM/GPRS全球實時(手機)監控系統,通過顯示、聲音等信號監測設備運行,故障報警,及時采取保護措施。
   這類照明節電產品成本略高于前兩種,可實現智能照明調控、有效保護電光源、降低電能消耗的功能,使用的經濟性和可靠性遠遠好于前兩種產品,是目前國際上比較成熟的照明控制解決方案。


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