國內(nèi)照明節(jié)能控制設(shè)備的性能比較
隨著我國城市化建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)的發(fā)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(biāo)志和城市文化的代表。在推進(jìn)城市亮化工程的進(jìn)程中，照明光源及調(diào)控設(shè)備得到了空前的發(fā)展，當(dāng)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(fèi)的上漲，照明節(jié)能降耗將越來越受到廣泛重視。
目前國內(nèi)照明節(jié)能主要的途徑有兩種：
l l 采用高效的節(jié)能型光源，也就是使用發(fā)光效率高的燈泡或燈管
l l 在現(xiàn)有照明系統(tǒng)上加裝節(jié)能控制設(shè)備
從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，第一種方案適用于新設(shè)計(jì)的照明回路。對于已有的照明系統(tǒng)，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(shí)，高效節(jié)能光源（燈管、燈泡）是傳統(tǒng)光源價(jià)格的5~10倍，如果采購的節(jié)能型燈具本身質(zhì)量有問題或是電網(wǎng)供電質(zhì)量不好，節(jié)能型燈具使用壽命很短，這樣就可能造成使用單位出現(xiàn)“節(jié)能不節(jié)錢”的不正常現(xiàn)象。
對現(xiàn)有照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，一般采用加裝節(jié)能設(shè)備，較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，目前國內(nèi)銷售的照明節(jié)能設(shè)備很多，其中照明控制調(diào)控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類。
1. 1. 可控硅斬波型照明節(jié)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(dǎo)通角，將電網(wǎng)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(dá)到控壓節(jié)電的目的。
可控硅斬波型節(jié)電產(chǎn)品節(jié)電原理圖
這類節(jié)能調(diào)控設(shè)備對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，因?yàn)橹饕请娮釉鄬碚f體積小、設(shè)備輕、成本低。
但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于斬波，使電壓無法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會出現(xiàn)大量諧波，形成對電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染，危害極大，不能用在有電容補(bǔ)償電路中。（現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)要求規(guī)定，照明系統(tǒng)中功率因數(shù)必須達(dá)到0.9以上，而氣體放電燈的功率因數(shù)在一般在0.5以下，所以都設(shè)計(jì)用電容補(bǔ)償功率因數(shù)）在國外發(fā)達(dá)國家，已有明文規(guī)定對電氣設(shè)備諧波含量的限制，在國內(nèi)，北京、上海、廣州等大城市，已對諧波含量超標(biāo)的設(shè)備限制并入電網(wǎng)使用。
大功率可控硅斬波型節(jié)電設(shè)備，因其自身存在諧波污染的缺陷，如果加裝濾波設(shè)備，成本太高，是不經(jīng)濟(jì)的，所以此類設(shè)備是不宜用于照明電路中。
諧波的危害
a. a. 縮短電力電容器的使用壽命，嚴(yán)重情況下，會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。
b. b. 變壓器的銅耗、鐵耗增大，減少變壓器的實(shí)際使用容量，浪費(fèi)電能。
c. c. 增加電氣設(shè)備附加損耗，減少出力，浪費(fèi)電能，嚴(yán)重時(shí)使電氣設(shè)備過熱，燒損。
d. d. 造成開關(guān)、接觸器等電氣設(shè)備的誤動作，自動化儀表不能正常工作。
e. e. 產(chǎn)生嚴(yán)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(jī)、電視、廣播、電腦等設(shè)備的正常使用，損害人體正常生理機(jī)能。
2.2自耦降壓式調(diào)控裝置
現(xiàn)在市場上最多照明節(jié)電產(chǎn)品就是此類產(chǎn)品。它的原理是，通過一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5、10、15、20V等幾個(gè)檔，從而達(dá)到降壓節(jié)電的目的。
自耦降壓式節(jié)電產(chǎn)品節(jié)電原理
這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都較簡單，當(dāng)然可靠性也比較高。
存在的技術(shù)缺陷：
1) 1) 固定多檔降壓器
由于其核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器，變壓比是固定的，一般副邊有三到五個(gè)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(dāng)電網(wǎng)電壓波動時(shí)，調(diào)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(wěn)定波動狀態(tài)，無法起到對電光源的保護(hù)作用。如圖所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓高時(shí)，節(jié)電率不是最佳狀態(tài)；而電網(wǎng)電壓低時(shí)，可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成燈具無法正常點(diǎn)亮，反而降低燈具壽命，這是這類調(diào)控裝置存在的最大安全缺陷。當(dāng)用電高峰時(shí)，電壓過低，電氣設(shè)備也無法正常運(yùn)行。
2) 2) 接觸器型降壓器
這類調(diào)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(shí)跳到旁路（設(shè)備的安全保護(hù)），一般都用的都是交流接觸器來進(jìn)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(jié)電產(chǎn)品的電壓調(diào)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. 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(jī)械移動部件，只適用于不經(jīng)常動作的開關(guān)場合，如燈具、電器的開起和關(guān)斷，切換次數(shù)是有限的，不適用于頻繁切換的場合。
b. b. 交流接觸器在切換動作時(shí)，是機(jī)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(dǎo)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(diǎn)亮，一般需要5~10min左右，在使用中，這將是個(gè)嚴(yán)重故障。
根據(jù)以上原因，交流接觸器是不能用來控制照明調(diào)控裝置進(jìn)行頻繁切換的。所以，生產(chǎn)和銷售此類節(jié)電產(chǎn)品的廠家，一般做不到實(shí)時(shí)穩(wěn)定電壓、多時(shí)段調(diào)控等功能，這也就是這類節(jié)電產(chǎn)品的缺點(diǎn)所在。
2. 3. 智能照明節(jié)電器
從前兩類節(jié)電產(chǎn)品來看，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，之所以不能得到大量使用，是因?yàn)槠浔旧矶即嬖诩夹g(shù)缺陷，可控硅（相控）型優(yōu)點(diǎn)是，可實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)正弦波輸出，有諧波污染。而自耦降壓型的優(yōu)點(diǎn)正好是能做到電壓正弦波輸出，卻不能實(shí)現(xiàn)電壓的自動精確控制，只能固定降電壓，不能升壓和穩(wěn)壓，如果能將兩者優(yōu)勢結(jié)合互補(bǔ)，去除缺陷，就是相對比較理想的照明節(jié)能產(chǎn)品了。
智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計(jì)算進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。
智能調(diào)控型節(jié)電產(chǎn)品節(jié)電原理
智能照明調(diào)控裝置在結(jié)合前兩類節(jié)能產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，克服了其中存在的缺陷，具體優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
1) 1) 優(yōu)化電力質(zhì)量，節(jié)約照明用電
l l 穩(wěn)定最佳工作電壓
針對電網(wǎng)電壓偏高和波動等現(xiàn)象，調(diào)控裝置可根據(jù)用戶現(xiàn)場實(shí)際需求，實(shí)時(shí)在線調(diào)控輸出最佳照明工作電壓，并能將其穩(wěn)定在±2%以內(nèi)，有效提高電力質(zhì)量，從而達(dá)到節(jié)電10%~40%的效果。
l l 多時(shí)段節(jié)能運(yùn)行
根據(jù)用戶實(shí)際的照明需求，調(diào)控裝置還可通過程序進(jìn)行多時(shí)段節(jié)能電壓設(shè)置，從而滿足用戶不同光源、不同時(shí)間的需求，實(shí)現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。
2) 2) 有效保護(hù)電光源，延長其使用壽命
l l 軟啟動、慢斜坡
影響電光源壽命的一個(gè)重要因素是，啟動和運(yùn)行時(shí)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(chǎn)品中，要求燈具有軟啟動功能。
智能調(diào)控裝置能夠?qū)崿F(xiàn)燈具的軟啟動和慢斜坡控制過程。燈具在啟動時(shí)，采用低壓軟啟動，充分預(yù)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(diào)壓、穩(wěn)壓的過程中，智能調(diào)控裝置采用慢斜坡方式，讓電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)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 l 實(shí)時(shí)穩(wěn)壓、控壓
在電壓波動很大的地方，如電氣設(shè)備比較多的廠區(qū)，一分鐘內(nèi)的電壓波動達(dá)到±15%；路燈后半夜的供電電壓也會達(dá)到250V。智能調(diào)控裝置高穩(wěn)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(yùn)行、維護(hù)成本30%~50%。
3) 3) 智能照明調(diào)控
為了滿足不同用戶對照明燈具控制的需要，智能調(diào)控裝置有三種運(yùn)行模式可供選用：
l l 端子控制節(jié)能運(yùn)行模式
l l 時(shí)間控制節(jié)能運(yùn)行模式
l l 通訊控制節(jié)能運(yùn)行模式
可按現(xiàn)場實(shí)際情況，通過天文鐘、智能探頭或內(nèi)部編程、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)遙控，實(shí)現(xiàn)時(shí)控、光控、程控等多種智能化控制。并可根據(jù)不同時(shí)段、不同燈具、不同亮度要求，每相獨(dú)立調(diào)節(jié)，允許100%不平衡。
4) 4) 適用性、可靠性
l l 調(diào)控裝置每相可獨(dú)立調(diào)節(jié)，可操作性強(qiáng)，可以承受三相100%的不平衡負(fù)載，且保證單相的故障絕不影響其它兩相的正常運(yùn)行。同一個(gè)裝置可以帶不同類型光源負(fù)載，還可以獨(dú)立調(diào)節(jié)每相的輸出電壓。
l l 調(diào)控裝置采用手動和自動雙旁路系統(tǒng)，以保證照明設(shè)備不斷電，正常安全運(yùn)行；
l l 調(diào)控裝置控制部分不含交流接觸器，無觸點(diǎn)和移動元件，保證高可靠性和低功耗。
l l 可選配GSM/GPRS全球?qū)崟r(shí)（手機(jī)）監(jiān)控系統(tǒng)，通過顯示、聲音等信號監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行，故障報(bào)警，及時(shí)采取保護(hù)措施。
l 如“保瓦博士”NE系列照明智能調(diào)控裝置
這類照明節(jié)電產(chǎn)品成本略高于前兩種，可實(shí)現(xiàn)智能照明調(diào)控、有效保護(hù)電光源、降低電能消耗的功能，使用的經(jīng)濟(jì)性和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前兩種產(chǎn)品，是目前國際上比較成熟的照明控制解決方案。
“保瓦博士”NE系列智能照明調(diào)控裝置
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