關(guān)鍵詞高壓鈉燈燈功率控制無(wú)級(jí)可變電感器

高壓鈉燈以光效高，穿霧性強(qiáng)，相對(duì)運(yùn)行可靠、維修方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，一直是道路照明的主流光源。

由于高壓鈉燈（包括金鹵燈），具有負(fù)阻特性，燈管燈電壓低，電流大，使得配套鎮(zhèn)流器和線路損耗大，功率因數(shù)低，造成供電線路電壓梯度大。變壓器，首末端電壓差較大，照度不均勻，限制了供電變壓器的服務(wù)半徑。由于變壓首端電壓高使得燈管超額運(yùn)行，燈壽命及配套電器壽命大幅度縮短；一般節(jié)能燈管，測(cè)試壽命均在二萬(wàn)小時(shí)以上，按每年4000小時(shí)運(yùn)行，理論維護(hù)周期在5年左右，而實(shí)際維護(hù)周期不到一年。

電性能優(yōu)異的電子鎮(zhèn)流器是驅(qū)動(dòng)高壓氣體放電燈新的產(chǎn)品，但道路照明是戶外惡劣使用環(huán)境（雷擊頻繁），加之大量的非線性用電器的使用，電網(wǎng)污染大，對(duì)電網(wǎng)敏感APFC電路，會(huì)使電網(wǎng)諧波放大，加之雷電不可預(yù)測(cè)原因，會(huì)造成大面積損壞，熄燈現(xiàn)象，至今不能全面推廣。

為了節(jié)能，現(xiàn)在普遍使用的兩段式鎮(zhèn)流器，既用采用線圈抽頭方式確定兩組固定的電感量，會(huì)產(chǎn)生功率突變，可能造成熄燈現(xiàn)象。

一、改進(jìn)原理：

氣體放電光源（燈管）伏安特性如圖1

高壓鈉燈在數(shù)千伏電動(dòng)勢(shì)的觸發(fā)后，氣體碰撞產(chǎn)生電流，如圖Vt左側(cè)所示是一負(fù)阻特性，啟動(dòng)的燈管電流很大（甚至可看作瞬時(shí)短路）隨著時(shí)間延長(zhǎng)，燈管電壓增大，燈電流減小逐步達(dá)到穩(wěn)定態(tài)（Vt、It附近）。正常運(yùn)行時(shí)可看作一線性電阻，如圖Vt點(diǎn)右側(cè)所示。電壓增量是伴有較大的電流增量，實(shí)際應(yīng)用中250W鈉燈，電壓220V-242V，電壓增加10％，功率增量 p60W左右，（不滿足）更有甚者，會(huì)出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，線路和燈功率增加速率大，引起線路故障和燈管老化。

實(shí)際高壓鈉燈和LED燈一樣，應(yīng)采用恒流源鎮(zhèn)流器，專利技術(shù)《交流磁控功率調(diào)節(jié)電感鎮(zhèn)流器》（專利授權(quán)號(hào)CN10117989513）。成功實(shí)現(xiàn)恒流調(diào)控?zé)艄β始罢斩龋€路如圖2。在原有線路中僅增加一可變電感L’。

L’實(shí)際是一連續(xù)可變的電感器。根據(jù)功率P=I2 R

    其中：電流調(diào)整20%，功率調(diào)整率≥40% 所以僅以一小的變化L’就可達(dá)到較大和功率 P增量。

可變電感基于磁路原理設(shè)計(jì)：

在磁芯材料和幾何尺寸及氣隙確定后電感量取決于線圈匝數(shù)的平方?？捎脵C(jī)械改變?cè)褦?shù)實(shí)現(xiàn)可變電感量，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械磨損大且故障率高，不適用于道路照明使用，我們根據(jù)專利，調(diào)整磁導(dǎo)率μ值：控制磁阻既調(diào)控L磁導(dǎo)率 （B磁感強(qiáng)度，H磁場(chǎng)強(qiáng)度）由基本磁化曲線，可決定各點(diǎn)的靜態(tài)磁導(dǎo)率μ。如圖3，既曲線各點(diǎn)的B與H的比值。顯然，鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，是隨B值的不同而不同的。圖中時(shí)，動(dòng)態(tài)μ值最大。磁化曲線中切點(diǎn)的斜率，既變化率表示各點(diǎn)的B-H變化，由圖可看出在，且變化率較大，而，變化率較小，且可看作線性段，且H是勵(lì)磁電流產(chǎn)生，調(diào)整勵(lì)磁電流就可方便的調(diào)整μ值達(dá)到可控電感量L（ ，N為線圈匝數(shù)，L為磁路長(zhǎng)度）

在高壓鈉燈限流調(diào)整功率中 L’<

圖中：L為受控電感（N3),N1是控制繞組，N2輔助電源繞組。當(dāng)N3主回路工作的 0為燈電流N3，N2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，N2經(jīng)整流并經(jīng)隔離二極管D，和濾波電容C1 C2和穩(wěn)壓電路提供Mcu工作電源，由于N2匝數(shù)很少，工作電流對(duì)N3影響忽略不計(jì)。而N1?N3由開關(guān)K采用 PWM直接調(diào)控制i1。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)相等N1×i1=N3×i0直接由小電流i1控制 0,或者是調(diào)整L值，一般選用N1：N3=5:1，當(dāng)K斷開時(shí)L值最大（I1=0),當(dāng)K完全導(dǎo)通時(shí)L=0（處于磁飽和狀態(tài)）。N2在整流后在隔離二極管D陽(yáng)極為Mcu提出I0的采樣值和電流鑒相同步訊號(hào)（其原理不在此討論）K開關(guān)為Mos管IGBT或及晶體管，快速晶閘管等功率開關(guān)器件。

本可變調(diào)控電感器僅在L兩端A、B引線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)方向串接在燈回路中。Mcu可根據(jù)設(shè)定值及時(shí)間編程，既可設(shè)定為恒源又可根據(jù)需要節(jié)電及節(jié)電時(shí)間控制。如果配合遠(yuǎn)程監(jiān)控器。可遠(yuǎn)程控制及編程.......

燈啟動(dòng)時(shí)因無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Mcu不工作，L處于最大值，串接電感鎮(zhèn)流器，可降低燈啟動(dòng)電流（經(jīng)驗(yàn)設(shè)定為稍小于工作電流）對(duì)燈管完全無(wú)沖擊。

該裝置可大幅度的實(shí)現(xiàn)按需節(jié)電，特別是半夜，電網(wǎng)電壓升高時(shí)，在高電壓下相對(duì)節(jié)電率可高達(dá)50%以上。并且在小燈電流時(shí)，可延長(zhǎng)燈管的使用時(shí)間，幾乎可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓下使用時(shí)間。加電容補(bǔ)償后，電網(wǎng)電流接近電子鎮(zhèn)流器，但可靠性是電子鎮(zhèn)流器無(wú)法比擬的。

三：注意事項(xiàng)

在加裝電容補(bǔ)償?shù)碾娐分?，牢記補(bǔ)償電容永遠(yuǎn)與電網(wǎng)并聯(lián)。不允許將可調(diào)電感串入電流后使用，這樣L’與C串聯(lián)后并入電網(wǎng)，將產(chǎn)生串聯(lián)諧振，如圖正確接法。

四、加裝可調(diào)電感的成本分析

加裝可調(diào)電感后，將大幅度減少維護(hù)量，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)增加的購(gòu)買成本和安裝費(fèi)用。用戶可通過(guò)加裝可調(diào)電感后，對(duì)燈系統(tǒng)的壽命延長(zhǎng)，投資回收期和節(jié)能成本的分析而是否采用。

 1、壽命周期成本分析

壽命周期成本按公式(1)計(jì)算：
    

Lcc——壽命周期成本

Pc——購(gòu)置費(fèi)用，初期安裝成本（如設(shè)備及安裝人工費(fèi)用）

OCi——使用成本，是指該裝置在整個(gè)壽命周期內(nèi)考慮到折現(xiàn)因素后的使用成本，包括電費(fèi)和壽命期內(nèi)更換燈管及其配件的費(fèi)用。

r——折現(xiàn)率

N——壽命周期，年

2、投資回收期成本分析

回收期是回收采用節(jié)能產(chǎn)品增加投資所需的時(shí)間。其是購(gòu)買價(jià)格（包括安裝成本）的增加值與使用成本（包括維護(hù)費(fèi)）的下降值的比?；厥掌诎垂剑?span lang="EN-US">2)計(jì)算。

如果回收期大于產(chǎn)品就說(shuō)明所降低的使用成本不足以抵消增加的購(gòu)買成本，用戶的經(jīng)濟(jì)利益將受到損害，該產(chǎn)品將會(huì)失去市場(chǎng)。

3、節(jié)能成本是在使用壽命期內(nèi)，在考慮折現(xiàn)率的情況下，均攤到每年的成本增加值除以每年節(jié)約的電量，節(jié)能成本按式（3）計(jì)算

節(jié)能成本的值，取決于目前和將來(lái)的電費(fèi)價(jià)格。

一般年亮燈時(shí)向4000小時(shí)左右，250W鈉燈年耗電1100kWh-1200kWh，400W年耗電1600kWh左右，節(jié)電率按30%計(jì)算，250W節(jié)電350kWh左右。400W節(jié)電>500kWh，安裝該裝置后，由一年一次維護(hù)/燈，可提高到三年一次維護(hù)。而對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)減少了載流量，各種電器的負(fù)載減輕，壽命將更長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

【1】《光源電器原理和應(yīng)用技術(shù)》劉躍群、王強(qiáng)、劉卓炯 ---化學(xué)工業(yè)出版社  2003年10月第1版

【2】《照明技術(shù)手冊(cè)第2版》朱小清主編林翰副主編---機(jī)械工業(yè)出版社  2004年1月第2版

【3】《電光源原理》周太明編著---復(fù)旦大學(xué)出版社

【4】《高等電路》陳崇源編著---武漢大學(xué)出版社