照明节电设备的种类及性能

  低压气体放电光源主要是以荧光灯(直管形、环形、三基色节能灯等)为代表的电光源。由于采用气体放电原理来产生可见光,因此技术性能就比灯丝类电光源有很大的提高。具有性能好、使用起来更便捷、节能高效等特点,已得到了广泛的应用。特别是采用三基色工艺生产的紧凑型荧光灯,在配合高效节能型电感镇流器或电子镇流器后,具有更突出的优点。供电电压的偏移对荧光灯技术性能产生的影响可参见表2。

  当前,国民经济持续的快速地发展与电力供应相对滞后的矛盾突出,导致几乎全国范围内的电力供应紧张。许多地方不得不采取了拉电、限电的被动措施,对当地的经济持续发展、人们的日常生活和社会的稳定和谐都造成了一定的影响。为了缓解供电的压力,提高照明的应用效果,各种照明节电设备应用的范围逐步扩大,并取得了积极的效果,为降低日趋高涨的用电需求发挥了积极的作用。

  电网中连接着许多变频、变流等非线性负载。这些负载在工作时将产生大量的高次谐波。这不仅使得电网受到严重的污染,而且也造成了对照明电光源正常工作的干扰。

  灯丝类电光源的工作原理是电流的热效应,因此照明供电中的高次谐波对其正常工作的干扰几乎能忽略,通常不予特别考虑。

  灯丝类电光源主要是以白炽灯为代表的热辐射光源。通过电流加热将灯丝加热到白炽状态而产生可见光。由于设计时的技术指标都是针对在标称电压下的,因此供电电压的偏移,对其使用就有较大的影响。主要体现在消耗功率、发光效率、常规使用的寿命等方面。具体参数见表1。

  常用的高压气体放电光源主要包含有:高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯三大类。

  高压钠灯一般没有辅助启动电极,启动时不进行阴极预热,需要l 000~2500V 的启动电压;高压汞灯内部装有辅助启动电极,电源电压要求大于200V 才能够启动,3~4min 才能完全点亮;金属卤化物灯的启动电压较高,一般借助于谐振回路或能够产生高频高压电路来获得。

  电感调压式照明节电器(见图2)主要是利用串联在电路中的交流工频电感的降压、调压作用来调节加在照明光源上的电压有效值,输出电压为可变的正弦波,没有高次谐波的干扰。交流电感需要根据电光源的特性和容量的大小来特别设计,应用的场合具有一定的针对性,能够适用于所有照明电光源的电压调节。输出电压表达式为:

  电子式荧光灯由于电子镇流器输入滤波电容的作用,在启动的瞬间有较强的电容充电流,时间一般在数十个工频周期内。以常用的36W 电子式荧光灯为例,电子镇流器的瞬时冲击电流约为正常工作时的l0~20倍。因此,针对电子式荧光灯类照明电光源设计的照明节电器,应该具有较低的软启动电压值,自身可承受大电流的冲击,并且按照使用场合的供电条件来设定最低的允许启动电流值,尽可能的避免瞬时大电流的冲击所造成的危害。

  —电感上电压。电感调压式照明节电器具有结构相对比较简单、使用可靠、寿命长、体积较大、重量较重等特点。具体的调节方式主要有两种:有级调节和无级调节。有级调节时(见图2a ),在调节的过程中输出电压存在着瞬时的电压闪变、断电现象,对照明电光源的正常使用不利;无级调节时(用图2b 中的电路替代图2a 虚线框内的电路),伺服电机带动电刷移动,输出电压非常平滑地变化,没有瞬时的电压闪变、断电现象,对照明电光源的正常使用较为有利,应该优先选用。

  1供电质量对电光源性能的影响交流供电质量的优劣与电光源的技术性能、使用效果、发光特性等息息相关。主要体现在以下的几个方面。

  由于供电电网是一个非常庞大的系统。为了补偿供电线路的电压损耗,满足线路末端用户电压在允许的范围内,供电端(通常为配电变压器400V低压输出端)的电压要高于标称电压的5%~10%左右。这样一来,在用电的高峰期能够保证末端用户的供电电压不低于允许的范围,而在用电的低谷期就使得末端用户的供电电压大大超过照明电光源所允许的电压上限。具体说明如下。

  由于气体放电光源是一种非线性负载,工作时本身就有一定的高次谐波产生,并且功率因数也较低,因此在其点灯电路中都配备有补偿电容来补偿功率因数和吸收一定的高次谐波成分。照明供电中高次谐波对其的影响主要体现在:过量的高次谐波将引起电感镇流器工作时的温度过高,缩短其常规使用的寿命和增加额外的电能损耗,容易引燃周围的可燃物而诱发火灾。

  2照明节电设备的种类及性能照明节电设备(以下简称:照明节电器)是一类具有不一样的输出功率、不同的工作原理、不同的使用环境和不同的使用效能的照明节电类设备的总称。具有启动(全压、软起)、调节电压、节能运行、稳压运行、供电谐波滤波、浪涌电流吸收、自动起停控制和运作时的状态监测等许多功能。主电路的构成原理分为下述几类。

  根据照明电光源各自的启动引燃、全压运行、降压节电的特性不同,照明节电器也具备了各自不同的工作特性和使用性能。2.2.l

  白炽灯(卤钨灯)类的电光源冷态电阻很小,约为正常工作时的l /l0左右。全压启动时的瞬时冲击电流为正常发光电流的l0倍左右,对供电线路及

  配电设备的安全及寿命都有影响。因此,针对白炽灯(卤钨灯)类照明电光源设计的照明节电器就要具有较低的软启动电压值,而且依据使用场合的供电电压条件来设定允许的启动电流值,避免瞬时大电流的冲击。2.2.2

  供电电压的偏移对高压气体放电灯的技术性能和使用效果都有较大的影响。具体可参见表3给出的有关技术数据。

  高压气体放电光源常用的主要是以高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯为代表的电光源。其具有光色好、发光效率高、节能高效、寿命长等优点。特别是近年来快速地发展的金属卤化物灯,具有发光体小、电流密度大、发光亮度高、光通量大、寿命长等突出特点,已经获得了广泛的应用。

  图3a 为开关补偿式照明节电器的原理简图。通过调节变压器输入绕组抽头,来改变电压的大小,就能够在其输出绕组上得到一定的补偿电压。输出电压表达式:

  —变压器输出电压。开关补偿式照明节电器的性能较好,具有线路简单、调节灵活、使用起来更便捷等特点。由于调节开关是采用大功率电力电子元件,能做到快速地零电压或零电流切换,并且切换在补偿变压器的输入侧进行,主电路在调节的瞬间没有断电现象,只有输出电压瞬时的少许波动,因而对照明电光源的正常使用就非常有利。

  摘要:在当前供电紧张、照明供电压力较大的背景下,针对照明节电设备的种类及性能作了较为全面地介绍,并指出了实践中必须要格外注意的问题。该文对于广大新老用户如何选用照明节电设备方面具有一定的参考价值。

  用于小容量灯负载,电子开关式———用于中、大容量灯负载)的调节作用,根据相关要求来改变输出电压。输出电压

  存在的最大缺点是:在调节的过程中输出电压存在着瞬时的电压闪变、断电现象,对照明电光源的正常使用不利。采用快速电子开关调节的能减小电压闪变和瞬时断电现象的危害,适用于电压变化较为频繁的场合,但是仍旧没办法彻底消除。

  电压补偿式照明节电器(见图3)的原理是利用串联在主电路中补偿变压器绕组上附加交流电压与

  供电电压的矢量叠加,达到对输出电压的降压、调压作用,并且输出电压为可变正弦波,没有高次谐波的干扰,因此应用的场合十分广泛,适用于所有照明光源的电压调节。通常的补偿方式如下。

  串联型照明节电器的主电路原理是:将照明电光源(灯负载)与电压调节元件串联在供电回路中而形成通路。按照所串连元器件的不同,可大致分为下面几种。

  晶闸管相控调压式照明节电器(见图1)是利用晶闸管的相控原理,经过控制其导通角的大小,将供电输入电压的正弦波电压正负对称的切去一部分,以此来降低了加在照明电光源上的电压平均值,达到

  电网中的负荷多种多样,各种大容量设备的启、停也具有不确定性,因此就造成了供电电压的瞬时变化和快速波动。特别是对于供电线路的末端用户,电压的瞬时波动和闪变就尤为剧烈。

  供电电压的瞬时波动、闪变,俗称“灯闪”。对照明电光源的正常使用及寿命都有较大的影响。电压的波动将造成电光源光通量的瞬时变化,对照明的使用环境有较为强烈的影响,特别是对视觉要求高的场所,如连续、精细作业的场所,将造成使用者视觉的不适,甚至无法正常工作。在严重的情况下,有可能导致某些事故的发生。

  自耦调压器式自耦调压器式照明节电器(图5)为按照预先设定的运行程序,在伺服电机的带动下可以平滑的调节输出电压的大小,完成照明节电功能。具有构造简单、体积较小、性能较好、使用起来更便捷、寿命较长等特点。输出电压表达式与(4)

  在调节过程中,输出电压没有瞬时的电压闪变、断电现象,对照明电光源的正常使用较为有利,能用于所有照明电光源。然而,对电网电压快变化的调节较为迟钝,不适用于供电电压变化较为频繁的照明场合。2.2

  并联型照明节电器的主电路原理是:将照明电光源(灯负载)与电压调节元件并联在供电回路中。大致上可以分为下面几种。

  自耦绕组抽头式自耦绕组抽头式照明节电器的主电路原理是一台带有多个抽头的自耦变压器(见图4)。基于自耦变压器的特点,在输出同样功率的情况下,能做到体积和重量都较小。通过开关(机械开关式———

  荧光灯类照明电光源是应用数量最多,范围也最广的高效节能光源。按照荧光灯电路的原理,可大致分为电感式和电子式两大类。

  电感式荧光灯由于电感镇流器的作用,启动瞬间有一较强的激磁电流,但是时间很短,时间一般在数个工频周期内。以常用的36W 电感式荧光灯为例,瞬时的冲击电流约为正常工作时的l.5倍。因此,针对电感式荧光灯类照明电光源设计的照明节电器就要具有合适的软启动电压值,并且按照使用场合的具体条件来设定允许的启动电流值,减小供电线路及配电设备遭受瞬时大电流的冲击。

  这一种照明节电器具有调节速度快、精度高、体积小、重量轻等特点。但是,经过相控输出的电压严重畸变,含有大量的高次谐波成分,对电网有污染。此外,由于气体放电光源都配有补偿电容器,因此晶闸管相控调压式照明节电器不能用于气体放电光源,只能用于灯丝类电光源。具体应用的场合非常有限,主要用在宾馆、酒店大堂的大型组合型装饰灯具(白炽灯)上作为调光、变光使用。

  图3b 为电子补偿式照明节电器的原理简图。补偿变压器输入电压的大小由高频正弦波逆变器产生,能做到与输入电压同相位,能够使其输出电压为输入电压、补偿电压的算术和。

  (3)采用高频逆变器产生补偿电压的应用效果很好,技术性能优越。具有调节快速、功能强大、使用起来更便捷等特点。主电路在调节的瞬间没有一点断电或电压波动的现象,对照明电光源的正常使用有很好的效果。2.l.2