帶遠(yuǎn)程監(jiān)控的路燈照明 節(jié)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
照明是城市基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，在城市的交通安全、社會(huì)治安、人民生活和市容風(fēng)貌中居于舉足輕重的地位，并發(fā)揮著不可替代的作用，也標(biāo)志著城市實(shí)力和成熟的程度。現(xiàn)有的城市路燈70％以上使用的都是高壓鈉燈，其設(shè)計(jì)壽命為24 000小時(shí)(5年)。但是，由于電壓波動(dòng)大，許多地區(qū)的波動(dòng)甚至超過額定電壓的15％，特別是在后半夜，由于電負(fù)荷減少，使得電網(wǎng)電壓有時(shí)接近245 V，高電壓不但浪費(fèi)了電能，還縮短了燈泡的使用壽命，事實(shí)上，現(xiàn)在城市路燈的實(shí)際使用壽命平均不到一年。
目前，在供電電源端節(jié)能的方式主要有兩種，一是采用半夜燈，二是采用調(diào)壓方式。并夜燈是通過在下半夜關(guān)掉一部分照明燈的方法來達(dá)到節(jié)能，它具有簡單易行的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是道路照明不均勻，且無法解決下半夜電壓高而影響光源壽命的問題，也不適用于商場、學(xué)校這些室內(nèi)場所。而通過降低供電電壓的方法不但可以節(jié)能，還可延長光源的壽命，是一種較好的節(jié)能方式。
為此本文提供了一種基于C8051F310單片機(jī)的節(jié)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能針對(duì)電網(wǎng)電壓偏高和波動(dòng)現(xiàn)象，并根據(jù)用戶現(xiàn)場的實(shí)際需求，實(shí)時(shí)在線調(diào)控輸出最佳照明工作電壓，以將其穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)，從而提高電力質(zhì)量，節(jié)約照明用電，延長燈泡的使用壽命，十分適用于路燈、學(xué)校、商場等室內(nèi)和室外的照明節(jié)電控制。

1 基本設(shè)計(jì)思路
本文所設(shè)計(jì)的路燈控制器采用自耦變壓器形式調(diào)整負(fù)載路燈的電壓，自耦變壓器的一、二次側(cè)線圈不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，所以，在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大時(shí)，它的容量比較小，所以消耗的材料小，造價(jià)低，效率高，其最大的優(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，其結(jié)構(gòu)和功能都很簡單，可靠性也比較高。
圖1所示是一個(gè)路燈照明節(jié)電系統(tǒng)的基本框圖。該路燈節(jié)電控制器要實(shí)現(xiàn)的基本設(shè)計(jì)思路是通過閉合在自耦變壓器二次邊不同變比的四個(gè)觸點(diǎn)開關(guān)，使路燈兩端電壓在電網(wǎng)電壓變化時(shí)(主要是夜間電網(wǎng)電壓偏高時(shí))能夠自動(dòng)穩(wěn)定在一預(yù)設(shè)值。

熒光燈是一種利用汞放電產(chǎn)生紫外輻射來激發(fā)熒光粉層而發(fā)光的低氣壓放電燈，是目前工廠、大廈、商場、機(jī)關(guān)、學(xué)校和家庭照明的一種主要電光源。表1給出了熒光燈的照度、壽命與電壓的關(guān)系(令額定電壓下的壽命為1)。

由表1可知，若電網(wǎng)電壓為額定電壓220 V，采用90％額定電壓供電時(shí)，燈具壽命可延長一倍，照度衰減7％。從人體視覺學(xué)可知，人的眼睛對(duì)光強(qiáng)度變化的感覺是按對(duì)數(shù)關(guān)系計(jì)算的，照度衰減7％，人的視覺能夠感覺到光線變暗1．6％，此時(shí)節(jié)約電能19％，可以達(dá)到最佳能效比。如電網(wǎng)電壓超過220 V，則節(jié)能率一般在20％以上。所以，90％額定電壓為室內(nèi)照明供電最優(yōu)運(yùn)行與節(jié)能電壓。
1．1 觸點(diǎn)開關(guān)設(shè)置方案
由以上分析可知，90％的額定電壓為路燈或室內(nèi)照明最優(yōu)運(yùn)行與節(jié)能電壓，即200伏。我國電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)為220 V(-15％~+10％)，即電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為187～242 V。假設(shè)電網(wǎng)電壓在以上電壓范圍內(nèi)波動(dòng)，并設(shè)自耦變壓器各路開關(guān)變比分別為a0、a1、a2、a3，那么，可以取電網(wǎng)波動(dòng)的四個(gè)電壓點(diǎn)來計(jì)算設(shè)定自耦變壓器的變比，以使電網(wǎng)電壓在這四個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，變壓器輸出均為200V，這四個(gè)點(diǎn)為200V，210V，220V，230V。