0  引言

　　隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及人們生活條件的不斷改善,，道路照明在滿*通安全,、城市美化的同時,其電能消耗也成為城市能源消耗的一大部分。開展道路照明的節(jié)能降耗工作已迫在眉睫,。

　　高壓鈉燈" title="高壓鈉燈">高壓鈉燈以其能耗低,、光效好、透霧性強,、使用壽命長等特點被廣泛使用,。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，以高壓鈉燈為主的道路照明均為 全夜亮 模式,，因此還有很大的節(jié)能空間,。目前采用最多的是分時控制。就貴陽市而言,，根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌▽嵡?，可分為三時段控制——高峰期、正常,、低峰期,。在交通正常期和低峰期,，照明電壓降為額定電壓的88% 和80%; 高峰期應(yīng)保證足夠照度，故使高壓鈉燈工作在額定電壓的93% ,，這是因為此時能使燈的壽命提高兩倍但照度只降低5%,，而此照度的變化人眼很難察覺。所以,，采取有效的,、可行的降壓穩(wěn)壓手段非常關(guān)鍵。

　　傳統(tǒng)的調(diào)壓方式是采用自耦變壓器,，通過改變匝數(shù)比將電壓降為實際電壓的93% ,，88%，80% ,。該方法最大問題是,，電網(wǎng)電壓" title="電網(wǎng)電壓">電網(wǎng)電壓波動時無法保證高壓鈉燈的穩(wěn)壓且無法精確地將電壓調(diào)至預(yù)定值。另外,，切換開關(guān)較多采用有觸點開關(guān),，因此易產(chǎn)生電弧而影響電路正常工作。

　　筆者提出了晶閘管" title="晶閘管">晶閘管組合變壓器副邊繞組改變高壓鈉燈兩端電壓,，在單片機控制下精確降壓并穩(wěn)壓,。筆者采用串聯(lián)變壓器副邊，利用其多繞組的不同組合,，靈活升高,、降低負載電壓，并結(jié)合單片機檢測實時電壓以控制晶閘管,，達到定時精確調(diào)壓,、隨時穩(wěn)壓的目的。此方法非常適合我國道路照明的實情及節(jié)能需要,。

　　1  調(diào)壓原理

　　1. 1  變壓器調(diào)壓

　　在高壓鈉燈主線路中串入變壓器副邊,，如圖1所示。該副邊有多個匝數(shù)不同的繞組,，各繞組的空載電勢分別為E 1,，E2，E 3 等,。通過開關(guān)K1 ~ K12的開斷將各繞組組合,，可得到不同的E ab，從而改變Eb c,。如K2,K3,，K5，K8,，K9,，K12閉和時,，E ab = E2 + E3 - E1。因此只需選擇合理的控制方案,，就可精確得到預(yù)定電壓,。同時，由于本方案調(diào)控范圍大,，精度高,，故在需穩(wěn)壓時也可通過K1 ~ K12的開斷來調(diào)控負載電壓。

圖1  高壓,、穩(wěn)壓原理

圖2  方案改進示意圖

　　另外，晶閘管具有動作迅速,、無電弧等特點被廣泛作為開關(guān)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,。筆者所提方案中可將其代替圖1中的K1 ~ K12，利用其觸發(fā)角的可控性,靈活選擇開斷時間,。

　　1. 2  控制電路設(shè)計

　　本文中控制電路需要實現(xiàn)電壓采樣比較,，晶閘管觸發(fā)信號的產(chǎn)生，實時時鐘,、實時電壓顯示及人機對話等功能。單片機具有運行速度快,，工作電壓低,，功耗低，輸入輸出直接驅(qū)動能力大,，價格低,，體積小等特點，因此得到廣泛應(yīng)用,。89C51" title="89C51">89C51片內(nèi)的4 K 程序存儲器是FLASH 工藝的,，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫,，而且對開發(fā)設(shè)備的要求很低,，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密,。另外,，其售價比8031還低，市場供應(yīng)也很充足,。因此本文采用89C51作為控制芯片,，完成變壓器調(diào)壓控制。

　　1. 3  主電路改進

　　1. 1中當(dāng)調(diào)壓范圍擴大時副邊繞組數(shù)目增加,，晶閘管的數(shù)目也隨之增加,，不僅加大了控制難度,，還增大了電路規(guī)模。若將原方案按圖2 改進,，顯然,，變壓器二次繞組容量大約提高了一倍，但每相接通的晶閘管開關(guān)數(shù)目比圖1減少,，這有利于晶閘管開關(guān)工作可靠性提高,。

　　2  副邊電勢的確定

　　變壓器副邊繞組個數(shù)、匝數(shù)等應(yīng)根據(jù)具體情況而定,。一般情況下,，三個典型數(shù)值是必需的，即E 1 =1 V,，E2 = 3 V,，E3 = 9 V。通過晶閘管的組合可組成±1 V~ ± 13 V 精度為± 1 V共25檔補償電壓,。若再增加一個20 V 繞組,，則可將調(diào)壓范圍擴大。因此在理論上,，本文方案可將調(diào)壓范圍擴大至無窮,。

　　3  實例分析

　　把本文所提方案應(yīng)用于蔡關(guān)線——工學(xué)院道路照明系統(tǒng)。取A相為實驗相,，其他兩相為參照相,。各相所接高壓鈉燈220 V，250 W 共25 盞,，均配有電容器,。

表1  節(jié)能模式及其工作電壓時

　　采用2. 5 kVA，220 V 單相變壓器,，副邊有四組電壓: 1 V,，3 V，9 V,，20 V,。依據(jù)時間及具體交通狀況，按時間分為四個模式: 啟動,、正常,、高峰及節(jié)能模式。對應(yīng)各模式的調(diào)壓穩(wěn)壓范圍如表1所示,。2010年4月1日- 4月3日測量參數(shù)如表2所示,。表2表明，采用本文所提方案后可明顯降低能耗,，同時由于電網(wǎng)電壓波動使未采取措施的路燈耗能浮動較大,。

　表2  4月1日-4月3日耗電量

　　4  小結(jié)

　　本文所提調(diào)壓穩(wěn)壓方法具有精度高,、調(diào)節(jié)范圍寬、可頻繁動作且不易產(chǎn)生電弧等優(yōu)點,。不僅可以用于道路照明,，還可用于其他采用高壓鈉燈且有調(diào)壓空間的場合。但是,，LED 照明不在本文討論范圍,，因此讀者可參閱其他相關(guān)文獻。