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全国节能型高强度气体放电灯技术与发展研讨会 论文集 ⋯D 灯用无级变功电感镇流器原理及应用 俞玉庆郑康刘双喜 杭州桐庐市政园林管理处杭州优伟节能科技有限公司 关键词：无级变功磁阻磁导率 一．技术背景 高压钠灯以光效高，透雾性强是道路照明的主要光源但其自身的电特性， 灯电流大，灯管电压低，使其配套电源容量达三倍的灯功率，电网的利用率低， 系统损耗增大 高压钠灯电子镇流器，采用A P F C 电路因功率因素入> 0 ．9 8 ，谐波总量T H D < 1 0 ％驱动用谐振方式，灯电流为高频正弦波，波峰L L < 1 ．5 虽然大功率应用 光效不如电感镇流器，但对电网和光源寿命等，无疑是理想的配置电器城市道 路照明主要是户外设施，绝大部分是高杆方式安装，遭遇雷击不可避免虽然增 加多重防雷措施，但仅仅降低出故障的几率，加大了路灯管理部门的维修量鉴 于上述，国内外均采用高可靠性的电感镇流器和电容补偿 近年来，我国电网普遍改造，供电质量提高，高压钠灯的光效逐步提高包 括电器损耗在内，已达1 0 0 1 r n ／W 以上，而常用品种主要为1 5 0 W 、2 5 0 W 、4 0 0 W 、 1 0 0 0 W 作道路照明使用。

从产业管理角度出发，钠灯的品种不可能增加那么 城市道路照明的配置，不可能低于照度标准，光源提高的效能，并没有转化成节 能，没有达到真正节能的目的 另外高压钠灯在运行过程中，希望电网相对稳定，才能保证其运行寿命现 在有的厂家光源寿命已达3 万小时，但是其对电网的要求是≤3 ％，所以光源 实际寿命远低于标准寿命另外电网保证前端稳定，但由于线损造成的电压梯度， 有些末端高达1 0 ％以上的降低 二．工作原理 由于高压钠灯的负阻特性，启动时灯电流大，管压低，对电网的冲击大在 上述背景下，各种路灯节电方式应运而生，归纳起来无非是降压和限流两种方式 - 1 t 1 5 - 全国节能型高强度气体放电灯技术与发展研讨会 论文集 降压方式：一般采用自耦变压器并联于控制柜根据时间编程切换自耦变压器抽 头，或者用一电抗串联于变压器原边，用伺服系统调整阻抗等这种方式在电网 电压较高的情况下，可以节能但对于电网自耦变压器的损耗，一直存在另外 钠灯的电特性如图1 ： 图15 0 H z 市电供电时放电灯的电压、电流波形 灯电压基本上是一方波，由于激励电压是一正弦时变量在t o —t l 是熄火状 态t l 时着火，t 2 时又熄火，t 3 重复着火。

t 3 一t 2 = B7 为熄火时间很显然激励电 压过低1 37 时间太长，造成熄灯或闪烁 限流方式；根据 P = i 2 R ，改变i 可以调整功率 又i = U ／Z = U ／√( C a ) L ) 2 + R 2 设R 为常量( 实际是变量) ，又6 0 不变，改变L 值即可限流调功 又L = N 2 ／R m N 为线圈匝数，R m 为磁阻 最简单的改变N ，即可改变电感量L 值所以国内外普遍采用变功镇流器为 抽头方式此方式完全可行，但在变功是跳跃式，有较大的电流变化率d i ／d t ，对 电网和光源均有冲击 那么能否改变磁阻R m 呢? 先由磁阻的表达式来分析： R m = 1 ／1 ．tS ，l 为磁路长度，S 为磁路截面积，u 为导磁率 ．1 0 6 ． 全国节能型高强度气体放电灯技术与发展研讨会 论文集 当电感结构不变时l 、S 为常数 设C _ - - 1 ．t2 S ／1 ，那么L = l aC 如图2 U ●一 0H 图2u —H 曲线 又H o c i ( t ) ，i ( t ) ，是互感电流从图二看出起始uo 到H o ，u 到极大值 L 已到极大值由于H 极小的激励就到最大值uM ，随后H 变大既激励i 变大又让 u 变小。

从而通过改变激励电流的大小，调整u 值和L 值，来调整主回路电路的 电流，达到无极调电感量，最终调整负载功率的目的 如何产生控制电流，由此申请了发明专利《交流励磁放大器的可控电感及其 应用》并获授权专利号( 2 0 0 5 1 0 0 1 8 8 1 4 1 9 ) 其后对H I D 镇流器，又申请了《交 流磁控功率调节电感镇流器》的专利获得实用新型授权，发明专利于0 8 年5 月1 9 日公布上述两项发明与传统精密交流稳压电源的主要区别，传统采用附 加直流电源控制系统，并且可变电感结构复杂我的发明均无附加电源，采用负 载串联方式，采用交流方式直接控制电感，可实现开、闭环控制 在采用上述专利技术生产的智能路灯调光节电装置中，设总电流为： i ( t ) = I M s i n ( ^ ) t ，那么激励电流i j ( t ) = I M ／N s i n ( ^ ) t N 为可变电感主、控线圈匝数之比 主磁通由( t ) 、电流i ( t ) 及感应电动势U ( t ) 如图3 ．1 0 7 ． 论文集 图3 磁饱和下，电压、电流、磁通的波形 很显然，i ( t ) 与由( t ) 同相，与U ( t ) 相差丌／2 ，但三者不同时为正弦波。

在实值应用必须保证灯电流为正弦波，通过相位及幅度的控制是能够完全做得到 的所以对电网保证了电流的正弦波，避免了高次谐波的污染上述过程注意， 感应电动势不能用U ( t ) = L d i ／d t 来描述，必须用U ( t ) o c dd p ／d t 描述 三．启动与放浪涌及雷击 在节电器应用电路中，如图4 ： 图4 节电器应用电路 - 1 0 8 ． 全国节能型高强度气体放电灯技术与发展研讨会论文集 虚线中为节电器等效图很明显，在灯启动中，由U ( H ) 可看出有～高电 感区，阻挡灯电流为此加一旁路器，如压敏电阻、瞬态二极管、电容器等在 启动时，节电器呈短路状态，时间< 1 m s 灯开路时，触发器产生的数千伏高压， 对节电器内部控制电路相当于短路同时雷击对于节电器，也由于上述器件旁路， 不会产生影响由于节电器本身电压峰值仅1 0 0 多伏，所以很轻易找到旁路器件 在实际应用中，节电器电性能指标接近于电子镇流器但可靠性大大超过电 子镇流器，特别是抗雷击类损毁为防止串联谐振，补偿电容无任何时，都必须 与电网并联 四．案例分析 在杭州桐庐3 2 0 国道同一路段分别安装降压箱节电和单灯电流节电，节电效 果和照度经国家( 上海) 电光源检测中心现场检测，检测数据( 见附件) 。

通过现场检查，检测数据表明，降压方式不仅变压时对电网的冲击和线路末 端熄灯现象，且照度分布不均匀受线路影响大，甚至无法启动( 末端不得已又 加单灯升压变压器增加附加损耗) 对光源系统添加故障点，严重影响光源寿命 单灯限流方式不受电网电压影响，三个检测点2 3 4 V 、2 1 3 V 、2 0 6 V 段( 即 供电变压器首、中、尾段，2 1 3 V 检测未出报告) ，照度均匀，误差在5 ％以内 采用定时自动无级调功方式，功率下降5 0 ％时，整个过程人眼无明显感觉 由于H I D 灯光效不断提高，在照度达标( C J J 4 5 —2 0 0 6 标准) ，既等效照度的 前提下我们主张节电应是全时段，根据线路电压梯度，对每盏灯设置不同的节 电率，远程控制系统配合，根据车流量采用流量模糊控制方式，达到用着省和省 着用相结合的节电方式，实现最优化道路照明节电效果 附件：各级机动车交通道路的照明L P D 值 道路级别 车道数照明功率密度值( W ／m 2 )对应照度标准( t x ) ≥6 1 ．0 5 3 0 快速路 6 0 ．8 5 ．1 0 9 ． 全国节能型高强度气体放电灯技术与发展研讨会论文集 ≥40 ．7 0 1 5 < 4 0 ．8 5 次干路 ≥4 0 ．4 5 1 0 < 40 ．5 5 ≥20 ．5 5 1 0 < 2O ．6 0 支路 ≥20 。

4 5 8 < 2O ．5 0 注：本表仅适用于高压钠灯，当采用金属卤化物灯时，应将表中对应的L P D 值乘以1 ．3 技术源自专利 1 ．交流励磁放大器的可控电感及其应用( 2 0 0 5 1 0 0 1 8 8 1 4 1 9 ) 2 ．交流磁控功率调节电感镇流器( 2 0 0 7 1 0 1 6 8 6 3 8 ．6 ) ( 2 0 0 7 2 0 0 8 8 7 6 9 ．9 ) 参考文l i l i ．： 【1 】周太明编著《光源原理与设计》，复旦大学出版社，1 9 9 2 年 【2 】刘跃群，王强，刘卓炯编著《光源电器原理和应用技术》，化学工业出版社， 2 0 0 3 年 【3 ] 陈崇源主编《高等电路》武汉大学出版社，2 0 0 0 年 ．1 1 0 ． 。