【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路燈的節(jié)能需求 國(guó)家建設(shè)部、發(fā)改委于 2021 年 11 月，以城建〔 2021〕 204 號(hào)文，發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)城市照明管理促進(jìn)節(jié)約用電工作的意見(jiàn)》。文中對(duì)城市照明工作的現(xiàn)狀，今后照明工作的原則和主要任務(wù)作 出了明確的要求。文中指出“大力推廣節(jié)能技術(shù)，提高電能利用效率。嚴(yán)格按照照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行照明設(shè)施的建設(shè)，不得超標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)；新建、改建照明項(xiàng)目必須采用科學(xué)的照明設(shè)計(jì)方法，推廣采用高效照明電器產(chǎn)品和節(jié)能控制技術(shù)。”以上規(guī)則，對(duì)城市道路照明設(shè)計(jì)有著重要的意義。作為一名道路照明工程師，在設(shè)計(jì)一條道路的路燈時(shí)，應(yīng)首先考慮的是：在滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下做到最大限度的節(jié)能和節(jié)省投資，并降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高。在繁華的都市，城市道路、夜景照明已成為城市 文明的標(biāo)志和城市文化的代表。在推進(jìn)城市亮化工程的進(jìn)程中，照明光源及調(diào)控設(shè)備得到了空前的發(fā)展，當(dāng)然，城市照明的電能消耗和燈具損耗也越來(lái)越大，由于電力緊缺和電費(fèi)的上 漲，照明節(jié)能降耗將越來(lái)越受到廣泛重視。路燈的節(jié)能控制相當(dāng)重要， 實(shí)現(xiàn)按時(shí)開關(guān)燈，午夜后降壓供電等要求 變得更加重要 。 目前路燈的主要節(jié)能方式 目前國(guó)內(nèi)照明節(jié)能主要的途徑有三種：合理照度；采用高效的節(jié)能型光源，也就是使用發(fā)光效率高的燈泡或燈管；在現(xiàn)有照明系統(tǒng)上加裝節(jié)能控制設(shè)備。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，第二種方案適用于新設(shè)計(jì)的照明回路。對(duì)于已有的照明系統(tǒng)，因需更換所有燈具，初期投入資金和人力比較大，在不能分批分次更新燈具的照明場(chǎng)所，這樣做一次性投入太大。 對(duì)現(xiàn)有照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，一般采用加裝節(jié)能設(shè)備，較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，目前國(guó)內(nèi)銷售的照明節(jié)能設(shè)備很多，其中照明控制調(diào)控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類 。 可控硅折波型照明節(jié)能裝置 原理：采用可控硅斬波原理， 利用可控硅在路燈配電柜或箱式變處讓交流電壓在一個(gè)周期里間斷通過(guò)或關(guān)斷來(lái)達(dá)到調(diào)低電壓的目的 ， 通過(guò)控制晶閘管（可控硅）的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低了輸出電壓的平均值 ，達(dá)到控壓節(jié)電的目的。 這類節(jié)能調(diào)控設(shè)備對(duì)照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 節(jié)能燈的需求分析 8 整，有穩(wěn)壓作用，因?yàn)橹饕请娮釉?，相?duì)來(lái)說(shuō)體積小、設(shè)備輕、成本低。 但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于 是相控調(diào)壓 ，使電 壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會(huì)出現(xiàn)大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染 ，如果是公用變壓器還會(huì)產(chǎn)生電力污染。此這種技術(shù)已被證明不是理想的節(jié)能方式，現(xiàn)已很少采用。 自耦降壓式調(diào)控裝置 現(xiàn)在市場(chǎng)上最多照明節(jié)電產(chǎn)品就是此類產(chǎn)品。它的原理是，通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的變壓器抽頭， 將電網(wǎng)電壓降低 5， 10， 15， 20V等幾個(gè)檔，從而達(dá)到降壓節(jié)電的目的。 這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了 晶閘管相控 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，結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單，當(dāng)然可靠性也比較高。但是不能用來(lái)控制照明調(diào)控裝置進(jìn)行頻繁切換，一般做不到實(shí)時(shí)穩(wěn)定電壓、多時(shí)段調(diào)控等功能。 智能照明節(jié)電器 智能照明節(jié)電器，即智能光源降壓 — 穩(wěn)壓 — 調(diào)光技術(shù)。智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號(hào)與最佳照明電壓比較，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。 XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 9 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)概論 要實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能，一方面是使用節(jié)能器件，特別是燈具和鎮(zhèn)流器的節(jié)能化；另一方面是實(shí)現(xiàn)控制節(jié)能，采用節(jié)能控制技術(shù)，比如智能光源降壓 — 穩(wěn)壓 — 調(diào)光技術(shù)，電磁按時(shí)段換檔控制方案，電磁固定降壓控制方案。 智能光源降壓 — 穩(wěn)壓 — 調(diào)光技術(shù)。智能光源降壓 — 穩(wěn)壓 — 調(diào)光技術(shù)是國(guó)際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)。它充分考慮了城市道路照明的實(shí)際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺(jué)理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈電壓及照度的動(dòng)態(tài)智能化管理。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時(shí) 段，控制路燈保持較強(qiáng)的照度，接近午夜時(shí)分，開始自動(dòng)調(diào)光，在后半夜車稀人少時(shí)，則控制路燈保持較低照度的照明 (類似房燈的調(diào)光器，可以隨需要而任意調(diào)光 )。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是在調(diào)光的同時(shí)也大幅降低了電耗，節(jié)約有功電耗達(dá) 30％以上。房燈調(diào)光已流行多年，主要是因?yàn)槭覂?nèi)燈功率小，容易實(shí)現(xiàn)。而道路照明則完全不同：首先，燈泡功率大，不易控制；其次，使用環(huán)境惡劣，九十年代，電力電子元件技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，調(diào)光技術(shù)有了可靠的質(zhì)量保障，通過(guò)一些地區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，其完美的調(diào)光效果和節(jié)電功能得到了一致認(rèn)同，在德國(guó)，美國(guó)這些耗電大國(guó)，此 類技術(shù)也得到了政府的大力扶持和推廣。智能光源降壓 — 穩(wěn)壓 — 調(diào)光技術(shù)的控制過(guò)程是：通過(guò)測(cè)取城市道路車輛及行人的 “時(shí)間 — 車輛 (人 )”統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率，依此來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的控制程序，根據(jù)照度調(diào)整率，從某一時(shí)刻開始，平滑地對(duì)路燈輸入電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使路燈輸入電功率與實(shí)際照度要求達(dá)到最佳匹配，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長(zhǎng)了路燈的使用壽命，達(dá)到了雙重意義上的節(jié)能。 其次紅外遙控路燈使其在夜晚，有行人通過(guò)時(shí)才點(diǎn)，更加實(shí)際的節(jié)約了電能 。 設(shè)計(jì)目的：主要側(cè)重于通過(guò)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 研究的對(duì)象設(shè)定為路燈，電壓 220V，總電流 60A。 燈具選擇高壓鈉燈，電壓 220V,電流 3A,功率 250W， 20 盞；高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器，電壓 220V,電流3A,250W,短路電流 ≤，功率因數(shù) cosφ≤，阻抗 60Ω。 具體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：燈在城市中起照明作用，在維護(hù)交通安全和社會(huì)治安方面作用很大。因此，要求路燈要在天黑以后 需要時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮 。由于夜晚不同時(shí)間對(duì)照明的要求不同，如在 10 點(diǎn)前由于行人較多要求正常照明，而在午夜以后人流較小照度要求也要降低，同時(shí)電力系統(tǒng)的電壓又是變化的，前半夜較低后半夜較高，電能浪費(fèi)比較嚴(yán)重，同時(shí)還會(huì) 縮短路燈的使用壽命，因此要求實(shí)現(xiàn)路燈的電壓調(diào)控。由于全年的每日日照時(shí)間也是在變化的，同時(shí)還要考慮到天氣變化等其他因XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 10 素的影響，開、關(guān)燈時(shí)間也要實(shí)現(xiàn)控制。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈電壓和開關(guān)時(shí)間的控制，天黑亮燈，天亮熄燈，晚十點(diǎn)以前正常電壓供電，十點(diǎn)以后根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)降壓供電，在保障正常照明要求的前提下實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能。 節(jié)能原理 利用光敏電阻器，在白天呈低阻態(tài)，晚上呈高阻態(tài)，控制路燈的開關(guān)，減少人為的控制，節(jié)約人工費(fèi) ，只有在亮度不夠時(shí)才點(diǎn)亮路燈，減少不必要的開燈 ；因?yàn)樯习胍购拖掳胍沟碾妷翰灰粯?，采?NE555 的特性，控制電壓的高低，使路燈工作在穩(wěn)壓條件下，不僅能增加燈具的使用壽命而且還能節(jié)約電能；利用人體紅外線的反射，當(dāng)有行人通過(guò)時(shí)，才使 燈點(diǎn)亮， 因?yàn)槁窡羰菫槿朔?wù)的，如果沒(méi)有行人經(jīng)過(guò)，燈的開啟是多余的，在黑夜開燈的基礎(chǔ)上加上只有人通過(guò)時(shí)才亮燈，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了 節(jié)能的目的。 主要設(shè)計(jì)方案 電路由紅外遙控，光敏電路， 降壓處理三部分電路組成，利用，光敏電阻的特性，使路燈只有在夜晚時(shí) 才能點(diǎn)亮，再利用紅外遙控使當(dāng)有人在黑夜通過(guò)道路時(shí)有燈光的照亮 ,降壓處理使燈即使在半夜電壓發(fā)生變化時(shí)也能工作在穩(wěn)定的電壓下。 紅外遙控設(shè)計(jì) 如圖 所示， 它由紅外發(fā)射器、紅外接收電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、光電耦合器和交流降壓整流電路等組成。 IC1 是一只雙時(shí)基集成電路 556。 IC11(1/2556)和 R R VD C1等組成一個(gè)無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其振蕩頻率為 F=(R1+R2)C1 圖示參數(shù)的振蕩頻率為 30kHz。 IC11 輸出的脈沖可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管 VD2，使 VD2 發(fā)出很窄 (1： 9)的紅外調(diào)制脈沖光，照射在道路的空間中。 IC2 采用紅外接收集成電路，它內(nèi)含紅外光電接收管、放 大器、選頻電路及整形輸出級(jí)。平時(shí)（無(wú)人穿過(guò)路時(shí)）， IC2 的紅外光電管收不到 VD2 輻射出的紅外光信號(hào)， IC2 處于靜態(tài)，它的輸出端（ 3 腳）呈高電位，對(duì)后級(jí)電路無(wú)影響。當(dāng)有人過(guò)道路時(shí)，人體反射的紅外信號(hào)被 IC2 的光電管接收并被轉(zhuǎn)換成同頻率(30kHz）的電信號(hào)，經(jīng) IC2 內(nèi)部放大、選頻及解調(diào)后，其 3腳轉(zhuǎn)呈低電平。該下跳變脈沖信號(hào)加至 IC12的觸發(fā)端 8 腳。 IC12(1/)和 R C3 組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當(dāng)觸發(fā)端有下跳變脈XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 11 沖（＜ 1/3Vdd）加來(lái)時(shí)， IC12便觸發(fā)位置，其 9腳輸出正向脈沖，其脈沖寬 度取決于 IC12 單穩(wěn)態(tài)充電時(shí)間常數(shù)，即 t= 圖示參數(shù)的脈沖寬度為 24s IC12輸出的脈沖作用于 IC31 的觸發(fā)端，使 IC31被觸發(fā)位置。 IC3 采用雙 JK 觸發(fā)器 74HC107， IC31（ 1/274HC107）接成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)有正脈沖觸發(fā)時(shí)，其電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)， 3腳輸出高電平，使固態(tài)光繼電器 IC4 左側(cè)的發(fā)光二極管通電、發(fā)光，經(jīng) IC4 內(nèi)部光電耦合，使右側(cè)的光控雙可控硅導(dǎo)通，照明燈EL通電點(diǎn)亮，為行人照明。同時(shí)， 2腳輸出的高電平使發(fā)光二極管點(diǎn)亮發(fā)光，以指示其工作狀態(tài)。當(dāng)時(shí)長(zhǎng)為 24s 的觸發(fā) 脈沖結(jié)束時(shí)， IC31翻轉(zhuǎn)復(fù)位，其 3腳呈低電平，光電耦合器由恢復(fù)為靜態(tài)，電燈 EL熄滅。此時(shí)行人已走遠(yuǎn) . 圖 紅外線設(shè)計(jì)電路圖 光敏電路設(shè)計(jì) 光控路燈電路由光控觸發(fā)器電路、開關(guān)電路和電源電路組成， 光控觸發(fā)器電路由光敏電阻器 RG、電位器 RP、電容器 C C電阻器 R3和時(shí)基集成電路 NE555 組成。 開關(guān)電路由晶閘管 VT、電阻器 R2 和發(fā)光二極 VL管組成 電源電路由降壓電容器 C電阻器 R穩(wěn)壓二級(jí)管 VSS、整流二極管 VD和濾波電容器 C2 組成。 XXX 學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 12 交流 220V 電壓 經(jīng) C1降壓、 VS穩(wěn)壓、 VD整流及 C2 濾波后，產(chǎn)生 (Vcc)直流電壓供給 NE555。 在白天，光敏電阻器 RG 受光照而呈低阻態(tài)， NE555 的 2 腳和 6 腳電位高于2Vcc/3， NE555 的 3腳輸出低電平，發(fā)光二極管 VL 不發(fā)光，晶閘管 VT 處于截止?fàn)顟B(tài)，照明燈 EL不亮。 當(dāng)黃昏來(lái)臨時(shí)，光照度逐漸減弱，光敏電阻器 RG 的阻值逐漸增大， NE555的 2 腳和 6腳電壓也開始下降，當(dāng)兩腳電壓降至 Vcc/3 時(shí)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， 3腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，?VL導(dǎo)通發(fā)光， VT受觸發(fā)而導(dǎo)通，將照明燈 EL 點(diǎn)亮。 直到第二天黎明來(lái)臨時(shí)，光 照度逐漸增強(qiáng)， RG 的阻值逐漸減小，使 NE555的 2 腳和 6 腳電壓逐漸升高，當(dāng)兩腳電壓升高至 2Vcc/3 時(shí)， NE555 的 3 腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑?VL和 VT 均截止，照明燈 EL 熄滅。 調(diào)節(jié) RP的阻值，可控制該燈光自動(dòng)控制電路在不同光照下的動(dòng)作。 圖 降壓處理 降壓處理 電路由電源電路、延時(shí)電路和觸發(fā)控制電路組成。電源電路由熔斷器 FU、電力定時(shí)器的常開觸頭 S電源變壓器 T、整流二極管 VD濾波電容器C限流電阻器 R1 和穩(wěn)壓二級(jí)管 VS 組成。延時(shí)控制電路由電力定時(shí)器的常閉觸頭 S電阻器 R2~R電容器 C二極管和晶體管 V V2組成。 觸發(fā)控制電路由整流二極管 VD3~VD雙向觸發(fā)二極管 V晶閘管 VT、電XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計(jì) 13 阻器 R R7和電容器 C3組成。 接通 S1，交流 220V 電壓經(jīng) T 降壓、 VD1 整流、 C1 濾波后，一路 R1 經(jīng)限流及 VS 穩(wěn)壓后，為 V1提供集電極電壓；另一路經(jīng) S R VD2 對(duì) C2充電，使 V1和 V2 飽和導(dǎo)通，此時(shí) V3 輸出的觸發(fā)電壓的移向腳較小， VT 在交流電的全周期內(nèi)導(dǎo)通，路燈全電壓 (220V)工作。 到 23； 00 時(shí)，電力定時(shí)器的常閉觸頭 S2 斷開，將 C2的充電回路斷開， V1的基極電流只能靠 C2 上儲(chǔ)存的電能提供，并隨著 C2 的放電而逐步下降， V2 的導(dǎo)通內(nèi)阻增大， V3 的觸發(fā)移相腳也隨之變大。當(dāng) C2 放電完畢（約十幾分鐘）后，V1和 V2 截止， VT靠 R6 和 C3 上的移相電壓來(lái)觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)的移相角達(dá)到最大，路燈降壓工作。調(diào)整的阻值或改變的電容量，可變工作電壓的高低 。 圖 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)有三部分組成，即紅外線控制、光敏電阻電路 、降壓處理三個(gè)部分組成 ，如圖 和 。 交流 220V 電壓經(jīng) C1降壓、 VS穩(wěn)壓、 VD整流及 C2 濾波后，產(chǎn)生 (Vcc)直流電壓供給 NE555。當(dāng)夜幕降臨的時(shí)候光照度逐漸減弱，光敏電阻器 RG