【文章內(nèi)容簡介】 室內(nèi)照明的典型光源，成為國際綠色照明光源的生點(diǎn)推薦產(chǎn)品， 有巨大潛在市場和發(fā)展前景。 節(jié)能燈的缺 點(diǎn) 節(jié)能燈啟動慢 節(jié)能燈是明線光譜（不連續(xù)），所以通常的節(jié)能燈偏紫色光，在節(jié)能燈下看東西會嚴(yán)重變色。藍(lán)色會變紫，紅黃色看上去會更鮮艷。所以在配色的工作場合不宜使用節(jié)能燈 由于節(jié) 能燈工作原理的限制，燈管中汞也就不可避免地成為一大污染源 ： 1只普通節(jié)能燈的含汞量約 5毫克，僅夠沾滿一個圓珠筆尖，但滲入地下后可能造成 1800 噸水受污染。由于汞的沸點(diǎn)低，常溫下即可蒸發(fā)，廢棄的節(jié)能燈管破碎后，瞬時可使周圍空氣中的汞濃度超標(biāo)上百倍。而一旦進(jìn)入人體的汞超標(biāo)，就會破壞人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而人體一次吸入 25 毫克汞蒸氣即可致死。 中國節(jié)能燈推廣戰(zhàn)略由來已久，僅 2022 年全國范圍內(nèi)就推廣節(jié)能燈 6200萬只，待到 2022年，更是高達(dá) 12億只。據(jù)不完全統(tǒng)計，歷年以來，國家推廣節(jié)能燈高達(dá) 2億只。目前，我國在節(jié) 能燈無害處理方面還是空白，破碎的節(jié)能燈隨生活垃圾被送到填埋場填埋。 2022年我國報廢的含汞照明電器折合 40瓦標(biāo)準(zhǔn)熒光燈達(dá) 10億只，由于處置不當(dāng)而釋放到大氣環(huán)境中的汞量竟達(dá) 70~80 噸。 XXX 學(xué)院 ?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 3 節(jié)能燈的需求分析 7 3 節(jié)能路燈的需求分析 路燈的節(jié)能需求 國家建設(shè)部、發(fā)改委于 2022年 11月，以城建〔 2022〕 204號文，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》。文中對城市照明工作的現(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、改建照明項目必須采用科學(xué)的照明設(shè)計方法，推廣采用高效照明電器產(chǎn)品和節(jié)能控制技術(shù)?！币陨弦?guī)則，對城市道路照明設(shè)計有著重要的意義。作為一名道路照明工程師，在設(shè)計一條道路的路燈時，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)用的角度來看，第二種方案適用于新設(shè)計的照明回路。對于已有的照明系統(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所，這樣做一次性 投入太大。 對現(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周期里間斷通過或關(guān)斷來達(dá)到調(diào)低電壓的目的 ， 通過控制晶閘管（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)備對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時段實(shí)時調(diào)XXX 學(xué)院 ?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 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?，相對來說體積小、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 壓無法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會出現(xiàn)大量諧波，形成對電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染 ，如果是公用變壓器還會產(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，通過一個自耦變壓器機(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)和功能都很簡單，當(dāng)然可靠性也比較高。但是不能用來控制照明調(diào)控裝置進(jìn)行頻繁切換，一般做不到實(shí)時穩(wěn)定電壓、多時段調(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)時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計算進(jìn)行自動調(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） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計 9 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計 總體設(shè)計概論 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)了對路燈電壓及照度的動態(tài)智能化管理。此項技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持較強(qiáng)的照度，接近午夜時分，開始自動調(diào)光，在后半夜車稀人少時，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，美國這些耗電大國，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)的控制過程是：通過測取城市道路 車輛及行人的 “時間 — 車輛 (人 )”統(tǒng)計規(guī)律，獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率，依此來設(shè)計計算機(jī)的控制程序，根據(jù)照度調(diào)整率，從某一時刻開始，平滑地對路燈輸入電壓進(jìn)行動態(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，有行人通過時才點(diǎn)，更加實(shí)際的節(jié)約了電能 。 設(shè)計目的：主要側(cè)重于通過控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 研究的對象設(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)交通安全和社會治安方面作用很大。因此，要求路燈要在天黑以后 需要時自動點(diǎn)亮 。由于夜晚不同時間對照明的要求不同，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，同時還會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間也是在變化的，同時還要考 慮到天氣變化等其他因XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計 10 素的影響，開、關(guān)燈時間也要實(shí)現(xiàn)控制。因此實(shí)現(xiàn)對路燈電壓和開關(guān)時間的控制，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)有行人通過時，才使 燈點(diǎn)亮， 因?yàn)槁窡羰菫槿朔?wù)的，如果沒有行人經(jīng)過，燈的開啟是多余的，在黑夜開燈的基礎(chǔ)上加上只有人通過時才亮燈，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了 節(jié)能的目的。 主要設(shè)計方案 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 才能點(diǎn)亮，再利用紅外遙控使當(dāng)有人在黑夜通過道路時有燈光的照亮 ,降壓處理使燈即使在半夜電壓發(fā)生變化時也能工作在穩(wěn)定的電壓下。 紅外遙控設(shè)計 如圖 ， 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是一只雙時基集成電路 556。 IC11(1/2556)和 R R VD C1 等組成一個無穩(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。平時（無人穿過路時）， IC2 的紅外光電管收不到 VD2 輻射出的紅外光 信號， IC2 處于靜態(tài)，它的輸出端（ 3 腳）呈高電位，對后級電路無影響。當(dāng)有人過道路時，人體反射的紅外信號被 IC2 的光電管接收并被轉(zhuǎn)換成同頻率(30kHz）的電信號，經(jīng) IC2內(nèi)部放大、選頻及解調(diào)后，其 3腳轉(zhuǎn)呈低電平。該下跳變脈沖信號加至 IC12的觸發(fā)端 8腳。 IC12(1/)和 R C3 組成一個單穩(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） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計 11 沖（＜ 1/3Vdd）加來時， 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，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， 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)時長為 24s的觸發(fā)脈沖結(jié)束時， 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。此時行人 已走遠(yuǎn) . 圖 紅外線設(shè)計電路圖 光敏電路設(shè)計 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)壓二級管 VSS、整流二極管 VD和濾波電容器 C2組成。 XXX 學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 4 遙控節(jié)能電路設(shè)計 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)黃昏來臨時，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。 直到第二天黎明來臨時，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， 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，可控制該燈光自動控制電路在不同光照下的動作。 圖 降壓處理 降壓處理 電路由電源電路、延時電路和觸發(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)壓二級管 VS組成。延時控制電路由電力定時器的常閉觸頭 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)院專