一、 問(wèn)題的提出 能源危機(jī)一直困繞著世界，處于經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展周期中的中國(guó)也日益感受到了節(jié)約能源的重要性和緊迫性。占我國(guó)總用電量近五分之一的照明用電，則是我國(guó)節(jié)能工作 的重要內(nèi)容。照明用電中，路燈占有相當(dāng)份額。路燈數(shù)量大，線路工作時(shí)間長(zhǎng)，耗能相當(dāng)大，故路燈的節(jié)能是一項(xiàng)非常有潛力的項(xiàng)目。 目前我國(guó)的道路燈基本都采用高壓鈉燈照明，燃點(diǎn)線路中也主要是傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器。由于電感鎮(zhèn)流器自身功耗大、功率因素低，因此針對(duì)電感式鎮(zhèn)流方式的節(jié)能研究就是一個(gè)主要的節(jié)能研究方向。 不按道路車流通行密度狀況，長(zhǎng)時(shí)間用單一功率照明，這是目前路燈的實(shí)際狀況，如果改變這種照明方式，分時(shí)段采用不同功率照明，即每晚車行密度低時(shí)降功率照明，這里面也就存在相當(dāng)大的可挖掘的節(jié)能潛力。 國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）和中國(guó)照明學(xué)會(huì)成立的我國(guó)《節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器推廣工作協(xié)調(diào)組》在我國(guó)組織眾多節(jié)能式電感鎮(zhèn)流器的研發(fā)推廣工作，曾多次就道路照明節(jié)能舉行了專題研討會(huì)，取得較好的社會(huì)反映。 二、 高壓鈉燈路燈節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介 目前我國(guó)道路燈具市場(chǎng)上普遍采用高壓鈉燈為光源。高壓鈉燈采用交流電子鎮(zhèn)流器時(shí)機(jī)尚未成熟，廣泛采用的仍是電感式鎮(zhèn)流器，因而針對(duì)電感式鎮(zhèn)流方式的節(jié)能研究應(yīng)是現(xiàn)實(shí)而便捷的有效途徑。 由此高壓鈉燈為光源的路燈節(jié)能方向主要是兩個(gè)方面：即，一方面由于高壓鈉燈的電感鎮(zhèn)流線路中電感鎮(zhèn)流器的自損耗大的問(wèn)題，另一方面是路燈單一輸出功率固定 不變，無(wú)法適應(yīng)路燈長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中某些時(shí)段路面只須低照度而用高功率光源照明所造成的不必要浪費(fèi)問(wèn)題。因此功耗小的節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器和單燈分時(shí)段降功率 使用即為可行的節(jié)能方向。 1、  鎮(zhèn)流器部分： 普通電感式鎮(zhèn)流器是一種高電感低電阻元件，主要缺點(diǎn)是功率因素低，自身功耗大。傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器自身?yè)p耗占燈功率的10%～30%。由于傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器制作 廠家追求利潤(rùn)成本，在鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)、鐵芯材質(zhì)、導(dǎo)線選擇方面不盡合理，造成總損耗增大。因此，降低電感鎮(zhèn)流器自身?yè)p耗是節(jié)能目標(biāo)之一。    圖1  常規(guī)鎮(zhèn)流器點(diǎn)燈線路示意圖    由此，必須對(duì)電感鎮(zhèn)流器進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)制作，按相關(guān)的能效標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。    節(jié)能性電感鎮(zhèn)流器就是在傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，大幅降低自身功耗的節(jié)能型產(chǎn)品。 電感鎮(zhèn)流器自身總損耗是鐵芯截面積、片寬、窗口面積、窗寬及最大磁通密度的函數(shù)。即損耗表現(xiàn)為鐵損和銅損兩部分。鐵損由鐵芯材質(zhì)、形狀、尺寸決定，銅耗由 線圈導(dǎo)線長(zhǎng)度及截面積決定。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，可以優(yōu)選出上述各項(xiàng)參數(shù)，使鎮(zhèn)流器在額定視在功率和規(guī)定的溫升范圍內(nèi)，做到銅損、鐵損最小。 鐵芯磁路長(zhǎng)短與鐵功耗有關(guān)。通常使用的芯型E型，磁路較長(zhǎng)，鐵耗較大。而環(huán)形磁路最短，功耗最小。選擇適當(dāng)鐵芯截面可做到銅耗最小，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)蔫F芯材料的磁通密度Bm，平衡各項(xiàng)參數(shù)，即： a、選擇合適的芯型   b、設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)蔫F芯截面  c、選擇合理的Bm值 可使鎮(zhèn)流器自身?yè)p耗減少40～50%，同時(shí)又控制了溫升，做到可靠性好。 節(jié)能性電感鎮(zhèn)流器由于具備：①比傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流明顯節(jié)能；②溫升低、安全性能好；③噪聲低等優(yōu)點(diǎn)符合節(jié)能環(huán)保的綠色照明原則，是值得發(fā)展的方向性產(chǎn)品。 2、路燈變換功率使用 道路燈工作時(shí)間長(zhǎng)，線路分散，上下半夜道路的車流行人通行密度相差很大，在道路通行密度大時(shí)采用高光通照明而在通行密度小時(shí)采用低光通照明無(wú)疑是一種明智 而節(jié)儉的科學(xué)做法，可在路燈燃點(diǎn)線路中設(shè)計(jì)一個(gè)預(yù)置時(shí)間變換線路來(lái)改變單燈燃點(diǎn)功率。在不降低道路交通安全性的前提下，通過(guò)變換控制器將路燈燃點(diǎn)功率從高 車流密度時(shí)的全功率運(yùn)行變換到低車流密度時(shí)的60%額定功率運(yùn)行，從而達(dá)到顯著的節(jié)能效果。 在該模式中，每天傍晚18：00開(kāi)始通電點(diǎn)燈，鈉燈工作于滿功率輸出狀態(tài)，直到深夜24：00，車少人稀時(shí)，進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換使鈉燈在60%的額定功率下運(yùn)行。在早上6：00， 天亮?xí)r系統(tǒng)斷電關(guān)燈。 現(xiàn)提出兩種鎮(zhèn)流器變檔措施： A：在原有功率的鎮(zhèn)流器線路中定時(shí)增加一只補(bǔ)充電感鎮(zhèn)流器，使得原線路鎮(zhèn)流電感增大，達(dá)到需要的光源燃點(diǎn)功率變小，達(dá)到節(jié)電目的。如圖（3）

 

圖中L1為原有較大功率鎮(zhèn)流器，L0為補(bǔ)入的電感鎮(zhèn)流器。L1+ L0后總的鎮(zhèn)流電流變小，光源運(yùn)行在較低功率狀態(tài)。K0在較高功率運(yùn)行時(shí)為閉合態(tài)。L0應(yīng)是高功率和低功率時(shí)兩種線路中鎮(zhèn)流器阻抗差值，但當(dāng)高功率鎮(zhèn)流器 以低功率運(yùn)行時(shí)，其工作電流降低，由于工作電流減少，則鎮(zhèn)流器L1自身的功耗降低，基本可抵消增加的L0自身功耗。 該方法適合已建成路燈，只需增加一只小電抗器和時(shí)間控制線路即可。

B、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)抽頭，形成雙輸出功率，然后定時(shí)控制功率變換。

該方法由于鎮(zhèn)流器本身能耗小，加之時(shí)間段功率控制，綜合節(jié)能效果明顯，但節(jié)能感鎮(zhèn)流器多為環(huán)行等短磁路特殊磁芯，材質(zhì)好，加工難，繞制復(fù)雜，成本高。 圖4  變功率鎮(zhèn)流器點(diǎn)燈線路示意圖

功率 開(kāi)關(guān)電路

隔離驅(qū)動(dòng)

單 片 機(jī)

振蕩觸發(fā)

電源電路

控制器主要采用時(shí)間預(yù)置式功率輸出，原則是功能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，其原理如圖：
特點(diǎn)：

² 采用單片機(jī)編程：高精度延時(shí)，延時(shí)時(shí)間可調(diào)。 ² 采用專用觸發(fā)IC，抗干攏能力強(qiáng)，同步性能好。 ² 采用光電隔離驅(qū)動(dòng)電路，隔離高低兩路電壓、隔離程序和驅(qū)動(dòng)兩種電路。 ² 采用低功耗設(shè)計(jì)，空載功耗小于1W，負(fù)載功耗≤2W。 主要的節(jié)能部分在分時(shí)段控制單燈功率輸出方面，對(duì)上述不同鎮(zhèn)流器均可控制功率變檔，由于路燈主要是功率為400W和250W的高壓鈉燈，控制的功率變檔也主要是400W>250W和250W>150W兩種。 三、適合舊路燈節(jié)能改造的電抗器法節(jié)能技術(shù)： 普通電感鎮(zhèn)流器增加降功率電抗器，適用于已建的運(yùn)行中路燈節(jié)能改造。 經(jīng)正規(guī)檢測(cè)，在保證光源總光通中分別從400W的46000切換到250W的25000左右和250W的28000切換到150W地14000左右前提下，光源功率分別降低相應(yīng)值，并且進(jìn)行功率因素補(bǔ)償條件下的功率切換實(shí)驗(yàn)，典型數(shù)據(jù)如下：

電源電壓	原功率 （W）	切換后功率 （W）	原光源光通 （lm）	切換后光通 （lm）	cosф（補(bǔ)償55μf） （前/后）
220	401	255	46500	25900	0.95/0.93
220	216	147	28200	14300	/

電抗節(jié)能器體積小，可適應(yīng)多種燈桿內(nèi)空腔安裝，控制器切換時(shí)間可事先設(shè)定。   四、經(jīng)濟(jì)分析 我國(guó)路燈大多為400W和250W功率的高壓鈉燈，采用功率變換技術(shù)，主要以400W變換為250W和250W變換為150W計(jì)。 由于普通型鎮(zhèn)流器功耗約占功率12%～14%左右，我們以市面上較高質(zhì)量的電感鎮(zhèn)流器產(chǎn)品計(jì)，則整燈功率消耗如下表：

名稱規(guī)格	單燈正常消耗功率（W）	單燈低功耗功率（W）	節(jié)省功耗（W）
250W HPS	275	170	105
400W HPS	440	275	125

變換器自身也有一定功耗，每只以5W計(jì)。設(shè)路燈工作時(shí)間為18:00～6:00，共工作12小時(shí)，其中下半夜6小時(shí)從高功率變換為低功率工作，則每年365天路燈在低功率狀態(tài)下工作時(shí)間為2190小時(shí)，則每盞路燈節(jié)電量和節(jié)電費(fèi)用（以0.50元/度計(jì)）如下： 若以本技術(shù)推廣應(yīng)用各1000套路燈計(jì)，則每年可節(jié)省電費(fèi)為： （109.5+131.4）×1000=24.09萬(wàn)元 考慮到變換器等新增器件投入部分單燈總費(fèi)用約新增120元左右，則該節(jié)能技術(shù)應(yīng)可在約一年時(shí)間內(nèi)收回成本。 重要的是我國(guó)發(fā)電型多為火電，路燈長(zhǎng)期的節(jié)電效果在少發(fā)電、少排放污染、改善環(huán)境方面的作用更是意義重大的工作。