提要：本文主要介紹了電子鎮(zhèn)流器在城市道路節(jié)能中的應(yīng)用，對(duì)常用的道路照明節(jié)能措施進(jìn)行了比較和分析。通過(guò)對(duì)電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理分析，可為人們選用道路節(jié)能產(chǎn)品提供參考。
　　關(guān)鍵詞：功率因數(shù)，諧波，道路照明
　　一、前言
　　我國(guó)實(shí)施的“綠色照明促進(jìn)工程”，旨在節(jié)約能源，提高照明質(zhì)量，促進(jìn)城市照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。電子鎮(zhèn)流器憑借其自身的優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了電感式鎮(zhèn)流器的存在的問(wèn)題，對(duì)城市道路照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。
　　二、常用的道路照明節(jié)能措施的分析
　　就道路照明節(jié)能方法而言，主要有兩中途徑：1）從光源的角度考慮，通過(guò)提高光源自身的發(fā)光效率從而節(jié)約能源；2）從照明控制的角度考慮，根據(jù)不同的照明需求，通過(guò)采用高效的控制器件或控制措施，提高能源的利用率。
　　幾種常用的道路照明節(jié)能措施的比較：
　　（1）LED光源路燈。LED光源具有能效高、工作電壓低、耗電量小、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，逐漸應(yīng)用于照明領(lǐng)域，成為道路照明的新興產(chǎn)品。然而，LED光源用于道路照明時(shí)，存在一下缺點(diǎn)：a.照度均勻度低，容易出現(xiàn)光斑現(xiàn)象；b.基于LED自身的特點(diǎn)，所產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)出去，加速老化現(xiàn)象，使光衰嚴(yán)重；c.單燈功率低。LED光源在道路照明的普及應(yīng)用仍處于發(fā)展階段，無(wú)論從價(jià)格、技術(shù)、質(zhì)量綜合方面來(lái)看，現(xiàn)在還處于一種過(guò)渡期。
　　（2）無(wú)極燈。無(wú)極燈具有發(fā)光效率高、高顯色性、功率因數(shù)高、響應(yīng)時(shí)間短、高節(jié)能比等特點(diǎn)，節(jié)能效果好，但由于散熱問(wèn)題是限制大功率無(wú)極燈的瓶頸，并且，無(wú)極燈采用高頻電磁感應(yīng)（無(wú)燈絲、無(wú)電極）方式觸發(fā)燈內(nèi)壁的三基色熒光粉發(fā)光，從而大量高頻諧波，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。高低頻無(wú)極燈與大功率LED照明同屬過(guò)渡階段，由于路燈改造屬市政工程，從投資角度來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性是改造的前提，其次才是節(jié)能空間，無(wú)極燈在市政應(yīng)用領(lǐng)域從技術(shù)性能、質(zhì)量穩(wěn)定方面還需要一個(gè)跨度時(shí)期。
　　（3）電容就地補(bǔ)償方式。電容就地補(bǔ)償方式是最常用的方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，是有效降低電感鎮(zhèn)流器燈具視在電流，減少無(wú)功功率，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的方法。但理論上不能降低有功功率，鎮(zhèn)流器自身?yè)p耗仍是一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題，且補(bǔ)償電容容易失效，需要經(jīng)常維護(hù)。
　　（4）雙功率電感鎮(zhèn)流器。雙功率電感鎮(zhèn)流器是通過(guò)預(yù)定時(shí)間進(jìn)行調(diào)壓切換，實(shí)現(xiàn)變功率輸出。由于采用變功率輸出，可以只采用單回路控制方式，從而減少工程投資，又可以彌補(bǔ)下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象，提高道路的照明均勻度。但電感鎮(zhèn)流器仍需采用電容就地補(bǔ)償方式進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
　　（5）電子鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器是在電源與高壓鈉燈等氣體放電燈之間整體替代電感鎮(zhèn)流器，觸發(fā)器，補(bǔ)償電容器的裝置，其安裝使用更加方便，節(jié)能效果更好（自身功耗比電感鎮(zhèn)流器節(jié)省80%以上）。由于電子鎮(zhèn)流器在線路開(kāi)路或短路時(shí)進(jìn)線電流自動(dòng)減少為零，因此電子鎮(zhèn)流器自身不易損壞，并且還具有無(wú)頻閃，無(wú)噪聲，無(wú)聲頻共振，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)現(xiàn)狀道路照明狀況改變較少的情況下，采用電子鎮(zhèn)流器是相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)可靠的方法。
　　三、電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理
　　實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)功率因數(shù)cosα≥0.98時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能最佳傳輸。除熱損耗外，幾乎100%地輸出到負(fù)載。在實(shí)際應(yīng)用中電感鎮(zhèn)流器由于無(wú)功功率過(guò)大，加大了線路的無(wú)功負(fù)載，從而增大了電網(wǎng)損耗。而電子鎮(zhèn)流器可最大限度地使用線路供電能力，減少電網(wǎng)損耗，節(jié)約電能。高壓鈉燈的氣體輝光放電電弧V-I特性表明，用電感鎮(zhèn)流器時(shí)的燈頭電壓呈馬鞍型曲線，流過(guò)的電流中間高，兩邊低。做傅利葉展開(kāi)后，電流波形包含大量的奇次諧波（見(jiàn)圖1）。
　　           
　　                                                 圖1                                                                                                               圖2
　　以250W高壓鈉燈為例，電感鎮(zhèn)流器的每周期穩(wěn)定過(guò)程分為：
　　1、電源正半周：電壓開(kāi)始上升，但電壓較低，無(wú)法形成放電，先形成的等離子體復(fù)合恢復(fù)成分子期；電壓擊穿半恢復(fù)的等離子氣體期；流過(guò)電弧的電流開(kāi)始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時(shí)值下降；無(wú)法維持氣體放電后，等離子氣體開(kāi)始進(jìn)入復(fù)合恢復(fù)期。
　　2、電源負(fù)半周：負(fù)電壓值開(kāi)始上升，但電壓較低；無(wú)法形成放電，原先形成的等離子體復(fù)合恢復(fù)成分子期；電壓擊穿半恢復(fù)的等離子氣體期；流過(guò)電弧的電流開(kāi)始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時(shí)值下降；無(wú)法維持氣體放電后，等離子氣體開(kāi)始進(jìn)入復(fù)合恢復(fù)期。
　　由于每次放電周期間隔達(dá)10毫秒(50HZ)，等離子體數(shù)目減少，氣體在復(fù)合恢復(fù)期的發(fā)光強(qiáng)度明顯減弱。用分色盤(pán)很容易檢出光亮的脈動(dòng)。電流和燈發(fā)光強(qiáng)度是非線性的，典型曲線見(jiàn)圖2：
　　由于電流零歇時(shí)發(fā)光為零，大脈動(dòng)電流工作方式的效率比較低。在相同照度下耗電多，照明質(zhì)量差。典型的電感鎮(zhèn)流器，當(dāng)250W高壓鈉燈滿功率運(yùn)行時(shí)其總功率約285W。將工作過(guò)程與波形對(duì)照，并以傅利葉展開(kāi)燈電流后發(fā)現(xiàn)，波形中含有很高的奇次諧波成分（3/5/7/9/11次諧波為主），電網(wǎng)電壓被奇變成饅頭波，功率因數(shù)低，而且無(wú)法用電容補(bǔ)償。
　　電子鎮(zhèn)流器工作頻率約50KHz，每放電周期僅10微秒，氣體擊穿所需的鏈?zhǔn)皆鲋颠^(guò)程達(dá)2-8微秒，恢復(fù)時(shí)間約1毫秒。在電感限流作用下，電弧中的等離子氣體在電壓過(guò)零時(shí)根本來(lái)不及恢復(fù)及倍增，所以燈的每周期穩(wěn)定過(guò)程中只有穩(wěn)定的輝光放電效應(yīng)，并通過(guò)其功率校正（PFC）電路，使得其功率因數(shù)達(dá)0.95以上。另外，從電弧工作狀況看，十分類似直流供電，但沒(méi)有電極轉(zhuǎn)移效應(yīng)。由于燈電極沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的高峰值電流流過(guò)，電極溫度穩(wěn)定，磨損減小，而高壓鈉燈燈管的主要失效模式為電極老化，這樣一來(lái)，使用電子鎮(zhèn)流器將有效延長(zhǎng)燈管壽命。
　　圖3所示為使用電子鎮(zhèn)流器時(shí)鈉燈兩端的典型工作波形，與電感式鎮(zhèn)流器相比，工作過(guò)程明顯不同，在工作的所有時(shí)間內(nèi)，燈都在穩(wěn)定的發(fā)光；沒(méi)有頻閃，用分光盤(pán)無(wú)法測(cè)出，大大提高了照明質(zhì)量。
　　                       
　　                                                       圖3
　　電子鎮(zhèn)流器采用恒功率控制，在電壓大幅度波動(dòng)的情況下，提供給燈的功率保持不變，而且電子鎮(zhèn)流器的工作頻率為30KHz~45KHz，減少了高壓鈉燈的電光轉(zhuǎn)換中的脈動(dòng)，提高了效率和舒適度。同時(shí)，由于電子鎮(zhèn)流器可實(shí)現(xiàn)定時(shí)變功率輸出的功能，可在約定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)降低輸出功率，彌補(bǔ)下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象，提高道路的照明均勻度。
　　實(shí)驗(yàn)表明，250W高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器總功率約285W，在同等光照度下，電子鎮(zhèn)流器總功率僅需262W。從理論上看，使用電子鎮(zhèn)流器每只燈節(jié)省23W，若每天工作10小時(shí)，可節(jié)省電0.23度，即每年節(jié)電約82度，再加上高功率因數(shù)間接節(jié)能效果，每年至少節(jié)電約120度以上。以某中型城市有5萬(wàn)只高壓鈉燈為例，可年節(jié)電600萬(wàn)度。
　　四、結(jié)論
　　高壓鈉燈因其具有極好的光效(80~140lm/W)和合適的光波長(zhǎng)，而被廣泛用于戶外照明。在LED、無(wú)極燈等新興光源技術(shù)仍有待進(jìn)步的時(shí)候，高壓鈉燈是道路照明光源的首選。傳統(tǒng)的電感式的鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身?yè)p耗大的缺點(diǎn)。
　　隨著我國(guó)綠色照明工程的日益深入，人們對(duì)綠色照明產(chǎn)品的需求日益增大，特別是高性能電子鎮(zhèn)流器以其卓越的性能、適中的價(jià)格、功率因數(shù)高、能效高、燈電流波峰比低、良好的電磁兼容性：不會(huì)污染電網(wǎng)、不會(huì)干擾其它醫(yī)療儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等用電設(shè)備正常工作的特點(diǎn)及優(yōu)越性將逐步替代電感鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用，也是解決城市道路照明中節(jié)能環(huán)保和照度要求之間矛盾的最理想方法。
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