气体放电灯变功率镇流器的原理和控制

李光荣

(无锡市照明工程有限公司，无锡 214000)

照明电器

气体放电灯变功率镇流器的原理和控制

李光荣

(无锡市照明工程有限公司，无锡 214000)

文章概述了目前照明行业的背景，简要介绍了目前新型的LED照明光源，阐述了气体放电灯的两种节能方式：降压节电柜和变功率镇流器。文章具体介绍了变功率镇流器的两种控制方式：时控变功率器和线控变功率器，分别说明了两种控制方式的优缺点，详细介绍了线控变功率器的原理、内部电路图、主要参数和电子元件选择注意点。

节能；变功率镇流器；线控变功率器；可靠性

0 引 言

随着城市规模的日益扩大，城市照明工程也在不断增加，照明工程为夜晚人们的出行提供了方便，促进了经济的发展，但是随之而来的电能消耗也日益增加。据不完全统计，2014年全国照明用电量已占总用电量的13.2%。节约照明用电量已成为我国节能减排工程中的重要组成部分。

近几年随着LED照明产品的成熟，城市照明工程中已逐步采用新型的LED产品。LED作为新型照明光源，其光效高，寿命长，技术逐步走向成熟，是一种绿色的照明光源。在国内新建照明工程中逐步使用LED产品，节电效果显著。但就目前的城市照明行业现状来说，气体放电灯还是照明工程中最常见的光源，其中使用最多的就是高压钠灯。如何降低这部分气体放电的用电量，是摆在所有城市照明工作者面前的一个难题。

1 气体放电灯节能方案

目前气体放电灯的节能方案一般有两种，一种是在供电线路上安装降压节电柜，另一种是在每个灯具中安装变功率镇流器。

1.1 降压节电柜

降压节电柜是通过可控硅斩波的方式，切除交流电正弦波的一部分，从而降低照明工程的供电电压。气体放电灯一般都采用电感镇流器，降低供电电压可降低灯的功率，原理如图1所示。这种节电方式，节电效率可以达到15%～20%，在照明工程中被广泛采用。但这种方式有两个缺点：一是采用可控硅降压，改变了原有的交流电波形，易使供电线路产生谐波，缩短气体放电灯的使用寿命；二是由于降低了供电线路的始端电压，若照明工程的供电线路比较长，易造成供电线路末端电压过低，导致气体放电灯不能正常工作。

图1 降压节电柜降压原理图

1.2 变功率镇流器

气体放电灯工作在前半夜时，满功率运行，到后半夜，路上车少人稀，变功率镇流器通过控制器切换镇流器的出线端，在电路中串入一定量的电感，降低气体放电灯回路的电流，从而降低气体放电灯功率。变功率镇流器的节电效率可达到40%以上。变功率镇流器的控制方式有两种：一种为时控，另一种为线控。

原理如图2所示。

图2 变功率原理图

1.2.1 时控变功率器

灯具内的时控变功率器，在通电一段时间后切换变功率镇流器的出线端，电路中串入一定的电感量，降低了回路的电流，气体放电灯降功率运行。电路如图3所示。

图3 时控变功率器电路图

时控变功率器的内部电路一般采用CD4060高精度定时芯片，性能可靠，定时准确。但时控变功率器的控制方式单一，不够灵活，若遇重大节假日或其他特殊情况，到后半夜，气体放电灯降功率运行时不能保证道路的亮度。

1.2.2 线控变功率器

在照明供电线路中铺设两根变功率控制线，当路灯配电箱内的控制器或三遥控制系统发出降功率运行的信号时，通过变功率控制线将信号传给线控变功率器，线控变功率器切换变功率镇流器的出线端，增加气体放电灯回路的电感量，降低回路的电流，从而使气体放电灯降功率运行。接线电路图如图4所示。

图4 线控变功率器接线路图

当L控线路上达到220 V电压时，照明线路上的所有路灯全功率运行，当L控线路上不到220 V电压时，线路中的灯全部降功率运行，达到节约电能的目的。

当L控线路上有220 V电压时，经过阻容降压之后，再由D1—D4单向导通二极管构成全波整流电路，转变为直流，经过电解电容C2滤波，稳压二极管ZD1稳压，将电压稳定为直流47 V，给继电器J1的电感线圈供电，继电器切换变功率镇流器的出线端，气体放电灯全功率运行，当L控失去220 V电压时，继电器J1开关切换，气体放电灯降功率运行。

线控变功率器主要参数：

1)工作电压范围：160～250 V；

2)负载额定电流：25 A；

3)切换开关次数：≥2.5万次；

4)切换时间：≤0.5 S；

5)工作温度：-40～80 ℃；

6)防护等级：IP67。

电子元器件的选用：

1)为解决宽范围的工作电压问题，采用阻容降压，保证电压在160～250 V之间，线控变功率器都能正常工作。

2)为使线控变功率器能更好适应户外恶劣的天气环境，提高控制器的IP防护等级，控制器采用了环氧树脂封装，内部线路板密封处理，外壳防护等级达到IP67 。

3)为解决线控变功率器的抗干扰问题，在控制器内部设计了电解电容谐波吸收电路，并使用了金属外壳作为屏蔽，防止外部信号干扰控制器工作。

4)为提高线控变功率器的使用寿命，采用密封、高可靠的继电器，保证开关次数在2.5万次以上。

线控变功率器控制灵活，既可在后半夜自动降功率，也可在重大节假日或其他特殊情况时，根据具体需要灵活调整降功率运行的时间。但由于线控变功率器需要敷设两根控制线，照明工程的前期工程造价较时控变功率器略高。

2 结论

我国照明的用电量在总用电量中的比例日益增加，节能减排刻不容缓。城市的公共照明应在满足人们出行方便的前提下，率先采用有效的节能手段，推广新型的LED照明和降低现有的气体放电灯用电量同样重要。上述研究表明，采用变功率镇流器，投入小，节电效果明显，小投入大回报。

节能减排利国利民，能有效地缓解能源危机，提高空气质量。城市照明行业应根据具体工程，积极地采用合适的节能方法，降低照明工程的用电量，为我国的节能减排工程贡献一份力量。

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Principle and control of variable power ballast for gas discharge lamp

Li Guangrong

(Wuxi City Lighting Engineering Co.， Ltd.Wuxi 214000，P.R.China)

This article provides a brief overview of the lighting industry， said the current background， briefly describes the current new LED light source， describes two gas discharge lamp energy saving mode， step-down power-saving cabinet and variable ballast.Specifically introduced two variable power ballast control， when the control variable power and variable power control wire， illustrate the advantages and disadvantages of the two control modes.Details of the principle of variable power wire， internal circuit diagram， the main parameters and electronic component selection and pay attention.

energy saving；variable power ballast；variable power wire；reliability

2016- 04-10

李光荣(1978-)，男，工程师，主要从事道路照明技术与管理工作。