一、 問題的提出 能源危機一直困繞著世界，處于經(jīng)濟迅速發(fā)展周期中的中國也日益感受到了節(jié)約能源的重要性和緊迫性。占我國總用電量近五分之一的照明用電，則是我國節(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，線路工作時間長，耗能相當(dāng)大，故路燈的節(jié)能是一項非常有潛力的項目。 目前我國的道路燈基本都采用高壓鈉燈照明，燃點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，因此針對電感式鎮(zhèn)流方式的節(jié)能研究就是一個主要的節(jié)能研究方向。 不按道路車流通行密度狀況，長時間用單一功率照明，這是目前路燈的實際狀況，如果改變這種照明方式，分時段采用不同功率照明，即每晚車行密度低時降功率照明，這里面也就存在相當(dāng)大的可挖掘的節(jié)能潛力。 國際銅業(yè)協(xié)會（中國）和中國照明學(xué)會成立的我國《節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器推廣工作協(xié)調(diào)組》在我國組織眾多節(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，取得較好的社會反映。 二、 高壓鈉燈路燈節(jié)能技術(shù)簡介 目前我國道路燈具市場上普遍采用高壓鈉燈為光源。高壓鈉燈采用交流電子鎮(zhèn)流器時機尚未成熟，廣泛采用的仍是電感式鎮(zhèn)流器，因而針對電感式鎮(zhèn)流方式的節(jié)能研究應(yīng)是現(xiàn)實而便捷的有效途徑。 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題，另一方面是路燈單一輸出功率固定 不變，無法適應(yīng)路燈長時間工作過程中某些時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問題。因此功耗小的節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器和單燈分時段降功率 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，主要缺點是功率因素低，自身功耗大。傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器自身損耗占燈功率的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)流器自身損耗是節(jié)能目標(biāo)之一。    圖1  常規(guī)鎮(zhèn)流器點燈線路示意圖    由此，必須對電感鎮(zhèn)流器進行科學(xué)嚴(yán)格的設(shè)計制作，按相關(guān)的能效標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計節(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)上進行技術(shù)改進，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)線長度及截面積決定。通過計算和實驗，可以優(yōu)選出上述各項參數(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。 鐵芯磁路長短與鐵功耗有關(guān)。通常使用的芯型E型，磁路較長，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，同時選擇適當(dāng)?shù)蔫F芯材料的磁通密度Bm，平衡各項參數(shù)，即： a、選擇合適的芯型   b、設(shè)計適當(dāng)?shù)蔫F芯截面  c、選擇合理的Bm值 可使鎮(zhèn)流器自身損耗減少40～50%，同時又控制了溫升，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 道路燈工作時間長，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采用高光通照明而在通行密度小時采用低光通照明無疑是一種明智 而節(jié)儉的科學(xué)做法，可在路燈燃點線路中設(shè)計一個預(yù)置時間變換線路來改變單燈燃點功率。在不降低道路交通安全性的前提下，通過變換控制器將路燈燃點功率從高 車流密度時的全功率運行變換到低車流密度時的60%額定功率運行，從而達(dá)到顯著的節(jié)能效果。 在該模式中，每天傍晚18：00開始通電點燈，鈉燈工作于滿功率輸出狀態(tài)，直到深夜24：00，車少人稀時，進行功率轉(zhuǎn)換使鈉燈在60%的額定功率下運行。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)流器線路中定時增加一只補充電感鎮(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為補入的電感鎮(zhèn)流器。L1+ L0后總的鎮(zhèn)流電流變小，光源運行在較低功率狀態(tài)。K0在較高功率運行時為閉合態(tài)。L0應(yīng)是高功率和低功率時兩種線路中鎮(zhèn)流器阻抗差值，但當(dāng)高功率鎮(zhèn)流器 以低功率運行時，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間控制線路即可。

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

該方法由于鎮(zhèn)流器本身能耗小，加之時間段功率控制，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)流器點燈線路示意圖

功率 開關(guān)電路

隔離驅(qū)動

單 片 機

振蕩觸發(fā)

電源電路

控制器主要采用時間預(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：

² 采用單片機編程：高精度延時，延時時間可調(diào)。 ² 采用專用觸發(fā)IC，抗干攏能力強，同步性能好。 ² 采用光電隔離驅(qū)動電路，隔離高低兩路電壓、隔離程序和驅(qū)動兩種電路。 ² 采用低功耗設(shè)計，空載功耗小于1W，負(fù)載功耗≤2W。 主要的節(jié)能部分在分時段控制單燈功率輸出方面，對上述不同鎮(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，適用于已建的運行中路燈節(jié)能改造。 經(jīng)正規(guī)檢測，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，并且進行功率因素補償條件下的功率切換實驗，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，控制器切換時間可事先設(shè)定。   四、經(jīng)濟分析 我國路燈大多為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。 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，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。設(shè)路燈工作時間為18:00～6:00，共工作12小時，其中下半夜6小時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)下工作時間為2190小時，則每盞路燈節(jié)電量和節(jié)電費用（以0.50元/度計）如下： 若以本技術(shù)推廣應(yīng)用各1000套路燈計，則每年可節(jié)省電費為： （109.5+131.4）×1000=24.09萬元 考慮到變換器等新增器件投入部分單燈總費用約新增120元左右，則該節(jié)能技術(shù)應(yīng)可在約一年時間內(nèi)收回成本。 重要的是我國發(fā)電型多為火電，路燈長期的節(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。