專利名稱：智能照明節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種照明節(jié)電裝置。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今照明節(jié)電產(chǎn)品領(lǐng)域主要的技術(shù)包括三種實現(xiàn)方式 第一，可控硅斬波型照明節(jié)能裝置
原理釆用可控硅斬波原理，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 時調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，因為主要是電子原件，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，由于斬波，使電壓無法實現(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，危害極大，不能用在有電容 補償電路中(現(xiàn)代照明設(shè)計要求規(guī)定，照明系統(tǒng)中功率因數(shù)必須達到0.9以 上，而氣體放電燈的功率因數(shù)在一般在0.5以下，所以都設(shè)計用電容補償功 率因數(shù))。諧波的危害主要有以下幾個方面
a. 縮短電力電容器的使用壽命，嚴重情況下，會使電容器鼓肚、擊穿 或爆炸。
b. 變壓器的銅耗、鐵耗增大，減少變壓器的實際使用容量，浪費電能。
c. 增加電氣設(shè)備附加損耗，減少出力，浪費電能，嚴重時使電氣設(shè)備
過熱，燒損。
d. 造成開關(guān)、接觸器等電氣設(shè)備的誤動作，自動化儀表不能正常工作。
e. 產(chǎn)生嚴重的、看不見的電磁波干擾，使有線和無線信號無法接收和 傳輸，影響手機、電視、廣播、電腦等設(shè)備的正常使用，損害人體正常生理 機能。
3在國外發(fā)達國家，已有明文規(guī)定對電氣設(shè)備諧波含量的限制，在國內(nèi)， 北京、上海、廣州等大城市，己對諧波含量超標的設(shè)備限制并入電網(wǎng)使用。
大功率可控硅斬波型節(jié)電設(shè)備，因其自身存在諧波污染的缺陷，如果加 裝濾波設(shè)備，成本太高，是不經(jīng)濟的，所以此類設(shè)備是不宜用于照明電路中。
第二，采用電動機拖動碳刷調(diào)節(jié)變壓器的輸出
具備無級調(diào)壓穩(wěn)壓的功能，屬于慢斜坡式無級調(diào)壓。改變電網(wǎng)用電低谷 與高峰時段的頻繁波動，輸出電壓始終穩(wěn)定在用戶的設(shè)定值上，這樣輸出電
壓在轉(zhuǎn)化過程中，十分緩慢地變化(每分鐘30V、精度1一2%)，但是由于該 方式的調(diào)壓部分是由機械碳刷來完成的，所以機械碳刷部分容易出現(xiàn)故障和 磨損，相對的就會降低節(jié)電柜(器)的壽命。尤其是粉塵、空氣濕度等對產(chǎn) 品的壽命有一定的影響。加上機械磨損等原因可導(dǎo)致變壓器匝間短路等故 障。且該種節(jié)電產(chǎn)品的體積大，成本高。 第三，自耦降壓式調(diào)控裝置
它的原理是，通過一個自耦變壓器機芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連 不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5、 10、 15、 20V等幾個檔，從而達 到降壓節(jié)電的目的。
這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實 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。
存在的技術(shù)缺陷
1) 固定多檔降壓器 由于其核心部件是一個多抽頭的變壓器，變壓比是固定的， 一般副邊有
三到五個降壓抽頭，分別降5V、 IOV、 15V、 20V， 一旦接線端固定，降低電 壓就是固定值，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，調(diào)控裝置的輸出電壓也會上下波動，這 樣照明的工作電壓處在不穩(wěn)定波動狀態(tài)，無法起到對電光源的保護作用。當(dāng) 電網(wǎng)電壓高時，節(jié)電率不是最佳狀態(tài)；而電網(wǎng)電壓低時，可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象， 造成燈具無法正常點亮，反而降低燈具壽命，這是這類調(diào)控裝置存在的最大 安全缺陷。當(dāng)用電高峰時，電壓過低，電氣設(shè)備也無法正常運行。
2) 接觸器體積較大
這類調(diào)控裝置為了能滿足額定電流的要求，往往選擇的接觸器容量較大，造成照明節(jié)電裝置體積和成本的增加，而且在不同電壓等級進行切換時 存在短時的變壓器線圈及接觸器短路的現(xiàn)象，容易造成接觸器或變壓器的損 壞。其安全性、可靠性和無故障工作壽命都不能保障，存在安全隱患。交流
接觸器在切換動作時，是機械的吸合和斷開，所以會有短暫的10 20ms的斷 電，我們稱之為"閃斷"，這樣的斷電會導(dǎo)致HID燈(High Intensity Discharged Lamp—高壓氣體放電燈，如高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈等)熄 滅。這種燈的特性決定，在熄滅以后，必須等到燈管冷卻，蒸氣壓下降后才 能再點亮， 一般需要5 10min左右，在使用中，這將是個嚴重故障。

實用新型內(nèi)容
本實用新型設(shè)計的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中自藕降壓調(diào)控裝置的上 述缺陷，提供一種能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電壓與功率的智能照明節(jié)電裝置。
為此，本實用新型采用如下的技術(shù)方案
一種智能照明節(jié)電裝置，包括電源總輸入端、由變壓器和接觸器構(gòu)成的 切換器以及輸出端，所述變壓器為調(diào)零型自藕變壓器，所述調(diào)零型自藕變壓 器包括起端、止端以及從起端和止端之間引出的至少兩個抽頭，所述接觸器 包括旁路接觸器、節(jié)電接觸器、 一個或一個以上節(jié)電等級控制接觸器，所述 旁路接觸器接在所述電源總輸入端和所述輸出端之間，所述節(jié)電接觸器接在 所述電源總輸入端的高位端子和調(diào)零型自藕變壓器起端之間，所述的抽頭中 最靠近調(diào)零型自藕變壓器起端的抽頭與所述輸出端的高點端子相接，所述節(jié) 電等級控制接觸器分別接在其他抽頭與輸出端的低點端子之間，所述電源總 輸入端的低位端子與所述輸出端的低點端子直接相接，所述智能照明節(jié)電裝 置還包括控制器以及受控制器控制并分別驅(qū)動各個接觸器的繼電器。
上述技術(shù)方案中，所述智能照明節(jié)電裝置最好還包括用于設(shè)置各個供電 時間段節(jié)電等級的操作按鈕和顯示屏，所述控制器用于根據(jù)設(shè)置控制相應(yīng)的 節(jié)電等級接觸器。所述智能照明節(jié)電裝置最好還包括用于檢測負載線路電壓 和電流變化的電壓和電流檢測元件，所述控制器用于根據(jù)所檢測到的電壓和 電流值以及當(dāng)前節(jié)電等級，控制相應(yīng)的節(jié)電等級接觸器，調(diào)解節(jié)電等級。
本實用新型的智能照明節(jié)電裝置，其有益效果如下
51、 自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電壓與功率，智能照明節(jié)電裝置工作原理，采用微 電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸出、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。
參-…穩(wěn)定最佳工作電壓
針對電網(wǎng)電壓偏高和波動等現(xiàn)象，智能照明節(jié)電裝置可根據(jù)用戶現(xiàn)場實
際需求，實時在線調(diào)控輸出最佳照明工作電壓，并能將其穩(wěn)定在±2%以內(nèi)， 有效提高電力質(zhì)量，從而達到節(jié)電10% 40%的效果。 參-…多時段節(jié)能運行
根據(jù)用戶實際的照明需求，智能照明節(jié)電裝置還可通過程序進行多時段 節(jié)能電壓設(shè)置，從而滿足用戶不同光源、不同時間的需求，實現(xiàn)最佳照明狀 態(tài)和最大節(jié)電率。
參…提高燈具的使用壽命
影響電光源壽命的一個重要因素是電壓過高或過低，智能節(jié)能器能夠?qū)?現(xiàn)燈具的額定電壓啟動，在充分預(yù)熱后再根據(jù)設(shè)置工作在節(jié)能狀態(tài)。有效提 高光源壽命。在調(diào)壓、穩(wěn)壓的過程中，智能照明節(jié)電裝置采用實時跟蹤技術(shù)， 保證光源不受電壓、電流波動的沖擊，從而降低電光源損壞，延長使用壽命， 減少照明維護成本30% 50%。
2、 適用性、可靠性設(shè)計，采用調(diào)零式自藕變壓器可根據(jù)需要設(shè)計成單 相與三相輸出形式。
*調(diào)零式自藕變壓器采用高轉(zhuǎn)化率電磁材料，變壓器輸出通過調(diào)節(jié)零 線的不同檔位來實現(xiàn)不同的電壓。這樣的切換使得不同檔位切換電 流小，負載不斷電，不會導(dǎo)致息燈現(xiàn)象。
*智能照明節(jié)電裝置進行三相同時調(diào)節(jié)或每相可獨立調(diào)節(jié)，可操作性 強，可以承受三相100%的不平衡負載，且保證單相的故障絕不影響 其它兩相的正常運行。同一個裝置可以帶不同類型光源負載。
智能照明節(jié)電裝置的輸出因通過變壓器的調(diào)節(jié)，對電源電流的突變 有一定的抑制作用，有效地提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。
*智能照明節(jié)電裝置采用手動和自動雙旁路系統(tǒng)，以保證照明設(shè)備不 斷電，正常安全運行；3、智能照明節(jié)電裝置可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，通過RS485接口，可與"三遙" 控制系統(tǒng)進行接口。 *可按現(xiàn)場實際情況，通過天文鐘、智能探頭或內(nèi)部編程、遠程計算 機遙控，實現(xiàn)時控、光控、程控等多種智能化控制。并可根據(jù)不同 時段、不同燈具、不同亮度要求。 *可通過預(yù)留的通訊端口與路燈監(jiān)控制系統(tǒng)通訊，通過GSM/GPRS全球 實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過顯示、聲音等信號監(jiān)測設(shè)備運行，故障報警， 及時采取保護措施。 總之，本實用新型提供的智能照明節(jié)電裝置，具有下列優(yōu)點節(jié)電率提 高，換檔不斷電，無諧波，提高功率因數(shù)，在電網(wǎng)電壓升高時可以保障得到 最大的節(jié)電率，在電網(wǎng)電壓降低時又保證不會出現(xiàn)燈具熄燈的現(xiàn)象；不會產(chǎn) 生任何瞬間浪涌與電流沖擊、不污染電網(wǎng)，這種調(diào)壓方式可避免電壓波動對 燈具造成浪涌沖擊，提高燈具的使用壽命。


圖l:本實用新型的智能照明節(jié)電裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2:本實用新型采用的切換器的電路原理圖； 圖3:本實用新型采用的控制原理圖。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明。 本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。本實用新型的智能照明節(jié)電裝置包 括由單片機及其外圍器件構(gòu)成的控制器、用于調(diào)整變壓器輸出的切換器，還 包括設(shè)置在控制面板上的PVC鍵盤(或操作按鈕)以及LCD顯示屏，在控制面 板上還可以設(shè)置有顯示當(dāng)前節(jié)電等級的多個LED指示燈。
本實用新型的智能照明節(jié)電裝置所采用的切換器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖 中，IN為設(shè)備電源總輸入端，OUT為設(shè)備輸出端，接負載。1QF為總開關(guān)，2QF 為控制板保護開關(guān)；PT為調(diào)零型自藕變壓器，調(diào)零型自藕變壓器包括初級線 圈和次級線圈，初級線圈包括起、止兩端頭，介于起、止兩端頭之間的線圈設(shè)有次級線圈的多個抽頭，所有抽頭中最靠近調(diào)零型自藕變壓器初級線圈起
端的抽頭與輸出端的高點端子相接；1KM為旁路接觸器，2KM為節(jié)電接觸器， 3KM-6KM分別為對應(yīng)l-4級節(jié)電等級輸出的接觸器，JPl為控制板及輸入/輸出 電壓測試輸出端。
本實用新型的智能照明節(jié)電裝置采用的控制原理如圖3所示。圖中標記l 為液晶顯示區(qū)；2為控制器；3為多個操作按鈕，可以進行參數(shù)設(shè)置。
控制器由單片機及其外圍電路構(gòu)成，通過繼電器RL1-RL7輸出，控制各 個接觸器線圈的吸合與斷開。當(dāng)1KM吸合時為旁路狀態(tài)，當(dāng)2KM及3KM同時吸 合時為l級節(jié)電狀態(tài)，當(dāng)2KM及4KM同時吸合為2級節(jié)電狀態(tài)，當(dāng)2KM與5KM同進 吸合時為3級節(jié)電狀態(tài)，當(dāng)2KM與6KM同時吸合為4級節(jié)電狀態(tài)。KA繼電器為自 動旁路繼電器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時斷開，節(jié)電設(shè)備自動轉(zhuǎn)旁路。
l-4級節(jié)電等級設(shè)定是通過操作按鈕及顯示屏設(shè)置到系統(tǒng)的控制內(nèi)部記 錄并保存。通常，對不同的供電時間段設(shè)定不同的節(jié)電等級，裝置運行時， 控制器判斷目前應(yīng)該在的節(jié)電等級，然后控制相應(yīng)的接觸器動作，輸出對應(yīng) 的電壓。
本實用新型還安裝了電流和電壓檢測元件，裝置還可以根據(jù)實時采集的 電流和電壓檢測數(shù)據(jù)，來自動調(diào)節(jié)照明節(jié)電裝置的輸出電壓等級，達到最大 的節(jié)電率。當(dāng)實際負載電壓提高時，則控制相應(yīng)的接觸器動作，使節(jié)電輸出 檔位向下一級轉(zhuǎn)換，降低變壓器的輸出電壓。當(dāng)電壓降低時動作相反，起動 自動調(diào)節(jié)作用。
本實用新型還設(shè)置有RS485接口，可與"三遙"控制系統(tǒng)進行接口，可 實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。
本實用新型的智能照明節(jié)電裝置是根據(jù)負荷較大、用電集中的各種燈具 照明系統(tǒng)的能耗特點及照度特性，采用進口高效材料及先進人工智能控制技 術(shù)設(shè)計的環(huán)保型高科技產(chǎn)品。同時又是一個很好的通用型照明節(jié)電裝置、調(diào) 節(jié)器和穩(wěn)壓器。將傳統(tǒng)穩(wěn)定可靠的電氣原理與先進的微處理器技術(shù)、數(shù)字技 術(shù)相結(jié)合。該產(chǎn)品避免了晶閘管相控類照明節(jié)電裝置產(chǎn)生諧波，射頻干擾， 正弦波被"切口"等缺陷，方便直觀的屏幕顯示鍵盤操作，安全可靠的循環(huán)切 換模式，全方位故障保護運行方式。
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權(quán)利要求1. 一種智能照明節(jié)電裝置，包括電源總輸入端、由變壓器和接觸器構(gòu)成的切換器以及輸出端，其特征在于，所述變壓器為調(diào)零型自藕變壓器，所述調(diào)零型自藕變壓器包括起端、止端以及從起端和止端之間引出的至少兩個抽頭，所述接觸器包括旁路接觸器、節(jié)電接觸器、一個或一個以上節(jié)電等級控制接觸器，所述旁路接觸器接在所述電源總輸入端和所述輸出端之間，所述節(jié)電接觸器接在所述電源總輸入端的高位端子和調(diào)零型自藕變壓器起端之間，所述的抽頭中最靠近調(diào)零型自藕變壓器起端的抽頭與所述輸出端的高點端子相接，所述節(jié)電等級控制接觸器分別接在其他抽頭與輸出端的低點端子之間，所述電源總輸入端的低位端子與所述輸出端的低點端子直接相接，所述智能照明節(jié)電裝置還包括控制器以及受控制器控制并分別驅(qū)動各個接觸器的繼電器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能照明節(jié)電裝置，所述智能照明節(jié)電裝置還包括 用于設(shè)置各個供電時間段節(jié)電等級的操作按鈕和顯示屏，所述控制器用 于根據(jù)設(shè)置控制相應(yīng)的節(jié)電等級接觸器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能照明節(jié)電裝置，所述智能照明節(jié)電裝置還 包括用于檢測負載線路電壓和電流變化的電壓和電流檢測元件，所述控 制器用于根據(jù)所檢測到的電壓和電流值以及當(dāng)前節(jié)電等級，控制相應(yīng)的 節(jié)電等級接觸器，調(diào)解節(jié)電等級。
專利摘要本實用新型屬于照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種照明節(jié)電裝置，包括電源總輸入端、由調(diào)零型自耦變壓器和接觸器構(gòu)成的切換器以及輸出端，調(diào)零型自耦變壓器包括起端、止端以及多個抽頭，接觸器包括旁路接觸器、節(jié)電接觸器、多個節(jié)電等級控制接觸器，電源總輸入端的低位端子與所述輸出端的低點端子直接相接，本實用新型的智能照明節(jié)電裝置還包括控制器以及受控制器控制并分別驅(qū)動各個接觸器的繼電器。本實用新型提供的智能照明節(jié)電裝置，具有下列優(yōu)點節(jié)電率提高，換檔不斷電，無諧波，提高功率因數(shù)，在電網(wǎng)電壓升高時可以保障得到最大的節(jié)電率，在電網(wǎng)電壓降低時又保證不會出現(xiàn)燈具熄燈的現(xiàn)象，提高燈具的使用壽命。
文檔編號H05B37/02GK201267038SQ20082020083
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者勇 周, 巖 崔 申請人:深圳市賽為智能股份有限公司