專利名稱：一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于路燈節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓 節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
[0002]目前，常用的路燈降壓節(jié)能控制器主要有以下三種:[0003]I)可控硅斬波型照明節(jié)能控制器:采用可控硅斬波原理，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(dá)到 控壓節(jié)電的目的。但該調(diào)壓方式，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)策略諧波污染，危害極大。如果加裝濾波設(shè)備，成本太高，所以此類設(shè)備是不 宜用于照明電路中。[0004]2)固定多檔降壓控制器:由于其所用多抽頭自耦變壓器的變比是固定的，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(hù)作用。由于使用了采 用交流接觸器來進(jìn)行變壓切換，在斷開時會產(chǎn)生“電弧”和“閃斷”從在安全隱患。其安全 性、可靠性和無故障工作壽命都不能保障。[0005]3)連續(xù)調(diào)節(jié)降壓控制器:通過電刷在自耦變壓器線圈的表面平滑移動或滾動，改 變線圈的變比而調(diào)節(jié)輸出電壓。雖然它可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，但由于電刷調(diào) 節(jié)回路是串在主回路中，承受的電流大，如果電刷接觸不良，會產(chǎn)生火花；同時機(jī)械的接觸 也會引起觸點磨損。[0006]此外，根據(jù)調(diào)查顯示，一般城市的電網(wǎng)電壓一般高于額定值的5%以上，特別是在 午夜用電低谷時期，電網(wǎng)電壓甚至?xí)稣ｋ妷?5%，達(dá)到245V。此時路燈在高于額定 電壓狀態(tài)下運行，不僅造成了能源的大量浪費，還降低了路燈的使用壽命。而且，由于大量 用電負(fù)荷的頻繁切換，有時會造成電網(wǎng)電壓的明顯波動，此時同樣會影響路燈的使用壽命。 同時，由于下半夜車流量和人流量都較少，對路燈的亮度要求降低，應(yīng)該適度降低路燈的亮 度，以達(dá)到路燈節(jié)能的目的。但是現(xiàn)有路燈節(jié)能方法并沒有完全解決上述三個問題。實用新型內(nèi)容[0007]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有路燈節(jié)能方法并沒有完全解決由于大量用電負(fù)荷 的頻繁切換，會造成電網(wǎng)電壓的明顯波動，造成了能源的大量浪費，影響路燈的使用壽命的 不足，提供一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，其特征在于，所述路燈調(diào)壓節(jié)能裝 置組成為電網(wǎng)電壓首先與故障保護(hù)單元連接，故障保護(hù)單元的兩個輸出并接信號采集單元 和N個抽頭的自耦變壓器，其中，故障保護(hù)單元的高壓輸出端先連接N個并聯(lián)NCS可控硅 的源極，N個并聯(lián)NCS可控硅的漏極再分別連接自耦變壓器一次側(cè)的第一至第N抽頭；而 NCS I可控硅和NCS II可控硅的源極分別與自耦變壓器一次側(cè)的2個輸出抽頭，NCS I可控 硅和NCS II的漏極再與故障保護(hù)單元的第三輸出連接在一起，并作為輸出電源的高壓端；輸出電源的低壓端為故障保護(hù)單元兩個輸出的低壓端與自耦變壓器低壓端的連接點；單片 機(jī)控制單元分別與信號采集單元、無觸點開關(guān)驅(qū)動單元輸入端、時鐘芯片和顯示屏直接相 連，其中無觸點開關(guān)是指N個NCS可控硅、NCS I可控硅和NCS II可控硅。[0008]所述故障保護(hù)單元由低壓斷路器和中間繼電器構(gòu)成，QF為低壓斷路器，KA為中間 繼電器的線圈，ΚΑΙ、KA2分別為中間繼電器的常閉觸點和常開觸點；當(dāng)閉合QF后，線圈KA 通電，則KA-1斷開，KA-2閉合，路燈調(diào)壓節(jié)能裝置運行；當(dāng)路燈調(diào)壓節(jié)能裝置過載或短路 后，QF斷開，線圈KA斷電，則KA-1閉合，KA-2斷開，路燈由電網(wǎng)直接供電。[0009]所述數(shù)據(jù)采集單元包括交流電壓互感器、限流電阻和輸出電阻，限流電阻與電壓 互感器輸入端相串聯(lián)，輸出電阻與電壓互感器的輸出端相并聯(lián)，因此將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為單 片機(jī)能夠承受的低電壓。[0010]本實用新型的有益效果是:該路燈調(diào)壓節(jié)能裝置具有①解決了電網(wǎng)電壓過高和電 壓波動對路燈的照明質(zhì)量和使用壽命的影響。②在設(shè)計中，使用了無觸點開關(guān)，它相對傳 統(tǒng)開關(guān)具有無火花、開關(guān)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高、體積小、輸出輸入完全隔離等突出優(yōu) 點，使操作更加安全，快捷。③自耦變壓器具有體積小、耗材少、效率高的優(yōu)點，降低了控制 裝置的制作成本，提高了能源利用率。④單片機(jī)的應(yīng)用使得系統(tǒng)能夠?qū)κ须姷碾妷翰▌幼?出及時有效的反應(yīng)。⑤自耦變壓器輸出了 220V和200V兩個不同電壓，可以使路燈滿足不 同的亮度要求。


[0011]
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。[0012]圖1為路燈調(diào)壓節(jié)能裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。[0013]圖2為信號采集單元的連接圖。[0014]圖3為無觸點開關(guān)驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)框圖。[0015]圖4為多抽頭自耦變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖5為故障保護(hù)單元的連接圖。[0017]圖中NCS可控硅為無觸點開關(guān)，PT為電流型電壓互感器，QF為低壓斷路器，KA為 中間繼電器的線圈，KA1、KA2分別為中間繼電器的常閉觸點和常開觸點。
具體實施方式
[0018]本實用新型提供一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，
以下結(jié)合附圖予以 說明。[0019]圖1是的調(diào)壓型節(jié)能控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。其中NCS可控硅為常用的無觸點開關(guān) 固態(tài)繼電器，T為多抽頭自稱變壓器,單片機(jī)的型號為AVRmegal28。第一 NCS可控娃-第 N NCS可控硅依次與自耦變壓器輸入端的N個抽頭相連，而NCS I可控硅和NCS II可控硅 分別與自耦變壓器輸出端的2個抽頭相連，用于調(diào)節(jié)白天和夜晚路燈使用的電壓幅值，電 網(wǎng)電壓經(jīng)過故障保護(hù)單元與N個NCS相連，信號采集單元把采集的電網(wǎng)電壓信號，經(jīng)過電壓 抬升電路輸出單片機(jī)，單片機(jī)通過引腳控制各NCS可控硅的觸發(fā)極。其中，單片機(jī)控制單元 包括電壓抬升電路、單片機(jī)和單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器，其中單片機(jī)的型號為ATMEL公司研 發(fā)的ATmegal28，而電壓抬升電路中用到的放大器型號為LM124J。因為該控制裝置所用的ATmegal28單片機(jī)內(nèi)部的ADC輸入信號范圍是(T5V，而數(shù)據(jù)采集單元所輸出的信號是一個 工頻周期內(nèi)正負(fù)交變的交流信號，因此必須將數(shù)據(jù)采集單元輸出的低壓交流信號通過電壓 抬升電路抬升至(T5V的信號。[0020]圖2為信號采集單元的連接圖。其中Rl為限流電阻，R2為輸出電阻，PT為電流型 的電壓互感器。Rl與PT輸入端串聯(lián)，而R2與PT輸出端并聯(lián)。為此，實現(xiàn)了將電網(wǎng)的高電 壓轉(zhuǎn)換成幾伏的低電壓。而輸出端C作為電壓抬升電路的輸入端，輸出端D接地。[0021]圖3為無觸點開關(guān)驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)框圖。其中單片機(jī)輸出的驅(qū)動信號與隔離電路， 驅(qū)動電路依次相連，而驅(qū)動電路的輸出端與無觸點開關(guān)的觸發(fā)極相連。無觸點開關(guān)驅(qū)動單 元包括N+2個無觸點開關(guān)驅(qū)動單元輸出，分別與N+2個無觸點開關(guān)的觸發(fā)極相連(無觸點開 關(guān)即上述第I NCS可控硅-第N NCS可控硅+NCS I可控硅和NCS II可控硅；N為正整數(shù)， 且它的大小由所控制的電網(wǎng)電壓范圍和輸出電壓的波動范圍決定)，而常用的無觸點開關(guān) 有固態(tài)繼電器(如HHG5-1型)、普通晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、M0SFET、IGBT等，本無 觸點開關(guān)驅(qū)動單元包含光電隔離電路和驅(qū)動電路。[0022]圖4為多抽頭自耦變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中第1-第N號抽頭控制不同的電網(wǎng) 電壓范圍，而I和II號抽頭分別輸出220V和200V的穩(wěn)定電壓。[0023]圖5為故障保護(hù)單元的連接圖。其中QF為低壓斷路器，KA為中間繼電器的線圈， KA1、KA2分別為中間繼電器的常閉觸點和常開觸點。當(dāng)閉合QF后，線圈KA通電，則KA-1斷 開，KA-2閉合，節(jié)能控制裝置運行；當(dāng)節(jié)能控制裝置過載或短路后，QF斷開，線圈KA斷電， 則KA-1閉合，KA-2斷開，路燈由電網(wǎng)供電。
權(quán)利要求1.一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，其特征在于，所述路燈調(diào)壓節(jié)能裝置組成為電網(wǎng)電壓首先與故障保護(hù)單元連接，故障保護(hù)單元的兩個輸出并接信號采集單元和 N個抽頭的自耦變壓器，其中，故障保護(hù)單元的高壓輸出端先連接N個并聯(lián)NCS可控硅的源極，N個并聯(lián)NCS可控硅的漏極再分別連接自耦變壓器一次側(cè)的第一至第N抽頭；而從^ I 可控硅和NCS II可控硅的源極分別與自耦變壓器二次側(cè)的2個輸出抽頭，NCS I可控硅和 NCS II的漏極再與故障保護(hù)單元的第三輸出連接在一起，并作為輸出電源的高壓端；輸出電源的低壓端為故障保護(hù)單元兩個輸出的低壓端與自耦變壓器低壓端的連接點；單片機(jī)控制單元分別與信號采集單元、無觸點開關(guān)驅(qū)動單元輸入端、時鐘芯片和顯示屏直接相連，其中無觸點開關(guān)是指N個NCS可控硅、NCS I可控硅和NCS II可控硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，其特征在于，所述故障保護(hù)單元由低壓斷路器和中間繼電器構(gòu)成，QF為低壓斷路器，KA為中間繼電器的線圈，KAl、KA2分別為中間繼電器的常閉觸點和常開觸點；當(dāng)閉合QF后，線圈KA通電，則KA-1 斷開，KA-2閉合，路燈調(diào)壓節(jié)能裝置運行；當(dāng)路燈調(diào)壓節(jié)能裝置過載或短路后，QF斷開，線圈KA斷電，則KA-1閉合，KA-2斷開，路燈由電網(wǎng)直接供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括交流電壓互感器、限流電阻和輸出電阻，限流電阻與電壓互感器輸入端相串聯(lián)，輸出電阻與電壓互感器的輸出端相并聯(lián)，因此將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為單片 機(jī)能夠承受的低電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置，其特征在于，所述分別與自耦變壓器二次側(cè)的2個輸出抽頭連接NCS I可控硅和NCS II用于路燈調(diào)壓節(jié)能裝置輸出電壓220V/200V檔位的選擇。
專利摘要本實用新型公開了屬于路燈節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的一種跟隨電網(wǎng)電壓波動的路燈調(diào)壓節(jié)能裝置。該裝置為電網(wǎng)電壓首先與故障保護(hù)單元連接，故障保護(hù)單元通過N個無觸點開關(guān)與自耦變壓器一次側(cè)的N個抽頭對應(yīng)相連，然后信號采集單元與單片機(jī)單元直接相連，單片機(jī)的驅(qū)動信號經(jīng)無觸點開關(guān)驅(qū)動單元與無觸點開關(guān)的觸發(fā)端直接相連，而自耦變壓器的二次側(cè)的兩個抽頭與另外兩個無觸點開關(guān)相連。接通電源以后，單片機(jī)啟動自檢程序，單片機(jī)接收經(jīng)處理過的模擬信號，驅(qū)動無觸點開關(guān)，跟隨電網(wǎng)電壓波動，調(diào)節(jié)、控制自耦變壓器的輸出電壓，該控制裝置不僅投資小，而且解決在電網(wǎng)電壓波動較大情況下實現(xiàn)路燈節(jié)能的目的。
文檔編號H05B37/02GK202958035SQ20122072000
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者李文志, 崔學(xué)深, 王義龍, 趙剛, 牛文君, 張斌斌 申請人:華北電力大學(xué)