CN101043780B - 路灯节电方法及节电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种路灯节电方法,通过限制路灯的电流来降低路灯的功率,包括,保持原供电电压并限制和降低路灯的电流来降低路灯的功率,包括,将供电网络电源与路灯灯具之间串接一个受延时装置控制的变频逆变电源装置、并通过该变频逆变电源装置输出可调正弦波变频电源供给路灯工作。本发明还揭示了实现上述方法的路灯节电装置和路灯系统。本发明在现有路灯的供电网络与灯具之间增加了定时变频限流的调功装置。应用于现有路灯的节能改造,安装极为方便。将该装置串接在电网中就可,且改造成本低廉。

Description

路灯节电方法及节电装置
技术领域
本发明涉及路灯节电技术,更具体地说,涉及一种路灯节电方法及节电装置。
背景技术
现有的照明电灯(路灯)主要是由供电网络和灯具、灯泡等组成。现实中的照明路灯常常采用气体放电灯泡,(如高压汞灯和高压钠灯)为电光源。但是它们在工作正常发光时,作用在电灯上的供电网络电能都是连续输送的,其输出功率不会自动按时段变化和自动调整。也就是说电灯发光的电能消耗就取决于供电网络。
而现实生活中却有这样一种现象存在,即当用电高峰过后的深夜,由于用电负荷的大量减少而使供电网络的电压增高。(普遍上升10%))根据电功率公式:P=I·V,和电功率公式:W=V×V/R计算,此时路灯的功耗也随着电压的平方数增加。因此而白白的多浪费电能,同时也缩短了灯泡的使用寿命。另外一个现象是夜深环境背景相对比较更黑,人的眼睛为适应环境已将瞳孔放大,略有一点光都显得很亮,特别是在步行街上,行人行走的速度很低,路灯连续高亮度发光耗能实属不必要。
目前对该问题的解决方法是采取重新架设供电线路,将马路两侧的路灯分开,或者是“奇偶数”的分开,定时在后半夜将一侧路灯或奇数路灯关闭。该方法效果并不理想,其按国家规定的亮灯率就达不到要求,另则重设供电线路工时耗资都很大。还有是降低电压来减小功耗的方法,其突出问题是降压后电灯启辉困难,还容易损害照明灯具,上述方法都不易实施和推广。
再一次回到电功率公式:P=I·V,如果改变其中的另一个变量电流I,同样可以达到限制路灯功率的效果,并且可以维持电压不变,解决现有技术的中的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种路灯节电技术,通过调整工作电流来实现对于路灯功率的限制。
根据本发明的第一方面,提供一种路灯节电方法,通过限制路灯的电流来降低路灯的功率,包括,保持原供电电压并限制和降低路灯的电流来降低路灯的功率,包括,将供电网络电源与路灯灯具之间串接一个受延时装置控制的变频逆变电源装置、并通过该变频逆变电源装置输出可调正弦波变频电源供给路灯工作。
较佳的,所述正弦波线性失真度小于2%。
较佳的,所述变频逆变电源装置包括正弦波逆变模块和变频可调电阻,可在数个路灯的供电网络上串接所述变频逆变电源装置,以控制所述数个路灯的工作电流。
较佳的,所述延时装置,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值,改变所述变频逆变电源装置输出的可调正弦波的频率,以间接地调整所述路灯的工作电流。
根据本发明的第二方面,提供一种路灯节电装置,该装置串接在供电网络和路灯之间,包括:正弦波逆变模块,通过变压器耦接至所述供电网络,由所述供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;变频可调电阻,连接至所述正弦波逆变模块,调整所述变频可调电阻可改变所述正弦波的频率;延时装置,连接所述变频可调电阻,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值;其中,通过调整所述变频可调电阻的阻值改变所述正弦波的频率,所述可变频的正弦波提供给路灯作为的工作电源,从而间接地控制所述路灯的工作电流。
较佳的,所述正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,所述正弦波逆变模块包括:振荡器,包括振荡源、振荡控制单元以及基准单元;正弦波产生单元,连接所述振荡器;三角波产生单元,连接所述振荡器;恒流源,连接所述振荡器和三角波产生单元;比较器,包括两个级联的比较器,连接所述正弦波产生单元和所述三角波产生单元;驱动器,包括两个级联的驱动单元,连接所述比较器;输出单元,包括第一输出单元和第二输出单元,分别连接到两个驱动单元;交流负反馈单元,连接所述比较器。
较佳的,所述正弦波逆变模块通过变压器耦接至所述供电网络,所述变压器包括数组变压器,每一组包括,一MOS管,其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管。
较佳的,在数个路灯的供电网络上串接所述路灯节电装置,以控制所述数个路灯的工作电流。
根据本发明的第三方面,提供一种路灯系统,在供电网络和至少一个路灯之间串接有路灯节电装置,所述路灯节电装置包括:正弦波逆变模块,通过变压器耦接至所述供电网络,由所述供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;变频可调电阻,连接至所述正弦波逆变模块,调整所述变频可调电阻可改变所述正弦波的频率;延时装置,连接所述变频可调电阻,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值;其中,通过调整所述变频可调电阻的阻值改变所述正弦波的频率,所述可变频的正弦波提供给路灯作为的工作电源,从而间接地控制所述路灯的工作电流。
较佳的,所述正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,所述正弦波逆变模块包括:振荡器,包括振荡源、振荡控制单元以及基准单元;正弦波产生单元,连接所述振荡器;三角波产生单元,连接所述振荡器;恒流源,连接所述振荡器和三角波产生单元;比较器,包括两个级联的比较器,连接所述正弦波产生单元和所述三角波产生单元;驱动器,包括两个级联的驱动单元,连接所述比较器;输出单元,包括第一输出单元和第二输出单元,分别连接到两个驱动单元;交流负反馈单元,连接所述比较器。
较佳的,所述正弦波逆变模块通过变压器耦接至所述供电网络,所述变压器包括数组变压器,每一组包括一MOS管,其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管。
较佳的,在数个路灯的供电网络上串接所述路灯节电装置,以控制所述数个路灯的工作电流。
本发明在现有路灯的供电网络与灯具之间增加了定时变频限流的调功装置。应用于现有路灯的节能改造,安装极为方便。可以调控一盏路灯,也可以调控同一条供电网络上的多盏路灯,将该装置串接在电网中就可,且改造成本低廉。受控的调功装置,能输出不同功率的电源,或者根据定时在不同的时段输出不同的功率,自动抑制电网轻载时的电压上升,限定功耗而节能,还能使灯泡能在不同的时段发出强、弱不同的光。由此在夜深车稀人少的时候,达到即能满足照明,又能节省百分之二十以上电能的目的。有着明显的节能效果。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征,其中,
图1是现有技术中路灯供电网络的结构图;
图2是采用根据本发明的一实施例的路灯节能装置的路灯供电系统的结构图;
图3是根据本发明的一实施例的正弦波逆变模块的结构框图;
图4是根据本发明的一实施例的路灯节电装置的电路图。
具体实施方式
要想让电灯的功率降下来,普通的方法是降低电压来减小功耗。国内同类产品在路灯照明的监控方面,功能大多相近。但在控制及节能方面,其他同类产品一般通过整体降电压降功率节能,其突出问题是降压后电灯启辉困难,并且发光效率降低,还容易损害照明灯具。
而本发明通过只降电流实现降功率节能,其优点是既不损害路灯照明灯具寿命,又保证了道路照明的亮灯率。该项技术的关键就是通过保电压降电流的方式巧妙地解决了启辉与节能之间的矛盾,这正是调频限流调功装置的技术关键。
路灯节电方法
因此,本发明首先提出一种路灯技术,通过限制路灯的电流来降低路灯的功率,包括,保持原供电电压并限制和降低路灯的电流来降低路灯的功率,包括,将供电网络电源与路灯灯具之间串接一个受延时装置控制的变频逆变电源装置、并通过该变频逆变电源装置输出可调正弦波变频电源供给路灯工作。
较佳的,所述正弦波线性失真度小于2%。该变频逆变电源装置包括正弦波逆变模块和变频可调电阻,本发明的方法可以用来控制一个路灯,也可以在数个路灯的供电网络上串接由正弦波逆变模块和变频可调电阻组成的变频逆变电源装置,以控制数个路灯的工作电流。
在实现本发明的路灯节电方法时,路灯节电装置可采用的微电子芯片模块(75F2004B型)实现,其包括一可产生线性失真度小于2%的正弦波的正弦波逆变模块,加装在供电网络与灯具之间,该装置的作用是将路灯的供电网络50HZ电源改变为220V电压的50至70HZD的可调变频电源,其主要目的就是靠提高频率使每一盏路灯的镇流器的感抗自动随着增加,从而降低电流,最终减小了功率。其原理由感抗公式XL=2πfL所证明。其感抗与供电的频率成正比,也就是说提高供电电源的频率,同时路灯镇流器的感抗也就自动的增加了。另外气体发光灯在高频供电时候要比低频时候发光效率要高。
此外,还可通过一延时装置,即一电子时控开关定时控制调功电路,受控的调功电路按需求自动输出电能供给灯具(该定时调功装置可以调控单个灯具,也可以调控同一条供电网络上的多位灯具)。采用计时开关其主要功能就是当供电网络送出电能时,灯具工作,正常情况下,电子时控开关将调功电路上的可调电阻W1短路使其输出功率达到最大,路灯亮度最高;待到深夜,微电脑时控开关动作,使调功电路的输出频率改变为65HZ,此时每一盏路灯内的镇流器感抗Xf也正比例的自动增加,从而功率降低约30%,(确切的说是用感抗限定了电流),降低路灯的亮度,从而达到自动调功、限流降耗之目的。并且电网的供电电压不变,确保能顺利的二次启辉,还可延长路灯的使用寿命。
路灯节电装置
本发明还提供一种路灯节电装置,首先参考图1,图1示出了传统技术中的路灯于供电网络的连接方式,其中通过供电变压器102连接到供电网络104,之后直接连接到路灯106,驱动路灯中的镇流器160、灯泡162和起辉器164,如图1所示的,路灯106可以多个串联,并由同一供电线路供电。
图2所示的是采用本发明的路灯节电装置的供电线路图,该装置200串接在供电网络104和路灯106之间,供电网络104同样有供电变压器102供电,路灯106同样可以多个串联,并由同一供电线路供电。在该实施例中,路灯节电装置200包括:
可调变频电路202和延时装置204。
其中,可调变频电路202包括,参考图4可见:
正弦波逆变模块220,通过变压器222耦接至供电网络104,由供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;
变频可调电阻W1,连接至正弦波逆变模块220,还连接至路灯106,改变变频可调电阻W1的阻值可以改变正弦波逆变模块220输出的正弦波的频率,使用该可变频的正弦波驱动路灯106,从而实现通过改变变频可调电阻W1的阻值而对路灯106的工作电流的间接改变;
因此,通过调整变频可调电阻W1的阻值,实现间接地控制路灯106的工作电压。
参考图3,图3是本发明所采用的正弦波逆变模块220的结构框图,该正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,如图3所示,该正弦波逆变模块包括:
振荡器224,包括振荡源224A、振荡控制单元224B以及基准单元224C;
正弦波产生单元226,连接振荡器224,更具体地说是连接到其中的振荡源224A;
三角波产生单元228,连接振荡器,更具体地说是连接到其中的振荡控制单元224B;
恒流源230,连接振荡器224,更具体地说是连接到其中的基准单元224C和三角波产生单元228;
比较器232,包括两个级联的比较器,第一比较器232A和第二比较器232B,其中第一比较器232A连接正弦波产生单元226和三角波产生单元228,第二比较器232B连接到第一比较器232A;
驱动器234,包括两个级联的驱动单元,第一驱动单元234A和第二驱动单元234B,其中第一驱动单元234A连接比较器,具体地说是第一比较器232A,第二驱动单元234B连接到第一驱动单元234A;在该实施例中,第二驱动器234B还连接到死区/延时控制器236和禁止端238;
输出单元240,包括第一输出单元240A和第二输出单元240B,分别连接到两个驱动单元,即第一驱动单元234A连接第一输出单元240A,第二输出单元240B连接第二输出单元240B;
交流负反馈单元242,连接比较器,具体地说是第二比较器232B。
再回到图4,在该实施例中,正弦波逆变模块220通过变压器耦接至供电网络104,变压器包括数组变压器,例如在该实施例中就包括四组,其中的每一组包括,
一MOS管(分别是Q1-Q4),其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管(分别是D1-D4)和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管(分别是D5-D8)。其中,两组变压器线圈对应正弦波逆变模块中的一组线圈(分别是T1和T2)。
该实施例中的延时装置204为一延时电子开关,连接变频可调电阻W1,在预定的时间调整变频可调电阻W1的阻值,从而改变正弦波逆变模块220产生的正弦波的频率,该可变频的正弦波被提供给路灯106作为工作电源,以实现对于路灯的工作电流的间接控制,通过延时装置204,进一步实现在预定的时间调整路灯的工作电流。
该节电装置可串接在数个路灯的供电网络上以控制数个路灯的工作电流。
本发明的延时装置204可以是可调延时时间的动断型延时开关,也可以采用计时开关,其主要作用就是当供电网络送出电能时,路灯发光,同时延时开关也开始计时,其开关的触点处于原始的闭合状态,它直接变频可调电阻W1。在初始时W1的触点将调功电路上的电阻短路使其正弦波逆变模块输出最高频的正弦波,使输出功率最大,路灯亮度最高,待延时(计时、定时)到深夜时,延时开关动作,使调功电路的输出频率改变为65HZ,正弦波逆变模块输出的正弦波频率随之降低,此时每一盏路灯内的镇流器感抗Xf也正比例的自动增加,从而功率降低,(确切的说是用感抗限定了电流),降低路灯的亮度,从而达到自动调功、限流降耗之目的。本实施例中采用的正弦波逆变模块是75F2004B型正弦波模块。受控后的调功装置作为主电源供电(可变频的正弦波为路灯工作电源),并能按电子延时开关的开关状态输出高低电压而输出大小不同频率(50-70HZ)的电源去供给灯泡在不同时段发出强、弱不同的光。为此需要按其节能的多少和照明的效果以及应用的场合适当加以合理的设定及合理的选择模块的大小及配备相应功率的末级输出器件。
路灯系统
根据本发明的第三方面,提供一种路灯系统,在供电网络和至少一个路灯之间串接有路灯节电装置,路灯节电装置包括:
正弦波逆变模块,通过变压器耦接至供电网络,由供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;
变频可调电阻,连接至正弦波逆变模块,还连接至路灯,改变变频可调电阻的阻值可以改变正弦波逆变模块输出的正弦波的频率,使用该可变频的正弦波驱动路灯,从而实现通过改变变频可调电阻的阻值而对路灯的工作电流的间接改变;因此,通过调整变频可调电阻的阻值,实现间接地控制路灯的工作电压。
延时装置,连接所述变频可调电阻,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值;
该路灯系统通过调整变频可调电阻的阻值改变所述正弦波的频率,可变频的正弦波提供给路灯作为的工作电源,从而间接地控制所述路灯的工作电流。
其中的正弦波逆变模块可参考参考图3所示的正弦波逆变模块220,该正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,如图3所示,该正弦波逆变模块包括:振荡器224,包括振荡源224A、振荡控制单元224B以及基准单元224C;正弦波产生单元226,连接振荡器224,更具体地说是连接到其中的振荡源224A;三角波产生单元228,连接振荡器,更具体地说是连接到其中的振荡控制单元224B;恒流源230,连接振荡器224,更具体地说是连接到其中的基准单元224C和三角波产生单元228;比较器232,包括两个级联的比较器,第一比较器232A和第二比较器232B,其中第一比较器232A连接正弦波产生单元226和三角波产生单元228,第二比较器232B连接到第一比较器232A;驱动器234,包括两个级联的驱动单元,第一驱动单元234A和第二驱动单元234B,其中第一驱动单元234A连接比较器,具体地说是第一比较器232A,第二驱动单元234B连接到第一驱动单元234A;在该实施例中,第二驱动器234B还连接到死区/延时控制器236和禁止端238;输出单元240,包括第一输出单元240A和第二输出单元240B,分别连接到两个驱动单元,即第一驱动单元234A连接第一输出单元240A,第二输出单元240B连接第二输出单元240B;交流负反馈单元242,连接比较器,具体地说是第二比较器232B。
同样,参考图4,正弦波逆变模块220通过变压器耦接至供电网络104,变压器包括数组变压器,例如在该实施例中就包括四组,其中的每一组包括,一MOS管(分别是Q1-Q4),其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管(分别是D1-D4)和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管(分别是D5-D8)。其中,两组变压器线圈对应正弦波逆变模块中的一组线圈(分别是T1和T2)。
该实施例中的延时装置204可以是可调延时时间的动断型延时开关,也可以采用计时开关,其主要作用就是当供电网络送出电能时,路灯发光,同时延时开关也开始计时,其开关的触点处于原始的闭合状态,它直接变频可调电阻W1。在初始时W1的触点将调功电路上的电阻短路使其正弦波逆变模块输出最高频的正弦波,使输出功率最大,路灯亮度最高,待延时(计时、定时)到深夜时,延时开关动作,使调功电路的输出频率改变为65HZ,正弦波逆变模块输出的正弦波频率随之降低,此时每一盏路灯内的镇流器感抗Xf也正比例的自动增加,从而功率降低,(确切的说是用感抗限定了电流),降低路灯的亮度,从而达到自动调功、限流降耗之目的。本实施例中采用的正弦波逆变模块是75F2004B型正弦波模块。受控后的调功装置作为主电源供电(可变频的正弦波为路灯工作电源),并能按电子延时开关的开关状态输出高低电压而输出大小不同频率(50-70HZ)的电源去供给灯泡在不同时段发出强、弱不同的光。为此需要按其节能的多少和照明的效果以及应用的场合适当加以合理的设定及合理的选择模块的大小及配备相应功率的末级输出器件。
其他应用
本发明也可以成为按用途分类的系列产品,比如路灯、装饰灯、广告灯、等。使用、安装非常简便,只需窜接在线路中即可。特别适用于现有路灯的节能改造,很多低照度而不需精密照明的场所都可应用,故而拥有广阔的市场,同时带来明显的节能效益。
结论
本发明在现有路灯的供电网络与灯具之间增加了可变频限流,或者定时变频限流的调功装置。应用于现有路灯的节能改造,安装极为方便。可以调控一盏路灯,也可以调控同一条供电网络上的多盏路灯,将该装置串接在电网中就可,且改造成本低廉。受控的调功装置,能输出不同功率的电源,或者根据定时在不同的时段输出不同的功率,自动抑制电网轻载时的电压上升,限定功耗而节能,还能使灯泡能在不同的时段发出强、弱不同的光。由此在夜深车稀人少的时候,达到即能满足照明,又能节省百分之二十以上电能的目的。有着明显的节能效果。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的,熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种路灯节电方法,其特征在于,通过限制路灯的电流来降低路灯的功率,包括,保持原供电电压并限制和降低路灯的电流来降低路灯的功率,包括,将供电网络电源与路灯灯具之间串接一个受延时装置控制的变频逆变电源装置,该变频逆变电源装置将路灯的供电网络50HZ电源改变为220V电压的50至70HZD的可调变频电源供给路灯工作,其中该延时装置是可调延时时间的动断型延时开关或者计时开关。
2.如权利要求1所述的路灯节电方法,其特征在于,所述变频逆变电源装置包括正弦波逆变模块和变频可调电阻,可在数个路灯的供电网络上串接所述变频逆变电源装置,以控制所述数个路灯的工作电流。
3.一种路灯节电装置,其特征在于,该装置串接在供电网络和路灯之间,包括:
正弦波逆变模块,通过变压器耦接至所述供电网络,由所述供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;
变频可调电阻,连接至所述正弦波逆变模块,调整所述变频可调电阻可改变所述正弦波的频率;
延时装置,连接所述变频可调电阻,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值;
其中,供电网络的50HZ电源被改变为220V电压的50至70HZD的可调变频电源供给路灯作为工作电源。
4.如权利要求3所述的路灯节电装置,其特征在于,所述正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,所述正弦波逆变模块包括:
振荡器,包括振荡源、振荡控制单元以及基准单元;
正弦波产生单元,连接所述振荡器;
三角波产生单元,连接所述振荡器;
恒流源,连接所述振荡器和三角波产生单元;
比较器,包括两个级联的比较器,连接所述正弦波产生单元和所述三角波产生单元;
驱动器,包括两个级联的驱动单元,连接所述比较器;
输出单元,包括第一输出单元和第二输出单元,分别连接到两个驱动单元;
交流负反馈单元,连接所述比较器。
5.如权利要求3所述的路灯节电装置,其特征在于,
所述正弦波逆变模块通过变压器耦接至所述供电网络,所述变压器包括数组变压器,每一组包括,
一MOS管,其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管。
6.如权利要求3所述的路灯节电装置,其特征在于,在数个路灯的供电网络上串接所述路灯节电装置,以控制所述数个路灯的工作电流。
7.一种路灯系统,其特征在于,在供电网络和至少一个路灯之间串接有路灯节电装置,所述路灯节电装置包括:
正弦波逆变模块,通过变压器耦接至所述供电网络,由所述供电网络电源经整流后驱动产生正弦波;
变频可调电阻,连接至所述正弦波逆变模块,调整所述变频可调电阻可改变所述正弦波的频率;
延时装置,连接所述变频可调电阻,在预定的时间调整所述变频可调电阻的阻值;
其中,供电网络的50HZ电源被改变为220V电压的50至70HZD的可调变频电源供给路灯作为工作电源。
8.如权利要求7所述的路灯系统,其特征在于,所述正弦波逆变模块产生的正弦波线性失真度小于2%,所述正弦波逆变模块包括:
振荡器,包括振荡源、振荡控制单元以及基准单元;
正弦波产生单元,连接所述振荡器;
三角波产生单元,连接所述振荡器;
恒流源,连接所述振荡器和三角波产生单元;
比较器,包括两个级联的比较器,连接所述正弦波产生单元和所述三角波产生单元;
驱动器,包括两个级联的驱动单元,连接所述比较器;
输出单元,包括第一输出单元和第二输出单元,分别连接到两个驱动单元;
交流负反馈单元,连接所述比较器;以及
所述正弦波逆变模块通过变压器耦接至所述供电网络,所述变压器包括数组变压器,每一组包括,一MOS管,其基极和源极之间串联有一变压器线圈和互相并联的二极管和电阻,其源极和漏极之间并联一二极管。
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