CN1780514A - 一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法及其制作工艺。随着高强度气体放电灯被大量广泛地使用，伴随而至的是能耗大幅度提高，使电力耗费成为负担。本发明利用线性电抗器串连接入灯电路中，使电路的总阻抗可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化，变化次序根据照明环境的需要而设定，可以设为两档，即满功率与降功率，换档通过机电器件或电子电路来实现。电抗器的制作分为确定铁心的截面、确定几何尺寸、镇流器自身能耗的计算和确定铁心的截面四个步骤。优点在于节能效果显著，线路可靠，基本不需要维修，寿命长，一次性投入成本很小，不必对原有线路进行大量的改造工作，可大大延长灯、灯具与附属电器的寿命。

Description

一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法及其制作工艺

技术领域

本发明涉及照明灯节能装置，具体涉及一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法及其制作工艺。

技术背景

近几十年来，为了提高照明的质量，也即提高安全性，降低事故率，设计者在进行照明设计时把照明亮度提得越来越高。高强度气体放电灯被大量广泛地使用，伴随而至的是能耗大幅度提高。特别是近年来，能源价格大幅度提升，使电力耗费成为负担。因此，有必要加强技术改进，以期减缓能耗上升的趋势。虽然目前节能型照明器具发展很快，但仍难以获得大幅度降低能耗的效果。

发明内容

本发明目的在于设计一种电抗器控制变换灯功率，优化镇流器本身的结构，在不降低安全性的前提下，根据车流与人流统计情况，或自动或手动进行功率变换，从而改进光源的运行方式(即在繁忙的时候，灯运行在大功率状态；在车少人稀的时候，能自动变换，使灯能在60％的额定功率处运行)，由此达到节能的目的。

本发明是这样实现的：利用线性电抗器，接入灯电路中，使电路的总阻抗可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化；如果变化次序是根据照明环境的需要而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下(例如道路照明的深夜；火车站无火车通过时；亮化工程的非重大节日时等等)，灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运行；具体方法是串联接入电抗器，增大电路阻抗使灯功率下降。

利用电抗器来实现照明灯功率变换，可以设为两挡，即满功率与降功率，换档通过机电器件或电子电路来实现。

电抗器的制作方法为：假如满功率时的灯的总功率为P_灯1，降功率时的总功率为P_灯2，电抗器的制作可分为四个步骤：1、确定铁心的截面；2、确定几何尺寸；3、镇流器自身能耗的计算；4、确定铁心的截面。

具体步骤如下：

1、确定铁心的截面：

A、求满功率时的灯的总功率为P_灯1与降功率时的总功率为P_灯2之差：P＝P_灯1-P_灯2

B、选择铁芯截面：

$S=K_S\sqrt{P}\left({\mathrm{cm}}^2\right)$

式中：S为铁芯截面(cm²)；

      P为灯管功率之差(W)；

      K_S为铁芯截面系数可选0.5～0.7之间。系数取得大，铁

      芯温升较低，但体积大、料费。

C、计算线圈匝数：根据硅钢片质量的好坏，选择磁感应强度B的大小，黑铁皮取6000G_S，一般取11000～13000G_S，冷轧硅钢片可取15000～17000G_S。

$N=45\×{10}^4\frac{V}{B_m\×S},$

式中：N为线圈匝数(匝)；

      B_m为硅钢片最大磁感应强度(G_S)；

      S为铁芯截面积(cm²)；

      V为电抗器电压有效值(V)。

      D、计算所需导线直径为：

$D=1.13\sqrt{\frac{I}{J_1}},$

式中：D为导线直径(mm)

      I为灯管降功率时的工作电流(A)；

      J为导线降功率时的电流密度(A/mm²)

电流密度J一般取2.5A/mm²，散热条件良好可以取3～4A/mm²，散热条件差的可以取3～4A/mm²。

2、几何尺寸的确定

A、计算线圈厚度：选择线圈骨架高度H，线圈厚度C’为：

$C^{\′}=\frac{2N{(D+0.03)}^2}{H}$

铁心窗口尺寸：

铁心窗口宽度为：

               C＝C′+1(mm)

铁心窗口高度为

$h=\frac{1}{2}H+0.5\left(\mathrm{mm}\right)$

铁心迭厚：

$b=\frac{1.03\×S}{a}$

空气隙长度：不考虑磁路上铁心的磁压降，空气隙长度的最大值为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{IN}}{1.13B_m}$

3、镇流器自身能耗的计算

镇流器的自身能耗包括铁耗与铜耗两部分，由硅钢片的单位重量的能耗计算铁耗，由I²R公式计算铜耗。

A、铁耗：铁心损耗主要由涡流损耗与磁滞损耗构成，分别计算比较麻烦，可以由硅钢片的比耗(W/kg)求出它们的总和：

P_Fe＝V₀×r×G

P_Fe为铁心总的损耗功率(W)

V₀为铁心体积(cm³)

式中：

r为硅钢片的比重(7.55g/cm³)

G为硅钢片的比耗(W/kg)

硅钢片比耗可以查表获得。

B、铜耗：由I²R公式计算。

本发明的优点在于：

1、节能效果显著，可达30％以上。

2、线路可靠，基本不需要维修，寿命为20年以上。

3、一次性投入成本很小，不必对原有线路进行大量的改造工作。

4、延长灯、灯具与附属电器的寿命2---4倍。

附图说明

图1是本发明的电抗器结构及接线示意图；

图2是本发明的单灯功率控制电抗的电路图及电路原理图；

图3是本发明的多灯功率控制电抗的电路图及电路原理图；

图4是本发明的线圈厚度示意图；

图5是本发明的各类光源降功率的幅度控制值参考图。

具体实施方式

下面以实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明是这样实现的：利用线性电抗器，接入灯电路中，使电路的总阻抗可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化；如果变化次序是根据照明环境的需要而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下(例如道路照明的深夜；火车站无火车通过时；亮化工程的非重大节日时等等)，灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运行；具体方法是串联接入电抗器，增大电路阻抗使灯功率下降。

利用电抗器来实现照明灯功率变换，可以设为两挡，即满功率与降功率，换档通过机电器件或电子电路来实现。

电抗器的制作方法为：假如满功率时的灯的总功率为P_灯1，降功率时的总功率为P_灯2，电抗器的制作可分为四个步骤：1、确定铁心的截面；2、确定几何尺寸；3、镇流器自身能耗的计算；4、确定铁心的截面。

具体步骤如下：

2、确定铁心的截面：

A、求满功率时的灯的总功率为P_灯1与降功率时的总功率为P_灯2之差：P＝P_灯1-P_灯2

B、选择铁芯截面：

$S=K_S\sqrt{P}\left({\mathrm{cm}}^2\right)$

式中：S为铁芯截面(cm²)；

      P为灯管功率之差(W)；

      K_S为铁芯截面系数可选0.5～0.7之间。系数取得大，铁

     芯温升较低，但体积大、料费。

C、计算线圈匝数：根据硅钢片质量的好坏，选择磁感应强度B的大小，黑铁皮取6000G_S，一般取11000～13000G_S，冷轧硅钢片可取15000～17000G_S。

$N=45\×{10}^4\frac{V}{B_m\×S},$

式中：N为线圈匝数(匝)；

      B_m为硅钢片最大磁感应强度(G_S)；

      S为铁芯截面积(cm²)；

      V为电抗器电压有效值(V)。

D、计算所需导线直径为：

$D=1.13\sqrt{\frac{I}{J_1}},$

式中：D为导线直径(mm)

      I为灯管降功率时的工作电流(A)；

      J为导线降功率时的电流密度(A/mm²)

电流密度J一般取2.5A/mm²，散热条件良好可以取3～4A/mm²，散热条件差的可以取3～4A/mm²。

2、几何尺寸的确定

A、计算线圈厚度：选择线圈骨架高度H，线圈厚度C’为：

$C^{\′}=\frac{2N{(D+0.03)}^2}{H}$

铁心窗口尺寸：

铁心窗口宽度为：

                C＝C′+1(mm)

铁心窗口高度为

$h=\frac{1}{2}H+0.5\left(\mathrm{mm}\right)$

铁心迭厚：

$b=\frac{1.03\×S}{a}$

空气隙长度：不考虑磁路上铁心的磁压降，空气隙长度的最大值为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{IN}}{1.13B_m}$

3、镇流器自身能耗的计算

镇流器的自身能耗包括铁耗与铜耗两部分，由硅钢片的单位重量的能耗计算铁耗，由I²R公式计算铜耗。

A、铁耗：铁心损耗主要由涡流损耗与磁滞损耗构成，

分别计算比较麻烦，可以由硅钢片的比耗(W/kg)求出它们的总和：

P_Fe＝V₀×r×G

P_Fe为铁心总的损耗功率(W)

V₀为铁心体积(cm³)

式中：

r为硅钢片的比重(7.55g/cm³)

G为硅钢片的比耗(W/kg)

硅钢片比耗可以查表获得。

B、铜耗：由I²R公式计算。

Claims (3)

1、一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法，其特征在于是在现有照明灯的电路中串联接入电抗器，增大电路阻抗使灯功率下降。

2、如权利要求1所述的一种利用电抗器控制照明灯功率变换的方法，其特征在于所述的利用电抗器来实现照明灯功率变换，可以设为两挡，即满功率与降功率，换档通过机电器件或电子电路来实现。

3、一种能够控制照明灯功率变换的电抗器的制作工艺，其特征在于所述的具体工艺包括以下步骤：确定铁心的截面、确定几何尺寸、镇流器自身能耗的计算、确定铁心的截面。

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