CN201182025Y - 一种路灯节能群控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种路灯节能群控装置，包括路灯电路，在路灯电路前端设有可控变压器电路，控制可控变压器电路向路灯电路输出不同电压的控制电路，在路灯电路和可控变压器电路之间设有交流电参数测量电路，可控变压器电路、交流电参数测量电路与控制电路构成电连接。本路灯节能群控装置，群控节能为主，单灯节能为辅，可根据供电情况和实际需要自动调整开关时间和照明亮度，节约了大量电力、人力和物力，深受用户喜爱。

Description

一种路灯节能群控装置

技术领域

本实用新型涉及路灯照明装置，具体说是一种路灯节能群控装置。

背景技术

当前城镇路灯照明装置普遍采用人工控制开灯时间和关灯时间，一旦开灯便是满功率运行，在深夜低谷时段，电网电压升至240V左右，路灯和供电设备更是超功率运转，不但浪费大量电能，还会缩短路灯使用寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足提供一种节约电能，且自动调整路灯运行状态的路灯节能群控装置。

为实现上述目的，本实用新型包括路灯电路，其结构特点是：在路灯电路前端设有可控变压器电路，及控制可控变压器电路向路灯电路输出不同电压的控制电路，在路灯电路和可控变压器电路之间设有交流电参数测量电路，交流电参数测量电路与控制电路电连接。控制电路根据交流电参数测量电路测得的交流参数和在控制电路中设定好的时间段，经过判断计算后，控制可控变压器电路，使可控变压器输出符合实际需要的路灯电路的供电电压，以实现节能和自动控制的目的。

所述可控变压器电路包括三相变压器，其原边绕组为星形连接方式，原边绕组的输入端与三相电网相应的相线电连接，其副边绕组的一端为输出端，给路灯电路供电，副边绕组的另一端短接后经一级节电接触器常开触点与零线电连接，每相副边绕组上设有一个或多个抽头，每相副边绕组上对应位置的抽头短接在一起，并通过各自的节电接触器的常开触点与零线电连接。当控制电路控制不同等级节电接触器得电时，其串接在可控变压器电路中的常开触点闭合，使副边绕组的电感量不同，副边绕组的输出电压也就随之不同，从而实现向路灯群提供不同供电电压的群控目的。

所述路灯电路包括单灯电路，与单灯电路电连接的单灯节能电路；单灯电路包括气体放电灯，与气体放电灯并联的启动器，与气体放电灯和启动器相串联的电感镇流器；单灯节能电路包括串接在单灯电路前端的多抽头电感器，其抽头分别经各自的继电器常开触点与电感镇流器电连接，单灯节能电路还包括控制不同继电器得电的单灯节能控制电路。单灯节能电路针对某一盏路灯进行调流控制，以实现对单个路灯的亮度控制。

单灯节能控制电路包括从处理器及其时钟电路，与从处理器及其时钟电路电连接的单灯继电器驱动电路，单灯节能控制电路还包括设在单灯电路供电电路中的电压电流检测电路，电压电流检测电路包括电压检测电路和电流检测电路，其中电压检测电路包括串联在路灯A相火线与零线之间的火线电阻和零线电阻，其串接点与电压信号处理电路的输入端电连接；电流检测电路为电流互感器，该电流互感器的信号输出端与电流信号处理电路的输入端电连接。

所述交流电参数测量电路包括与交流电路电连接的测量处理电路，与测量处理电路电连接的测量控制电路，还包括与测量控制电路电连接的补偿电路、显示电路和通讯电路。测量控制电路通过其通讯电路将各项测量参数送到控制电路，控制电路据此对可控变压器电路进行控制。

为便于与上位机组成分布式监控系统，在控制电路中设有系统地址设定电路、通讯接口电路和显示接口电路。

作为进一步改进，为了使该装置具有无功功率动态补偿功能，在可控变压器电路输出端设有主补偿电路，主补偿电路与控制电路电连接。控制电路根据电压电流测量电路测得的各项交流参数，控制主补偿电路对三线交流电路进行不同量的无功补偿。

主补偿电路包括一个或多个电容组，所述电容组包括三个支路，每个支路由串联在一起的电容和接触器常开触点构成，所述三个支路的一端与零线电连接，另一端分别与三个相线中的一个电连接。

工作原理：交流电参数测量电路主要由测量处理电路、测量控制电路和补偿电路组成。相电压经并接在相线、零线之间的两个电阻分压后，所测电压信号由电压波形同方向过零时间测试电路送给测量控制电路，微处理器处理后，算出所测相电压波形过零时间；电压值被分压采样后，经信号处理，由电压/频率转换电路将模拟信号电压值转换为便于控制电路接受的数字信号，微处理器处理后，算出相电压有效值；相电流经电流互感器采样后，由电流波形同方向过零时间测试电路送给控制电路，微处理器处理后，算出所测相电流波形过零时间；电流信号被采样后，经信号处理，由电压/频率转换电路将模拟信号电流值转换为便于控制电路接受的数字信号，微处理器处理后，算出相电流有效值；所得相电压和相电流波形同方向过零点的时间差，经微处理器处理计算，获得电压、电流相位差角度数值，计算后，即可得到功率因数cos∮，再根据相电压有效值、相电流有效值，即可计算出有功功率、无功功率及视在功率等相关参数，并送到显示电路显示出来，还通过通讯电路将各项交流电参数送到控制电路，作为控制电路各种控制动作的依据；微处理器根据上述参数计算出交流电路需要补偿的无功功率，控制相应的继电器线圈，将相应的无功补偿装置补偿到交流电路中，重复上述过程，即可实现无功功率动态补偿功能。

交流电参数测量电路将测出路灯电路中的电压、电流、各种功率等参数传送至控制电路，控制电路根据操作者所输入的时间段及各个时间段需要的照明亮度等级，经过判断计算后，向可控变压器电路发出调整命令，使可控变压器输出符合实际要求的路灯电路供电电压，控制电路再根据交流电参数测量装置反馈来的电参数，经比较后，向可控变压器电路发出调整命令，使实际供给路灯电压等于所需亮度的要求电压，如此反复，即可以保证路灯亮度的稳定性，这样便实现了对路灯群的群控。

为了对单个路灯的亮度进行控制，路灯电路中增加了单灯节能电路。单灯节能电路上电时，其电压电流检测电路对单灯电路供电电路的电压、电流进行采样，经信号处理后，发送给从处理器及其时钟电路；从处理器及其时钟电路经计算、判断处理后，向继电器驱动部分发出控制指令；相应的继电器驱动线圈得电，其常开触点闭合，常闭触电断开；被控电路在所述触点的控制下，将多抽头电感器相应电感量的抽头接入单灯电路的供电电路中，使单灯电路的供电电压及电流由零向其额定值逐渐递增，以实现气体放电灯的软启动。气体放电灯启动后，根据默认的设定或者用户自己实际设定，在指定时段内，按照亮度要求使被控电路切换相应的电感量接入单灯电路的供电电路中，以限制气体放电灯的供电电流，以实现节电功能；具体说来，需要高亮度的时候，所串入的电感量最小，需要低亮度的时候所串入的电感量最大；当需要关闭路灯时，控制继电器将多抽头电感器的抽头从所述电路中全部断开即可。

改进后，在可控变压器电路的后端设置了主补偿电路，控制电路根据各种交流电参数，计算出需要补偿的电容量，然后控制主补偿电路对三相电电路进行相应量的无功功率的补偿，再根据交流电参数测量装置所反馈回来的交流电参数，对无功补偿量进行调节，以达到动态无功补偿，使功率因数在1附近小范围波动。为了使该路灯节能群控装置与上位机能够组成分布式控制系统，该路灯节能群控装置增设了系统地址设定电路和通讯接口电路。

综上所述，采用了此结构的路灯节能群控装置，群控节能为主，单灯节能为辅，可根据供电情况和实际需要自动调整开关时间和照明亮度，节约了大量电力、人力和物力，深受用户喜爱。

附图说明

结合附图对本实用新型作进一步详细说明；

图1为路灯节能群控装置原理框图；

图2为主补偿电路原理图；

图3为控制电路原理图；

图4为控制电路直流电源原理图；

图5为可控变压器电路原理图；

图6为交流电参数测量电路原理图；

图7为电压/频率转换电路原理图；

图8为电压/频率转换电路直流电源原理图；

图9为单灯节能电路原理图。

图中：1为路灯电路，1-1为单灯电路，1-2为单灯节能电路，2为可控变压器电路，3为控制电路，4为交流电参数测量电路，5为主补偿电路，6为测量控制电路，7为测量处理电路，8为补偿电路，9为显示电路，10为通讯电路，A1为电网A相火线，B1为电网B相火线，C1为电网C相火线，A2为路灯A相火线，B2为路灯B相火线，C2为路灯C相火线，OA为多抽头电感器，OB为电感镇流器，OC为气体放电灯，OD为启动器，D为二极管，N为零线，OJP为键盘，IC1为微处理器，IC01为从处理器，IC02为从时钟处理器，IC34为主时钟处理器，IC32为主处理器，IC03、IC33为时钟芯片，IC2、IC31、IC48、IC49、IC013为三端稳压管，IC3、IC4、IC6、IC06为计数器，IC5、IC11、IC21为缓冲器，IC7、IC8、IC23、IC24、IC26、IC27、IC40、IC41、IC42、IC43、IC45、IC46、IC07、IC08、IC010、IC011为反相器，IC9、IC09、IC39为译码器，IC10、IC35、IC36、IC37为通讯芯片，IC38为通讯接口电路，IC12、IC012为LED数码管，IC13为模拟开关，IC04、IC05、IC14、IC17、IC18、IC22、IC30为放大器，IC15、IC16、IC19、IC20为触发器，IC25、IC28、IC44为光电耦合器，IC29为V/F转换芯片，IC32为主处理器，C1～C43为电容，IC47为显示接口电路，R1为零线电阻，R2为火线电阻，R3～R29、R01～R011为电阻，E1为电压信号绝对值整流电路，OE为电压电流信号绝对值整流电路，OF为电压电流信号电压/频率转换电路，F1为电压信号电压/频率转换电路，E2为电流信号绝对值整流电路，F2为电流信号电压/频率转换电路，X1～X5、X01～X04为单反相器，J1～J10、J01～J05为继电器，J1-1～J10-1、J01-1～J05-1为继电器常开触点，K1～K10为接触器，K5为一级节电接触器，K6为二级节电接触器，K7为三级节电接触器，K1-1～K1-3、K2-1～K2-3、K3-1～K3-3、K4-1～K4-3、K8-1～K8-3、K9-1～K9-3、K10-1～K10-3为接触器常开触点，K5-1为一级节电接触器常开触点，K6-1为二级节电接触器常开触点，K7-1为三级节电接触器常开触点，I1～I3、OI为电流互感器，PT、PT1、OPT为变压器，ZL、ZL1、OZL为桥式整流电路，JZ、OJZ为晶振，W为滑动变阻器，Ein为V/F转换芯片输入电压平均值，F为V/F转换芯片输出频率，BYQ为三相变压器，DS为系统地址设定电路，SS为时间设定电路。

具体实施方式

如图1所示，本路灯节能群控装置包括路灯电路1，在路灯电路1前端设有可控变压器电路2，及控制可控变压器电路2向路灯电路1输出不同电压的控制电路3，在路灯电路1和可控变压器电路2之间设有交流电参数测量电路4，交流电参数测量电路4与控制电路3电连接。控制电路3根据交流电参数测量电路4测得的交流参数和在控制电路3中设定好的时间段，经过判断计算后，控制可控变压器电路2，使可控变压器BYQ输出符合实际需要的路灯电路1的供电电压，以实现节能和自动控制的目的。

如图6所示，交流电参数测量电路4包括与三相交流电路电连接的测量处理电路7，与测量处理电路7电连接的测量控制电路6，以及与测量控制电路6电连接的显示电路9。作为改进，在三相交流电路中还设有补偿无功功率的补偿电路8，以及与测量控制电路6电连接的通讯电路10。

具体而言，测量处理电路7包括电压测量电路和电流测量电路；电压测量电路包括串接在零线和相线之间的两个串联电阻构成的电压采样电路，及连接电压采样电路和测量控制电路6的电压信号处理电路；所述电流测量电路包括设在火线上的电流互感器构成的电流采样电路，及连接电流互感器和测量控制电路6的电流信号处理电路。电压信号处理电路包括电压波形同方向过零时间测试电路和电压有效值电路；所述电流信号处理电路包括电流波形同方向过零时间测试电路和电流有效值电路。所述电压有效值电路包括与测量控制电路6电连接的电压信号电压/频率转换电路F1；所述电流有效值电路包括与测量控制电路6电连接的电流信号电压/频率转换电路F2。

详细而言，电压采样电路包括由电阻R1与电阻R2构成的串联支路，其一端与零线N电连接，另一端与A相火线电连接，电阻R1和电阻R2的串接点与模拟开关IC13的1脚电连接，此电路构成A相火线电压采样电路；电阻R3与电阻R4串联后的电路，其一端与零线N电连接，另一端与B相火线电连接，电阻R3和电阻R4的串接点与模拟开关IC13的2脚电连接，此电路构成B相火线电压采样电路；电阻R5与电阻R6串联后的电路，其一端与零线N电连接，另一端与C相火线电连接，电阻R5和电阻R6的串接点与模拟开关IC13的5脚电连接，此电路构成C相火线电压采样电路；电流互感器I1套接在A相火线上，电流互感器I1的输出端与电阻R12串联，电阻R12的一端与零线N电连接，另一端与模拟开关IC13的12引脚电连接，此电路构成A相火线电流采样电路；电流互感器I2套接在B相火线上，电流互感器I2的输出端与电阻R13串联，电阻R13的一端与零线N电连接，另一端与模拟开关IC13的14引脚电连接，此电路构成B相火线电流采样电路；电流互感器I3套接在C相火线上，电流互感器I3的输出端与电阻R14串联，电阻R14的一端与零线N电连接，另一端与模拟开关IC13的15引脚电连接，此电路构成C相火线电流采样电路；模拟开关IC13的选择控制信号由微处理器IC1的3、4引脚输出，经光电耦合器IC28光电隔离后，送到模拟开关IC13的地址输入端A和B；模拟开关IC28据此选择控制信号从3引脚分别输出A、B、C三相火线的电压采样信号，并从13引脚分别输出A、B、C三相火线的电流采样信号。

电压采样信号之后便被送到电压波形同方向过零时间测试电路，电压波形同方向过零时间测试电路包括放大器IC14，其同相输入端与模拟开关IC13的3引脚电连接，其同相输入端还经电阻R7与信号地电连接，其反相输入端经电阻R8与信号地电连接，其输出端经电阻R9与放大器IC14的反相输入端电连接，引入负反馈，以保证其输出信号稳定，放大器IC14的输出端还与触发器IC15的输入端电连接，触发器IC15的输出端与触发器IC16的输入端电连接，触发器IC16的输出端与微处理器IC1的13引脚电连接，此电路将电压采样信号放大处理后，由微处理器计算出其电压波形过零时间。

电压采样信号还被送到电压有效值电路，电压有效值电路包括放大器IC17，其同相输入端与模拟开关IC13的3引脚电连接，其反相输入端经电阻R10与信号地电连接，其输出端经电阻R11与放大器IC17的反相输入端电连接，引入负反馈，以保证输出电压信号稳定，其输出端还与电压信号绝对值整流电路E1的输入端电连接，电压信号绝对值整流电路E1的输出端与电压信号电压/频率转换电路F1的输入端电连接；如图7所示，电压信号电压/频率转换电路F1包括放大器IC30，其同相输入端经电阻R27与电阻R28电连接，电阻R28的另一端与信号地电连接，电阻R27与电阻R28的串接点经电阻R29与滑动变阻器W的滑动触头电连接，滑动变阻器的两端分别与电源+5V和-5V电连接，如图8所示；放大器IC30的反相输入端经电阻R25与电压信号绝对值整流电路E1的输出端电连接，放大器IC30的输出端与二极管D的负极电连接，其正极与信号地电连接，二极管D主要起嵌位作用，以防止负电压加到V/F转换芯片IC29的7引脚上，放大器IC30的输出端经电容C15与放大器IC30的反相输入端电连接，放大器IC30的输出端还经过电阻R26与V/F转换芯片IC29的7引脚电连接，放大器IC30的反相输入端还与V/F转换芯片IC29的1引脚电连接；V/F转换芯片IC29的2引脚经相互串联的电阻R23和R24后与信号地电连接，5引脚经电容C14与信号地电连接，5引脚还通过电阻R22与电源+5V电连接，引脚6经电阻R20与信号地电连接，引脚6还经过电容C10与信号地电连接，引脚6还经过电阻R21与电源+5V电连接，3引脚与微处理器IC1的14引脚电连接，根据V/F转换公式，V/F转换芯片IC29输出频率F＝-Ein×(R23+R24)/(2.09×R5×C3×R4)，其中，Ein为V/F转换芯片输入电压平均值，也即电压信号绝对值整流电路E1的输出电压平均值，这样，电压模拟信号即被转换为频率数字信号送到微处理器IC1的14引脚，经微处理器IC1计算后，即可得出电压信号有效值。

电流波形同方向过零时间测试电路、电流有效值电路与电压波形同方向过零时间测试电路及电压有效值电路原理相同，在此不再细述。

微处理器IC1根据测量处理电路7所测数据，即可计算出三相交流电路的各项参数，并在显示电路9中显示出来。

所述补偿装置8包括四个电容组，每个电容组包括三个支路，每个支路由串联在一起的电容和继电器常开触点构成，所述三个支路的一端与零线电连接，另一端分别与三个相线中的一个电连接。具体而言，第一个电容组包括电容C11和与之串联的接触器K1的常开触点K1-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与C相火线电连接；第一个电容组还包括C12和与之串联的接触器K1的常开触点K1-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与B相火线电连接；第一个电容组还包括C13和与之串联的接触器K1的常开触点K1-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与A相火线电连接；第二个电容组包括电容C21和与之串联的接触器K2的常开触点K2-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与C相火线电连接；第二个电容组还包括C22和与之串联的接触器K2的常开触点K2-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与B相火线电连接；第二个电容组还包括C23和与之串联的接触器K2的常开触点K2-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与A相火线电连接；第三个电容组包括电容C31和与之串联的接触器K3的常开触点K3-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与C相火线电连接；第三个电容组还包括C32和与之串联的接触器K3的常开触点K3-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与B相火线电连接；第三个电容组还包括C33和与之串联的接触器K3的常开触点K3-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与A相火线电连接；第四个电容组包括电容C41和与之串联的接触器K4的常开触点K4-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与C相火线电连接；第四个电容组还包括C42和与之串联的接触器K4的常开触点K4-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与B相火线电连接；第四个电容组还包括C43和与之串联的接触器K4的常开触点K4-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与A相火线电连接；控制电路根据电压电流测量电路的测量信号，计算后得出需补偿无功功率的电容量，控制每个电容组或其相互组合切换到三相电路中，以实现不同无功功率的补偿，补偿后，再根据所测数据计算后再进行补偿，以便使功率因数在1附近波动，实现无功功率动态补偿；作为改进，为了避免电容组间的频繁切换、节约成本，根据控制电路计算出需要补偿的电容量，在三相电路中接有该容量的电容，具体而言，电容C1串接在零线N和C相火线之间，电容C8串接在零线N和B相火线之间，电容C9串接在零线N和A相火线之间，这样，电容组的电容量就大大减小，电容组间的切换只作为微调使用。

测量控制电路6包括微处理器及其时钟电路和与微处理器及其时钟电路电连接的继电器驱动电路。微处理器及其时钟电路包括微处理器IC1和与微处理器IC1电连接的时钟电路；时钟电路包括晶振JZ，其一端经电容C2接地，此端还与单反相器X1的输入端电连接，其输出端经电容C3与单反相器X2的输入端电连接，单反相器X2的输出端与单反相器X3的输入端电连接，还与晶振JZ的另一端电连接，电阻R20与单反相器X1并联，电阻R21与单反相器X2并联；前述电路输出的不规则高频脉冲信号经单反相器X3反相后，输入到由计数器IC3、计数器IC4构成的时钟分频电路，不同频率的时钟信号经计数器IC6调整后，由八根数据线送到微处理器IC1；计数器IC4输出的标准时钟信号从其12引脚输出，经单反相器X4和缓冲器IC11输入到微处理器IC1，作为电流波形过零时间测量电路的时间基准；微处理器IC1的P2.6也就是27引脚与计数器IC3、计数器IC4和计数器IC6的11引脚电连接，可向计数器发出清零命令。微处理器及其时钟电路还包括电源处理电路，220V交流电经变压器PT变压后转换为低压交流电，再经过桥式整流电路ZL后转换为直流信号，再由电容C4、C5滤波，转换为波形较平稳的电压，为了得到波形更平稳的电压，电路中接入了三端稳压管7805，其输出端由电容C6、C7滤波输出+5V，给各个芯片电源及继电器线圈供电；整流后的直流输出信号，再由电容C16、C17滤波，转换为波形较平稳的电压，为了得到波形更平稳的电压，电路中接入了三端稳压管7905，其输出端由电容C18、C19滤波输出-5V，作为放大器IC30的基准电压，如图8所示。

继电器驱动电路包括与微处理器IC1电连接的反相器IC23、反相器IC24，反相器IC23的输出信号送给光电耦合器IC25，经光电隔离后，再经过反相器IC26、反相器IC27与继电器J1、J2、J3、J4的线圈的一端电连接，线圈另一端与直流电源正电压+5V电连接；继电器J1、J2、J3、J4的常开触点J1-1、J2-1、J3-1、J4-1分别与接触器K1、K2、K3、K4线圈中的一个电连接后并联到零线和相线之间；具体说来，微处理器IC1的21～24引脚分别与反相器IC23的1、3、5、9引脚电连接，反相器IC10的2、4、6、8引脚分别与反相器IC24的1、3、5、9引脚电连接，反相器IC24的2、4、6、8引脚分别与光电耦合器IC25的输入端电连接，其输出端分别与反相器IC26的1、3、5、9引脚电连接，反相器IC26的2、4、6、8引脚分别与反相器IC27的1、3、5、9引脚电连接，反相器IC27的2、4、6、8引脚分别与继电器J1、J2、J3、J4的线圈电连接；当微处理器IC1的21～24引脚的某个引脚输出高电平时，经信号反相器IC23、反相器IC24反相后，输出高电平，经光电耦合器光电隔离后，再经过反相器IC26、反相器IC27反相后，又输出可驱动继电器线圈的低电平，其常开触点J1-1、J2-1、J3-1、J4-1闭合，分别接通其与接触器线圈K1、K2、K3、K4的电源通路，接触器的常开触点闭合。

显示电路9包括LED数码管IC12，其数据显示端与反相器IC8的信号输出端对应电连接，反相器IC8的信号输入端与译码器IC9的输出端对应电连接，译码器IC9的输入端与主微处理器IC1的四个I/O引脚电连接；LED数码管IC12还与反相器IC7的信号输出端电连接，其信号输入端与微处理器IC1的四个I/O引脚电连接。测量处理电路2所测得的各种参数即在LED数码管IC12中显示出来，以方便操作者查看、管理。

通讯电路10包括通讯芯片IC10，其1、4引脚分别与微处理器IC1的10、11引脚电连接，通讯芯片IC10的6、7引脚与RS-485接口端子电连接。交流电参数测量电路4即通过此RS-485接口端子与控制电路3通讯，将所测得的各种交流电参数送到控制电路3。

如图5所示，可控变压器电路2包括三相变压器BYQ，其原边绕组为星形连接方式，原边绕组的输入端与三相电网相应相线电连接；副边绕组的一端为输出端，给路灯电路1供电，副边绕组的另一端短接后经一级节电接触器K5的常开触点K5-1与零线N电连接；每相副边绕组上设有一个或几个与副边绕组电连接的抽头，在本实施方式中，每相副边绕组上设有两个抽头；相同副边绕组中每个抽头与副边输出端间的电感量不同，不同副边绕组中的对应抽头与副边输出端间的电感量相同；三相副边绕组中与输出端间电感量相同的三个抽头短接在一起，远离副边输出端的抽头短接后经二级节电接触器K6的常开触点K6-1与零线N电连接；靠近副边输出端的抽头短接后经三级节电接触器K7的常开触点K7-1与零线N电连接；一级节电接触器K5与继电器J5的常开触点J5-1串联后电连接在零线N和电网A相火线A1之间；二级节电接触器K6与继电器J6的常开触点J6-1串联后电连接在零线N和电网A相火线A1之间；三级节电接触器K7与继电器J7的常开触点J7-1串联后电连接在零线N和电网A相火线A1之间；一级节电接触器K5、二级节电接触器K6和三级节电接触器K7根据控制电路3的控制命令，在不同等级节电模式之间切换，使变压器BYQ在不同时段或不同需要输出不同的电压，以实现节能目的。

作为改进，为了使该路灯节能群控装置具有无功功率动态补偿功能，在可控变压器电路2输出端设有主补偿电路5，主补偿电路5与控制电路3电连接，如图2所示。主补偿装置5包括3个电容组和三个接触器控制支路，每个电容组包括三个支路，每个支路由串联在一起的电容和接触器常开触点构成，所述三个支路的一端与零线N电连接，另一端分别与三个相线中的一个电连接；每个接触器控制支路由串联在一起的接触器线圈和继电器常开触点构成，每个接触器控制支路的一端与零线N电连接，另一端与某个相线电连接。具体而言，第一个电容组包括电容C29和与之串联的接触器K8的常开触点K8-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯C相火线C2电连接；第一个电容组还包括C30和与之串联的接触器K8的常开触点K8-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯B相火线B2电连接；第一个电容组还包括C34和与之串联的接触器K8的常开触点K8-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；第二个电容组包括电容C35和与之串联的接触器K9的常开触点K9-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯C相火线C2电连接；第二个电容组还包括C36和与之串联的接触器K9的常开触点K9-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯B相火线B2电连接；第二个电容组还包括C37和与之串联的接触器K9的常开触点K9-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；第三个电容组包括电容C38和与之串联的接触器K10的常开触点K10-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯C相火线C2电连接；第三个电容组还包括C39和与之串联的接触器K10的常开触点K10-2构成的第二支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯B相火线B2电连接；第三个电容组还包括C40和与之串联的接触器K10的常开触点K10-3构成的第三支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；第一个接触器控制支路包括接触器K8的线圈和与之串联的继电器J8的常开触点J8-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；第二个接触器控制支路包括接触器K9的线圈和与之串联的继电器J9的常开触点J9-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；第三个接触器控制支路包括接触器K10的线圈和与之串联的继电器J10的常开触点J10-1构成的第一支路，此支路的一端与零线N电连接，此支路的另一端与路灯A相火线A2电连接；控制电路3根据交流电参数测量电路4的测量信号，计算后得出需补偿无功功率的电容量，控制每个电容组或其相互组合切换到三相电路中，以实现不同无功功率的补偿，补偿后，再根据所测数据计算后再进行补偿，以便使功率因数在1附近波动，实现无功功率动态补偿。

作为进一步改进，路灯电路1包括单灯电路1-1，与单灯电路1-1电连接的单灯节能电路1-2。单灯节能电路1-2针对某一盏路灯进行调流控制，以实现单个路灯的亮度控制，如图9所示。

单灯电路1-1包括气体放电灯OC，与其并联的启动器OD，及与前述两者相串联的电感镇流器OB。当单灯电路1-1接通电源时，启动器OD两端的高压将气体放电灯C点燃，电感镇流器OB通过其电感对气体放电灯OC稳流供电，使气体放电灯OC长久稳定地工作。

单灯节能电路1-2包括从处理器及其时钟电路，与从处理器及其时钟电路电连接的单灯继电器驱动电路。从处理器及其时钟电路包括从处理器IC01和与从处理器IC01电连接的时钟电路；时钟电路包括晶振OJZ，其一端经电容C02接地，此端还与单反相器X01的输入端电连接，其输出端经电容C03与单反相器X02的输入端电连接，单反相器X02的输出端与单反相器X03的输入端电连接，还与晶振OJZ的另一端电连接，电阻R05与单反相器X01并联，电阻R06与单反相器X02并联；前述电路输出的不规则高频脉冲信号经单反相器X03反相后，输入到计数器IC06的信号输入端，经计数器IC06分频后，标准的时钟信号从其14引脚Q10经单反相器X04输入到从处理器IC01的12引脚上，从处理器IC01的4引脚与计数器IC06的11引脚电连接，可向计数器IC06发出清零命令。从处理器及其时钟电路，还包括电源处理电路，220V交流电经变压器OPT变压后转换为低压交流电，再经过桥式整流电路OZL后转换为直流信号，再由电容C04、C05滤波，转换为波形较平稳的电压，为了得到波形更平稳的电压，电路中接入了三端稳压管，其输出端由电容C06、C07滤波输出。单灯继电器驱动电路包括与从处理器IC01电连接的信号反相器IC010，其输出端与驱动反相器IC011的输入端电连接，其输出端与继电器线圈的一端电连接，另一端与直流电源正极+5V电连接；具体说来，从处理器IC01的21～25引脚分别与信号反相器IC010的1、3、5、9、11引脚电连接，信号反相器IC010的2、4、6、8、10引脚分别与驱动反相器IC011的1、2、3、4、5引脚电连接，驱动反相器IC011的16、15、14、13、12引脚分别与继电器J01、J02、J03、J04、J05的线圈电连接；当从处理器IC01的21～25引脚的某个引脚输出低电平时，经信号反相器IC010反相后，输出高电平，再经过驱动反相器IC011反相后，又输出可驱动继电器线圈的低电平，其常开触点闭合，常闭触电断开。

单灯节能电路1-2还包括与从处理器及其时钟电路电连接的单灯时间设置电路和单灯显示电路。其中，单灯时间设置电路包括键盘OJP，其信号公共端与信号地电连接，当相应按钮按下时，即有一个低电平信号输送到从处理器IC01；还包括与从处理器IC01电连接的从时钟处理器IC02，及与从时钟处理器IC02电连接的时钟芯片IC03，具体来讲，从时钟处理器IC02的32～39引脚分别与时钟芯片IC03的数据传输口11～4引脚电连接，时钟芯片IC03的19引脚，也即中断请求信号输出端与从时钟处理器IC02的12引脚电连接；从处理器IC01和从时钟处理器IC02之间的通讯通过串行通讯模式来实现，也即从处理器IC01的11引脚异步通讯发送端TXD与从时钟处理器IC02的10引脚异步通讯接收端RXD电连接，从处理器IC01的10引脚异步通讯接收端RXD与从时钟处理器IC02的11引脚异步通讯发送端TXD电连接，从处理器IC01的13引脚与从时钟处理器IC02的21引脚电连接，从处理器IC01的13引脚还通过电阻R04与直流电源正极+5V电连接。单灯显示电路包括LED数码管IC012，其数据显示端与反相器IC08的信号输出端对应电连接，反相器IC08的信号输入端与译码器IC09的输出端对应电连接电连接，译码器IC09的输入端与从处理器IC01的三个I/O引脚电连接；LED数码管IC012还与反相器IC07的信号输出端电连接，其信号输入端与从处理器IC01的四个I/O引脚电连接。

单灯节能电路1-2还包括单灯被控电路，单灯被控电路为一多抽头电感器OA，其公共端与供电电路电连接，其抽头分别经单灯继电器驱动电路中的继电器J01～J04的常开触点J01-1～J04-1与电感镇流器OB电连接。当从处理器IC01向单灯继电器驱动电路发出不同命令时，相应继电器J01～J04得电，其对应常开触点J01-1～J04-1闭合，与其相连接的电感器抽头即被连接到气体放电灯OC供电电路中，气体放电灯OC的电流因此而发生变化，以便实现软启动和节电目的。

单灯电路1-1的供电电路中设有与从处理器IC01电连接的电压电流检测电路。其中电压检测电路采用电阻分压式测量方式，即零线电阻R01、火线电阻R02串接于火线和零线之间，火线电阻R02和零线电阻R01的串接点与电压信号处理电路电连接；所述电压信号处理电路包括信号放大电路、绝对值整流电路和电压/频率转换电路，具体而言，从火线电阻R02和零线电阻R01的串接点引出的电压分压信号经电阻R07采样后送到电压放大器IC04的同相输入端，其反相输入端经电阻R08与零线接通，还与输出端之间通过电阻R09引入负反馈，以保持输出信号的稳定；信号放大后，由继电器J05的常闭触点J05-2输入到电压电流信号绝对值整流电路OE的信号输入端；绝对值整流后，电压采样的交流信号被转换成了直流信号，再经电压电流信号电压/频率转换电路OF转换成高频脉冲发送到从处理器IC01；这样，交流的电压信号经上述电路处理后，即可被从处理器IC01实时检测。电流检测电路包括电流互感器OI，其信号输出端与电流信号处理电路的输入端电连接；所述电流信号处理电路包括信号放大电路、电压电流信号绝对值整流电路和电压电流信号电压/频率转换电路，具体而言，电流互感器OI的输出信号经电阻R010采样后，送到电流放大器IC05的同相输入端，其反相输入端经电阻R011与零线接通，反相输入端还与输出端之间通过电阻R09引入负反馈，以确保输出信号的稳定；电流采样信号放大后，由继电器J05的常开触点J05-1切换到与电压采样处理电路中相同的电压电流信号绝对值整流电路OE及电压电流信号电压/频率转换电路OF，转换成高频脉冲信号后输入到从处理器IC01；这样，交流的电流信号经上述电路处理后，即可被从处理器IC01实时检测。从处理器IC01根据实时检测到的气体放电灯OC供电电路中的电压信号或电流信号，在满足灯光亮度的前提下，实时调节串入其供电回路中的电感量，以便更精确、快速、有效地进行软启动和节能。

如图3所示，控制电路3包括主处理器IC32和与主处理器IC32电连接的变压器驱动电路、补偿驱动电路、系统地址设定电路DS、时间设定电路SS、时钟电路和通讯电路。变压器驱动电路包括译码器IC39，其信号输入端1、2、3引脚通过3根信号线与主处理器IC32的三个I/O引脚电连接，译码器IC39的输出端9、10、11引脚分别与反相器IC40的1、3、5引脚电连接，反相器IC40的2、4、6引脚分别与反相器IC41的1、2、3引脚电连接，反相器IC41的16、15、14引脚分别与继电器J5、J6、J7的线圈一端电连接，其另一端都与直流电源+12V电连接，如图4所示。当需要控制变压器输出不同电压时，主处理器IC32便向变压器驱动电路输出控制信号，使继电器J5、J6、J7中的某一个得电，以便驱动变压器，使之输出不同电压。补偿驱动电路包括反相器IC42，其输入端通过三根信号线与主处理器IC32的三个I/O引脚电连接，其对应输出端与反相器IC43的三个输入端电连接，反相器IC43的三个对应输出端经光电耦合器IC44光电隔离后输入到反相器IC45的三个输入端，其对应输出端与反相器IC46的输入端电连接，反相器IC46的对应输出端与继电器J8、J9、J10的线圈一端对应电连接，线圈另一端都与直流电源+5V电连接。控制电路3根据交流电参数测量电路4测得的交流参数几需要补偿的电容量，向补偿驱动电路发出补偿命令，使相应的继电器线圈得电，以驱动主补偿装置进行补偿。系统地址设定电路DS包括系统地址设定元件，系统地址设定元件为一组8个的拨码开关，拨码开关的一端与信号地电连接，另一端经过八根信号线与主处理器的八个I/O引脚电连接，每个拨码开关设置成不同的开关状态，即可将该路灯节能群控装置定义为不同的地址，以方便当该装置与上位机组成分布式监控系统时，上位机对该装置地址的确认。时间设定电路SS包括时间设定元件，时间设定元件为一便携式键盘，其所有按钮的公共端与信号地电连接，按钮的另一端通过八根信号线与主处理器IC32的八个I/O引脚电连接；操作者可通过此时间设定电路SS对控制电路的时钟进行调整、工作时段进行设定、节电等级进行设定等。时钟电路包括时钟芯片IC33，时钟芯片IC33的4、5、6、7、8、9、10、11引脚分别与主时钟芯片IC34的39、38、37、36、35、34、33、32电连接，主时钟芯片IC34的10、11引脚分别与通讯芯片IC35的1、4引脚电连接，主时钟芯片IC34的5引脚经单反相器X5后与通讯芯片IC35电连接，该部分主要是时钟信号发送与否的控制信号，当需要发送时钟信号时，主时钟芯片IC34的5引脚输出控制信号，IC35便可将时钟信号输送给主处理器IC32。通讯电路主要包括通讯芯片IC35、IC36、IC37，通讯芯片IC36负责主处理器IC32与交流电参数测量电路4的通讯接口电路IC38和与显示接口电路IC47的通讯，显示接口电路IC47可以跟外部显示器电连接后，即可显示出路灯节能群控装置的各项参数；通讯芯片IC37负责主处理器IC32和通讯接口电路IC38之间的通讯，外部上位机通过与通讯接口电路IC38的电连接，即可与该路灯节能群控装置组成分布式监控系统，以对更大范围的路灯的控制。

上述装置中，电压信号绝对值整流电路E1、电流信号绝对值整流电路E2和电压电流信号绝对值整流电路OE为一般电路，属于公知技术，电路图中未曾详细画出，在此不再细述。

上述装置中，主处理器IC32采用W78E58，微处理器IC1、从处理器IC01采用ATMEL公司生产的AT89C52芯片，主时钟处理器IC34、从时钟处理器IC02采用ATMEL公司生产的AT89C51芯片，时钟芯片IC03、IC33采用DALLAS公司生产的DS12887芯片，计数器IC3、IC4、IC6、IC06采用CD4040，缓冲器IC5、IC11、IC21采用74LS125，反相器IC7、IC8、IC07、IC08采用74LS04，反相器IC23、IC26、IC010、IC40、IC42、IC45采用CD4069，反相器IC24、IC27、IC011、IC41、IC43、IC46采用ULN2003，译码器IC9、IC09、IC39采用LS138，通讯芯片IC10、IC35、IC36、IC37采用75LBC184，模拟开关IC13采用CD4052，放大器IC04、IC05、IC14、IC17、IC18、IC22采用LM353，触发器IC15、IC19采用CD4538，触发器IC16、IC20采用CD4584，光电耦合器IC25、IC28、IC44采用TLP521-4，V/F转换芯片IC29采用LM331，放大器IC30采用OP07，三端稳压管IC2、IC49、IC013采用7805，三端稳压管IC31采用7905，三端稳压管IC48采用7812，以上芯片都是市场上销售的现成产品，其结构的工作原理在此不再细述。

Claims (8)

1、一种路灯节能群控装置，包括路灯电路(1)，其特征是：在路灯电路(1)前端设有可控变压器电路(2)，控制可控变压器电路(2)向路灯电路(1)输出不同电压的控制电路(3)，在路灯电路(1)和可控变压器电路(2)之间设有交流电参数测量电路(4)，可控变压器电路(2)、交流电参数测量电路(4)与控制电路(3)构成电连接。

2、如权利要求1所述的路灯节能群控装置，其特征是：所述可控变压器电路(2)包括三相变压器(BYQ)，其原边绕组为星形连接方式，原边绕组的输入端与三相电网相应的相线电连接，其副边绕组的一端为输出端，给路灯电路(1)供电，副边绕组的另一端短接后经一级节电接触器常开触点(K5-1)与零线(N)电连接，每相副边绕组上设有一个或多个抽头，每相副边绕组上对应位置的抽头短接在一起，并通过各自的节电接触器的常开触点(K6-1)、(K7-1)与零线(N)电连接。

3、如权利要求1所述的路灯节能群控装置，其特征是：所述路灯电路(1)包括单灯电路(1-1)，与单灯电路(1-1)电连接的单灯节能电路(1-2)；单灯电路(1-1)包括气体放电灯(OC)，与气体放电灯(OC)并联的启动器(OD)，与气体放电灯(OC)和启动器(OD)相串联的电感镇流器(OB)；单灯节能电路(1-2)包括串在单灯电路(1-1)前端的多抽头电感器(OA)，其抽头分别经各自的继电器常开触点与电感镇流器(OB)电连接，单灯节能电路(1-2)还包括控制不同继电器得电的单灯节能控制电路。

4、如权利要求3所述的路灯节能群控装置，其特征是：所述单灯节能控制电路包括从处理器及其时钟电路，与从处理器及其时钟电路电连接的单灯继电器驱动电路，单灯节能控制电路还包括设在单灯电路(1-1)供电电路中的电压电流检测电路，电压电流检测电路包括电压检测电路和电流检测电路，其中电压检测电路包括串联在路灯A相火线(A2)与零线(N)之间的火线电阻(R2)和零线电阻(R1)，其串接点与电压信号处理电路的输入端电连接；电流检测电路为电流互感器(OI)，该电流互感器(OI)的信号输出端与电流信号处理电路的输入端电连接。

5、如权利要求1所述的路灯节能群控装置，其特征是：所述交流电参数测量电路(4)包括与交流电路电连接的测量处理电路(7)，与测量处理电路(7)电连接的测量控制电路(6)，与测量控制电路(6)电连接的补偿电路(8)、显示电路(9)和通讯电路(10)。

6、如权利要求1所述的路灯节能群控装置，其特征是：控制电路(3)中设有系统地址设定电路(DS)、通讯接口电路(IC38)和显示接口电路(IC47)。

7、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的路灯节能群控装置，其特征是：还包括设在可控变压器电路(2)输出端的主补偿电路(5)，主补偿电路(5)与控制电路(3)电连接。

8、如权利要求7所述的路灯节能群控装置，其特征是：所述主补偿电路(5)包括一个或多个电容组，所述电容组包括三个支路，每个支路由串联在一起的电容和接触器常开触点构成，所述三个支路的一端与零线电连接，另一端分别与三个相线中的一个电连接。

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