CN202231919U

CN202231919U - 一种节能软启动路灯控制系统

Info

Publication number: CN202231919U
Application number: CN2011203505851U
Authority: CN
Inventors: 吴敏; 鞠全勇; 刘旭明; 牟福元; 周扩建; 周洪
Original assignee: Jinling Institute of Technology
Current assignee: Jinling Institute of Technology
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-19

Abstract

本实用新型公开一种节能软启动路灯控制系统，其包括交流电源、并接在交流线路中的1个以上照明灯，以及光敏三极管、第一负载控制模块、第一软启动模块；光敏三极管的集电极经限流电阻连接交流电源的火线输入端，发射极接地；光敏三极管与照明灯之间的火线上设有二极管；第一负载控制模块的主动负载串联端、从动负载串联端、交流电源零线连接端分别连接照明灯、火线、零线；第一软启动模块连接在第一负载控制模块的从动负载串联端与交流电源火线之间；第一软启动模块中包括接触器以及可控制接触器延时闭合的延时部分；接触器的常开触点并联在二极管的两端上。光电三极管的设置、二极管与接触器常开触点的状态配合可实现路灯的节能和软启动。

Description

一种节能软启动路灯控制系统

技术领域

本实用新型涉及路灯控制技术领域，尤其是一种节能软启动路灯控制系统，具体地是一种能根据自然光线的明暗程度实现路灯的自动开启和关断，在自动开启时灯头能够逐渐点亮的路灯控制系统。

背景技术

目前，照明节电问题列为除动力节电以外的另一重大节电项目，城市道路的公共照明路灯，其控制方式为供电部门定时开启和关闭，由于夜晚经常是前半夜人多，需要的照明亮度高，而后半夜至天亮这段时间，车辆稀少、人流量大减，需要的照明亮度低，如果路灯还象前半夜一样照明将造成不必要的电能浪费。另外，一般路灯在白天是不会开启的，当遇上恶劣天气造成道路光照度不足的时候，路灯不及时开启就容易发生意外交通事故。

同时，在刚合上电源开启路灯的瞬间，由于路灯灯丝冷态时电阻较小，瞬间加上高电压灯丝一般会有较大的冲击电流，从而造成路灯相对使用寿命较短。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种节能软启动路灯控制系统，以实现能够根据环境明暗自动开关路灯，在开启时能够使路灯逐渐点亮，从而延长路灯的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种节能软启动路灯控制系统，包括交流电源以及并联接在交流电源火线和零线之间的1个以上照明灯，还包括：

光敏三极管，其集电极极连接交流电源的火线，发射极接地；交流电源输入端与光敏三极管集电极之间的火线上设有限流电阻R；光敏三极管与照明灯之间的火线上设有第一二极管VD；

第一负载控制模块，其包括从动负载串联端、主动负载串联端以及交流零线连接端；照明灯一端连接交流电源的火线，另一端连接第一负载控制模块的主动负载串联端，并通过交流电源零线连接端连接交流电源零线；第一负载控制模块的从动负载串联端连接交流电源的火线；

第一软启动模块，其连接在第一负载控制模块的从动负载串联端与交流电源火线之间；包括接触器KM1以及可控制接触器KM1延时闭合的延时部分；接触器KM1的常开触点并联在第一二极管的两端上。

应用中，本实用新型光敏三极管的设置可使得照明路灯在光线强度较大时均不会通电亮起；光线强度较弱时，因串联在电源火线上的二极管的半波整流作用，以及限流电阻的分压作用，照明路灯在初始通电时的亮度较弱，灯丝被较低电压预热，可延长使用寿命。当软启动模块中的接触器延时励磁闭合，则二极管被闭合后的接触器常开触点短接，此时照明路灯将在全压下工作，亮度达到最大。

作为一种改进，本实用新型还包括备用照明模块以及备用照明启动控制器；

备用照明模块中包括1个以上备用照明灯以及第二负载控制模块和第二软启动模块；备用照明灯的一端连接交流电源火线，另一端连接第二负载控制模块的主动负载串联端，并通过第二负载控制模块的交流电源零线连接端连接交流电源零线；

第二软启动模块连接在第二负载控制模块的从动负载串联端与电源火线之间；第二软启动模块中包括接触器KM11以及可控制接触器KM11延时闭合的延时部分；

备用照明启动控制器中包括接触器KM2；接触器KM2的第一常开触点串接在照明灯和备用照明模块之间的火线上；

备用照明灯与接触器KM2常开触点之间的交流电源火线上串接有第二二极管VD2，第二软启动模块中的接触器KM11的常开触点并联在第二二极管VD2的两端上。

具体的，可通过备用照明启动控制器来控制KM2的第一常开触点的闭合或断开，进而控制备用照明模块的工作或空闲状态。

优选的，本实用新型所述备用照明启动控制器中还包括接触器KM2的第一常开触点控制电路；控制电路中包括直流电源，以及并联在直流电源的正极端与公共端之间的第一至第四控制线路；

第一控制线路中包括串联的常闭按钮开关SB1、常开按钮开关SB2以及中间继电器K1线圈，还包括并联在常开按钮开关SB2两端上的中间继电器K1的第一辅助常开触点；

第二控制线路由中间继电器K1的第二辅助常开触点、接触器KM2线圈以及中间继电器K2的常闭触点串联组成；

第三控制线路由接触器KM2的第二常开触点和时间继电器KT1线圈串联组成；

第四控制线路中包括串联的中间继电器K1的第二常开触点、时间继电器KT1的常开触点、中间继电器K2线圈以及时间继电器KT2的常闭触点；还包括并联在中间继电器K2线圈两端的时间继电器KT2线圈，以及并联在时间继电器KT1常开触点两端上的中间继电器K2的常开触点。

作为一种改进，所述备用照明启动控制器中还包括接触器KM3，KM3的第一常开触点并联在接触器KM2的第一常开触点两端上；接触器KM3的第二常开触点连接在第二软启动模块与火线之间。具体的，可在情况需要时通过手动来控制KM3接触器常开触点的闭合或断开，从而控制备用照明模块的工作或空闲状态。

优选的，接触器KM3的触点控制电路包括并联在直流电源正极端与公共端之间的第五和第六控制线路；

第五控制线路中包括串联的常闭按钮开关SB3、常开按钮开关SB4、中间继电器K3线圈；还包括并联在常开按钮开关SB4两端上的中间继电器K3的第一常开触点；

第六控制线路由中间继电器K3的第二常开触点与接触器KM3线圈串联组成。

本实用新型中的第一软启动模块以及第二软启动模块可根据现有的成熟电路技术来实现，达到控制接触器线圈延时闭合，即接触器辅助常开触点延时闭合，达到相应的效果。优选的，本实用新型中第一软启动模块中控制接触器KM1延时闭合的延时部分电路结构为：包括变压器T、整流桥KBL、555定时器、发光二极管VD1；

变压器T高压侧的两个输出端子分别连接负载控制模块的从动负载串联端和交流电源火线；变压器T的低压侧输出端连接整流桥KBL的的输入端，整流桥KBL的两个输出端子分别接在第一电解电容的的两端；第二电解电容串接第一电阻后并联在第一电解电容的两端，且第二电解电容的阳极与第一电解电容的阳极相连；

555定时器的第二管脚和第六管脚均接在第二电解电容的阴极上，第八管脚和第四管脚均接在第二电解电容的阳极上，第五管脚串接一个电容后连接第一管脚以及第一电解电容的阴极，然后接地；接触器KM1线圈的一端连接555定时器的第三管脚，另一端接地；发光二极管VD1串联电阻R2后并接在接触器KM1线圈的两端上，且电阻R2与发光二接管VD1的阳极相连。

优选的，本实用新型备用照明模块中第二软启动模块的电路结构与第一软启动模块的电路结构相同，但包括不同的接触器线圈KM1和KM11；第二负载控制模块的电路结构与第一负载控制模块的电路结构相同。

本实用新型的第一负载控制模块与第二负载控制模块的电路原理可根据现有成熟电路技术设计，以达到消除空载损耗的目的。优选的，本实用新型中的第一负载控制模块的电路结构为：包括控制极相互连接的双向可控硅VS1、VS2；双向可控硅VS1的一端为从动负载串联端，另一端连接双向可控硅VS2的一端，为交流电源串联端；双向可控硅VS2的另一端为主动负载串联端；双向可控硅VS1、VS2的控制极均通过一个电阻连接主动负载串联端，同时通过一个电容连接交流电源串联端；双向可控硅VS1、VS2的两端之间均串接有电阻和电容。第二负载控制模块与第一负载控制模块的电路结构相同。

优选的，本实用新型备用照明启动控制器中的时间继电器KT1定时为6小时；时间继电器KT2定时为18小时。配合接触器KM2的触点控制电路应用时，可实现在第一天的18:00按下按钮开关SB2启动控制电路后，每天的18:00及其以后的时间内（即在每天的18:00~0：00时间段内），当自然环境的光线变暗到一定程度时，备用照明模块软启动后开始工作，并一直延续到00:00后停止照明，满足18:00~00:00时间段内夜间照明的较大需求。

本实用新型的有益效果为：

1、光敏三极管的设置可使路灯系统根据自然光线的明暗程度实现自动开启和关断；

2、软启动的实现能够延长路灯的使用寿命；

3、负载控制模块的利用使得本实用新型的控制电路不存在空载损耗，减少了电能的耗费；

4、备用照明模块以及备用照明启动控制器的设置使得本实用新型能根据交通情况自动定时调节路灯用电功率，且无空载损耗，从而减少电能浪费；

5、本实用新型不仅在白天遇上恶劣天气造成道路光照度不足时，路灯能够自动开启；并且可以根据情况，如后半夜因为特殊路况需要光照度较高等，手动调整参与照明的路灯数量，调节光照度，满足工作人员的照明需求以及以防止发生意外交通事故；

6、本实用新型的控制器所采用的元器件均为常见元器件，安装方便，易于大面积推广。

附图说明

图1所示为本实用新型的第一种实施例电路原理图；

图2所示为负载控制模块电路原理图；

图3所示为本实用新型第二种实施例电路原理图；

图4所示为本实用新型第二种实施例中接触器KM2的触点控制电路；

图5所示为本实用新型第二种实施例中接触器KM3的触点控制电路。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例作进一步的说明。

结合图1，本实用新型的第一种实施例结构为，包括：交流电源以及并联接在交流电源火线和零线之间的1个以上照明灯H1~Hn；

光敏三极管VT，其集电极连接交流电源的火线，发射极接地；交流电源输入端与光敏三极管集电极之间的火线上设有保险丝BX、限流电阻R；光敏三极管VT与照明灯H1~Hn之间的火线上设有第一二极管VD；限流电阻R是为了防止环境光线较亮时VT被烧坏的。

第一负载控制模块01，其包括从动负载串联端1、主动负载串联端2以及交流零线连接端3；照明灯H1~Hn一端连接交流电源的火线，另一端连接第一负载控制模块01的主动负载串联端2，并通过交流电源零线连接端3连接交流电源零线；第一负载控制模块01的从动负载串联端1连接交流电源的火线。负载控制模块能够判断电路是否接有负载，并利用有无负载的信息来控制其它负载的工作；

结合图1和图2，第一负载控制模块的电路结构为：包括控制极相互连接的双向可控硅VS1、VS2；双向可控硅VS1的一端为从动负载串联端，另一端连接双向可控硅VS2的一端，为交流电源串联端；双向可控硅VS2的另一端为主动负载串联端；双向可控硅VS1、VS2的控制极均通过一个电阻连接主动负载串联端，同时通过一个电容连接交流电源串联端；双向可控硅VS1、VS2的两端之间均串接有电阻和电容。本模块中双向可控硅VS1和VS2的耐压务必在600—1000V内，其通态电流应根据具体应用场合选定，并以1.5—2倍于负载工作电流来选取。其中的R5、C6、R3、C4构成VS1和VS2的尖峰抑制电路，是为了抑制双向可控硅导通时的自感电势尖峰，如不加入此电路，VS1和VS2极易击穿。该模块中作用电容均采用耐压值大于400V的无极性电容器。

第一软启动模块02，其连接在第一负载控制模块01的从动负载串联端2与交流电源火线之间；包括接触器KM1以及可控制接触器KM1延时闭合的延时部分；接触器KM1的常开触点并联在二极管VD1的两端上。

第一软启动模块中控制接触器KM1延时闭合的延时部分电路结构为：包括变压器T、整流桥KBL、555定时器、发光二极管VD1；

555定时器选用现有技术的成熟模块产品，其第二管脚和第六管脚均接在第二电解电容的阴极上，第八管脚和第四管脚均接在第二电解电容的阳极上，第五管脚串接一个电容后连接第一管脚以及第一电解电容的阴极，然后接地；接触器KM1线圈的一端连接555定时器的第三管脚，另一端接地；发光二极管VD1串联电阻R2后并接在接触器KM1线圈的两端上，且电阻R2与发光二接管VD1的阳极相连。

当环境光线较亮时，光敏三极管VT饱和导通，呈低电阻状态，路灯组H1～Hn上基本没有电流流过而处于熄灭状态；第一负载控制模块01中的双向可控硅VS2和VS1均不会触发导通，第一软启动模块02不工作。即只有当第一负载控制模块的主动负载串联端2有负载时（即不是空载状态时），第一负载控制模块01的从动负载串联端1所接的负载（如本实施例中的第一软启动模块02）才有电流流过（即才开始工作）。负载控制模块01的接入，使得本控制电路不存在空载损耗，减少了电能的耗费。

当自然环境的光线变暗到一定程度时，光敏三极管VT截止呈高阻状态，接入电网的交流电源电压经过保险丝BX、限流电阻R和二极管VD向路灯组提供电能。由于第一二极管VD的串入相当于半波整流，同时限流电阻R的串入使得加在灯组上的电压有部分降落，使得路灯组两端的电压低于0.45×220V=99V，此时以低压对H1～Hn的灯丝进行预热。供电电流流经路灯组H1～Hn后，经第一负载控制模块01的主动负载串联端2进入第一负载控制模块01。然后供电电流首先通过电阻R4向电容C5充电，当C5上的电压充到一定幅值时，即可触发双向可控硅VS2和VS1，VS1导通后，第一软启动模块02开始工作：

控制接触器KM1延时闭合的延时部分的电源由变压器T变压、整流桥KBL整流、第一电解电容C1滤波后供给。此时集成电路555定时器的2、6脚呈高电平，故555定时器的3脚仍为低电平，接触器线圈KM1处于释放状态。随着时间的推移，电源通过R1向C2缓慢充电，使得C2两端的电位差越来越大，即555定时器的2、6脚电位越来越低。当555定时器的2、6脚电压低于1/3电源电压时，555定时器立即触发置位，此时555定时器的3脚由原来的低电平跳变为高电平，接触器KM1励磁吸合，其常开触点KM1闭合，使得第一二极管VD被短接，则照明路灯组H1～Hn开始全压工作。第一软启动模块的延时时间由C2、R1的数值确定，同时由于第一二极管VD和限流电阻R的串入，T的次级电压有所下降，选用时应注意T次级的电压值。VD被短接后，T的次级电压也会随之升高，但555定时器的应用电压范围较宽(5～15V），因此完全可以适应这种变化。

结合图3和图4，本实用新型的第二种具体实施例结构为，在第一种实施例的结构基础上增加了备用照明模块，其中包括并联在交流线路中的备用照明路灯L1~Ln以及第二负载控制模块03和第二软启动模块04。备用照明灯L1~Ln的一端连接交流电源火线，另一端连接第二负载控制模块的主动负载串联端2，并通过第二负载控制模块03的交流电源零线连接端3连接交流电源零线；第二软启动模块04连接在第二负载控制模块03的从动负载串联端1与电源火线之间；第二负载控制模块的电路结构与第一负载控制模块的电路结构相同；第二软启动模块的电路结构与第一软启动模块的电路结构相同，但包括不同的接触器线圈KM1和KM11，第二软启动模块04中包括接触器KM11以及可控制接触器KM11延时闭合的延时部分；

备用照明模块通过备用照明启动控制器启动，,备用照明启动控制器中包括接触器KM2；接触器KM2的第一常开触点串接在照明灯L1~Ln和备用照明模块之间的火线上；

备用照明灯与接触器KM2常开触点之间的交流电源火线上串接有第二二极管VD2，第二软启动模块04中的接触器KM11的常开触点并联在第二二极管VD2的两端上。

结合图4，备用照明启动控制器中，接触器KM2的第一常开触点控制电路结构为：包括24V直流电源，以及并联在直流电源的正极端与公共端COM之间的第一至第四控制线路；

设置时间继电器KT1的延时时间为6小时，时间继电器KT2的延时时间为18小时。于第一天的18：00按下常开按钮开关SB2，使中间继电器K1得电，中间继电器K1常开触点闭合自锁。接触器KM2得电，其常开触点闭合；当自然环境的光线变暗到一定程度，光敏三极管VT截止呈高阻状态，路灯组L1~Ln上电；由于第一二极管VD的串入相当于半波整流，使得路灯组H1～Hn两端的电压仅有<99V，流经第二二极管VD2的电流是半波整流后的电流，则其不起整流的作用；同时由于其导通电阻非常小，所以此时路灯组L1~Ln两端的电压和H1～Hn两端的电压基本一致，即路灯组H1～Hn和L1~Ln均低压预热点亮；第一软启动模块中的接触器KM1励磁吸合时，其常开触点闭合，使得第一二极管VD被短接，路灯组H1～Hn和L1~Ln均全压工作。同时由于接触器KM2得电，使得时间继电器KT1得电，在KT1的延时时间6小时后（即00:00），时间继电器KT1常开触点闭合使得中间继电器K2得电并自锁，中间继电器K2常闭触点打开使接触器KM2失电，因而时间继电器KT1与路灯组L1~Ln也失电，此时只有路灯组H1～Hn点亮，可满足00：00以后时间里较少的照明需求，从而也减少了不必要的电能损耗。

基于上述的控制原理，结合道路的实际照明需要，可以将路灯组H1～Hn和L1~Ln在位置安排上设置为隔盏交叉放置，即按照H1、L1、H2、L2、…、Hn、Ln的顺序放置。

时间继电器KT2从00：00开始计时，18小时后(第二天18：00)，且自然环境的光线变暗到一定程度时，光敏三极管VT截止呈高阻状态，电网电压开始经过保险丝BX、限流电阻R和第一二极管VD向路灯组H1~Hn提供电能。时间继电器KT2常闭触点打开使得中间继电器K2与时间继电器KT2失电，中间继电器K2常闭触点闭合，接触器KM2重新得电使其常开触点闭合，时间继电器KT1得电，重新上述步骤实现分时控制路灯工作。只要不按下按钮SB1，该控制电路将一直运行。

0:00以后的后半夜路灯组H1～Hn工作，L1~Ln熄灭。若此时因为特殊路况需要光照度较高的时候，可以手动按下SB4，启动图7的控制电路，使中间继电器K3得电，KM3的常开触点闭合使得路灯组L1~Ln预热延时点亮，从而满足工作人员的照明需求。

结合图3和图5，为满足特殊情况下的应急照明，本实施例中还增加了接触器KM3及其辅助触点的控制电路。接触器KM3的第一常开触点并联在接触器KM2的第一常开触点两端上；接触器KM3的第二常开触点连接在第二软启动模块和备用照明模块的火线之间。

接触器KM3的触点控制电路包括并联在直流电源正极端与公共端之间的第五和第六控制线路；

在特殊情况需要应急照明时，只需手动按下常开按钮开关SB4，则接触器KM3励磁吸合，其辅助常开触点闭合；若不按下按钮SB4，则该控制系统将一直运行，接触器KM3得电使其两个常开触点闭合，这个时间段内路灯组H1～Hn是以全压工作的；KM3的常开触点闭合同时使得路灯组L1~Ln上电，且第二软启动模块04开始工作，路灯组L1~Ln预热延时点亮，从而满足此时的道路照明需要，以防止发生意外交通事故。特殊情况结束之后，按下常闭按钮开关SB3，可以使得路灯组L1~Ln熄灭。

本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims

1. 一种节能软启动路灯控制系统，包括交流电源以及并联接在交流电源火线和零线之间的1个以上照明灯，其特征是，还包括：

光敏三极管，其集电极连接交流电源的火线，发射极接地；交流电源输入端与光敏三极管集电极之间的火线上设有限流电阻R；光敏三极管与照明灯之间的火线上设有第一二极管VD；

第一软启动模块，其连接在第一负载控制模块的从动负载串联端与交流电源火线之间；包括接触器KM1以及可控制接触器KM1延时闭合的延时部分；接触器KM1的常开触点并联在第一二极管VD的两端上。

2. 根据权利要求1所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，还包括备用照明模块以及备用照明启动控制器；

3.根据权利要求2所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述备用照明启动控制器中还包括接触器KM3，KM3的第一常开触点并联在接触器KM2的第一常开触点两端上；接触器KM3的第二常开触点连接在第二软启动模块与火线之间。

4. 根据权利要求2所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述备用照明启动控制器中还包括接触器KM2的第一常开触点控制电路；控制电路中包括直流电源，以及并联在直流电源的正极端与公共端之间的第一至第四控制线路；

5. 根据权利要求3所述的节能软启动路灯控制系统内，其特征是，所述备用照明启动控制器中还包括接触器KM3的触点控制电路，其中包括并联在直流电源正极端与公共端之间的第五和第六控制线路；

6. 根据权利要求1所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述第一软启动模块中控制接触器KM1延时闭合的延时部分电路结构为：包括变压器T、整流桥KBL、555定时器、发光二极管VD1；

7. 根据权利要求1所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述第一负载控制模块的电路结构为：包括控制极相互连接的双向可控硅VS1、VS2；双向可控硅VS1的一端为从动负载串联端，另一端连接双向可控硅VS2的一端，为交流电源串联端；双向可控硅VS2的另一端为主动负载串联端；双向可控硅VS1、VS2的控制极均通过一个电阻连接主动负载串联端，同时通过一个电容连接交流电源串联端；双向可控硅VS1、VS2的两端之间均串接有电阻和电容。

8. 根据权利要求2所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述第二软启动模块的电路结构与第一软启动模块的电路结构相同。

9. 根据权利要求2所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述第二负载控制模块的电路结构与第一负载控制模块的电路结构相同。

10. 根据权利要求4所述的节能软启动路灯控制系统，其特征是，所述时间继电器KT1定时为6小时；时间继电器KT2定时为18小时。