CN202663612U - 一种无级差式照明节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无级差式照明节能装置，属于照明节能技术领域，把电力电子技术和电磁调控技术结合起来实现无级差调光节能。电力电子电路为交-交变功率电路，由四个IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4组成，D1、D2、D3、D4反向并联在每个IGBT的集电极和发射极端。C1为滤波电容，C2和L1构成LC滤波电路。电磁回路由耦合电感L组成，其副线圈21端子通过开关K3与交-交变功率电路连接；主线圈11端子接市电的火线，12端子作为装置的输出端。通过控制单元调节交-交变电路的功率，改变电磁回路的功率，从而调整整个装置的输出功率。本实用新型具有耐冲击，功率调节范围宽，成本低，效率高特点。

Description

一种无级差式照明节能装置

技术领域

本实用新型属于照明节能技术领域，特别涉及一种无级差式照明节能装置。

背景技术

随着城市化进程的加快和社会文明进步，美化亮化城市不仅是各级政府造福一方的重要工程，更是关系到广大人民日益增长的物质、文化生活的需要。但照明用电现在已占到了全球总用电量的10％一20％，各国政府都纷纷制定了本国的绿色照明计划。所谓绿色照明就是在保证或提高照明质量的前提下节约用电，减少对不可再生资源的消耗和大气污染，以达到保护生态环境的目的。绿色照明工程的节能，不只是提高光源的效率，同时还要对照明系统中的每一个环节进行节能处理，以提高对能源的利用率。目前公开的照明节能产品及其特点有：

（1）、SCR可控硅控制产品：输出电压严重畸变，污染电网，产生干扰，无法满足电磁兼容要求，影响电力调度，同时只能适应感性灯光负载，对目前提倡的多元化照明和国家强制的电容补偿无法适应。

（2）、电磁自藕变压器固定抽头机械切换产品：体积大而笨重，工作时无法进行调压调光，节能率固定，照度无法控制，出现照度与需求倒置的现象。

（3）、电磁自藕变压器抽头SCR切换产品：体积大笨重，突变式调压调光，对城市道路照明的HID灯有灭灯现象，调光无法精确控制，由于多SCR开关切换时有共态导同，所以故障率高。

（4）、电磁自藕变压器无级碳刷切换产品：体积大笨重，机械碳刷部件在大电流时滑动，受到电火花的影响，寿命短、故障率高。

（5）、电磁感应变压器电机伺服无级碳刷调压调光产品：由伺服电机驱动碳刷进行变压器二次侧的抽头换接实现变压器变比调节从而改变输出电压，体积大笨重，效率低，噪音大。

（6）新型电力电子电源转换装置，该类装置技术含量高、易于实现智能化。一类是由AC-DC-AC的模式构成，类似于变频器的拓扑构成，但此类产品效率低，且难以适应电光源类负载复杂的阻抗特性，容易造成逆变桥的共态导通，导致炸机的严重事故。另一类是AC-AC的高频斩波变换模式构成，此类中IGBT模块为不对称结构，大功率扩展困难，且在照明功率较大的场合，其散热成为制约设备使用的关键因素，而难以克服。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种无级差式照明节能装置，该装置把电力电子技术和电磁调控技术结合起来实现调光节能，具有安全可靠、效率高、调节平滑、大功率扩展容易、环保节能等优点。

本实用新型为达到上述目的所采用的无级差式照明节能装置：其特征在于，该装置包括主要由电力电子变功率电路、电磁电路，以及连接电力电子变功率电路和电磁电路的接触器组成的主电路，与主电路相连的控制电路；

所述的电力电子变功率电路包括由四个IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4，组成的交-交变电路，以及由两个电容C1、C2和一个电感L1组成的滤波电路；其中第一IGBT Q1的发射极与第二IGBT Q2的发射极相接，第二IGBT Q2的集电极和第三IGBT Q3的集电极相接，第三IGBT Q3的发射极和第四IGBT Q4的发射极相接。第四IGBT Q4的集电极接零线，第一IGBT Q1的集电极通过第一接触器K1接到火线；四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4分别反并联在四个IGBT Q1、Q2、Q3、Q4的集电极与发射极间；第一电容C1跨接在第一IGBT Q1和第四IGBT Q4的集电极，构成输入端的滤波电路；电感L1、第二电容C2组成输出端的滤波电路，电感L1的一端接第二IGBT Q2和第三IGBT Q3的集电极，电感L1的另一端与第二电容C2接连，第二电容C2的另一端接到零线；

所述的电磁电路主要由耦合电感L组成（主线圈11端和副线圈21端是同名端），该耦合电感L的副线圈21端子通过第三接触器K3接到该电力电子变功率电路中，并且接到电感L1、第二电容C2相连公共端上，耦合电感L的副线圈22端子接到零线；该耦合电感L的主线圈11端子接到火线，是装置的输入端，耦合电感L的主线圈12端子作为整个装置的输出端，耦合电感L的主线圈的11和12两端再跨接第二接触器K2。

该控制电路包括由温度检测电路、电压和电流采样电路组成的检测保护模块，IGBT驱动电路、整流滤波电路、A/D转换电路和中央处理器电路；其中，温度检测电路、通讯模块和人机界面分别与中央处理器电路相连，电流电压采样电路的输入端连接在装置的输出端，电流电压采样电路的输出端连与整流滤波电路相连，整流滤波电路通过A/D转换电路与中央处理器电路相连；中央处理器电路、检测保护模块电路分别与主电路相连；IGBT驱动电路与主电路中的IGBT控制端相连接，控制IGBT工作逻辑状态。

所述的检测保护模块实现过压与欠压保护，过流与欠流保护，超温保护。

所述的控制电路还连接有串行通讯模块和人机交互界面，实现远程和现场设置参数、调节功率、查询信息。

本实用新型采用上述技术方案后的有益效果：

（1）效率高，无机械部件和易损部件，安全可靠，装置寿命长。

（2）采用了电力电子技术和电磁相结合，使得功率扩展容易实现。

（3）无级差式调控，最大限度保障光源寿命。

（4）智能化地进行调光节能，实现远程通讯调光节能。

附图说明

图1为本实用新型的主电路原理图；图中虚线框I内是电力电子变功率电路，虚线框II内是电磁电路。

图2为本实用新型的装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型提出的无级差式照明节能装置，如图1、2所示，包括由电力电子变功率电路I和电磁电路II，以及连接电力电子变功率电路和电磁电路的接触器组成的主电路，与主电路相连的控制电路；

所述的电力电子变功率电路I包括由四个IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4，组成的交-交变电路，以及由两个电容C1、C2和一个电感L1组成的滤波电路；其中Q1的发射极与Q2的发射极相接，Q2的集电极和Q3的集电极相接，Q3的发射极和Q4的发射极相接。Q4的集电极接零线，Q1的集电极通过接触器K1接到火线；四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4分别反并联在Q1、Q2、Q3、Q4的集电极与发射极间；电容C1跨接在Q1和Q4的集电极，构成输入端的滤波电路。电感L1、电容C2组成输出端的滤波电路，L1的一端接Q2和Q3的集电极，另一端与C2接连，C2的另一端接到零线；

所述的电磁电路II主要由耦合电感L组成（主线圈11端和副线圈21端是同名端），该耦合电感L的副线圈21端子通过接触器K3接到该电力电子变功率电路中，并且接到L1、C2相连公共端上，22端子接到零线；该耦合电感L的主线圈11端子接到火线，是装置的输入端，12端子作为整个装置的输出端，主线圈的11和12两端再跨接接触器K2。

本实用新型的工作原理：本装置的输入端一般接在控制照明负载的变压器或开关柜上，装置的输出端接上照明负载后，在接通电源使光源预热阶段，控制电路发信号使K2闭合，Uout=Uin，负载电流经输入端Uin、接触器K2、输出端Uout到光源，光源运行在额定功率状态。当节电状态时间到，控制电路首先控制K1和K3接触器闭合，同时控制IGBT工作，使Q3和Q4开通，在交流电压正半周时，控制IGBT工作，使Q2开通，Q1关断；在交流电压负半周时，使Q2开通，Q1关断，此时相当于耦合电感的副线圈是短接的，两端电压差为0V。然后控制K2打开，负载电流经输入端Uin、耦合电感L的主线圈、输出端Uout到负载，此时，在电压正半周，使Q3工作于高频斩波状态，Q2和D1作为续流回路；在电压负半周，使Q4工作于高频斩波状态，Q1和D2作为续流回路。这样只要控制电路控制IGBT工作状态，也就是调节斩波的占空比，则可以使耦合电感副线圈的功率改变，同时主线圈的功率也随之变化。这样就实现了整个装置输出功率的改变，也从而使光源运行在变功率状态，达到了节能的目的。

本实用新型的主电路中各器件均采用常规商用产品。

本实用新型的控制电路实施例具体组成如图2所示，包括由温度检测电路、电压和电流采样电路组成的检测保护模块，IGBT驱动电路、整流滤波电路、A/D转换电路和中央处理器电路，还可设置通讯模块和人机界面；其中，温度检测电路、通讯模块和人机界面分别与中央处理器电路相连，电流电压采样电路的输入端连接在装置的输出端，电流电压采样电路的输出与整流滤波电路相连，整流滤波电路通过A/D转换电路与中央处理器电路相连；中央处理器电路、检测保护模块电路分别与主电路相连；控制电路中的IGBT驱动电路与主电路中IGBT的控制端相连接，控制IGBT工作逻辑状态。

检测保护模块实现过压与欠压保护，过流与欠流保护，超温保护。检测保护模块实时检测主电路的电压、电流、温度信息，经过整流、滤波和A/D转换后传输给中央处理器；中央处理器的工作流程为：如果电压电流处于正常工作区间，中央处理器通过比较实际电压值和软件设定的电压值来调节PWM信号的占空比，稳定或调整电压输出值，直到满足设置要求；如果电压电流出现异常，则按照电流电压保护策略进行异常处理。电压电流异常包括过压与欠压，过流与欠流。相应的保护策略包括有：当出现过压过流异常（一般工作电压超过额定电压20%，例如单相电压超过265伏，电流超过额定电流值时则为出现过压过流异常），控制电路发出信号使K2闭合，K1和K3也处在闭合状态，装置暂时退出节能状态，等待电压电流恢复正常值后，装置重新投入节能；当出现欠压欠流异常（工作电压低于额定电压80%，工作电流低于额定电流2%），控制电路发出信号使K2闭合，K1和K3断开，不再自动重新投入节能。

温度检测模块检测到温度异常，按照温度保护策略也进入异常处理：即装置工作温度超过45度，则启动风扇进行强制散热，温度超过80度，控制电路发出信号使K2闭合，K1和K3也处在闭合状态，设备暂时退出节能状态，等待温度恢复到60度以下，装置重新投入节能。

上述流程通过常规的技术编制成控制程序，事先存储在中央处理器中。

通信模块和人机交互界面可供远程和现场设置参数、调节功率、查询信息。

控制电路中的各电路均采用常规的成熟电路：IGBT器件的驱动电路由安捷仑公司316J驱动芯片及其辅助电路组成；中央处理器电路由ST公司STM8S207R8T6C芯片及其辅助电路组成；电压、电流采样电路由Cirrus logic的CS5463智能电表专用芯片组成，该芯片中还集成了整流滤波电路、A/D转换电路；温度检测电路由常规的热敏电阻及其辅助电路组成；通信模块采用MAX232和MAX485作为通信接口；人机界面采用真彩触摸屏。

Claims (3)

1.一种无级差式照明节能装置，其特征在于，该装置包括主要由电力电子变功率电路、电磁电路，以及连接电力电子变功率电路和电磁电路的接触器组成的主电路，与主电路相连的控制电路；

所述的电力电子变功率电路包括由四个IGBT（Q1、Q2、Q3、Q4）和四个快恢复二极管（D1、D2、D3、D4）组成的交-交变电路，以及由两个电容（C1、C2）和一个电感（L1）组成的滤波电路；其中第一IGBT（Q1）的发射极与第二IGBT（Q2）的发射极相接，第二IGBT（Q2）的集电极和第三IGBT（Q3）的集电极相接，第三IGBT（Q3）的发射极和第四IGBT（Q4）的发射极相接，第四IGBT（Q4）的集电极接零线，第一IGBT（Q1）的集电极通过第一接触器（K1）接到火线；四个快恢复二极管（D1、D2、D3、D4）分别反并联在四个IGBT（Q1、Q2、Q3、Q4）的集电极与发射极间；第一电容（C1）跨接在第一IGBT（Q1）和第四IGBT（Q4）的集电极，构成输入端的滤波电路；电感（L1）、第二电容（C2）组成输出端的滤波电路，电感（L1）的一端接第二IGBT（Q2）和第三IGBT（Q3）的集电极，电感（L1）的另一端与第二电容（C2）接连，第二电容（C2）的另一端接到零线；

所述的电磁电路主要由耦合电感（L）组成；该耦合电感（L）的主线圈11端和副线圈21端是同名端，该耦合电感（L）的副线圈21端子通过第三接触器（K3）接到该电力电子变功率电路中，并且接到电感（L1）、第二电容（C2）相连公共端上，耦合电感（L）的副线圈22端子接到零线；该耦合电感（L）的主线圈11端子接到火线，是装置的输入端，耦合电感（L）的主线圈12端子作为整个装置的输出端，耦合电感（L）的主线圈11和12两端再跨接第二接触器（K2）。

2.如权利要求1所述的无级差式照明节能装置，其特征在于，该控制电路包括由温度检测电路、电压和电流采样电路组成的检测保护模块，IGBT驱动电路、整流滤波电路、A/D转换电路和中央处理器电路；其中，温度检测电路、通讯模块和人机界面分别与中央处理器电路相连，电流电压采样电路的输入端连接在装置的输出端，电流电压采样电路的输出端与整流滤波电路相连，整流滤波电路通过A/D转换电路与中央处理器电路相连；中央处理器电路、检测保护模块电路分别与主电路相连；IGBT驱动电路与主电路中的IGBT控制端相连接。

3.按照权利要求1所述的无级差式照明节能装置，其特征在于：所述的控制电路还连接有串行通讯模块和人机交互界面。 

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