照明节能控制器的应用及原理

国内照明节能控制设备的性能比较
随着我国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控设备得到了空前的发展，当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧急和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛重视。
目前国内照明节能主要的途径有两种：
采用高效的节能型光源，也就是使用发光效率高的灯泡或灯管
在现有照明系统上加装节能控制设备
从实际应用的角度来看，第一种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大，使许多单位望而却步。同时，高效节能光源（灯管、灯泡）是传统光源价格的5~10倍，如果采购的节能型灯具本身质量有问题或是电网供电质量不好，节能型灯具使用寿命很短，这样就可能造成使用单位出现“节能不节钱”的不正常现象。
对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实用，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。从工作原理上大致分为三大类。
1. 可控硅斩波型照明节能装置
原理：采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。
这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。
但该调压方式存在一致命缺陷，由于斩波，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染，危害极大，不能用在有电容补偿电路中。（现代照明设计要求规定，照明系统中功率因数必须达到0.9以上，而气体放电灯的功率因数在一般在0.5以下，所以都设计用电容补偿功率因数）在国外发达国家，已有明文规定对电气设备谐波含量的限制，在国内，北京、上海、广州等大城市，已对谐波含量超标的设备限制并入电网使用。
大功率可控硅斩波型节电设备，因其自身存在谐波污染的缺陷，如果加装滤波设备，成本太高，是不经济的，所以此类设备是不宜用于照明电路中。
谐波的危害
a.缩短电力电容器的使用寿命，严重情况下，会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
b.变压器的铜耗、铁耗增大，减少变压器的实际使用容量，浪费电能。
c.增加电气设备附加损耗，减少出力，浪费电能，严重时使电气设备过热，烧损。
d.造成开关、接触器等电气设备的误动作，自动化仪表不能正常工作。
e.产生严重的、看不见的电磁波干扰，使有线和无线信号无法接收和传输，影响手机、电视、广播、电脑等设备的正常使用，损害人体正常生理机能。
2. 自耦降压式调控装置
现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低5、10、15、20V等几个档，从而达到降压节电的目的。
这类产品最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。
存在的技术缺陷：
1) 固定多档降压器
由于其核心部件是一个多抽头的变压器，变压比是固定的，一般副边有三到五个降压抽头，分别降5V、10V、15V、20V，一旦接线端固定，降低电压就是固定值，当电网电压波动时，调控装置的输出电压也会上下波动，这样照明的工作电压处在不稳定波动状态，无法起到对电光源的保护作用。如图所示，当电网电压高时，节电率不是最佳状态；而电网电压低时，可能出现欠压现象，造成灯具无法正常点亮，反而降低灯具寿命，这是这类调控装置存在的最大安全缺陷。当用电高峰时，电压过低，电气设备也无法正常运行。
2)接触器型降压器
这类调控装置为了能做到额定电压正常启动，并在过电压和欠电压时跳到旁路（设备的安全保护），一般都用的都是交流接触器来进行切换，这是最简单和常用的办法。但是，如果用接触器作为节电产品的电压调整装置的话，其安全性、可靠性和无故障工作寿命都不能保障，存在安全隐患，原因如下：
a.交流接触器的工作原理是用电磁线圈吸合、断开，来控制触头常开或是常闭，属机械移动部件，只适用于不经常动作的开关场合，如灯具、电器的开起和关断，切换次数是有限的，不适用于频繁切换的场合。
b.交流接触器在切换动作时，是机械的吸合和断开，所以会有短暂的10~20ms的断电，我们称之为“闪断”，这样的断电会导致HID灯( High Intensity Discharged Lamp—高压气体放电灯，如高压钠灯、金卤灯、高压汞灯等)熄灭。这种灯的特性决定，在熄灭以后，必须等到灯管冷却，蒸气压下降后才能再点亮，一般需要5~10min左右，在使用中，这将是个严重故障。
根据以上原因，交流接触器是不能用来控制照明调控装置进行频繁切换的。所以，生产和销售此类节电产品的厂家，一般做不到实时稳定电压、多时段调控等功能，这也就是这类节电产品的缺点所在。