專利名稱：路燈節(jié)能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及路燈，特別是路燈控制裝置。
背景技術(shù)：
為響應(yīng)國家規(guī)劃，節(jié)約能源，電力資源合理利用已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的重要問題?！半娀摹币殉蔀樾碌目植烂~，據(jù)權(quán)威人士透露，未來若干年內(nèi)，它仍然是影響人們學(xué)習(xí)、工作和生活的重要社會(huì)問題。
在整個(gè)用電中，照明用電占有很大的比例，有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，在路燈照明方面，每年消耗超過1000億元的電費(fèi)，其發(fā)展速度十分驚人。在城市亮化、美化大潮的趨勢下，城市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源。自2003年起，全國電力供應(yīng)全線告急，發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個(gè)較長的周期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要更多更充足的電力供應(yīng)和消耗，電力的供求之間矛盾重重。電力供應(yīng)缺口很難在短期內(nèi)得以緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然選擇，因此，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了人們的必然選擇。
目前，路燈系統(tǒng)一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具。這類燈具有發(fā)光效率高、光色好、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用，但同時(shí)也存在著諸缺點(diǎn)，如功率因子低、對電壓要求嚴(yán)格、耗電量大等。
另一方面，大部分城市路燈都采用“全夜燈”的方式進(jìn)行照明，普遍存在以下問題1、后半夜行人稀少，采用“全夜燈”的方式浪費(fèi)太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全滅的“半夜燈”照明方式；有的地方在后半夜采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的節(jié)電措施，此種方式雖然節(jié)約了電費(fèi)支出，卻帶來了社會(huì)治安和交通安全問題，不利于城市形象。
2、在后半夜因行人稀少，而應(yīng)該降低路燈的照度，以避免光源污染，影響居民的晚間休息。但是，由于后半夜是用電低谷期，電力系統(tǒng)電壓升高，路燈反而比白天更亮了。這不僅造成能源浪費(fèi)，還大大影響了設(shè)備和燈具的使用壽命。目前，路燈照明廣泛使用高壓鈉燈，其設(shè)計(jì)壽命在12000小時(shí)以上，在正常情況下至少可用3年，但是由于超壓使用，現(xiàn)在路燈燈泡的實(shí)際壽命只有1年左右，有的甚至只有幾個(gè)月，造成維護(hù)和材料的浪費(fèi)極大。較高的電壓不僅不能讓負(fù)載設(shè)備更有效地工作，而且會(huì)引起發(fā)熱及過早損壞，還會(huì)產(chǎn)生不必要的電費(fèi)開支?；谝陨显?，很有必要適當(dāng)降低用電設(shè)備的電壓。
3、影響燈具壽命的重要因素之一是來自電網(wǎng)的過電壓，特別是照明系統(tǒng)正處于啟動(dòng)過程中的過壓，會(huì)造成打火花和不穩(wěn)定重復(fù)啟動(dòng)等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種路燈節(jié)能控制裝置，該起動(dòng)裝置具有節(jié)能功效，同時(shí)可延長路燈光源的使用壽命。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
路燈節(jié)能控制裝置，它包括可變電抗器及其控制器，可變電抗器包括主繞組，主繞組串聯(lián)在電源和路燈之間。
上述方案中，它還包括傳感器，傳感器的輸出端與控制器連接。
上述方案中，傳感器包括用于測量線路上電壓的傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器。
上述方案中，主繞組與電源之間設(shè)有起動(dòng)開關(guān)，起動(dòng)開關(guān)由控制器控制。
上述方案中，控制器為單片機(jī)，傳感器的輸出端與單片機(jī)的模擬信號輸入端連接。
上述方案中，可變電抗器還包括控制繞組、功率變換電路；控制繞組的兩端與功率變換電路連接。
上述方案中，功率變換電路包括晶閘管電路，控制繞組的兩端與晶閘管電路的電流輸出端連接。
上述方案中，功率變換電路包括觸發(fā)單元，觸發(fā)單元的觸發(fā)輸出端與晶閘管電路的觸發(fā)輸入端連接；單片機(jī)的給定電流輸出端與觸發(fā)單元的給定電流輸入端連接。
本實(shí)用新型運(yùn)用電磁理論、電力電子變流技術(shù)，通過可變電抗器改變路燈的輸入電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的軟起動(dòng)和節(jié)能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1、通過調(diào)節(jié)電抗，從而改變路燈的端電壓，節(jié)電效果顯著，大大減少路燈照明電能的消耗，通過實(shí)驗(yàn)研究表明該裝置可一次性節(jié)約電能40％以上；2、實(shí)現(xiàn)了路燈的軟起動(dòng)，大大緩減燈具啟動(dòng)過程中冷啟動(dòng)大電流對光源的沖擊，延長光源的使用壽命；3、控制裝置還包括傳感器，控制器可根據(jù)線路上電壓情況、環(huán)境中的光亮情況和噪音情況的變化和預(yù)先的設(shè)定參數(shù)控制可變電抗器，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。
4、可變電抗器還包括控制繞組、功率變換電路。可變電抗器諧波分量大部分由控制繞組吸收，起到了良好的濾波效果，進(jìn)而反映在電源上的諧波較小，對電網(wǎng)供電有利，同時(shí)也將降低了諧波污染。
5、控制器為單片機(jī)，控制方法簡單，操作方便，設(shè)備成本低。
6、功率變換電路包括晶閘管電路，晶閘管串聯(lián)交流調(diào)壓固態(tài)軟起動(dòng)方法與液態(tài)軟起動(dòng)方法相比，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和價(jià)格優(yōu)勢。
7、功率變換電路包括觸發(fā)單元，使得單片機(jī)對可變電抗器的控制較為容易。


圖1為本實(shí)用新型路燈節(jié)能控制裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為控制器的結(jié)構(gòu)框圖圖3為單片機(jī)的電路原理圖圖4為晶閘管電路的電路原理圖圖5為觸發(fā)單元的電路原理圖圖6為本實(shí)用新型路燈節(jié)能控制裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
如圖1所示的本實(shí)用新型路燈節(jié)能控制裝置實(shí)施例1，它為在0.4-10KV三相電源上使用的路燈節(jié)能起動(dòng)裝置。
它包括可變電抗器2及其控制器3、傳感器4，可變電抗器2包括導(dǎo)磁鐵芯201、三個(gè)主繞組202、三個(gè)控制繞組203、功率變換電路204，各主繞組202串聯(lián)在電源和路燈1之間。傳感器4的輸出端與控制器連接。各控制繞組203的兩端與功率變換電路204連接。
各主繞組202與電源之間分別設(shè)有起動(dòng)開關(guān)K1，各起動(dòng)開關(guān)K1由控制器3控制。
傳感器4包括用于測量線路上電壓的傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器。本實(shí)施例1的用于測量線路上電壓的傳感器采用互感器HL-10/0.1，光敏傳感器采用CDS、聲音傳感器采用ECR95H。
如圖2所示，控制器3包括模擬信號輸入/輸出端、開關(guān)量信號輸入/輸出端。傳感器4輸出端與模擬信號輸入端連接。起動(dòng)開關(guān)K1由控制器開關(guān)量信號輸出端輸出信號控制?？刂破?為單片機(jī)。
依據(jù)當(dāng)前的水平，單片機(jī)可以選用8031，8051，8096系列單片機(jī)。如圖3所示，本實(shí)施例1的控制器使用了AT89C51單片機(jī)。各傳感器4的輸出端與單片機(jī)的輸入端U6連接。
單片機(jī)系統(tǒng)由晶振Y1、電容C1和C2與單片機(jī)X1、X2腳相連組成時(shí)鐘電路，按鍵S1、電阻R1、R3和電容C3組成復(fù)位電路，鎖存器U2(74HC573)為單片機(jī)總線擴(kuò)展電路。
模擬量輸入部分U6用來進(jìn)行電壓傳感器信號、光敏傳感器信號、聲音傳感器信號的采集。將傳感器獲得的信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器完成從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
A/D轉(zhuǎn)換器可以選用ADC0809、TLC1543等A/D轉(zhuǎn)換芯片，本控制器使用TLC1543A/D轉(zhuǎn)換芯片。TLC1543的A0～A10模擬量輸入引腳分別連接模擬量輸入信號，EOC、CLK、DIN、DOUT、CS引腳分別與AT89C51的P1.0～P1.4引腳連接。
單片機(jī)的給定電流輸出端AOUT；模擬量輸出部分用來將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，經(jīng)過調(diào)理后輸出一定的直流電壓給功率變換單元，作為功率變換單元的給定。
D/A轉(zhuǎn)換芯片采用TLC5615，TLC5615是一個(gè)串行10位DAC芯片，只需要3根串行總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器接口，適用于工業(yè)控制場合。
將TLC5615的DIN、SCLK和CS腳分別與AT89C51的I/O口(P1.5、P1.6和P1.7)相連，輸出腳OUT輸出D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果。
TLC5615的轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的同相比例放大電路放大為功率變換單元所需要的給定電壓。
AT89C51單片機(jī)通過8255擴(kuò)展I/O口。8255有三個(gè)8位的并行口，端口可以編程為普通I/O口，也可以編程為選通I/O口和雙向傳輸口。8255的D0～D7腳與AT89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，A1，A0與單片機(jī)的地址總線相連。三個(gè)端口中，端口A和端口C的高4為擴(kuò)展為輸入口，端口B和端口C的低4位擴(kuò)展為輸出口，這樣，就擴(kuò)展了12個(gè)輸入口和12個(gè)輸出口。
輸入的開關(guān)量輸入到由8255擴(kuò)展的輸入口中，這樣通過查詢的方式即可取得輸入的結(jié)果。部分需要快速響應(yīng)的開關(guān)量，如啟動(dòng)、停止、故障等按照優(yōu)先級的高低順序接入優(yōu)先編碼器74HC148的8個(gè)輸入引腳，74HC148的A0、A1和A2腳與AT89C51的P2.0、P2.1和P2.2連接，74HC148的GS腳與AT89C51的外部中斷引腳INTO連接，這樣，當(dāng)這幾個(gè)開關(guān)量輸入時(shí)，AT89C51單片機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，從而保證了對輸入信號的及時(shí)響應(yīng)。
如上一段所述，通過8255的端口B和端口C的低4位擴(kuò)展了12個(gè)輸出口。輸出口驅(qū)動(dòng)微型繼電器。微型繼電器線圈工作電壓為12VDC，觸點(diǎn)切換電壓為24VDC，使用微型繼電器的常開開關(guān)，當(dāng)線圈吸合時(shí)，常開開關(guān)閉合，即可提供24VDC的開關(guān)量輸出，用來控制起動(dòng)開關(guān)K1。
功率變換電路204包括晶閘管電路，控制繞組203的兩端與晶閘管電路的電流輸出端連接。如圖4所示，三個(gè)控制繞組203的地線與N0端連接，輸入端分別與電流輸出端a0、b0、c0連接。
功率變換電路204包括觸發(fā)單元，觸發(fā)單元的觸發(fā)輸出端與晶閘管電路的觸發(fā)輸入端連接；如圖5所示，觸發(fā)單元的觸發(fā)輸出端U1-U6與晶閘管電路的觸發(fā)輸入端V1-V6連接，單片機(jī)的給定電流輸出端AOUT與觸發(fā)單元的給定電流輸入端(電流給定)連接。
如圖6所示的本實(shí)用新型路燈節(jié)能控制裝置實(shí)施例2，它為在220-380V單相電源上使用的路燈節(jié)能起動(dòng)裝置。
它包括可變電抗器2及其控制器3、傳感器4，可變電抗器2包括導(dǎo)磁鐵芯201、一個(gè)主繞組202、一個(gè)控制繞組203、功率變換電路204，主繞組202串聯(lián)在電源和路燈1之間。傳感器4的輸出端與控制器連接。控制繞組203的兩端與功率變換電路204連接。
主繞組202與電源之間設(shè)有起動(dòng)開關(guān)K1，起動(dòng)開關(guān)K1由控制器3控制。
權(quán)利要求1.路燈節(jié)能控制裝置，其特征在于它包括可變電抗器(2)及其控制器(3)，可變電抗器(2)包括主繞組(202)，主繞組(202)串聯(lián)在電源和路燈(1)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括傳感器(4)，傳感器(4)的輸出端與控制器連接。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于傳感器(4)包括用于測量線路上電壓的傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于主繞組(202)與電源之間設(shè)有起動(dòng)開關(guān)(K1)，起動(dòng)開關(guān)(K1)由控制器(3)控制。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于控制器為單片機(jī)，傳感器(4)的輸出端與單片機(jī)的模擬信號輸入端連接。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于可變電抗器(2)還包括控制繞組(203)、功率變換電路(204)；控制繞組(203)的兩端與功率變換電路(204)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于功率變換電路(204)包括晶閘管電路，控制繞組(203)的兩端與晶閘管電路的電流輸出端連接。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于功率變換電路(204)包括觸發(fā)單元，觸發(fā)單元的觸發(fā)輸出端與晶閘管電路的觸發(fā)輸入端連接；單片機(jī)的給定電流輸出端與觸發(fā)單元的給定電流輸入端連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及路燈節(jié)能控制裝置，它包括可變電抗器(2)及其控制器(3)，可變電抗器(2)包括主繞組(202)，主繞組(202)串聯(lián)在電源和路燈(1)之間。本實(shí)用新型運(yùn)用電磁理論、電力電子變流技術(shù)，通過可變電抗器改變路燈的輸入電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的軟起動(dòng)和節(jié)能，可延長路燈光源的使用壽命。
文檔編號H05B37/00GK2888791SQ20062009660
公開日2007年4月11日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者袁佑新, 夏澤中, 陳靜, 胡紅明, 劉蘇敏, 朱琦, 袁培剛, 吳妍 申請人:武漢理工大學(xué)