基于單片機控制的智能化路燈節能裝置的設計

0 引言

隨著大中城市規模的不斷擴大，城市市容的改善，照明路燈的數量越來越多，其用電量占城市的總用電量的比例不斷增加。以往的路燈照明大多采用直接供電方式，人工送電人工關閉。這種方式有許多不足：供電系統在不同的時間電壓是波動的，在用電高峰期，電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當電壓高時不但影響照明設備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加（電源電壓若增加20%，則耗電量增加44%），當低谷時，照明設備又不能正常工作；利用人工送電，增加人員開資，有時又不能及時開閉，即影響正常照明又浪費電能。因而有必要針對上述問題開發出一種使用方便又節能的裝置，這種裝置應有如下功能。

（1）穩壓控制：無論在用電高峰還是用電低谷，始終能使供電電壓穩定在額定值范圍內；

（2）顯示功能：可顯示輸入電壓、輸出電壓、三相電流、功率因數、有功、無功等參數；

（3）定時啟停：不同地區不同季節，晝夜交替時間是不同的，系統能根據地區和季節自動調節開閉路燈時間；

（4）根據天氣情況調節啟停時間：在定時啟停功能上能有根據天氣情況開閉路燈；

（5）自動功率因數補償：隨著照明設備的不斷升級，系統應有功率因數補償功能；

（6）效率高，無波形畸變，電壓調節平穩，適應負載廣泛，能承受瞬時超載，可長期連續工作，手控自控隨意切換，設有過壓，欠壓自動保護功能。

1 系統工作原理

交流調壓方式有多種，常見的有自耦變壓器調壓方式、調相方式、磁飽和穩壓方式等。這幾種方式均無法滿足路燈節能裝置的功能要求，自耦變壓器方式在大電流供電時，由于其碳刷的限制，不能滿足要求；而調相方式存在著波形畸變，即對電網有干擾，又對一些新型照明設備有干擾，無法滿足要求；磁飽和方式在大功率時因其體積龐大無法滿足要求。

補償變壓器方式可應用于交流調壓中，這種方式的電氣原理圖如圖1所示。現以一相為列，說明其穩壓工作原理。若不計補償變壓器阻抗壓降，則

式中：Uo—穩壓器輸出電壓；
Uo=Ui+Ub
Ui—穩壓器輸入電壓；
Ub—補償變壓器的輸出電壓。

調壓變壓器是一個雙觸頭輸出，每個觸頭均可在全程范圍內移動。當觸頭A在上，觸頭B在下時，補償變壓器的輸出電壓Ub相位與Ui相同；當觸頭A在下，B在上時，補償變壓器輸出的電壓Ub相位與Ui相反。當輸入電壓Ui增加ΔUi時，控制電路調節觸頭A與B移動，使觸頭B移到上端，A移到下端，補償電壓Ub也相應改變ΔUb，且ΔUb=-ΔUi，Uo= Ui-ΔUb，使輸出電壓Uo保持不變；當輸入電壓Ui減小ΔUi時，控制電路則將觸頭A移到上端，B移到下端，此時ΔUb=ΔUi，Uo=Ui+ΔUb，使輸出電壓Uo保持不變。

當系統是三相電源時，電路由三相補償變壓器TB、三相調壓器TUV、電壓檢測單元、伺服電機控制機構，保護電路等組成，電氣原理圖如圖2所示。

調壓變壓器TUV的一次繞組接成Y形，連接在穩壓器的輸出端，二次繞組連補償變壓器TB的一次繞組，而補償變壓器的二次繞組串聯在主電路中。

其穩壓過程是：根據輸出電壓的變化，由電壓檢測單元采樣，檢測并輸出信號，控制伺服電機轉動，帶動變壓器TUV上的電刷來調節變壓器的二次電壓，以改變補償電壓的極性與大小，實現輸出電壓自動穩定在穩壓整定精度允許的范圍內，從而達到自動穩壓的目的。

補償變壓器方式具有體積小、控制靈活、調壓變壓器的功率和輸出電流可減至最小、可連續工作和過載能力強等特點。