一種高效的柔性智能照明節(jié)電控制裝置

摘要：提出一種以串聯(lián)調(diào)整式PWM交流斬波器構(gòu)成的照明節(jié)電控制裝置，用于集中控制一組照明燈具以達到節(jié)電的目的。為提高該節(jié)電裝置的效率，進一步采用了非互補PWM交流斬波器控制法和器件并聯(lián)技術(shù)。此外，為使該節(jié)電裝置能適應各種照明負載，系統(tǒng)采用變壓器初級短路的旁路抗沖擊技術(shù)。實驗結(jié)果證明，所開發(fā)的智能節(jié)電裝置效率和可靠性非常高，適合于多種不同類型的負載。
關(guān)鍵詞：斬波器；串聯(lián)補償；器件并聯(lián)

1 引言
傳統(tǒng)的照明裝置如路燈照明系統(tǒng)是一種剛性照明系統(tǒng)，作為負載的燈具被動地從市網(wǎng)吸收電能。隨著市網(wǎng)電壓波動，燈具吸收的功率大幅變化，產(chǎn)生的照度也僅與市網(wǎng)電壓有關(guān)。如果按照人們社會活動和日常生活規(guī)律對照度的實際需要來靈活、主動地控制燈具照度，將會節(jié)省很大一部分電能，這樣的照明系統(tǒng)稱為柔性照明控制系統(tǒng)。該裝置應滿足以下要求：①作為節(jié)電控制裝置，自身效率必須很高；②必須能適合于不同類型的燈具負載；③具有較高的運行穩(wěn)定性和可靠性；④裝置的成本低、重量輕和體積小。
對大宗照明負載而言，較簡單有效地控制燈具功率的方法是集中控制施加在燈具上的電壓。由雙向晶閘管構(gòu)成的相控斬波電路具有控制簡單、可靠性高的優(yōu)點，但會在市網(wǎng)中引入大量低次諧波。用純Buck或Buck／Boost式PWM高頻交流斬波器可很好地控制輸出電壓．并無諧波引入。但抗負載沖擊能力有限，效率達不到上述要求。串聯(lián)補償式PWM交流調(diào)節(jié)器雖具有效率高和無諧波污染的優(yōu)點，但沖擊電流還是會損壞斬波器。在此介紹了一種主電路由串聯(lián)補償和Buck型交流斬波器構(gòu)成的節(jié)電控制裝置。

2 節(jié)電控制裝置主電路及其工作原理
圖1為照明節(jié)電控制裝置的主電路。

該電路由Buck型PWM交流斬波器、LC濾波器、串聯(lián)補償變壓器構(gòu)成。VT1，VT2和VD1，VD2構(gòu)成雙向斬波開關(guān)，VT3，VT4和VD3，VD4構(gòu)成雙向續(xù)流開關(guān)。L1為交流斬波器的濾波電感，C1為濾波電容，Tr為串聯(lián)補償變壓器，S1為斬波輸出的倒相開關(guān)，VT5為雙向晶閘管固態(tài)開關(guān)。
當PWM脈沖為高電平時，雙向斬波開關(guān)工作，斬波輸出電壓為交流輸入電壓；當PWM脈沖為低電平時，雙向續(xù)流開關(guān)工作，斬波輸出電壓為零。設輸入交流電壓為：

式(4)說明，控制d可對uo進行調(diào)節(jié)，而采用倒相換接開關(guān)后，經(jīng)調(diào)節(jié)的uo可高于或低于ui。當期望的uo高于ui時，倒相換接開關(guān)為S1-1，公式取“+”號；反之，當期望的uo低于ui時，倒相換接開關(guān)為S1-2，公式取“-”號。

3 系統(tǒng)運行效率的分析及提高措施
眾所周知，串聯(lián)調(diào)整式結(jié)構(gòu)具有較高的系統(tǒng)運行效率，因為串聯(lián)變壓器和功率變換器僅傳輸較小的系統(tǒng)功率補償量。忽略其他損耗，系統(tǒng)的損耗近似等于斬波器的損耗和串聯(lián)變壓器的損耗。系統(tǒng)的總效率主要取決于交流斬波器和串聯(lián)變壓器，可表示為：
η=1／[1+r(1-ηcηt)] (5)
式中：r為電壓補償范圍；ηc，ηt分別為斬波器和串聯(lián)變壓器的效率。
假設r=0．3，ηc=ηt=95％，根據(jù)式(5)計算的η高達97．2％，但仍低于節(jié)能器的國家標準，而且若不采取一些特殊的措施，ηc很難達到95％。因此這里采取如下一系列措施來進一步提高所研發(fā)的節(jié)電控制裝置的效率。