基于道路照明节能问题分析

【摘要】如何实现高压钠灯的有效节电是道路照明节能工作的重点,高压钠灯作为气体放电光源的一种,需要镇流器才能点亮,选择合适的镇流器能有效减少高压钠灯的能耗,对于道路照明节能具有重要意义，本文是个人的一些观点，可供参考。

【关键词】道路；照明；高压钠灯；镇流器

前言

高压钠灯因其发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强、不诱虫等优点，目前在世界各国道路照明光源中占据着主要的地位。随着科技的进步，镇流器产品的更新换代，高压钠灯用镇流器的选择将会变得灵活多样，电子镇流器、节能型电感镇流器和双功率电感镇流器不同功率段的选择在目前是一个比较好的节能解决方案。目前全国绝大多数路灯依然在使用电感镇流器，关键是150 W 及以上高压钠灯电子镇流器的部分技术难点尚未完全攻克。小功率电子镇流器产品渐趋成熟，但目前阶段150 W 及以上高压钠灯用电子镇流器还须慎用。 节能型电感镇流器和双功率电感镇流器由于节能效果好，电路可靠度高，可以在 150 W 及以上高压钠灯上使用。

一、各种镇流器优点和缺点分析

目前，高压钠灯用镇流器主要分为电感式镇流器与电子式镇流器。

1、电感镇流器。电感镇流器主要有3 种类型：普通型电感镇流器、节能型电感镇流器、双功率电感镇流器。

①普通型电感镇流器普通型电感镇流器结构较为简单，主要是 1 个铁芯电感线圈。当电路接入交流市电时，对镇流器充电，随后启动器断开，靠电感线圈产生的至少上千伏的高压点亮高压钠灯。由于电感的存在，有一部分的能量以电感绕线电阻发热和铁芯涡流损耗等方式被消耗掉，降低了整个电路的工作效率。优点：电路简单，制作方便，成本低，寿命长，性能稳定。缺点：温升高，有频闪，有噪声，功率因数低，自身损耗大，工作效率低。由于电路无反馈而不可控制，功率因数和工作效率将随着输入电压变化而变化，并且也会随着灯的老化而恶化。 普通电感镇流器的这些缺点导致系统成本增加，例如，降低灯寿命带来的频繁更换成本，对电网污染带来的额外线路损耗以及电磁干扰带来的系统故障维护成本等等。

②节能型电感镇流器。笔者所述节能型电感镇流器特指不可变功率的节能电感镇流器，其工作原理与普通电感镇流器相同，但是它通过优化铁芯材料和改进工艺等措施，有效地降低了自身损耗。优点：相较普通型电感镇流器，自身损耗一般可降低20 ％～50 ％，使灯的总输入功率（灯管和镇流器功率）下降5 ％～10 ％，并且表面工作温度降低（比普通型电感镇流器低40 ℃左右）。 同时，作为传统电感镇流器改进型，有传统的生产经验，其可靠性高，使用寿命长。缺点：1）使用工频点灯，存在频闪效应；2）自然功率因数低；3）消耗金属材料多，比较重。

③双功率电感镇流器。双功率电感镇流器实际属于节能型电感镇流器的一种，考虑到它的可变功率性，笔者当做一种单独镇流器来介绍。 双功率电感镇流器的工作原理与普通电感镇流器以及节能型电感镇流器基本相同，但是它的电感量可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化。 其电感变化次序是根据照明环境的需要而设定，在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下（例如深夜的道路，火车站无火车通过时，亮化工程的非重大节日时的照明等），灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性 ，这时可以使灯降功率运行。双功率电感镇流器主要有3 种接线方式：1）双铁心串联型双功率镇流器；2）双铁心并联型双功率镇流器；3）单铁心串联型双功率镇流器。优点：具备节能型电感镇流器的优点，同时，可根据使用环境合理的变换功率。缺点：1）使用工频点灯，存在频闪效应；2）自然功率因数低；3）消耗金属材料多，比较重；4）不可随意变回全功率运行，只能根据预先设置的时间节点或经纬仪进行功率变换

2、电子镇流器。电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，它使工频电源经过射频干扰滤波器，全波整流和无源（或有源）功率因数校正器后，变为直流电源，再通过 DC/AC 变换器，输出 20～100 kHz 的高频交流电源，加到与灯连接的LC 串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上产生谐振高压，加在灯管两端点亮高压钠灯。

优点：1）采用优质电子元件，性能稳定；2）采用无源功率因数校正电路，功率因数达 0.99；3）具有良好的预热启动性能，有效延长光源寿命；4）使用新型电子线路，设置了异常状态保护系统，增加了电子镇流器的可靠性；5）和传统铜铁式镇流器比较，电子式可以节省 20 %左右电力成本；6）和传统铜铁式镇流器比较，电子式质量约为传统式的1/3 左右；7）噪声低，高品质电子镇流器噪声可达 35 dB 以下，感觉不到噪声。

缺点：由于电子镇流器涉及到高频变换、零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）、LC 串联或并联谐振、谐波滤波与功率因数校正（PFC）、电磁干扰（EMI）抑制、信号传感与信号采集和处理、PWM控制或频率调制 （FM）以及电力电子等各个技术领域，设计制作能使高压钠灯点亮的电子镇流器并不难，但要求其技术性能指标满足国家规定的标准要求，并具有比较高的可靠性和足够长的使用寿命，在价格上又能被用户所接受，至今仍然是尚未完全解决的课题。

二、能耗比较分析研究

我们从电感镇流器与电子镇流器，双功率电感镇流器与节能型电感镇流器的能耗比较来分析一下镇流器的选择。可以得出，普通型电感镇流器能耗大，150 W及以上高压钠灯电子镇流器现阶段能耗较节能型电感镇流器（含双功率）不具优势。双功率电感镇流器较节能型电感镇流器节能效果更好。

三、镇流器选择问题分析

普通型电感镇流器由于能耗高等缺点，不推荐使用。 关于是选择节能型电感镇流器（含双功率电感镇流器）还是电子镇流器？这是业内人士存在较大分歧的一个问题。 笔者认为：小功率高压钠灯（100 W 及以下）应该坚持以电子镇流器为主，因为它节能效果明显，一体化程度高；而对于 100 W 以上高压钠灯，目前还是应该以节能型电感镇流器为主，因为它节能效果与电子镇流器相当，但是电路可靠度高。对于100 W 以上高压钠灯，是选用双功率电感镇流器还是节能型电感镇流器，笔者认为：正常路段应使用双功率镇流器，对于重要的政治经济场所（例如后半夜车流量也很大的道路、国家重要的政治性道路等）等不允许降功率运行或降功率运行会影响正常使用的场所，推荐使用节能型电感镇流器。

四、结语

无极荧光灯、大功率 LED、陶瓷金卤灯在道路照明上的应用虽然已从试验阶段向应用推广阶段发展，但高压钠灯不可能在近阶段被同类产品替代而退出历史舞台，其历史使命在以后相当长的一段时间内仍将延续。所以，如何达到高压钠灯的有效节电是道路照明节能工作的重点。 高压钠灯作为气体放电光源的一种，需要镇流器才能点亮 ，选择合适的镇流器能有效减少高压钠灯的能耗。 本文就高压钠灯镇流器的选择谈谈个人体会。

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