高性能的路灯节电器设计与制作

高性能的路灯节电器设计与制作,Street lamp controller

  作者：衣学娟 贾树行   由于路灯工作于夜间时段，工作电压从傍晚点亮时的180V到深夜时的260V，工作环境十分恶劣，不但大大缩短了灯泡的使用寿命，而且造成了电能的极大浪费。针对此现象特设计制作了100A路灯节电器，可用于40盏250W钠灯或汞灯泡的供电线路中。经使用效果良好，不但灯泡损坏率明显降低，节电效果显着，而且大大减少了维修人员的工作量。
　　
　  下图是100A路灯节电器的电原理图，右图是双面印制板总图。
　　
　　一、电路原理
　　
　　目前城市道路照明光源主要是钠灯和汞灯，其工作电路由钠灯或汞灯泡、电感式镇流器、电子触发器等三部分组成，功率因数不接补偿电容时为0.45，接补偿电容时为0.90．整体呈现感性负载性质。本路灯节电器的工作原理，就是在供电回路中，串接一个合适的交流电抗器。电网电压低于235V时，电抗器被短路不起作用；电网电压高于235V时，电抗器投入运行，保证路灯的工作电压不会超过235V。
　　
　　整个电路由电源、电网电压检测与比较、输出执行机构等三部分组成，电原理图见下图。
　　
　　电源电路由变压器T1、二极管D1～D4，三端稳压器U1(7812)等元件组成，输出+12V电压，为控制电路供电。
　　
　　电网电压检测与比较由运放U3(LM324)、U2(TL431)等元件组成。电网电压经电阻R9降压，D5半波整流．C5滤波，得到7V左右的直流电压作为取样检测电压。取样检测电压经以U3B(LM324)组成的低通滤波器滤除纹波．送到比较器U3D(LM324)与基准电压进行比较。比较器基准电压由电压基准源U2(TL431)提供。电位器VR1用于调节取样检测电压的幅度，VR2用于调节基准电压。
　　
　　输出执行机构由继电器RL1及RL3、大电流航空接触器RL2、交流电抗器L1等组成。当电网电压低于235V时，比较器U3D输出低电平，三机管Q1截止，继电器RL1释放，其常闭触点接通航空接触器RL2的供电回路，RL2吸合，电抗器L1被短路不起作用；当电网电压高于235V时，比较器U3D输出高电平，三机管Q1导通，继电器RL1吸合，其常闭触点断开航空接触器RL2的供电回路，RL2释放，电抗器L1接入路灯供电回路，过高的电网电压由其承担一部分，保证路灯的工作电压不会超过235V。发光管LED1用于指示继电器RL1的工作状态．LED2用于指示航空接触器RL2的工作状态，压敏电阻MY1用于触点灭弧。
　　
　　继电器RL3的作用是减小航空接触器RL2的功耗，因为RL2启动线圈电阻仅4Ω，保持线圈电阻70Ω左右，加直流24V时，启动电流为6A，维持电流也大于300mAo通过继电器RL3切换航空接触器RL2的线圈电压，减小保持功耗。原理是：RL2启动时，其常闭辅助触点短路了继电器RL3的线圈，RL3释放，常闭触点把变压器T1的高电压端28V接入RL2的桥式整流输入端；RL2启动后，其常闭辅助触点断开，继电器RL3得电吸合，常开触点把变压器T1的低电压端14V接入RL2的桥式整流输入端，以50%的启动线圈电压，来维持航空接触器RL2的吸合状态。
　　
　　二、元器件选取
　　
　　电路元器件除航空接触器RL2、变压器T1、交流电抗器L1外都是普通常用件。
　　
　　变压器T1用E122×33铁心绕制，初级用φ0.21漆包线绕1250匝，次级用φ0.70漆包线绕160匝，中间抽头。交流电抗器L1用CD25×50 xl00铁心、6x3mm纱包扁铜线绕制，气隙2mm，电感量1.2mH。航空接触器RL2型号为MZJ-200N24V，这是一个比较难购买的器件。电路其他元器件参数如附图标注。
　　
　　三、制作与调试
　　　　　　
　　在原理图所示元器件中，航空接触器RL2、变压器Tl、交流电抗器L1、整流桥QLl、压敏电阻MY1、发光管LED2、电阻R15等均不在印制板上，其他元器件都焊接于印制板上，两者通过12线接插件XH3.96-12P连接。航空接触器RL2、交流电抗器L1、输入输出总线之间一定要用150A接线鼻和M8螺栓可靠的连接。
　　
　　整个电路连接好后，把变压器T1接到调压器上，首先使输出电压为220V，调节电位器VR1，使取样检测电压为7V左右；然后把调压器输出电压调为235V．调节基准电压电位器VR2使继电器RL1刚刚动作即可。