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照明节电器(柜)和它的软启动电路

照明节电器(柜)和它的软启动电路

GGDZ型照明节能配电柜因具有智能稳压、功率因数高和能抑制浪涌谐波等节电特性,已被广泛应用在市政照明、交通照明、公共照明、商业照明和工厂照明等场所。与目前大多数的照明配电柜直接以220V的额定电压启动各种灯具不同,它还带有“软启动电路”。这种特性很合适启动那些启动时间长,启动电流较大的高压气体放电灯(高压钠灯或金属卤化物灯)。本文在介绍这种节能配电柜的调压原理的基础上较详细地介绍它的软启动电路。

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GGDZ型照明节能配电柜的工作原理

说明GGDZ型照明节能配电柜的工作原理的主电路(其中一相)见图1,它采用补偿式无触点交流调压技术,补偿变压器TB的副边线圈串联在主电路中,TB是调节输入电压Uin与输出电压Uout之间电压差的主要部件。由图1可知,不计补偿变压器TB上的电抗压降,有:

Uout=Uin±△U

主电路中的调压变压器TT有四个抽头,连接了8个双向晶闸管(S1,S3,S5,S7为左桥臂组,S2,S4,S6,S8为右桥臂组)。任何时候只能同时导通左右桥臂上的各一只双向晶闸管,在输入电压波动或输出电压发生变化时,经采样、与基准电压比较判断后,控制电路发出控制命令;在电压过零同步脉冲的作用下使相应的晶闸管导通或关闭,切换调压器TT的不同抽头,使补偿变压器TB产生大小和极性不同的补偿电压,以此稳定输出电压。

图1. 照明稳压器的主电路图(其中一相)

假如补偿变压器TB的变压比为某一合适的比例,输出电压Uout设定为220

V,则当输入电压Uin下降为200V时,控制S2,S5两只晶闸管导通,则能使串联在主电路中的补偿电压△U为+20V,抵消输入电压的下降值,使输出电压Uout稳定在220V额定值。若输入电压Uin上升,通过调整,也可将输出电压Uout稳定在220V额定值。

如果将输出电压Uout设定为其他数值,也能实现自动调节。比如,输出电压Uout设定为195

V,而输入电压Uin为225V,则主控电路切换调压变压器TT的不同抽头(如控制S1,S8两只晶闸管导通),使补偿变压器TB产生-30 V的补偿电压△U。

Uout=Uin+△U=225V-30V=195V

由灯具的电功率公式P= U2/Z知,对特定的灯具,它的供电电压U每上升(下降)5%,功耗大约增(减)10%,影响非常大。P=[U(1±0.05)]2/Z= U2(1±0.05)2/Z≈U2(1±0.1)/Z。通过上述分析可知,只要主控电路根据需要,对运行时间和输出电压进行编程、调节,就可节约很多电能。

2    高压气体放电灯的启动过程和启动性能的改善

对高压气体放电灯而言,它的启动特性是:启动时间长,有的接近十分钟;启动电流大,最大值约为工作电流的2倍。图2是这种电光源的启动电流变化曲线。通常,作用在气体放电灯上的电压大则电流大,电压低则电流小,当然太低也不行,因为可能启动不了。常规的照明配电柜直接以220V的额定电压启动,而GGDZ型照明节能配电柜与这些设备不同,对此做了特别处理,即使用软启动电路启动——以较低电压(为保证可靠启动,一般不低于190V)启动,经过一定时间逐步升高到额定电压。启动过程结束后,再在节电的某一低于额定电压的状态运行,从而有效地减小启动电流,减少长时间的启动大电流对气体放电灯的使用寿命的影响和对照明节电柜的冲击。

图2 启动曲线

3    经济实用的软启动电路

照明节能配电柜的软启动电路由以NE555构成的定时器和主控电路的相关部分构成。

3.1以NE555构成的单稳态电路

NE555是一个用途很广的通用定时器IC。它的特点是输出脉冲宽度可用外接电阻和外接电容精确控制,而且,定时范围很宽,可从几微秒至几小时。 GGDZ照明稳压节电柜中利用它的计时精度高、温度稳定性佳,且价格便宜的特点,构成软启动电路。图3是说明NE555工作原理的单稳态电路。

NE555主要引脚含义为:Pin 2——下限触发输入端,只要输入的脉冲电平低于1/3 UCC,就可启动它的时间周期。Pin 3——脉冲输出端,定时开始时NE555输出高电平,定时结束,输出回到0伏左右的低电平。Pin 6——上限阀值输入端,当这个引脚的电压上升至2/3 UCC以上时动作。   Pin 7——放电开关端,当这个引脚输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗。

图3 单稳态电路

图3处于稳态时, NE555输出低电平。一旦在下限触发输入端施加一个低于1/3 UCC的低电平脉冲,NE555输出的电平就由低变成高,继电器J吸合;NE555的7脚截止,电源通过R1给C1充电,电容器上的电压u =UCC(1-(1/eT/R1*C1)),定时开始。输出高电平的维持时间长短取决于外接电阻R1和外接电容C1的数值,当u=2/3 UCC 时,1/eT/R1*C1=1/3,T=ln3*R1*C1≈1.1*R1*C1。

注意,在做长延时时,必须采用绝缘电阻高的电容,使用漏电和吸潮小的印刷板。另外,图3电路中的输出脉冲宽度应大于触发脉冲低电平宽度;图中D1可选1N4148或1N4001。

3.2  以NE555/556和稳压器主电路构成的软启动电路

当照明节电柜开始给负载供电时,触点K闭合,给IC1一个触发信号,IC1的3脚输出高电平,继电器J1得电,改变J1触点的状态和输出电压的设定值,在控制电路的控制下,照明节电柜输出“软启动电压1”(195V)。

若R2 =750kΩ,C2 =220μF,则延时时间约为3分钟。3分钟到后, IC1的3脚输出低电平,给IC2一个触发信号,IC2的3脚输出高电平,继电器J2得电,通过J2的触点,改变输出电压的设定值,照明节电柜输出“软启动电压2”(205V)。R4、C5组成的延时电路(R4  =510kΩ,C5  =100μF)使该信号维持约1分钟的时间。

1分钟后,IC2输出低电平,触发IC3输出高电平,通过J3的触点,令照明节电柜输出“软启动电压3”(220V)。R6、C8组成的延时电路(R6  =1.5MΩ,C8  =220μF)维持约6分钟。显而易见,改变R6、C8的数值可产生不同的延时时间,不过,为保证良好的启动性能,延时时间不易太短。整个启动过程中,照明节电柜的输出电压逐步上升,从195V→205V→220V,有效降低了启动期间的电流。

图4中,前后两级间都用微分电路耦合,以取得低电平窄脉冲,输入到下一级的下限触发端。图4电路的级数还可增加。为减少元件数目,可用1片NE556代替2片NE555,使电路更简洁。

图4  软启动电路

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结束语

GGDZ型照明节能配电柜因具有优良的稳压和无触点调压等特性,已被广泛应用在市政照明、交通照明、公共照明、商业照明和工厂照明等场合。这些节能配电柜里集成了经济实用的软启动电路,使得它的使用价值进一步提高。不仅有利于气体放电灯的起辉,又使灯具免受高压大电流的冲击,提高了它们的使用寿命;同时也进一步提升了照明节能配电柜的可靠性。

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