DZ134電力電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用

DZ134電力電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用,dz134,電力,電子技術(shù),綠色,照明,電路,中的,應(yīng)用,利用,運用 中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：電力電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用 學(xué)習(xí)中心： 重慶信息工程專修學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中心 年級專業(yè)： 0409 級 電氣工程及自動化 學(xué)生姓名： 崔文虎 學(xué) 號： 0451480045 指導(dǎo)教師： 韓亞軍 職 稱： 講師 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學(xué)院 中國石油大學(xué)（華東）遠程與繼續(xù)教育學(xué) 院論文完成時間： 年 月 日中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書發(fā)給學(xué)員 崔文虎 1．設(shè)計(論文) 題目： 電力電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用 2．學(xué)生完成設(shè)計(論文) 期限： 年 月 日至 年 月 日3．設(shè)計(論文) 課題要求：當(dāng)今的中國以及全世界能源已經(jīng)成為了最嚴峻的問題，所以我從電力電子技術(shù)方面考慮綠色照明，以及他的控制達到節(jié)能的目的。通過介紹電力電子器件的工作原理和各種照明電路中的應(yīng)用。再次介紹了智能照明控制采用調(diào)光模塊，通過燈光的調(diào)光在不同使用場合產(chǎn)生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。4．實驗部分要求內(nèi)容：在學(xué)校規(guī)定的時間內(nèi)，利用電力電子技術(shù)知識通過實驗方法驗證了不同照明電路的應(yīng)用。電子鎮(zhèn)流器在節(jié)能電路中的工作原理和智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用。5．文獻查閱：[1]李采芹.中國火災(zāi)大典.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997 [2]李春鎬.防火手冊. 上海：上?？萍汲霭嫔?， 1991 [3]中國消防協(xié)會.建筑內(nèi)部裝修防火研討班論文集.北京：中國計劃出版社， 1995 6．發(fā) 出 日 期： 年 月 日7．學(xué)員完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： i摘 要自本世紀五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術(shù)開始登上電氣傳動技術(shù)舞臺，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領(lǐng)域的一次革命，使電能的變換和控制從 旋轉(zhuǎn)變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構(gòu)成的變流器，這標志著電力電子 的誕生。進入 70 年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，普通 晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展?，F(xiàn)在能源短缺已經(jīng)成為當(dāng)今社會主要問題。如何找到一種節(jié)能元件能夠節(jié)能，成為首選。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù),使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。本文通過介紹電子鎮(zhèn)流器在節(jié)能電路中的工作原理和智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用。從而達到了節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞: 電力電子技術(shù) , 綠色照明 , 電子鎮(zhèn)流器 ,i目 錄摘 要 ........................................................i目 錄 .......................................................ii第 1 章 前 言 .................................................1第 2 章 電子鎮(zhèn)流器的工作原理 ..................................22.1、高頻交流電子鎮(zhèn)流 ......................................22.2、常用高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路與改進 ......................42.2.1 單級半橋諧振式 ......................................42.2.2 雙級諧振式高頻交流電子鎮(zhèn)流器 ........................52.2.3 無源功率因數(shù)校正 ....................................62.2.4 常用高頻交流電子鎮(zhèn)流器調(diào)光 ..........................62.3、單級高性能、高功率因數(shù)高頻交流電子鎮(zhèn)流器 .............102.3.1 高功率因數(shù)、低電磁幅射、具有寬調(diào)光范圍的電子鎮(zhèn)流器 .102.3.2 一種改進電荷泵功率因數(shù)校正（CPPFC）的電子鎮(zhèn)流器 ....102.3.3 一種用于緊湊型熒光燈的新型自激 E 類電子鎮(zhèn)流器 .......112.3.4 一種改進單級電子鎮(zhèn)流器起動特性的新方法 .............112.3.5 采用反激推挽集成變換器的電子鎮(zhèn)流器 .................122.3.6 基于單級高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器 .....................122.3.7 一種新型單級恒功率高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器 .............122.3.8 基于反激變換器的單級高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器 ...........13第 3 章 智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用 ...............................133.1 實現(xiàn)照明控制智能化 .....................................143.3 可觀的節(jié)能效果 ........................................153.4 提高管理水平，減少維護費用 .............................153.5 智能照明控制系統(tǒng)的重要性 ...............................153.6 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點 .................................17ii第 4 章 結(jié)論 .................................................18致 謝 ......................................................20參考文獻 ....................................................211第 1 章 前 言目前，我國電力工業(yè)發(fā)展速度很快，但是電力供應(yīng)不足和用電效率低的狀況依然比較嚴峻，這在今后相當(dāng)一段時期內(nèi)將繼續(xù)存在。推行終端節(jié)電技術(shù)節(jié)約電能，是改善電力負荷緊張狀況的主要途徑。我國照明用電量約占總發(fā)電量的 10%左右，且以低效照明為主，是終端節(jié)電的主要對象之一。照明用電大都屬于峰時用電，因此，照明節(jié)電具有節(jié)約電量和緩和高峰用電的雙重作用。同時，我國用電浪費和電耗高的問題相當(dāng)嚴重，是造成企業(yè)經(jīng)濟效益不高和污染環(huán)境的主要因素，如 1995 年全國電廠二氧化硫的排放量占全國總排放量的 1/3，所以照明節(jié)電對提高企業(yè)經(jīng)濟效益、保護環(huán)境也具有重要意義。民用熒光燈(日光燈)交流電子鎮(zhèn)流器在 20 世紀的 70 年代就開始了研究，到 80 年代就有許多企業(yè)投入了生產(chǎn)，但其質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性在當(dāng)時確實令人生畏。到 90 年代，隨著國外用于電子鎮(zhèn)流器的專用功率開關(guān)器件和控制集成電路(IC)新器件的不斷出現(xiàn)，我國引進了如APFC 技術(shù)。這才使得日光燈電子鎮(zhèn)流器質(zhì)量可靠性和穩(wěn)定性有了技術(shù)上的突破。目前在日光燈中，電子鎮(zhèn)流器幾乎全部取代了電感鎮(zhèn)流器。同時，電子鎮(zhèn)流器光效高、功耗低、重量輕、無噪聲、無頻閃和提高熒光燈使用壽命等優(yōu)點更顯突出。“日光燈下看書會影響視力”已成為過時的常識。 綠色照明產(chǎn)業(yè)在世界的興起使得電子鎮(zhèn)流器倍受青睞。相關(guān)企業(yè)都看準了電子鎮(zhèn)流器中蘊藏著的巨大商機。在民用熒光燈的交流電子鎮(zhèn)流器取得突破性進展的同時，一些企業(yè)對我國道路上的高壓鈉燈所潛藏的節(jié)能潛力大為關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，若將全國高壓氣體放電燈都換上電子鎮(zhèn)流器，全國全年可節(jié)電 246 億千瓦時，可解決目前全國 1/3 的電力缺口。2第 2 章 電子鎮(zhèn)流器的工作原理2.1 高頻交流電子鎮(zhèn)流由于氣體放電燈（如熒光燈、霓虹燈、鹵素?zé)?、金鹵燈等）是一種負阻性電光源(特性曲線如圖 1 所示)要使其正常穩(wěn)定工作，需加一個限流裝置。這個限流裝置叫做鎮(zhèn)流器。目前氣體放電燈使用的鎮(zhèn)流器有兩種：（1）電感式鎮(zhèn)流器；（2）高頻交流電子鎮(zhèn)流器。由于電感式鎮(zhèn)流器工作在市電頻率，體積大、笨重，還需消耗大量銅和硅鋼等金屬材料，散熱困難、效率低、有頻閃，所以現(xiàn)在一些電光源界的科技工作者紛紛尋找新的鎮(zhèn)流方法，而高頻交流電子鎮(zhèn)流器就是一種有效方法。電子鎮(zhèn)流器采用高頻開關(guān)變換電子線路的方法實現(xiàn)鎮(zhèn)流，具有無頻閃、效率高、體積小、重量輕、可調(diào)光，不使用大量銅材和硅鋼材料的特點，所以自 20 世紀 70 年代以來，高頻交流電子鎮(zhèn)流器一問世，由于它的體積小、發(fā)光效率高、無頻閃效應(yīng)，適應(yīng)供電電壓范圍寬、節(jié)能的一系列優(yōu)點，受到了用戶的歡迎。據(jù)統(tǒng)計，世界上照明用電占了世界上產(chǎn)生的總電量的 1/4，如僅將現(xiàn)用的 200 億只燈泡中的 50 億只換成節(jié)能的電子鎮(zhèn)流燈泡，就可節(jié)省200GW 的電能，從而少建幾十個電站。由于高頻交流電子鎮(zhèn)流器節(jié)能和巨大的市場潛力，進入 20 世紀 90 年代后，各種氣體放電照明燈廣泛采用高頻電子鎮(zhèn)流器，形成一個“綠色照明”的新興產(chǎn)業(yè)?！熬G色照明”是 90 年代初國際上對節(jié)約電能、保護環(huán)境照明系統(tǒng)的形象說法。美、英、法、日等主要發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家先后制定了"綠色照明"的計劃，并已經(jīng)取得明顯效果。事實上，照明的質(zhì)量和水平已成為衡量社會現(xiàn)代化的一個重要標志，成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的一項重要標志。目前，我國已成為照明器具的生產(chǎn)大國，現(xiàn)有照明器具生產(chǎn)企業(yè)1000 家，電光源產(chǎn)品有 60 多個門類 3500 多個品種規(guī)格，燈具產(chǎn)品 303多個門類 500 多個品種規(guī)格。我國照明節(jié)能大有潛力可挖。目前，熒光燈、稀土三色緊湊型熒光燈已生產(chǎn)出適合家用的 H、雙 H、O、D、雙D、SL 型等多種產(chǎn)品。這種燈與照度相同的管型熒光燈相比約節(jié)電27%，與白熾燈相比，可節(jié)電 70%。2001 年，按每戶僅用一只節(jié)能燈計算，全國 4 億只節(jié)能燈就可節(jié)電 2000 萬千瓦電力，投資只需 120 億元，而要生產(chǎn) 2000 萬千瓦的電力，即需投資 500 億元。所以在我國照明節(jié)能是一項很重要的課題。目前，世界上一些著名的大專院校、科研院所、公司都投入了較大的力量進行高頻交流電子鎮(zhèn)流器的科研開發(fā)、生產(chǎn)。如美國弗吉尼亞大學(xué)功率電子研究中心（VPEC），李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的科研中心每年都有相關(guān)論文和實驗報告在 IEEE 功率電子學(xué)學(xué)刊刊出，并提出了如高頻能量反饋、采用電荷泵功率因數(shù)校正的電子鎮(zhèn)流器等概念，美國加州理工大學(xué)（UCT）的 S.CUK 教授關(guān)于單級高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，一種用于緊湊型熒光燈的 E 類電子鎮(zhèn)流器，西班牙、巴西、我國臺灣和香港地區(qū)的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人員進行開發(fā)。同時，國內(nèi)一些著名科研院所、大學(xué)也投入了較大力量進行科研開發(fā)。這點可從國內(nèi)相關(guān)科技文獻看出。勿容置疑的是我國是世界上電子鎮(zhèn)流器的一個生產(chǎn)大國，我國有較多的公司、企業(yè)從事這種“綠色電光源”產(chǎn)品的生產(chǎn)。特別是自 20 世紀 80 年代末、90 年代初，IEC928（1990）、GB15143（1994）《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器一般要求和安全要求》及 IEC929（1990）、GB/T15144《管形熒光燈用交流電子鎮(zhèn)流器的性能要求》等技術(shù)標準相繼頒布與實施，使交流電子鎮(zhèn)流器的研究、開發(fā)、生產(chǎn)有了統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范。由于高頻交流電子鎮(zhèn)流器要求體積小、造價低，并且對電磁輻射干擾、輸入功率因數(shù)、波峰因數(shù)、可靠性等技術(shù)指標嚴格，所以要做出一個滿足高性能、低價格、體積小、低電磁輻射干擾，使用安全可靠的高4頻交流電子鎮(zhèn)流器并非件易事，所以往往讓人感到：看似簡單的一個電子產(chǎn)品，但是技術(shù)含量很高，是一個涉及電路拓撲、高頻電子變換、諧振開關(guān)（ZVS、ZCS）、LC 串并聯(lián)諧振、功率因數(shù)校正、電磁干擾抑制（EMC、EMI）、信號傳感、采集和控制、電子元器件、電光源器件等電力電子技術(shù)的方方面面。同時，如何測量高頻交流電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)參數(shù)，如功率、高頻諧波成分、效率、電磁輻射干擾（EMI），也是高頻交流電子鎮(zhèn)流器的研究熱點。實踐證明，要做出一只高性能的高頻交流電子鎮(zhèn)流器，還需對它的負載--燈的技術(shù)特性、燈對電源的技術(shù)要求有所了解，否則要做出高性能的高頻交流電子鎮(zhèn)流器是不現(xiàn)實的。由于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求不斷提高，國際電工技術(shù)委員會 1982年分別制定了 IEC555-2《家用設(shè)備及類似電器設(shè)備對供電系統(tǒng)的干擾》標準，和 IEC1000《電磁兼容性標準》，分別對相關(guān)電器設(shè)備的功率、諧波成分、電磁輻射干擾等技術(shù)指標做出了要求，對高頻交流電子鎮(zhèn)流器而言也相應(yīng)增加了電路的設(shè)計難度和制造難度。2.2 常用高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路與改進2.2.1 單級半橋諧振式由于半橋諧振式逆變電路工作可靠，對開關(guān)管耐壓要求較低，所以采用半橋諧振式逆變電路為燈負載供電的功率變換電路使用最為廣泛。它主要由：交流市電供電整流電路（濾波）、啟動電路、串聯(lián)諧振高頻逆變電路、保護電路、燈負載幾部分組成。這是一個典型的、自激振蕩、自啟動的 LC 串聯(lián)諧振半橋逆變的高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路，諧振主要由 L、、C3、C4 完成，利用諧振時C4 上的高頻電壓點亮燈負載，當(dāng)燈負載電流發(fā)生變化時，會影響諧振回路 Q 值，從而影響諧振電容 C4 上的諧振電壓，來實現(xiàn)穩(wěn)定燈負載電流的作用。5由于這種電路采用元件少、造價低，所以目前國內(nèi)市場上見到的高頻交流電子鎮(zhèn)流器大多采用類似的這種電路。但這種電路存在以下缺點：（1）無燈絲預(yù)熱功能，易產(chǎn)生燈絲電極濺射作用，而降低燈絲的使用壽命，使用時間一長易造成燈管一端發(fā)黑的現(xiàn)象；（2）由于采用市電整流后直接給半橋逆變級供電，所以會產(chǎn)生很強的高次諧波干擾，降低交流市電輸入側(cè)的功率因數(shù)，并降低電源供電效率,采用這種電路的高頻交流電子鎮(zhèn)流器大量使用時，會造成三相四線供電電網(wǎng)的地電位偏移，因而造成用電設(shè)備的損壞；（3）由于半橋逆變級工作在高頻開關(guān)逆變狀態(tài)，所以產(chǎn)生的高次諧波，會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁幅射干擾，影響其它用電設(shè)備的正常工作；（4）由于電路沒有設(shè)保護電路，所以一旦市電電源供電發(fā)生故障（如電網(wǎng)電壓升高過多）或燈負載發(fā)生破裂等故障時，易造成電路損壞，嚴重時還會發(fā)生火災(zāi)事故。2.2.2 雙級諧振式高頻交流電子鎮(zhèn)流器針對單級半橋諧振式高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路存在的以上缺陷，人們又開發(fā)設(shè)計出了雙級諧振式高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路。它主要在普通的單級諧振高頻交流電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上，再加了一級有源功率因數(shù)校正（APFC）電路，用以進行交流市電輸入整流濾波的功率因數(shù)校正，并限制高次諧波成分，從而達到減小電磁幅射干擾，提高輸入側(cè)功率因數(shù)的目的。并且由于有源功率因數(shù)校正（APFC）還有預(yù)穩(wěn)壓的作用，同時還可以調(diào)光（調(diào)節(jié) APFC 輸出電壓），所以既可提高電子鎮(zhèn)流器的電性能，又可提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性。有源功率因數(shù)校正按電路構(gòu)成可分為：降壓式、升/降壓式、反激式、升壓式等幾種。按控制市電輸入電流的工作原理可分為：平均電流型、滯后電流型、峰值電流型、電壓控制型幾種。按功率因數(shù)校正電路6中電感電流的工作方式又可分為：電流連續(xù)型（CCM）、電流不連續(xù)型（DCM）。由于升壓式有源功率因數(shù)校正電路具有 PF 值高、THD 小、效率高，但需輸出電壓高于輸入電壓，適用于 75W-2KW 的應(yīng)用場合，所以目前應(yīng)用最為廣泛。由于 DCM 型 APFC 電路簡單，開關(guān)管應(yīng)力小的優(yōu)點，所以在電子鎮(zhèn)流器中應(yīng)用廣泛。兩級式具有 APFC 功能的高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路由于增加了一級有源功率因數(shù)校正電路，所以增加了電路的復(fù)雜性，使成本提高許多，雖然雙級式高頻交流電子鎮(zhèn)流器性能好，但由于成本、體積等原因也很難于大范圍推廣使用。2.2.3 無源功率因數(shù)校正針對兩級式有源功率因數(shù)校正電路的缺點，人們又試圖探討用無源功率因數(shù)校正的方法來提高高頻交流電子鎮(zhèn)流器的性能，如經(jīng)常提到的有采用三只二極管和二只電容器的逐流電路的無源功率因數(shù)校正和高頻復(fù)合能量反饋等方法，雖然在理論分析上可行，并有相應(yīng)的實驗結(jié)果、結(jié)論，但是至今未見廣泛使用。還需進一步提高技術(shù)性能，但無疑這是一個很好的發(fā)展方向。2.2.4 常用高頻交流電子鎮(zhèn)流器調(diào)光由于高頻交流電子鎮(zhèn)流器具有節(jié)能的優(yōu)點，特別是在不需電子鎮(zhèn)流器滿功率進行的場合下，采用調(diào)光控制節(jié)能效果會更加明顯。調(diào)光控制有一個用戶可控制的調(diào)光控制輸入端并應(yīng)具有以下基本功能：能檢測燈電流、燈電壓、燈功率；利用反饋電路來調(diào)節(jié)用戶設(shè)定的亮度。7常用的調(diào)光方法主要有以下四種：占空比調(diào)光法、調(diào)頻調(diào)光法、調(diào)節(jié)高頻逆變器供電電壓調(diào)光法、 脈沖調(diào)相調(diào)光法。1、占空比調(diào)光法這種調(diào)光控制法利用調(diào)節(jié)高頻逆變器中功率開關(guān)管的脈沖占空比，實現(xiàn)輸出功率調(diào)節(jié)，對半橋逆變的最大占空比為 0.5，以確保半橋逆變器的兩個開關(guān)管有一個死時間，以免兩個開關(guān)管共態(tài)導(dǎo)通損壞。這種調(diào)光方法存在的問題是：如果電感電流連續(xù)并滯后于半橋電壓Uxy，則開關(guān)可能導(dǎo)通時工作在零電壓狀態(tài)，關(guān)斷瞬間需采用吸收電容達到 ZCS 工作條件，這樣可進入 ZVS 工作方式，這是優(yōu)點，EMI 和開關(guān)管應(yīng)力可明顯降低。然而，如果占空比太小，以至電感電流不連續(xù)，將失去 ZVS 工作特性，并且由于供電直流電壓較高，而使開關(guān)管上的應(yīng)力加大，這種不連續(xù)電流導(dǎo)通狀態(tài)將導(dǎo)致可靠性降低和加大 EMI 幅射。除了小的脈沖占空比，當(dāng)燈管發(fā)生故障時，也會出現(xiàn)不連續(xù)電流工作狀態(tài)，當(dāng)燈為開路故障時，電感電流將流過諧振電容，由于這個電容的容量較小，所以阻抗較大。除非兩個開關(guān)管有吸收電路保護，否則開關(guān)管將承受很大的電壓應(yīng)力。2、調(diào)頻調(diào)光法調(diào)頻調(diào)光法也是常用的調(diào)光方法。如果高頻交流電子鎮(zhèn)流器的開關(guān)頻率增加，則電感的阻抗增加，這樣，電感電流就會下降。調(diào)頻調(diào)光法的局限性：A．調(diào)光范圍由調(diào)頻范圍決定，如果調(diào)頻范圍不大，則功率調(diào)節(jié)范圍也不大。B．為了實現(xiàn)在低燈功率工作條件下實現(xiàn)調(diào)光，則調(diào)頻范圍應(yīng)很寬（即從 25KHZ~50KHZ）。磁芯的頻率范圍、驅(qū)動電路、控制電路可能限制調(diào)光范圍。8C．在整個調(diào)頻范圍內(nèi)不易實現(xiàn)軟開關(guān)。輕載時，不能實現(xiàn)軟開關(guān)，并使開關(guān)管上的電壓應(yīng)力加大。硬開關(guān)的瞬態(tài)過渡是 EMI 幅射的主要來源。D．如果半橋逆變器不工作在軟開關(guān)狀態(tài)，則導(dǎo)致逆變器的損耗加大，導(dǎo)致效率降低。E．當(dāng)開關(guān)頻率在紅外遙控的頻率范圍內(nèi)時，熒光燈將發(fā)射低電平的紅外線，如果調(diào)頻范圍很大，其它的紅外遙控裝置如電視機將會受到影響。F．燈電流近似反比于逆變器開關(guān)頻率，調(diào)光與開關(guān)頻率間不是線性關(guān)系。G．當(dāng)燈管發(fā)生開路故障時，將出現(xiàn) DCM 工作狀態(tài)，特別是當(dāng)開關(guān)頻率很低時。3、改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法利用改變半橋逆變器供電電壓法實現(xiàn)調(diào)光有以下優(yōu)點：A．調(diào)節(jié)半橋逆變器供電電壓來實現(xiàn)調(diào)光。B．采用固定占空比（約 0.5）的方法，使半橋逆變器工作在軟開關(guān)電感電流連續(xù)的寬調(diào)光范圍調(diào)光（這也可使開關(guān)控制電路簡化）。C．由于開關(guān)頻率固定，所以可以針對給定的燈型號簡化控制電路設(shè)計。D．由于開關(guān)頻率剛好大于諧振頻率，所以可以降低無功功率和提高工作效率。E．由于開關(guān)頻率固定，所以可以較方便的確定無源器件的參數(shù)。F．在較寬的燈功率范圍內(nèi)（5%~100%）保持 ZVS 工作條件。G．在很低的半橋逆變器供電電壓下，將會失去軟開關(guān)特性，將會出現(xiàn)電感電流不連續(xù)的工作狀態(tài)。然而在直流供電電壓很低的情況下，這種工作狀態(tài)不再是個問題，這時的開關(guān)管應(yīng)力和損耗將很小，即使硬開關(guān)在低直流供電電壓情況下（如 20V），也不會產(chǎn)生太多 EMI 幅射。9H．可實現(xiàn)平滑和幾乎線性的燈功率控制特性。I．可得到低功率解決方案，半橋逆變器的供電電壓可以選得很低（如 5%~100%的調(diào)光范圍對應(yīng) 30~120V），這樣可采用低電壓電容和MOSFET。J．調(diào)光控制僅通過控制 SEPIC 變換器輸出電壓實現(xiàn)。由于半橋逆變器工作在恒頻工作狀態(tài)，所以可采用簡單的 AC/DC 控制即可實現(xiàn)調(diào)光。K．燈電流近似和 DC 變換器的電壓成正比，調(diào)光幾乎和 SEPIC DC變換器的輸出直流電壓成正比。調(diào)光曲線如圖 6 所示。4、脈沖調(diào)相調(diào)光法利用調(diào)節(jié)半橋逆變器中兩支開關(guān)管的導(dǎo)通相位的方法來調(diào)節(jié)輸出功率，從而達到輸出調(diào)光的目的。調(diào)相法調(diào)光曲線圖如圖 7 所示。相控調(diào)光法主要有以下特點：⑴可調(diào)光至此 1%；⑵可在任意調(diào)光設(shè)定值下啟動；⑶可應(yīng)用于多燈應(yīng)用場合；⑷調(diào)光相位燈功率關(guān)系線性好。2.3 單級高性能、高功率因數(shù)高頻交流電子鎮(zhèn)流器由于雙級式高頻交流電子鎮(zhèn)流器使用元件多，價格較高。所以盡管性能指標好，但也難于大批量生產(chǎn)、使用，為了進一步簡化電路，提高電子鎮(zhèn)流器的性能指標，國內(nèi)外的一些科研院所、高等院校、大公司紛紛提出了單級新型、高功率因數(shù)高頻交流電子鎮(zhèn)流的新概念、新電路，下面分別加以介紹。102.3.1 高功率因數(shù)、低電磁幅射、具有寬調(diào)光范圍的電子鎮(zhèn)流器這種鎮(zhèn)流器具有以下特點：(1)低電磁幅射，傳導(dǎo)干擾低，可調(diào)光范圍寬；(2)功率調(diào)節(jié)范圍為 10%~100%；(3)采用 SEPIC DC/AC 變換調(diào)壓；(4)低 EMI，低電壓應(yīng)力；(5)可用于單管、多管熒光燈照明。2.3.2 一種改進電荷泵功率因數(shù)校正（CPPFC）的電子鎮(zhèn)流器主要有以下特點：(1)引入了電荷泵的概念、工作原理、電路；(2)提高功率因數(shù)的工作原理分析；(3)波峰比為 1.6，200V 交流電壓輸入，效率為 80%；(4)只用一個電感，由于電荷泵采用了一個電容，而電容又比電感在電路上好處理。2.3.3 一種用于緊湊型熒光燈的新型自激 E 類電子鎮(zhèn)流器由美國教授（PH.D）提出。論文和實驗對點火和燈電路穩(wěn)態(tài)運行進行了分析、討論，并給出了實驗結(jié)果。有限流保護功能，可適用于任何Q 值和占空比，價格低。2.3.4 一種改進單級電子鎮(zhèn)流器起動特性的新方法由我國臺灣的教授和他的學(xué)生提出，并給出了實驗結(jié)果。這種方法主要有以下特點：1、利用同步開關(guān)技術(shù)（Synchronous Switch Technique,SST）來改進電子鎮(zhèn)流器的啟動特性。2、利用變形單級電子鎮(zhèn)流器技術(shù)實現(xiàn)鎮(zhèn)流（Single-Stage Inverter、SSI）。3、討論了 PFC 半級和逆變電路半級間功率不平衡而引入的較高電壓應(yīng)力對開關(guān)器件的影響。114、討論了電子鎮(zhèn)流器的工作狀態(tài)、控制策略和元件電壓應(yīng)力間的相互關(guān)系。5、討論了利用熱阻檢測電路來減小燈絲濺射的問題，并通過實驗證明了這種電路燈管開關(guān)工作 18000 次后燈絲無明顯濺射。6、論文和實驗電路對單級鎮(zhèn)流電路的變化特性進行了分析，并給出了實驗結(jié)果。2.3.5 采用反激推挽集成變換器的電子鎮(zhèn)流器這種電子鎮(zhèn)流器具有以下特點：(1)由于采用反激式電路，所以電路簡單，使用靈活；(2)具有隔離、自啟動、單開關(guān)的電路特點；(3)可實現(xiàn)短路保護；(4)反激式 APFC，所以具有不必使輸出電壓高于輸入直流電壓，可在 DCM 工作方式下，在固定導(dǎo)通時間控制方式下得到功率因數(shù)近似為１的效果；(5)由推挽變換器實現(xiàn)燈的高頻交流供電、鎮(zhèn)流；(6)僅用一級電路就可實現(xiàn) PFC 和高頻變換，實現(xiàn)了單開關(guān)變換，簡化了電路；(7)通過占空比控制可實現(xiàn)調(diào)光。2.3.6 基于單級高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器它具有以下特點：(1)單功率級，高功率因數(shù)，半橋功率逆變器工作在諧振狀態(tài)；(2)自激振蕩式，功率因數(shù)校正工作在 DCM 模式，輸入、輸出隔離；(3)由于工作在自激振蕩方式，所以具有保護作用；(4)實驗?zāi)Ｐ停?0W 熒光燈、40KHZ、220V 交流市電供電；(5)給出了實驗結(jié)果和模型分析。2.3.7 一種新型單級恒功率高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器該電子鎮(zhèn)流器具有以下特點：(1)由 buck－boost 和半橋 LC 諧振共同組成單級高頻交流電子鎮(zhèn)流器；(2)具有可調(diào)光和恒功率特性；(3)高12功率因數(shù)（0.98）；(4)給出了實驗電路、穩(wěn)態(tài)分析、低頻電路模型；(5)給出了設(shè)計實例、方法；(6)給出了實驗結(jié)果。2.3.8 基于反激變換器的單級高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器該項工作具有以下特點：1、將反激變換 PFC 和半橋變換合為一體，作為單級高頻交流電子鎮(zhèn)流。2、反激工作于恒頻、恒占空比。3、由于在 PFC 中引入了一個變壓器，所以逆變器的輸入電壓可以設(shè)定，從而優(yōu)化了逆變器的設(shè)計。4、給出了實驗電路、穩(wěn)態(tài)分析、實驗結(jié)果。電子鎮(zhèn)流器是在電子“鎮(zhèn)流”技術(shù)和晶體管開關(guān)電源技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高新技術(shù)產(chǎn)品，是燈用電子學(xué)的具體產(chǎn)品應(yīng)用，它集光、電、磁等技術(shù)于一體，主要技術(shù)難題是功能和可靠性，開發(fā)符合國家標準，適合國內(nèi)消費水平，具有市場競爭力、良好性價比的產(chǎn)品難度就更大。電子鎮(zhèn)流器問市十余年以來，以其高效節(jié)能、無頻閃、無噪音的優(yōu)勢得到普遍關(guān)注，并迅速發(fā)展，但由于產(chǎn)品的質(zhì)量，主要是功能及可靠性曾存在許多問題：功率因數(shù)低、諧波含量高，電磁兼容性差；輸出功率低，燈管亮度低，能效低，功耗大，溫度高，特別是使用壽命短，大面積群燈使用，對電網(wǎng)污染嚴重；并且有互感自激，導(dǎo)致鎮(zhèn)流器損壞，使消費者蒙受很大損失；嚴重損害了電子鎮(zhèn)流器的整體形象；給電子鎮(zhèn)流器造成節(jié)電不省錢的惡劣影響。近年來，電子鎮(zhèn)流器原理及電子元器件的研發(fā)、生產(chǎn)水平整體提高，國內(nèi)涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀產(chǎn)品。醫(yī)院具有很多對電磁騷擾敏感度很高的儀器設(shè)備（包括心臟起博器等） ，電磁環(huán)境屬于 A類工業(yè)環(huán)境，因而在照明電器鎮(zhèn)流器的選擇上必須具備電磁兼容設(shè)計。普通高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器因無電磁兼容設(shè)計，諧波含量高，易干擾醫(yī)療儀器設(shè)備，因而不宜選用。對醫(yī)院使用電子鎮(zhèn)流器的選擇應(yīng)在注重其13功能和可靠性的基礎(chǔ)上，著重考察是否通過 EMC 認證，具有良好的電磁性。13第 3 章 智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，人們物質(zhì)文化和精神生活水平迅速的提高智能化已經(jīng)成為當(dāng)今發(fā)展的主流技術(shù)，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計算機網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。但是長期以來，智能在國內(nèi)一直被忽視，大多數(shù)仍然沿用傳統(tǒng)的控制方式，部分智能大廈采用樓宇自控（BA）系統(tǒng)來監(jiān)控，但也只能實現(xiàn)簡單的區(qū)域照明和定時開關(guān)功能。相比之下，智能照明系統(tǒng)體現(xiàn)出強大的優(yōu)越性，它在智能建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。3.1 實現(xiàn)照明控制智能化例如，當(dāng)一個工作日結(jié)束后，系統(tǒng)將自動進入晚上的工作狀態(tài)，自動并極其緩慢地采用智能照明控制系統(tǒng)，可以使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按先設(shè)定調(diào)暗各區(qū)域的燈光，同時系統(tǒng)的移動探測功能也將自動生效，將無人區(qū)域的燈自動關(guān)閉，并將有人區(qū)域的燈光調(diào)至最合適的亮度。此外，還可以通過編程隨意改變各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)各種場合的不同場景要求。智能照明可將照度自動調(diào)整到工作最合適的水平。例如，在靠近窗戶等自然采光較好的場所，系統(tǒng)會很好地利用自然光照明，調(diào)節(jié)到最合適的水平。當(dāng)天氣發(fā)生變化時，系統(tǒng)仍能自動將照度調(diào)節(jié)到最合適的水平。總之，無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證室內(nèi)照度維持在預(yù)先設(shè)定的水平。3.2 改善工作環(huán)境，提高工作效率 傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中，配有傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的日光燈以 100Hz 的頻率閃動，這種頻閃使工作人員頭腦發(fā)脹、眼睛疲勞，降低了工作效率。而智能照明系統(tǒng)中的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器則工作在很高頻率（40~70kHz）不僅克服了頻閃，而且消除了起輝時的亮度不穩(wěn)定，在為人們提供健康、舒適環(huán)境的同時，也提高了工作效率。143.3 可觀的節(jié)能效果 智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電力電子技術(shù)，能對大多數(shù)燈具（包括白熾燈、日光燈，配以特殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等）進行智能調(diào)光。當(dāng)室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度則自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設(shè)置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實現(xiàn)節(jié)能。3.4 提高管理水平，減少維護費用智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將大大減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。 3.5 智能照明控制系統(tǒng)的重要性 智能照明控制系統(tǒng)是為了適應(yīng)各種建筑的布局以及不同燈具的選配，從而實現(xiàn)照明的多樣化控制?，F(xiàn)有的智能照明控制系統(tǒng)主要分為中央集中控制系統(tǒng)及分布式控制系統(tǒng)兩種。一個現(xiàn)代化的智能辦公大樓，不僅要有足夠的工作照明，更應(yīng)營造一個舒適的視覺環(huán)境，使員工在其中工作保持心情舒暢，提高辦公效率。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料介紹，辦公照明用電量約占整個大樓能耗的 1/3。因此，做好照明設(shè)計，選擇合理的照明方案，配置先進的控制系統(tǒng)，加強照明控制設(shè)計，已成為智能辦公樓的一個重要設(shè)計內(nèi)容。它不僅能有效節(jié)約能源，降低用戶運行費用，還可提高大樓管理水準。我們知道辦公大樓按照功能區(qū)域劃分，通常會有辦公區(qū)、門廳、會議室、多功能廳等，各個功能區(qū)域的照明具有不同的特點。辦公區(qū)域照明使用的光源主要是熒光燈與白熾燈，其中熒光燈多用于一般照明，白15熾燈多用于局部照明，照度水平的設(shè)計主要取決于視覺作業(yè)的需要及經(jīng)濟條件的狀況。辦公區(qū)域的工作時間主要是在白天，可以考慮利用窗外入射的大量自然光進行照度補償，不僅能節(jié)約能源，更能維持室內(nèi)舒適的視覺環(huán)境。對于一個完整的辦公樓智能照明控制系統(tǒng)來說，辦公區(qū)是辦公樓的主要組成部分，采用智能照明控制系統(tǒng)，可使其照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)。通過配置的“智能時鐘管理器”可預(yù)先設(shè)置若干基本工作狀態(tài)，通常分為白天、晚上、清掃、安全、午飯等，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間段可自動的在各種狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換。比如：上班時間來臨時，系統(tǒng)自動將燈打開，并將光照度自動調(diào)節(jié)在預(yù)先設(shè)定的水平。在靠窗的房間，系統(tǒng)能智能地利用室外自然光，當(dāng)天氣晴朗，室內(nèi)燈自動調(diào)暗；天氣陰暗，室內(nèi)燈會自動調(diào)亮，以始終保持室內(nèi)恒定的亮度。午餐時間，燈將自動變換到一個舒適、柔和的燈光場景，使工作人員能夠很好地休息和放松。當(dāng)一個工作日結(jié)束時，在智能時鐘管理器的作用下，系統(tǒng)將自動地調(diào)暗各區(qū)域的燈光，進入晚上工作狀態(tài)。同時智能傳感器的動靜探測功能將自動生效。系統(tǒng)處于清掃狀態(tài)時，該區(qū)域的燈保持基本的亮度，當(dāng)清掃人員掃到該區(qū)域時，智能傳感器的動靜探測功能自動生效，點亮該區(qū)域的燈，當(dāng)清掃人員掃完該區(qū)域離開后，延時數(shù)分鐘后將燈關(guān)掉。安全狀態(tài)和清掃狀態(tài)的工作原理相似。智能照明控制系統(tǒng)還能保證辦公區(qū)域和公共區(qū)域協(xié)調(diào)的工作。如：辦公區(qū)域有員工加班時，電梯廳、走廊等公共區(qū)域的燈就保持基本的亮度，只有當(dāng)辦公區(qū)域的人走完后，才將燈降低到安全狀態(tài)或關(guān)掉，避免不必要的能源浪費。 3.6 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點智能照明控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及節(jié)能方面等均有不少優(yōu)點。16首先在控制方式和照明方式上，傳統(tǒng)照明控制采用手動開關(guān)，只有開和關(guān)，而且只能一路一路地開和關(guān)。而智能照明控制采用調(diào)光模塊，通過燈光的調(diào)光在不同使用場合產(chǎn)生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。在控制上采用低壓二次小信號控制，控制方式多，功能強，范圍廣，自動化程度高。其次，智能照明控制系統(tǒng)由于使用了自動化照明控制，智能利用光照以及通過網(wǎng)絡(luò)，只需一臺計算機就可對整個大樓的照明實現(xiàn)合理的能源管理自動化，不僅減少了不必要的耗電開支，同時也降低了用戶的運行維護費用，在節(jié)能方面可比傳統(tǒng)照明控制節(jié)電20%以上。另外，在智能照明控制系統(tǒng)中，由于可通過系統(tǒng)人為地設(shè)置電壓限制，可以避免或降低電網(wǎng)電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。而更值得一提的是智能照明控制系統(tǒng)是一個開放式的系統(tǒng)，通過標準網(wǎng)絡(luò)接口可方便地與 BAS 系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)智能大樓的計算機系統(tǒng)集成。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計一般都是在燈光設(shè)計和照明設(shè)計部分完成之后來進行的。其設(shè)計一般可分為：第一步：編制照明回路負載清單。在這過程中應(yīng)注意：首先每條照明回路的燈具應(yīng)該為同類型的燈具，這樣才便于調(diào)光模塊的選擇和配置。而且每條照明回路的燈具控制性質(zhì)應(yīng)該是相同的，是普通或同為應(yīng)急。其次，應(yīng)核對每條照明回路的最大負載功率是否在需要選擇的調(diào)光器允許的額定負載容量之內(nèi)。最后，還要對一些照明回路的劃分作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其更適合場景配置的需要，使各路燈光可組合構(gòu)成一個優(yōu)美的照明環(huán)境。第二步：按照明回路的性能選擇相關(guān)的調(diào)光器調(diào)光器是智能照明控制系統(tǒng)的主要部件，而對于不同類型的燈具應(yīng)該選用不同適合他們的調(diào)光器。比如對于冷陰極燈（發(fā)光、霓虹、充氣）17，這類燈采用電壓變壓器工作，所以應(yīng)采用前沿相控調(diào)光器。而對于包括金屬鹵化物燈在類的各種氣體放電燈則應(yīng)該選用正炫波電壓調(diào)光器。第三步：按照明控制要求選擇控制面板和其他相關(guān)控制部件。 第四步：選擇附件和集成方式。第五步：編制系統(tǒng)設(shè)備配置表。18第 4 章 結(jié)論從以上對智能照明控制系統(tǒng)的介紹，我們知道智能照明控制系統(tǒng)不僅可以滿足和實現(xiàn)不同的燈光效果要求，實現(xiàn)照明的高層次智能管理，改善工作環(huán)境，提高工作效率，還可節(jié)約能源，延長燈具壽命，減少用戶維護費用。通過本文的分析討論可以看出，貌不驚人的高頻交流電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計、制作是一個涉及電路拓撲、電子元器件選擇、電路動態(tài)靜態(tài)分析，電光源等多學(xué)科的一個知識密集性電子產(chǎn)品。它主要要求在電路盡可能簡單的條件下實現(xiàn)高效率、高可靠、低諧波成分、低電磁幅射干擾、高功率因數(shù)。所以對電路設(shè)計、選型、生產(chǎn)提出了較高的要求。隨著電子技術(shù)、電子元器件、電路拓撲水平的不斷提高，高頻交流電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量、性能會不斷提高。回顧自 20 世紀 70 年代世界上第一只高頻交流電子鎮(zhèn)流器的面市，到今天高頻交流電子鎮(zhèn)流器廣泛進入家庭、樓堂館所的照明，印證了高頻交流電子鎮(zhèn)流器的不斷發(fā)展，質(zhì)量、性能不斷提高的過程?？刂品绞胶驼彰鞣绞缴?，傳統(tǒng)照明控制采用手動開關(guān)，只有開和關(guān)，而且只能一路一路地開和關(guān)。而智能照明控制采用調(diào)光模塊，通過燈光的調(diào)光在不同使用場合產(chǎn)生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。在控制上采用低壓二次小信號控制，控制方式多，功能強，范圍廣，自動化程度高。其次，智能照明控制系統(tǒng)由于使用了自動化照明控制，智能利用光照以及通過網(wǎng)絡(luò)，只需一臺計算機就可對整個大樓的照明實現(xiàn)合理的能源管理自動化，不僅減少了不必要的耗電開支，同時也降低了用戶的運行維護費用，在節(jié)能方面可比傳統(tǒng)照明控制節(jié)電 20%以上。另外，在智能照明控制系統(tǒng)中，由于可通過系統(tǒng)人為地設(shè)置電壓限制，可以避免或降低電網(wǎng)電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。而更值得一提的是智能照明控制系統(tǒng)是一個開放式的系統(tǒng)，通過標準網(wǎng)絡(luò)接口可方便地與 BAS 系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)智能大樓的計算機系統(tǒng)集成。19致 謝經(jīng)過一個多月論文準備，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，在完成本篇畢業(yè)論文的過程中，本人得到了許多老師和同學(xué)們的幫助，是他們?yōu)榇烁冻隽诵难途?，在此請允許我向他們表示最衷心的感謝！作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的講師韓亞軍老師。韓老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是韓老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩韓亞軍的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 最后感謝我的母?！貞c信息工程學(xué)院四年來對我的大力栽培。13參考文獻[1]李采芹.中國火災(zāi)大典.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997[2]李春鎬.防火手冊. 上海：上海科技出版社， 1991[3]中國消防協(xié)會.建筑內(nèi)部裝修防火研討班論文集.北京：中國計劃出版社， 1995 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