提要：本文主要介紹了電子鎮流器在城市道路節能中的應用，對常用的道路照明節能措施進行了比較和分析。通過對電子鎮流器的節能原理分析，可為人們選用道路節能產品提供參考。
　　關鍵詞：功率因數，諧波，道路照明
　　一、前言
　　我國實施的“綠色照明促進工程”，旨在節約能源，提高照明質量，促進城市照明節能技術的發展。電子鎮流器憑借其自身的優點，很好地解決了電感式鎮流器的存在的問題，對城市道路照明節能技術的發展具有深遠的意義。
　　二、常用的道路照明節能措施的分析
　　就道路照明節能方法而言，主要有兩中途徑：1）從光源的角度考慮，通過提高光源自身的發光效率從而節約能源；2）從照明控制的角度考慮，根據不同的照明需求，通過采用高效的控制器件或控制措施，提高能源的利用率。
　　幾種常用的道路照明節能措施的比較：
　　（1）LED光源路燈。LED光源具有能效高、工作電壓低、耗電量小、響應時間短等特點，逐漸應用于照明領域，成為道路照明的新興產品。然而，LED光源用于道路照明時，存在一下缺點：a.照度均勻度低，容易出現光斑現象；b.基于LED自身的特點，所產生的熱量很難散發出去，加速老化現象，使光衰嚴重；c.單燈功率低。LED光源在道路照明的普及應用仍處于發展階段，無論從價格、技術、質量綜合方面來看，現在還處于一種過渡期。
　　（2）無極燈。無極燈具有發光效率高、高顯色性、功率因數高、響應時間短、高節能比等特點，節能效果好，但由于散熱問題是限制大功率無極燈的瓶頸，并且，無極燈采用高頻電磁感應（無燈絲、無電極）方式觸發燈內壁的三基色熒光粉發光，從而大量高頻諧波，對電網造成嚴重污染。高低頻無極燈與大功率LED照明同屬過渡階段，由于路燈改造屬市政工程，從投資角度來說，產品的穩定性是改造的前提，其次才是節能空間，無極燈在市政應用領域從技術性能、質量穩定方面還需要一個跨度時期。
　　（3）電容就地補償方式。電容就地補償方式是最常用的方法，操作簡單，成本低，是有效降低電感鎮流器燈具視在電流，減少無功功率，提高電網功率因數的方法。但理論上不能降低有功功率，鎮流器自身損耗仍是一個比較嚴重的問題，且補償電容容易失效，需要經常維護。
　　（4）雙功率電感鎮流器。雙功率電感鎮流器是通過預定時間進行調壓切換，實現變功率輸出。由于采用變功率輸出，可以只采用單回路控制方式，從而減少工程投資，又可以彌補下半夜隔盞亮燈方式中出現的光斑現象，提高道路的照明均勻度。但電感鎮流器仍需采用電容就地補償方式進行無功補償。
　　（5）電子鎮流器。電子鎮流器是在電源與高壓鈉燈等氣體放電燈之間整體替代電感鎮流器，觸發器，補償電容器的裝置，其安裝使用更加方便，節能效果更好（自身功耗比電感鎮流器節省80%以上）。由于電子鎮流器在線路開路或短路時進線電流自動減少為零，因此電子鎮流器自身不易損壞，并且還具有無頻閃，無噪聲，無聲頻共振，使用壽命長等優點。在對現狀道路照明狀況改變較少的情況下，采用電子鎮流器是相對比較經濟可靠的方法。
　　三、電子鎮流器的節能原理
　　實驗表明，當功率因數cosα≥0.98時，可實現電網電能最佳傳輸。除熱損耗外，幾乎100%地輸出到負載。在實際應用中電感鎮流器由于無功功率過大，加大了線路的無功負載，從而增大了電網損耗。而電子鎮流器可最大限度地使用線路供電能力，減少電網損耗，節約電能。高壓鈉燈的氣體輝光放電電弧V-I特性表明，用電感鎮流器時的燈頭電壓呈馬鞍型曲線，流過的電流中間高，兩邊低。做傅利葉展開后，電流波形包含大量的奇次諧波（見圖1）。
　　           
　　                                                 圖1                                                                                                               圖2
　　以250W高壓鈉燈為例，電感鎮流器的每周期穩定過程分為：
　　1、電源正半周：電壓開始上升，但電壓較低，無法形成放電，先形成的等離子體復合恢復成分子期；電壓擊穿半恢復的等離子氣體期；流過電弧的電流開始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時值下降；無法維持氣體放電后，等離子氣體開始進入復合恢復期。
　　2、電源負半周：負電壓值開始上升，但電壓較低；無法形成放電，原先形成的等離子體復合恢復成分子期；電壓擊穿半恢復的等離子氣體期；流過電弧的電流開始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時值下降；無法維持氣體放電后，等離子氣體開始進入復合恢復期。
　　由于每次放電周期間隔達10毫秒(50HZ)，等離子體數目減少，氣體在復合恢復期的發光強度明顯減弱。用分色盤很容易檢出光亮的脈動。電流和燈發光強度是非線性的，典型曲線見圖2：
　　由于電流零歇時發光為零，大脈動電流工作方式的效率比較低。在相同照度下耗電多，照明質量差。典型的電感鎮流器，當250W高壓鈉燈滿功率運行時其總功率約285W。將工作過程與波形對照，并以傅利葉展開燈電流后發現，波形中含有很高的奇次諧波成分（3/5/7/9/11次諧波為主），電網電壓被奇變成饅頭波，功率因數低，而且無法用電容補償。
　　電子鎮流器工作頻率約50KHz，每放電周期僅10微秒，氣體擊穿所需的鏈式增值過程達2-8微秒，恢復時間約1毫秒。在電感限流作用下，電弧中的等離子氣體在電壓過零時根本來不及恢復及倍增，所以燈的每周期穩定過程中只有穩定的輝光放電效應，并通過其功率校正（PFC）電路，使得其功率因數達0.95以上。另外，從電弧工作狀況看，十分類似直流供電，但沒有電極轉移效應。由于燈電極沒有長時間的高峰值電流流過，電極溫度穩定，磨損減小，而高壓鈉燈燈管的主要失效模式為電極老化，這樣一來，使用電子鎮流器將有效延長燈管壽命。
　　圖3所示為使用電子鎮流器時鈉燈兩端的典型工作波形，與電感式鎮流器相比，工作過程明顯不同，在工作的所有時間內，燈都在穩定的發光；沒有頻閃，用分光盤無法測出，大大提高了照明質量。
　　                       
　　                                                       圖3
　　電子鎮流器采用恒功率控制，在電壓大幅度波動的情況下，提供給燈的功率保持不變，而且電子鎮流器的工作頻率為30KHz~45KHz，減少了高壓鈉燈的電光轉換中的脈動，提高了效率和舒適度。同時，由于電子鎮流器可實現定時變功率輸出的功能，可在約定的時間內自動降低輸出功率，彌補下半夜隔盞亮燈方式中出現的光斑現象，提高道路的照明均勻度。
　　實驗表明，250W高壓鈉燈電感鎮流器總功率約285W，在同等光照度下，電子鎮流器總功率僅需262W。從理論上看，使用電子鎮流器每只燈節省23W，若每天工作10小時，可節省電0.23度，即每年節電約82度，再加上高功率因數間接節能效果，每年至少節電約120度以上。以某中型城市有5萬只高壓鈉燈為例，可年節電600萬度。
　　四、結論
　　高壓鈉燈因其具有極好的光效(80~140lm/W)和合適的光波長，而被廣泛用于戶外照明。在LED、無極燈等新興光源技術仍有待進步的時候，高壓鈉燈是道路照明光源的首選。傳統的電感式的鎮流器存在功率因數低和自身損耗大的缺點。
　　隨著我國綠色照明工程的日益深入，人們對綠色照明產品的需求日益增大，特別是高性能電子鎮流器以其卓越的性能、適中的價格、功率因數高、能效高、燈電流波峰比低、良好的電磁兼容性：不會污染電網、不會干擾其它醫療儀器設備、計算機系統等用電設備正常工作的特點及優越性將逐步替代電感鎮流器。電子鎮流器的廣泛應用，也是解決城市道路照明中節能環保和照度要求之間矛盾的最理想方法。
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