高性能的路燈節(jié)電器設(shè)計與制作

由于路燈工作于夜間時段，工作電壓從傍晚點(diǎn)亮?xí)r的180V到深夜時的260V，工作環(huán)境十分惡劣，不但大大縮短了燈泡的使用壽命，而且造成了電能的極大浪費(fèi)。針對此現(xiàn)象特設(shè)計制作了100A路燈節(jié)電器，可用于40盞250W鈉燈或汞燈泡的供電線路中。經(jīng)使用效果良好，不但燈泡損壞率明顯降低，節(jié)電效果顯著，而且大大減少了維修人員的工作量。

下圖是100A路燈節(jié)電器的電原理圖，右圖是雙面印制板總圖。

一、電路原理

目前城市道路照明光源主要是鈉燈和汞燈，其工作電路由鈉燈或汞燈泡、電感式鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器等三部分組成，功率因數(shù)不接補(bǔ)償電容時為0.45，接補(bǔ)償電容時為0.90．整體呈現(xiàn)感性負(fù)載性質(zhì)。本路燈節(jié)電器的工作原理，就是在供電回路中，串接一個合適的交流電抗器。電網(wǎng)電壓低于235V時，電抗器被短路不起作用；電網(wǎng)電壓高于235V時，電抗器投入運(yùn)行，保證路燈的工作電壓不會超過235V。

整個電路由電源、電網(wǎng)電壓檢測與比較、輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)等三部分組成，電原理圖見下圖。

電源電路由變壓器T1、二極管D1～D4，三端穩(wěn)壓器U1（7812）等元件組成，輸出+12V電壓，為控制電路供電。

電網(wǎng)電壓檢測與比較由運(yùn)放U3（LM324）、U2（TL431）等元件組成。電網(wǎng)電壓經(jīng)電阻R9降壓，D5半波整流．C5濾波，得到7V左右的直流電壓作為取樣檢測電壓。取樣檢測電壓經(jīng)以U3B（LM324）組成的低通濾波器濾除紋波．送到比較器U3D（LM324）與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較器基準(zhǔn)電壓由電壓基準(zhǔn)源U2（TL431）提供。電位器VR1用于調(diào)節(jié)取樣檢測電壓的幅度，VR2用于調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓。

輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)由繼電器RL1及RL3、大電流航空接觸器RL2、交流電抗器L1等組成。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于235V時，比較器U3D輸出低電平，三機(jī)管Q1截止，繼電器RL1釋放，其常閉觸點(diǎn)接通航空接觸器RL2的供電回路，RL2吸合，電抗器L1被短路不起作用；當(dāng)電網(wǎng)電壓高于235V時，比較器U3D輸出高電平，三機(jī)管Q1導(dǎo)通，繼電器RL1吸合，其常閉觸點(diǎn)斷開航空接觸器RL2的供電回路，RL2釋放，電抗器L1接入路燈供電回路，過高的電網(wǎng)電壓由其承擔(dān)一部分，保證路燈的工作電壓不會超過235V。發(fā)光管LED1用于指示繼電器RL1的工作狀態(tài)．LED2用于指示航空接觸器RL2的工作狀態(tài)，壓敏電阻MY1用于觸點(diǎn)滅弧。

繼電器RL3的作用是減小航空接觸器RL2的功耗，因為RL2啟動線圈電阻僅4Ω，保持線圈電阻70Ω左右，加直流24V時，啟動電流為6A，維持電流也大于300mAo通過繼電器RL3切換航空接觸器RL2的線圈電壓，減小保持功耗。原理是：RL2啟動時，其常閉輔助觸點(diǎn)短路了繼電器RL3的線圈，RL3釋放，常閉觸點(diǎn)把變壓器T1的高電壓端28V接入RL2的橋式整流輸入端；RL2啟動后，其常閉輔助觸點(diǎn)斷開，繼電器RL3得電吸合，常開觸點(diǎn)把變壓器T1的低電壓端14V接入RL2的橋式整流輸入端，以50%的啟動線圈電壓，來維持航空接觸器RL2的吸合狀態(tài)。

二、元器件選取

電路元器件除航空接觸器RL2、變壓器T1、交流電抗器L1外都是普通常用件。

變壓器T1用E122×33鐵心繞制，初級用φ0.21漆包線繞1250匝，次級用φ0.70漆包線繞160匝，中間抽頭。交流電抗器L1用CD25×50 xl00鐵心、6x3mm紗包扁銅線繞制，氣隙2mm，電感量1.2mH。航空接觸器RL2型號為MZJ-200N24V，這是一個比較難購買的器件。電路其他元器件參數(shù)如附圖標(biāo)注。

三、制作與調(diào)試

在原理圖所示元器件中，航空接觸器RL2、變壓器Tl、交流電抗器L1、整流橋QLl、壓敏電阻MY1、發(fā)光管LED2、電阻R15等均不在印制板上，其他元器件都焊接于印制板上，兩者通過12線接插件XH3.96-12P連接。航空接觸器RL2、交流電抗器L1、輸入輸出總線之間一定要用150A接線鼻和M8螺栓可靠的連接。

整個電路連接好后，把變壓器T1接到調(diào)壓器上，首先使輸出電壓為220V，調(diào)節(jié)電位器VR1，使取樣檢測電壓為7V左右；然后把調(diào)壓器輸出電壓調(diào)為235V．調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓電位器VR2使繼電器RL1剛剛動作即可。