照度閉環照明節電裝置的製作方法
2023-06-15 14:48:56 1
專利名稱：照度閉環照明節電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電照明，尤其涉及用於一般電光源的電路裝置。
背景技術：
現有技術的電光源的電路裝置涉及節電方面的有很多，如中國專利CN200420089044.8公開了一種智能照明節電裝置，由主機、電腦控制晶片、繼電器組等構成，其中部分繼電器通過電腦控制晶片與主機輸出端相連，部分繼電器通過電腦控制晶片與主機輸入端相連。中國專利CN200420004155.4公開了一種照明節電穩壓裝置。中國專利CN200420031271.5公開了一種照明節電裝置。它由調壓穩壓電路、觸發控制電路、PLC控制電路、輸入開關、輸出開關、旁路開關、電參數變換器組成，所述電參數變換器、輸入開關、調壓穩壓電路及輸出開關構成主迴路，設旁路開關於輸入開關輸入端與輸出開關輸出端；調壓穩壓電路輸入端經輸入開關接市電，其控制信號來自觸發控制電路；觸發控制電路與PLC控制電路相連，PLC控制電路輸入端接電參數變換器，其I/O口與參數顯示、參數設定鍵相連；輸出開關與路燈供電線路相連。中國專利CN200420031271.5公開了一種電磁式智能照明節電裝置，通過驅動電路在設定的時間控制接觸器的吸合與斷開，實現變壓器輸出電壓的升高或降低調節。中國專利CN03222007.3公開了一種照明節電器，包括安全供電電路，連接照明負載的節電電路，該節電電路和檢測控制電路的輸出端連接，檢測控制電路上還連接有採樣電路和延時預熱啟動電路。
目前在照明系統節電控制技術領域，主要是採用降壓方式減少電能消耗，達到節電目的。在實現上主要採取變壓器電磁調壓、可控矽相控調壓、IGBT斬波調壓等技術手段。
這一方法的主要特點是可以降低照明系統的電能消耗，延長照明燈具的使用壽命。
從節電效果上看，在一定的範圍內供電電壓越低，節電效果越好；從延長燈具使用壽命上看，電壓降低適當時，燈具壽命也會延長。但是照明系統的主要目的是需要保證要求的照度，常規調壓照明節電技術無法確保滿足這一基本要求和節電效果之間的合理關係。常常導致節省了照明用電時，卻犧牲了必要的照度。反之，無法保證有效的節電作用。
可見，照明系統節電控制的實質問題是在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統消耗的電能達到最小。如何既保證照度要求，又保證有效的節電效果，以解決所述的實質問題，現有技術並沒有提供現成的解決方案。
實用新型內容本實用新型的目的在於避免上述現有技術的不足之處，而提出一種在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統消耗的電能達到最小的節能控制實現裝置。
本實用新型實現上述目的所採用的技術方案是生產製造一種照度閉環照明節電裝置，包括測量照明對象平均照度的多點式照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和控制模塊，外界交流電源經電力濾波器，由受節電控制模塊調節的大功率調壓模塊對照明燈具系統供電，燈具供電電源設有電壓閉環反饋電路，照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環反饋。
所述節電控制模塊包括信號轉換電路，運行參數設定電路和運算控制電路以及顯示電路；所述信號轉換電路的輸入包括與所述多點照度測量傳感器的電路連接埠，與照明燈具的輸入電源電壓的連接埠和與照明燈具的輸入電源電流傳感器的連接埠；所述運行參數設定電路包括與運算控制電路相連的用以輸入照明系統對象基本運行要求參數的按鍵與指示裝置，和/或通訊接口；所述運算控制電路包括節能控制運算部分和調壓節能控制部分；所述信號轉換電路的輸出送運算控制電路。
在本實用新型的控制裝置的實施例中，優選地，所述自適應智能照明節電控制部分，包括多點照度傳感輸入電路，配合的運行參數設定電路，輸出調壓控制信號的控制電路，用以計算實際平均照度和最佳調壓控制數據的運算控制電路。
所述運算控制電路為一微處理器，型號為MSP430133。
同現有技術相比，本實用新型的照度閉環照明節電裝置，結構緊湊，可以實現在在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統消耗的電能達到最小。
圖1為照明照度與能耗關係示意圖。
圖2為燈具壽命與電壓關係示意圖。
圖3為現有技術節電與照度關係示意圖。
圖4為本實用新型的照度閉環照明節能裝置節電與照度關係示意圖。
圖5為本實用新型裝置具體實施例的照明系統工作原理圖。
圖6為本實用新型裝置具體實施例的照明節電控制系統原理圖。
圖7為本實用新型具體實施例的原理框圖。
圖8為本實用新型裝置具體實施例的電氣原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。
關於無效照明如圖1所示，照明的無效區域由示出，照度需求區間是保證照明環境的基本要求，常規燈具照明必須滿足這一要求；環境光照度的影響使實際照明區照度過大，燈具產生多餘的照明，是照明浪費的主要部份，也是照明節電的主要部份，對於有環境光照的照明系統，環境光照一般可提供需要照度的20％---50％；電壓升高照明照度區間使實際照明區照度變大，燈具產生多於的照明，是照明浪費的不確定部份。一般情況下會浪費5％---20％的電能。照度區間需求特性照度需求是一個區間要求，人眼對在同一照度下，在不同時段內，主觀感覺的亮度不同，夜間的人眼感覺比白天亮，燈具提供同樣的照度時，也產生一些不必要的浪費，一般為3％---5％。因此，無效照明，是電能的最大浪費！保證照度的要求，是照明節電的基礎；利用自然光照、避免過高的供電電壓，分時段優化照明照度是減少浪費，實現照明節電、減少照明消費的三項主要手段。
關於電壓波動如圖2所示，燈具壽命與電壓的關係由曲線①示出適當降低燈具供電電壓，壽命得到延長，電壓過高使燈具壽命降低，一般情況下，電壓升高10％---15％，壽命減短到60％--80％，電壓降低5％---10％時，燈具壽命延長到150％以上；燈具耗電與電壓的關係由曲線②、③示出使額定電壓燈具效率最高，降低電壓，消耗功率降低，電壓升高，消耗功率大幅上升，發光效率降低。一般情況下，電壓升高10％---15％，功耗增加到1260％-150％。電壓降低5％---10％時，功耗降低10％---15％；燈具照度與電壓的關係由曲線④示出燈具電壓降低，照度也降低，是燈具調光節能的基本條件。因此，較高的電源電壓，不僅產生了電能的浪費，而且降低了燈具的壽命，適當降低燈具電壓，是減少照明燈具消耗的重要環節。
關於現有節電的誤區如圖3所示，電能節省與照度損失1、燈具的配置原則總是使其照度要求達到正常照明照度範圍，要滿足這一要求，即使將照度準確調到照明照度需求區間下端時，節能空間也只有很小的區間，且人工調節難度較大；2.電壓過高引起的電能浪費是不確定因素，可節能空間為，3.要達到穩定、合適的節能-設備投入性價比，剩下的只能是 。但是，這一節能方式是以犧牲照度要求為代價，應該避免。因此，當不能降低照明照度要求、電網供電電壓又不能確定長時間偏高時，加裝常規節電控制器，不能確保穩定、合適的節電效果一設備投入性價比，會使額外照明成本增加。避免不合適的照明節電改造方式，也是是減少照明費用的重要因素。
本實用新型的照度閉環照明節電裝置，不犧牲照明照度要求，只是將環境光照資源和可以避免浪費的照明資源轉換為節省的照明費用，節省照明費用示意如圖4所示，可以確保實際照明照度曲線沿著曲線W3運行，照明燈具最佳照度曲線沿著曲線W2運行。節省照明能源區域為，和。不僅將環境光照轉化為節省的電能；也挖掘了合理照明的潛力，將感覺因素轉換為部分電能的節省；還提供了燈具最佳壽命運行模式的自動保障，大大延長燈具使用壽命。使照明費用節省得到可靠的保障。
圖5所示是本實用新型裝置具體實施例的照明系統工作原理圖環境光照S和燈具光照L經由監測區照度傳感C送到照明智能系統，並且照明需求和照明供電也送到照明智能系統，該系統的輸出經由燈具電源控制輸出模塊調節燈具照度。
圖6所示是本實用新型裝置具體實施例的照明節電控制系統原理圖。其中L(t)給定的最佳照明照度要求曲線；KL轉換係數；JK照度誤差；KZQ1照度數字控制器；UK輸出控制電壓；KZQ2電壓數字控制器；L1電源電壓；U0輸出電壓；DG燈具/照度轉換函數；SL環境光照度；L0現場實際照度；PL照度傳感器；LOOP1電壓閉環迴路；LOOP2照度閉環迴路。
工作過程是給定的最佳照明照度要求曲線L(t)是一個與時間和標準照度要求有關的設置量，計算機根據時間給出設定照度。照度數字控制器KZQ1是一個控制算法目標是使照度誤差JK的平方對時間的積分最小，輸出控制電壓要求UK。UK和實際輸出反饋經電壓數字控制器KZQ2構成電壓閉環控制迴路，使電源電壓的波動不影響最佳實際輸出電壓U0。實際輸出電壓U0經燈具轉換為照明照度，與環境照度疊加後為實際照度L0。環境照度的增強使燈具照度減小，又使輸入電壓減小，從而照明輸入功率減小而達到節能的目的。
圖7所示的本實用新型的照明節能裝置實施例的原理框圖，表達了整個系統的基本構造，整個系統包括電源濾波電路和測量電流用的互感器，還包括兩個功能模塊節能控制模塊10和大功率調壓模塊20，外界交流電源經濾波器50和所述大功率調壓模塊20對照明燈具系統30供電，為照明對象提供需要的照明照度，實際照度由照度測量裝置40測取。節能控制模塊10中的信號轉換電路單元11中，照明燈具的電流測量信號線IL1連接到電流互感器I1；照明燈具的電壓測量信號線連接到燈具系統的輸入電源線，構成電壓反饋控制；照度測量信號線B1、B2，B3連接多點照度傳感器40，構成早明照度反饋控制；節能控制模塊10中還包括運行參數設定電路13，該電路包括與微處理器相連的用以輸入照明對象現場照度要求的，按鍵與指示裝置，和/或通訊接口，通過該通訊接口就可以遵照MOBUS等通訊協議通過外部設備進行參數設置和其它數據通訊，或者在不需要對象照度反饋時，可通過手動設置，給出燈具系統的恆定供電電壓信號，保證燈具的供電不受電網波動的影響。節能控制模塊10中的運算控制電路單元12是一片高性能微處理器，選用型號為TI公司的MSP430133，它上面帶有一個串行通訊接口，晶片中內置A/D轉換器埠A1-A5連接到單元11的對應信號線，輸出埠Ou1、Ou2；Ou3、Ou4；Ou5、Ou6連接到大功率調壓模塊20的驅動信號線。此外，大功率調壓模塊20的輸入線L11、O0連接外部輸入電源濾波器50輸出線，輸出線U0、O連接照明系統40供電電源線。外部輸入電源濾波器50輸入線L1、O連接外部電源輸入線。
圖8所示電路是本實用新型裝置具體實施例的電氣原理圖。通過與微處理器相連的按鍵和指示裝置，或者通過RS485通訊接口可以進行照明系統對象30運行參數的設置。設置內容主要包括要求的照度變化曲線，燈具的供電電壓限制範圍，運行模式選擇等。信號轉換電路11，通過比較器電路獲得電壓的過零脈衝信號，給電壓的A/D轉換提供採樣時間基準。經運算放大器及外圍電路將輸出電壓、電流、轉換為適合微處理器片內A/D轉換要求的輸入信號送微處理器；信號轉換電路11，也將照明照度傳感器40反饋回來的照度信號經隔離處理後送微處理器。
微處理器根據設定的需要照度曲線參數，給出照度要求，經運算，給出相應的控制電壓信號，再根據實際反饋電壓和設定的燈具電壓限制條件，修正輸出電壓，構成電壓反饋控制，使輸出電壓平穩準確。再根據照度傳感器40反饋回來的照度信號，修正控制信號，構成照度閉環反饋，使照度準確按照設定的需要照度曲線變化。
本實用新型的照度閉環照明節電裝置，主要特點1.使用簡單方便，全自動運行，在確保照度要求的前提下，利用自然光照，高效率節電。節電率一般在15---70％之間。
2.分時段，優化照明照度，可儘可能多的節省照明能源。
3.自動燈具優化供電控制，消除電網電壓波動對燈具的影響，延長燈具使用壽命，減少燈具更換和照明系統運營維護費用。
4.全固態結構，對使用環境無特別要求，適用於各種照明環境，運行安全可靠，免維護。
5.模塊化組合結構，規格齊全，便於選用。
本實用新型的照度閉環照明節電裝置，與現有技術相比的優勢在於1.在有環境光照情況下，多節省所示區間的能源。是照明節能的主要區間，常規調壓照明節能產品不具備這項功能。
2.在沒有環境光照情況下，可確保節省所示區間的能源。常規調壓照明節能產品只能靠人工靜態設定，難以保證動態有效性。
3.對照明供電電源自動進行優化控制，確保燈具工作在最佳供電狀態，即能減少電壓變高引起的能源浪費，又能有效延長燈具的使用壽命。與常規調壓照明節能產品相比，智能化程度更高，控制更穩定，使用更方便。
權利要求1.一種照度閉環照明節電裝置，其特徵在於包括測量照明對象平均照度的多點式照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和節電控制模塊，外界交流電源經電力濾波器，由受節電控制模塊調節的大功率調壓模塊對照明燈具供電，燈具供電電源設有電壓閉環反饋電路，照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環反饋系統。
2.如權利要求1所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述節電控制模塊包括信號轉換電路，運行參數設定電路和運算控制電路以及顯示電路。
3.如權利要求2所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述信號轉換電路的輸入包括與所述多點照度測量傳感器的電路連接埠，與照明燈具的輸入電源電壓的連接埠和與照明燈具的輸入電源電流傳感器的連接埠。
4.如權利要求2所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述運行參數設定電路包括與運算控制電路相連的用以輸入照明系統對象基本運行要求參數的按鍵與指示裝置，和/或通訊接口。
5.如權利要求1所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述節電控制模塊，包括多點照度傳感輸入電路，配合的運行參數設定電路，輸出調壓控制信號的控制電路，和用以計算實際平均照度和最佳調壓控制數據的運算控制電路。
6.如權利要求5所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述運算控制電路包括節能控制運算部分和調壓節能控制部分；所述信號轉換電路的輸出送運算控制電路。
7.如權利要求6所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述運算控制電路為一微處理器。
8.如權利要求7所述的照度閉環照明節電裝置，其特徵在於所述微處理器的型號為MSP430133。
專利摘要一種照度閉環照明節電裝置，包括測量照明對象平均照度的多點式照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和節電控制模塊，外界交流電源經電力濾波器，由受節電控制模塊調節的大功率調壓模塊對照明燈具供電，燈具供電電源設有電壓閉環反饋電路，照度傳感裝置、照明系統電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環反饋系統。本裝置，結構緊湊，可以實現在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統消耗的電能達到最小。
文檔編號H05B37/02GK2907165SQ20062005571
公開日2007年5月30日 申請日期2006年3月6日 優先權日2006年3月6日
發明者楊玉華 申請人:楊玉華