專利名稱：照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電照明，尤其涉及用于一般電光源的電路裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術的電光源的電路裝置涉及節(jié)電方面的有很多，如中國專利CN200420089044.8公開了一種智能照明節(jié)電裝置，由主機、電腦控制芯片、繼電器組等構成，其中部分繼電器通過電腦控制芯片與主機輸出端相連，部分繼電器通過電腦控制芯片與主機輸入端相連。中國專利CN200420004155.4公開了一種照明節(jié)電穩(wěn)壓裝置。中國專利CN200420031271.5公開了一種照明節(jié)電裝置。它由調(diào)壓穩(wěn)壓電路、觸發(fā)控制電路、PLC控制電路、輸入開關、輸出開關、旁路開關、電參數(shù)變換器組成，所述電參數(shù)變換器、輸入開關、調(diào)壓穩(wěn)壓電路及輸出開關構成主回路，設旁路開關于輸入開關輸入端與輸出開關輸出端；調(diào)壓穩(wěn)壓電路輸入端經(jīng)輸入開關接市電，其控制信號來自觸發(fā)控制電路；觸發(fā)控制電路與PLC控制電路相連，PLC控制電路輸入端接電參數(shù)變換器，其I/O口與參數(shù)顯示、參數(shù)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(jié)電裝置，通過驅(qū)動電路在設定的時間控制接觸器的吸合與斷開，實現(xiàn)變壓器輸出電壓的升高或降低調(diào)節(jié)。中國專利CN03222007.3公開了一種照明節(jié)電器，包括安全供電電路，連接照明負載的節(jié)電電路，該節(jié)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采樣電路和延時預熱啟動電路。
目前在照明系統(tǒng)節(jié)電控制技術領域，主要是采用降壓方式減少電能消耗，達到節(jié)電目的。在實現(xiàn)上主要采取變壓器電磁調(diào)壓、可控硅相控調(diào)壓、IGBT斬波調(diào)壓等技術手段。
這一方法的主要特點是可以降低照明系統(tǒng)的電能消耗，延長照明燈具的使用壽命。
從節(jié)電效果上看，在一定的范圍內(nèi)供電電壓越低，節(jié)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(tǒng)的主要目的是需要保證要求的照度，常規(guī)調(diào)壓照明節(jié)電技術無法確保滿足這一基本要求和節(jié)電效果之間的合理關系。常常導致節(jié)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(jié)電作用。
可見，照明系統(tǒng)節(jié)電控制的實質(zhì)問題是在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統(tǒng)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(jié)電效果，以解決所述的實質(zhì)問題，現(xiàn)有技術并沒有提供現(xiàn)成的解決方案。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)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(tǒng)消耗的電能達到最小的節(jié)能控制實現(xiàn)裝置。
本實用新型實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是生產(chǎn)制造一種照度閉環(huán)照明節(jié)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(tǒng)電源電流傳感器和控制模塊，外界交流電源經(jīng)電力濾波器，由受節(jié)電控制模塊調(diào)節(jié)的大功率調(diào)壓模塊對照明燈具系統(tǒng)供電，燈具供電電源設有電壓閉環(huán)反饋電路，照度傳感裝置、照明系統(tǒng)電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環(huán)反饋。
所述節(jié)電控制模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路，運行參數(shù)設定電路和運算控制電路以及顯示電路；所述信號轉(zhuǎn)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端口，與照明燈具的輸入電源電壓的連接端口和與照明燈具的輸入電源電流傳感器的連接端口；所述運行參數(shù)設定電路包括與運算控制電路相連的用以輸入照明系統(tǒng)對象基本運行要求參數(shù)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(jié)能控制運算部分和調(diào)壓節(jié)能控制部分；所述信號轉(zhuǎn)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(yōu)選地，所述自適應智能照明節(jié)電控制部分，包括多點照度傳感輸入電路，配合的運行參數(shù)設定電路，輸出調(diào)壓控制信號的控制電路，用以計算實際平均照度和最佳調(diào)壓控制數(shù)據(jù)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(xiàn)有技術相比，本實用新型的照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，結構緊湊，可以實現(xiàn)在在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統(tǒng)消耗的電能達到最小。


圖1為照明照度與能耗關系示意圖。
圖2為燈具壽命與電壓關系示意圖。
圖3為現(xiàn)有技術節(jié)電與照度關系示意圖。
圖4為本實用新型的照度閉環(huán)照明節(jié)能裝置節(jié)電與照度關系示意圖。
圖5為本實用新型裝置具體實施例的照明系統(tǒng)工作原理圖。
圖6為本實用新型裝置具體實施例的照明節(jié)電控制系統(tǒng)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。
關于無效照明如圖1所示，照明的無效區(qū)域由示出，照度需求區(qū)間是保證照明環(huán)境的基本要求，常規(guī)燈具照明必須滿足這一要求；環(huán)境光照度的影響使實際照明區(qū)照度過大，燈具產(chǎn)生多余的照明，是照明浪費的主要部份，也是照明節(jié)電的主要部份，對于有環(huán)境光照的照明系統(tǒng)，環(huán)境光照一般可提供需要照度的20％---50％；電壓升高照明照度區(qū)間使實際照明區(qū)照度變大，燈具產(chǎn)生多于的照明，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(qū)間需求特性照度需求是一個區(qū)間要求，人眼對在同一照度下，在不同時段內(nèi)，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(chǎn)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(jié)電的基礎；利用自然光照、避免過高的供電電壓，分時段優(yōu)化照明照度是減少浪費，實現(xiàn)照明節(jié)電、減少照明消費的三項主要手段。
關于電壓波動如圖2所示，燈具壽命與電壓的關系由曲線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系由曲線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(fā)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系由曲線④示出燈具電壓降低，照度也降低，是燈具調(diào)光節(jié)能的基本條件。因此，較高的電源電壓，不僅產(chǎn)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(huán)節(jié)。
關于現(xiàn)有節(jié)電的誤區(qū)如圖3所示，電能節(jié)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范圍，要滿足這一要求，即使將照度準確調(diào)到照明照度需求區(qū)間下端時，節(jié)能空間也只有很小的區(qū)間，且人工調(diào)節(jié)難度較大；2.電壓過高引起的電能浪費是不確定因素，可節(jié)能空間為，3.要達到穩(wěn)定、合適的節(jié)能-設備投入性價比，剩下的只能是 。但是，這一節(jié)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(wǎng)供電電壓又不能確定長時間偏高時，加裝常規(guī)節(jié)電控制器，不能確保穩(wěn)定、合適的節(jié)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(jié)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(huán)照明節(jié)電裝置，不犧牲照明照度要求，只是將環(huán)境光照資源和可以避免浪費的照明資源轉(zhuǎn)換為節(jié)省的照明費用，節(jié)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(jié)省照明能源區(qū)域為，和。不僅將環(huán)境光照轉(zhuǎn)化為節(jié)省的電能；也挖掘了合理照明的潛力，將感覺因素轉(zhuǎn)換為部分電能的節(jié)?。贿€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(jié)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(tǒng)工作原理圖環(huán)境光照S和燈具光照L經(jīng)由監(jiān)測區(qū)照度傳感C送到照明智能系統(tǒng)，并且照明需求和照明供電也送到照明智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)的輸出經(jīng)由燈具電源控制輸出模塊調(diào)節(jié)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(jié)電控制系統(tǒng)原理圖。其中L(t)給定的最佳照明照度要求曲線；KL轉(zhuǎn)換系數(shù)；JK照度誤差；KZQ1照度數(shù)字控制器；UK輸出控制電壓；KZQ2電壓數(shù)字控制器；L1電源電壓；U0輸出電壓；DG燈具/照度轉(zhuǎn)換函數(shù)；SL環(huán)境光照度；L0現(xiàn)場實際照度；PL照度傳感器；LOOP1電壓閉環(huán)回路；LOOP2照度閉環(huán)回路。
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(jù)時間給出設定照度。照度數(shù)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(jīng)電壓數(shù)字控制器KZQ2構成電壓閉環(huán)控制回路，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(jīng)燈具轉(zhuǎn)換為照明照度，與環(huán)境照度疊加后為實際照度L0。環(huán)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(jié)能的目的。
圖7所示的本實用新型的照明節(jié)能裝置實施例的原理框圖，表達了整個系統(tǒng)的基本構造，整個系統(tǒng)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(jié)能控制模塊10和大功率調(diào)壓模塊20，外界交流電源經(jīng)濾波器50和所述大功率調(diào)壓模塊20對照明燈具系統(tǒng)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(jié)能控制模塊10中的信號轉(zhuǎn)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(tǒng)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(jié)能控制模塊10中還包括運行參數(shù)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(xiàn)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(xié)議通過外部設備進行參數(shù)設置和其它數(shù)據(jù)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(tǒng)的恒定供電電壓信號，保證燈具的供電不受電網(wǎng)波動的影響。節(jié)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，芯片中內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器端口A1-A5連接到單元11的對應信號線，輸出端口Ou1、Ou2；Ou3、Ou4；Ou5、Ou6連接到大功率調(diào)壓模塊20的驅(qū)動信號線。此外，大功率調(diào)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(tǒng)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(tǒng)對象30運行參數(shù)的設置。設置內(nèi)容主要包括要求的照度變化曲線，燈具的供電電壓限制范圍，運行模式選擇等。信號轉(zhuǎn)換電路11，通過比較器電路獲得電壓的過零脈沖信號，給電壓的A/D轉(zhuǎn)換提供采樣時間基準。經(jīng)運算放大器及外圍電路將輸出電壓、電流、轉(zhuǎn)換為適合微處理器片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換要求的輸入信號送微處理器；信號轉(zhuǎn)換電路11，也將照明照度傳感器40反饋回來的照度信號經(jīng)隔離處理后送微處理器。
微處理器根據(jù)設定的需要照度曲線參數(shù)，給出照度要求，經(jīng)運算，給出相應的控制電壓信號，再根據(jù)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(wěn)準確。再根據(jù)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(huán)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(huán)照明節(jié)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(jié)電。節(jié)電率一般在15---70％之間。
2.分時段，優(yōu)化照明照度，可盡可能多的節(jié)省照明能源。
3.自動燈具優(yōu)化供電控制，消除電網(wǎng)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(tǒng)運營維護費用。
4.全固態(tài)結構，對使用環(huán)境無特別要求，適用于各種照明環(huán)境，運行安全可靠，免維護。
5.模塊化組合結構，規(guī)格齊全，便于選用。
本實用新型的照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)勢在于1.在有環(huán)境光照情況下，多節(jié)省所示區(qū)間的能源。是照明節(jié)能的主要區(qū)間，常規(guī)調(diào)壓照明節(jié)能產(chǎn)品不具備這項功能。
2.在沒有環(huán)境光照情況下，可確保節(jié)省所示區(qū)間的能源。常規(guī)調(diào)壓照明節(jié)能產(chǎn)品只能靠人工靜態(tài)設定，難以保證動態(tài)有效性。
3.對照明供電電源自動進行優(yōu)化控制，確保燈具工作在最佳供電狀態(tài)，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(guī)調(diào)壓照明節(jié)能產(chǎn)品相比，智能化程度更高，控制更穩(wěn)定，使用更方便。
權利要求1.一種照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于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(tǒng)電源電流傳感器和節(jié)電控制模塊，外界交流電源經(jīng)電力濾波器，由受節(jié)電控制模塊調(diào)節(jié)的大功率調(diào)壓模塊對照明燈具供電，燈具供電電源設有電壓閉環(huán)反饋電路，照度傳感裝置、照明系統(tǒng)電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述節(jié)電控制模塊包括信號轉(zhuǎn)換電路，運行參數(shù)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(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)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端口，與照明燈具的輸入電源電壓的連接端口和與照明燈具的輸入電源電流傳感器的連接端口。
4.如權利要求2所述的照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述運行參數(shù)設定電路包括與運算控制電路相連的用以輸入照明系統(tǒng)對象基本運行要求參數(shù)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(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述節(jié)電控制模塊，包括多點照度傳感輸入電路，配合的運行參數(shù)設定電路，輸出調(diào)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(diào)壓控制數(shù)據(jù)的運算控制電路。
6.如權利要求5所述的照度閉環(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述運算控制電路包括節(jié)能控制運算部分和調(diào)壓節(jié)能控制部分；所述信號轉(zhuǎn)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(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于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(huán)照明節(jié)電裝置，其特征在于所述微處理器的型號為MSP430133。
專利摘要一種照度閉環(huán)照明節(jié)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(tǒng)電源電流傳感器和節(jié)電控制模塊，外界交流電源經(jīng)電力濾波器，由受節(jié)電控制模塊調(diào)節(jié)的大功率調(diào)壓模塊對照明燈具供電，燈具供電電源設有電壓閉環(huán)反饋電路，照度傳感裝置、照明系統(tǒng)電源電流傳感器和控制模塊構成照度閉環(huán)反饋系統(tǒng)。本裝置，結構緊湊，可以實現(xiàn)在滿足照明照度要求的前提下，使照明系統(tǒng)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(yōu)先權日2006年3月6日
發(fā)明者楊玉華 申請人:楊玉華