一种两线制HID灯延时变功率节能装置的制作方法

一种两线制hid灯延时变功率节能装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种两线制hid灯延时变功率节能装置，属于照明灯具技术领域。


背景技术：

2.高强度气体放电灯(hid灯)包括高压钠灯、高压汞灯与金属卤化物灯，在道路、广场、机场、码头、车站、堆场等场所应用十分广泛，这些场合的照明灯具常常昼夜通宵运行，然而在深夜由于电网电压的升高，这些灯具往往在超过额定功率的条件下运行，浪费了大量电能也缩短了使用寿命；另一方面在深夜，由于照明区域的人员车辆密度降低、工作强度降低，这些照明灯具完全可以调低功率，适当降低照度，从而起到节能效果，现有技术就有利用变功率镇流器，结合专门的定时器，实现灯具深夜自动降功率节能运行的方案，起到了较好的节能效果，然而现有技术存在着如下缺陷：
3.一、需要价格昂贵的多抽头镇流器，节能改造需要更换镇流器，致使改造成本高，对于一个典型的400w高压钠灯，镇流器的更换成本就达150元以上。
4.二、需要配置专用定时器，定时器电子元件多，又接在电源相零线之间，夏季极易遭受感应雷过电压而损坏，致使灯具故障率大幅升高。
5.三、可靠性低，不具备电源电压异常或灯泡熄弧时的保护功能，例如电源电压过低时仍旧定时降功率，导致灯泡因电流过小而熄弧；灯泡熄弧后仍旧在低功率状态重新启动，导致灯泡预热时间增加，对照明区域的正常交通或作业产生不利影响。
6.四、现有技术的变功率方案的定时器有4个接线端，镇流器也有3-4个接线端，导致现场改造施工接线麻烦，在现场高空作业的条件下容易接错，从而增加了节能改造的间接成本、降低了施工效率。
7.鉴于现有技术的缺点，hid变功率节能技术目前仅有小部分道路照明场合采用，很多其他可以进行类似节能改造的场合由于现有技术的成本、故障率、可靠性与施工便利性不够好，至今未采用任何深夜调节功率的节能技术，大量照明能耗被白白浪费。研发一种成本低廉、故障率低、可靠性高、施工方便的新型hid灯变功率节能技术，意义重大。


技术实现要素：

8.本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种两线制hid灯变功率节能装置，能够实现降低定时器故障率、提高照明可靠性、降低成本的目的。
9.本实用新型所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
10.一种两线制hid灯延时变功率节能装置，包括镇流器、与镇流器串联的hid灯、与 hid灯并联的触发器，还包括电流互感器、时间继电器模块、阻抗元件，电流互感器的一次侧与阻抗元件串联，时间继电器模块的输入端与电流互感器的二次侧相连，时间继电器模块的输出接点与阻抗元件相连，时间继电器模块为上电延时动作型。
11.作为优选实例，时间继电器模块包括整流电路、rc积分电路、触发管、电磁继电器、放电二极管，整流电路的交流侧与电流互感器的二次侧相连，整流电路的直流侧与 rc积分
电路的rc串联回路两端相连，放电二极管与rc积分电路的电阻并联，电磁继电器的线圈与一组常开接点串联后接于整流电路的直流侧，触发管串联于电磁继电器线圈与常开接点的串联中心点、rc积分电路的rc串联中心点之间。
12.作为优选实例，整流电路的直流侧接有热敏电阻分压电路，rc积分电路的rc串联回路与热敏电阻分压电路的一个电阻臂并联。
13.作为优选实例，阻抗元件包括一个电感线圈，时间继电器模块的输出接点与的电感线圈并联。
14.作为优选实例，阻抗元件包括两组串联的感容元件，时间继电器模块的输出接点与感容元件并联。
15.作为优选实例，时间继电器模块设有延时时间设定端，延时时间设定端串联有温度传感元件。
16.作为优选实例，时间继电器模块的输出接点与ptc热敏元件并联。
17.本实用新型的技术进步与有益效果在于：
18.(1)通过本实用新型，可保留原有镇流器，成倍降低节能改造成本：本实用新型采用外部附加阻抗元件的方式与灯具原有镇流器配合，增加镇流元件总阻抗，降低灯电流，在实现降功率的同时保留原有镇流器使改造成本成倍降低。
19.(2)通过本实用新型，克服了现有技术定时器故障率高的问题：本实用新型的时间继电器模块采用互感器隔离设置，而互感器采用与灯具主回路串联取能方式，现有技术的定时器均采用电源相零线间并联取能，这样由电源线侵入的雷电过电压侵入波很可能损坏现有技术的定时器，而本技术由于互感器一二次绕组间的高绝缘裕度，雷电侵入波完全被隔离在互感器的一次侧，再加上与之串联的镇流器的高频脉冲阻塞作用，从而使时间继电器模块受雷击损坏的概率降低到接近于零，尤其在在恶劣的户外高杆照明应用场合，有效地解决了现有技术故障率高的缺陷。
20.(3)通过本实用新型，用极其简单的方式实现了极高的照明可靠性：本实用新型的时间继电器模块采用互感器串联接入灯具主回路的方式，这样，当电源电压波动或灯泡老化导致灯具电流较小时，由于互感器二次侧产生的电压相应降低，无法达到时间继电器的启动门槛电压，这样延时降功率功能就被自然闭锁，避免降功率导致灯泡熄弧，而灯泡因电源波动或老化熄弧重启后，因灯电流的中断，时间继电器重新上电计时，从而可使灯泡以全电流重新启动，避免灯泡在低功率条件下启动而使启动时间延长，进而影响照明，现有技术要实现上述功能，必须增加复杂的灯电流检测电路，从而令成本进一步提高，而本实用新型仅使用了简单的互感器就实现了上述功能，具有极高的照明可靠性。
21.(4)通过本实用新型，两线制设计、仅有两个接线端，改造施工简单高效：本实用新型采用简单巧妙的电流互感器取能方式与阻抗元件串联实现功率调节，整机与外部联系的仅仅依靠两个接线端子，不分极性直接与灯具原有镇流器回路或总电源输入端串联即可工作，施工难度降到了最低，具有基础施工作业能力的人员即可正确施工，而现有技术的四端定时器与镇流器，改造施工难度大，对施工人员要求高，一旦接线出错，还会造成灯具烧毁的后果，改造施工效率低、成本高。
22.(5)通过本实用新型，时间控制模块完全可由无源器件构成，进一步降低故障率、实现长寿命：本实用新型的时间继电器模块可全部由电阻、电容、二极管、继电器元件构成，
不使用一个芯片、晶体管、电解电容等有源器件或易损器件，hid灯具工作环境恶劣，高温、日晒、雨淋、潮气、雷击无时无刻地考验着灯具控制装置，而无源器件在恶劣环境下的工作稳定性要显著优于有源器件，从而可进一步降低装置的故障率，延长控制装置的寿命。
23.(6)通过本实用新型，用极其简单的方式实现了延时时间的自动调整：hid灯深夜调光节能的变功率时刻一般设置在5小时左右，当夜间18时开灯全功率运行至深夜23 时左右降为低功率模式，然而大部分地区四季天黑时间不一致，在高纬度地区，冬季可能16时开灯，夏季21时开灯，这样冬季的全功率运行时间太短，而夏季又太长，现有技术绝大部分都不具备随季节调整延时的功能，从而令节能效果大打折扣，如需要增加此功能，则成本还要提高，本技术利用简单的热敏电阻回路，利用热敏电阻感受环境温度，夏季温度高增加缩短延时时间；冬季温度低延长延时时间，从而用极其简单的方式实现了延时时间的自动调整。
24.(7)通过本实用新型，用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节：hid灯的调光控制的速度与调光深度均有一定限制，调光速度过快会导致熄弧，现有技术的变阻抗镇流器仅能实现功率的瞬时降低，调光在0.5秒内完成，不但可能造成灯泡熄弧，还因灯亮度的突变对照明区域的人员产生视觉不适或恐惧感，然而现有技术要实现灯功率的缓慢斜坡调节，必须借助晶闸管交流调压电路，从而令成本升高、控制复杂，而本技术采用简单的ptc热敏元件与继电器接点并联，继电器接点断开后热敏元件还处于低阻状态，随后由于发热阻抗缓慢加大，最后接近断开，完成阻抗元件的切换，这一简单巧妙的方法用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节，使灯在数十秒的时间内缓慢由全功率降至低功率，避免了熄弧问题与视觉不适，同时也避免了继电器接点拉弧，延长了继电器寿命。
25.(8)通过本实用新型，可集中安装、兼容补偿电容。现有技术的变阻抗镇流器必须分散安装在每个灯具中，施工麻烦，每台灯具配置一套节能装置也导致了节能装置成本过高，本实用新型采用简单的串联电抗方式，加上方便的两线制设计，可以兼容每个灯具既有的补偿电容，既可以在灯杆下部的接线盒内安装，也可以在照明控制箱内集中安装，从而实现一台装置控制多个灯具，令安装成本进一步降低。
附图说明
26.下面将结合附图对本实用新型的原理和特点进行进一步详细说明。
27.图1是本实用新型实施例1的电路图；
28.图2是本实用新型实施例2的电路图；
29.图3是本实用新型实施例3的电路图。
30.其中，1、电流互感器，2、时间继电器模块，3、阻抗元件，4、整流电路，5、rc 积分电路，6、触发管，7、电磁继电器，8、放电二极管，9、热敏电阻分压电路，10、 ptc热敏元件，11、滤波电容，12、镇流器，13、hid灯，14、触发器，15、温度传感元件，16、稳压二极管，17、负载电阻。
具体实施方式
31.为了对本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本实用新型。
32.实施例1
33.如图1所示，一种两线制hid灯延时变功率节能装置，包括镇流器12、与镇流器12 串联的hid灯13、与hid灯13并联的触发器14，还包括电流互感器1、时间继电器模块2与阻抗元件3，电流互感器1的一次侧与阻抗元件3串联，时间继电器模块2的输入端与所述电流互感器1的二次侧相连，时间继电器模块2的输出接点与阻抗元件3相连，时间继电器模块2为上电延时动作型，阻抗元件3正常工作时的压降有效值为电源电压有效值的7-45％。阻抗元件3由电感线圈组成，所述时间继电器模块2的输出接点与该电感线圈、以及一个ptc热敏元件10并联。
34.其中，时间继电器模块2由一个整流电路4、一个rc积分电路5、一个触发管6、一个电磁继电器7、一个放电二极管8，所述整流电路4的交流侧与所述电流互感器1的二次侧相连，整流电路4的直流侧与所述rc积分电路5的rc串联回路两端相连，放电二极管8与所述rc积分电路5的电阻并联，电磁继电器7的线圈与一组常开接点串联后接于所述整流电路4的直流侧，触发管6串联于电磁继电器7线圈与常开接点串联中心点、以及rc积分电路5的rc串联中心点之间。整流电路4的直流侧接有热敏电阻分压电路9，所述rc积分电路5的rc串联回路与所述热敏电阻分压电路9的一个电阻臂并联。
35.当所控制的hid灯13启动后，电流互感器1将一次侧的电流变换为一个较高的的电压，输至时间继电器模块2，时间继电器模块2得电开始计时，由于其为上电延时动作型，在设定动作时间到达前，继电器不动作，阻抗元件3的电感线圈被时间见继电器的输出接点短路，所控制的hid灯以额定的正常功率运行。当时间继电器模块2延时时间到达后，继电器动作，输出接点断开，此时hid灯13电流全部流入与之并联的ptc热敏元件10，ptc热敏元件10可由聚合物自恢复保险丝、ptc热敏电阻等组成，ptc元件初始状态电阻较小，不会对灯电流产生额外的阻碍，灯仍旧维持原有亮度，当随着时间延长，ptc热敏元件10由于电流发热，电阻增加，最后增加到接近断开的稳定状态，使电流全部流入阻抗元件3的电感线圈，使整个灯的镇流阻抗增加，从而使灯电流减小，起到降功率节能运行的作用，阻抗元件3正常工作时的压降有效值为电源电压有效值的7-45％，这样可使灯功率降至额定值的8-50％左右，起到相应节能效果的同时，不使灯亮度过分降低以致影响照明。由于ptc热敏元件10的时间常数，其电阻从低阻变位高阻状态需要数十秒的时间，从而令灯功率变化有一斜坡过程，不会突变，从而用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节，使灯在数十秒的时间内缓慢由全功率降至低功率，避免了熄弧问题与视觉不适，同时也避免了继电器接点拉弧，延长了继电器寿命。本实施例的阻抗元件3也可由晶闸管交流调压电路或触发管构成，这些电路或器件采用交流前沿切相的方法，与在回路里串入电抗元件性质接近，也能起到一定的降功率调光作用，且体积小成本低，但波形与可靠性比电抗器稍欠一些、调光幅度也小一些。
36.本实施例的优点在于：
37.一、可保留原有镇流器，成倍降低节能改造成本。本实用新型采用外部附加阻抗元件的方式与灯具原有镇流器配合，增加镇流元件总阻抗，降低灯电流，在实现降功率的同时保留原有镇流器使改造成本成倍降低。
38.二、克服了现有技术定时器故障率高的问题。时间继电器模块采用互感器隔离设置，而互感器采用与灯具主回路串联取能方式，现有技术的定时器均采用电源相零线间并联取能，这样由电源线侵入的雷电过电压侵入波很可能损坏现有技术定时器，而本技术由于互感器一二次绕组间的高裕度绝缘，雷电侵入波完全被隔离在互感器的一次侧，再加上
与之串联的镇流器的高频脉冲阻塞作用，从而使时间继电器模块受雷击损坏的概率降低到接近于零，尤其在在恶劣的户外高杆照明应用场合，有效地解决了现有技术故障率高的缺陷。
39.三、用极其简单的方式实现了极高的照明可靠性。时间继电器模块采用互感器串联接入灯具主回路的方式，这样，当电源电压波动或灯泡老化导致灯具电流较小时，由于互感器二次侧产生的电压相应降低，无法达到时间继电器的启动门槛电压，这样延时降功率功能就被自然闭锁，避免降功率导致灯泡熄弧，而灯泡因电源波动或老化熄弧重启后，因灯电流的中断，时间继电器重新上电计时，从而可使灯泡以全电流重新启动，避免灯泡在低功率条件下启动而时启动和时间延长，进而影响照明，现有技术要实现上述功能，必须增加复杂的灯电流检测电路，从而令成本进一步提高，而本实用新型仅使用了简单的互感器就实现了上述功能，具有极高的照明可靠性。
40.四、两线制设计、仅有两个接线端，改造施工简单高效。本实用新型采用简单巧妙的电流互感器取能方式与阻抗元件串联实现功率调节，整机与外部联系的仅仅依靠两个接线端子，不分极性直接与灯具原有镇流器回路或总电源输入端串联即可工作，施工难度降到了最低，具有基础施工作业能力的人员即可正确施工，而现有技术的四端定时器与镇流器，改造施工难度大，对施工人员要求高，一旦接线出错，还会造成灯具烧毁的后果，改造施工效率低、成本高。
41.实施例2
42.如图2所示，一种两线制hid灯延时变功率节能装置，包括镇流器12、与镇流器12 串联的hid灯13、与hid灯13并联的触发器14，还包括电流互感器1、时间继电器模块2与阻抗元件3，电流互感器1的一次侧与阻抗元件3、以及所控制的hid灯串联，时间继电器模块2的输入端与所述电流互感器1的二次侧相连，时间继电器模块2的输出接点与阻抗元件3相连，时间继电器模块2为上电延时动作型，阻抗元件3正常工作时的压降有效值为电源电压有效值的7-45％。阻抗元件3还可以包括两组串联的感容元件，所述时间继电器模块2的输出接点与所述感容元件并联。所述时间继电器模块2设有开关量或模拟量控制的延时时间设定端，延时时间设定端与温度传感元件15相连。所述阻抗元件3包括两组并联的感容元件，所述时间继电器模块2的输出接点与所述感容元件串联。
43.其基本原理与实施例1相似，本实施例的时间继电器模块2设有开关量或模拟量控制的延时时间设定端，延时时间设定端与温度传感元件15相连，这样就可起到根据环境温度变化调节延时时间的作用，hid灯深夜调光节能的变功率时刻一般设置在5小时左右，当夜间18时开灯全功率运行至深夜23时左右降为低功率模式，然而大部分地区四季天黑时间不一致，在高纬度地区，冬季可能16时开灯，夏季21时开灯，这样冬季的全功率运行时间太短，而夏季又太长，现有技术绝大部分都不具备随季节调整延时的功能，从而令节能效果大打折扣，如需要增加此功能，则成本还要提高，本技术利用简单的热敏电阻回路，利用热敏电阻感受环境温度，夏季温度高增加缩短延时时间；冬季温度低延长延时时间，从而用极其简单的方式实现了延时时间的自动调整。本实施例的时间继电器模块2设有两组输出接点，一组常开接点与阻抗元件的电容器并联，另一组常闭接点与电感器并联，时间继电器也有两个时间整定值，当时间继电器上电运行后的一段时间内两组接点均不动，电容器与灯串联，能略微提升电压，因为傍晚刚开灯时由于处在用电高峰，电压较低，而此时恰逢交通高
峰，可适当增加照度，更好地保证照明质量，第一个时间定值到后，常开接点合上，电容器被短接，此时正好是交通高峰结束时期，路灯保持正常亮度即可；待第二个时间定值到后，常闭接点断开，电感器被接入，降低灯电流，起到深夜降功率节能的作用。
44.本实施例的时间继电器有两个动作定值，从而能更精确地控制hid灯的运行模式，也可以设置为前半夜全功率、后半夜低功率、黎明前全功率的三段调光模式，从而令节能效果与照明质量更好地兼容。本实施例的阻抗元件也可由其他元件或电路构成，如带抽头的电感器、晶闸管调压电路等构成，原理是相同的。本实施例显然也具有可保留原有镇流器，成倍降低节能改造成本；克服了现有技术定时器故障率高的问题；用极其简单的方式实现了极高的照明可靠性；改造施工简单高效等有益效果。
45.本实施例的时间继电器模块2全部由分立的无源期间构成，原理是，当灯具上电工作后，电流互感器将灯电流变为较高的电压，经整流电路4整流成直流后，经滤波电容 11平波、稳压二极管16稳压，再经过热敏电阻分压回路分压后给rc积分电路充电，随着充电时间的增加，rc积分电路的电容两端电压升高，当升高至触发管6的击穿电压后，触发管6击穿，电容器储存的电荷瞬间加到电磁继电器7的线圈上，继电器7动作，一组与之串联的常开接点吸合，继电器7进入自保持状态，实现上电延时动作的特性，继电器7的另一组常闭接点组成时间继电器模块的输出接点，并与阻抗元件3以及一个ptc热敏元件并联，继电器动作后常闭接点断开，阻抗元件3被接入回路，起到延时降功率作用。热敏电阻分压回路9会因为环境温度的变化而改变阻值，进而改变分压比，使加在rc积分电路上的充电电压随环境温度提高而升高，这样夏季气温高、延时时间自动缩短，冬季气温低，延时时间自动延长，用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节。放电二极管用于在灯下电后及时释放电容器内部的储能，从而令下次上电工作时能重新开始计时，也能保证灯在运行中突然熄弧后可以全功率再启动，避免灯在低功率条件下启动速度过慢、影响照明效果。本实施例时间继电器元件的输出接点同样并联有ptc热敏元件10，从而令灯功率变化有一斜坡过程不会突变，用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节，使灯在数十秒的时间内缓慢由全功率降至低功率，避免了熄弧问题与视觉不适，同时也避免了继电器接点拉弧，延长了继电器寿命。
46.本实施例显然也具有可保留原有镇流器，成倍降低节能改造成本；克服了现有技术定时器故障率高的问题；用极其简单的方式实现了极高的照明可靠性；改造施工简单高效；用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节等有益效果，此外本实施例最大优点还在于：时间控制模块完全可由无源器件构成，不使用一个芯片、晶体管、电解电容等有源器件或易损器件，hid灯具工作环境恶劣，高温、日晒、雨淋、潮气、雷击无时无刻地考验着灯具控制装置，而无源器件在恶劣环境下的工作稳定性要显著优于有源器件，从而可进一步降低装置的故障率，延长控制装置的寿命。
47.实施例3
48.参看图3，该实施例的时间继电器模块2同样由一个整流电路4、一个rc积分电路 5、一个触发管6、一个电磁继电器7、一个放电二极管8，所述整流电路4的交流侧与所述电流互感器1的二次侧相连，整流电路4的直流侧与所述rc积分电路5的rc串联回路两端相连，放电二极管8与所述rc积分电路5的电阻并联，电磁继电器7的线圈与一组常开接点串联后接于所述整流电路4的直流侧，触发管6串联于电磁继电器7线圈与常开接点串联中心点、以及rc积分电路5的rc串联中心点之间。与其他实施例不同的是，本实施例的电流互感器1与阻
抗元件3由一个一体化电感线圈构成，这样就可省去一个铁芯线圈；内部电磁继电器7的输出接点一组同样起自保持延时作用，另一组接点有常闭常开两组组成、并分别与一体化的阻抗元件3的两个抽头相连，接一个抽头时回路阻抗很小，整个线圈只起到互感器作用，延时时间到后切换到另一个抽头，回路阻抗增加很多，整个线圈起互感器与附加阻抗的双重化作用，这样就使两个电感线圈元件合二为一，从而令整机体积更小、结构更紧凑。同时本实施例也省去了热敏电阻分压电路 9、并增加了互感器二次侧负载电阻17，以较低的成本维持互感器二次侧电压的基本稳定；本实施例的触发管6也由气体放电管代替，以进一步提升可靠性与触发性能；此外本实施例同样也设有ptc热敏元件10，该热敏元件与电磁继电器7的其中一组输出接点并联，从而令灯功率变化有一斜坡过程不会突变，与其他实施例类似。
49.本实施例的时间继电器模块2同样全部由分立的无源期间构成，原理与实施例三相同。本实施例显然也具有可保留原有镇流器，成倍降低节能改造成本；克服了现有技术定时器故障率高的问题；用极其简单的方式实现了极高的照明可靠性；改造施工简单高效；用极其简单的方式实现了灯功率斜坡柔性调节等有益效果。
50.应该注意到，上述的实施例是为了说明本实用新型而不是限制本实用新型，本实用新型不同实施例中的许多技术特征可互换或省略，许多元件的设置可根据需要改变，整流桥可以是桥式整流、全波整流或倍压整流电路；整流电路直流侧可加负载电阻和稳压电路；触发管可以由sidac、固体放电管、陶瓷放电管、氖灯等元件代替；rc积分电路可由其他形式的时间常数电路取代、电磁继电器可由固体继电器代替、电流互感器可由升压变压器或升压模块代替、ptc元件可由自恢复保险丝代替等，本领域技术人员可在了解本实用新型的基础上做出变更，例如接驳某种常规控制电路，或替换、增删某些常规部件等等，然而这些行为显然都属于本实用新型的保护范围。本实用新型元件前的“一”或“一个”不排除出现多个这种元件，这些变化均应属于本实用新型的保护范围。