电抗器法控制灯功率的变换
刘跃群  梁举荣
概论
近几十年来，为了提高照明的质量，也即提高安全性，降低事故率，设计者在进行照明设计时把照明亮度提得越来越高。高强度气体放电灯被大量广泛地使用，伴随而至的是能耗大幅度提高。特别是近年来，能源价格大幅度提升，使电力耗费成为负担。因此，有必要加强技术改进，以期减缓能耗上升的趋势。
虽然目前节能型照明器具发展很快，但仍难以获得大幅度降低能耗的效果。我们设计的电抗器法控制变换灯功率，除了优化镇流器本身的结构外，在光源运行的方式上还作了改进，即在不降低安全性的前提下，根据车流与人流统计情况，或自动或手动进行功率变换。通俗地讲，就是在繁忙的时候，灯运行在大功率状态；在车少人稀的时候，能自动变换，使灯能在60%的额定功率处运行，由此达到节能的目的。
电抗器法的技术优点
节能效果显著，可达30%以上。
线路可靠，基本不需要维修，寿命为20年以上。
一次性投入成本很小，不必对原有线路进行大量的改造工作。
延长灯、灯具与附属电器的寿命2---4倍。
电抗器法的原理
所谓电抗器法实际是利用线性电抗器，接入灯电路中，使电路的总阻抗可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化。如果变化次序是根据照明环境的需要而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下（例如道路照明的深夜；火车站无火车通过时；亮化工程的非重大节日时等等），灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运行。具体方法是串联接入电抗器，增大电路阻抗使灯功率下降。这种方法称之为电抗器法。
考虑技术工艺和市场等因素，一般而言，电抗器法的变换设为两挡，即满功率与降功率。换档通过机电器件或电子电路来实现。具体电路原理图如下（图1 ）。图2是常规的灯电路。
图1电抗器的接线图
图2 传统无节能控制的接线图
电抗器法的形式
电抗器法的形式可以有两种形式：
单灯式：
单灯功率控制电抗的原理图：
多灯式：
多灯功率控制电抗的原理图：
与降电压法的比较
	降电压法	电抗器法		节能效果	好	好		灯寿命	额定值的50%	额定值的2~4倍		一次性投入	昂贵	少量		维护量	常年维护	基本没有		功率因子校正	较困难	容易		自身能耗	大	小		五、电抗器的设计
假如满功率时的灯的总功率为P灯1，降功率时的总功率为P灯2，电抗器的结构如图3，设计可分为四个步骤：
确定铁心的截面
几何尺寸的确定
镇流器自身能耗的计算
图3 电抗器结构示意
以下逐一介绍之。
确定铁心的截面
求满功率时的灯的总功率为P灯1与降功率时的总功率为P灯2
之差：  P=P灯1—P灯2
选择铁芯截面：
		式中：	S为铁芯截面(cm2)；
			P为灯管功率之差 (W)；
KS为铁芯截面系数可选0.5~0.7之间。系数取得大，铁芯温升较低，但体积大、料费。
计算线圈匝数：根据硅钢片质量的好坏，选择磁感应强度B的大小，黑铁皮取6000GS，一般取11000～13000GS，冷轧硅钢片可取15000～17000GS。
，
		式中：	N为线圈匝数(匝)；
					Bm为硅钢片最大磁感应强度(GS)；
					S为铁芯截面积(cm2)；
					V为电抗器电压有效值(V)。
计算所需导线直径为：
，
		式中：	D为导线直径（mm）
					I为灯管降功率时的工作电流（A）；
				  	J为导线降功率时的电流密度（A/mm2）
	电流密度J一般取2.5A/mm2，散热条件良好可以取3~4A/mm2，散热条件差的可以取3~4A/mm2。
几何尺寸的确定
计算线圈厚度：选择线圈骨架高度H，线圈厚度C’为：
图4线圈厚度示意图
铁心窗口尺寸：
铁心窗口宽度为：
铁心窗口高度为
铁心迭厚：
空气隙长度：不考虑磁路上铁心的磁压降，空气隙长度的最大值为：
镇流器自身能耗的计算
镇流器的自身能耗包括铁耗与铜耗两部分，由硅钢片的单位重量的能耗计算铁耗，由公式计算铜耗。
铁耗：铁心损耗主要由涡流损耗与磁滞损耗构成，分别计算比较麻烦，可以由硅钢片的比耗（W/kg）求出它们的总和：
硅钢片比耗可以查表获得。
铜耗：由公式计算。

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