城市路灯节能装置的研究与设计

【摘要】：随着城市道路照明耗电比例日益增长,传统的照明技术暴露出很多弊端,后半夜用电设备减少,电网电压升高,路灯的照度也升高,不仅造成电能的浪费,也使灯具的使用寿命大大降低。针对这种情况,本文设计了一种基于自耦变压器多抽头电压可调的路灯节能装置,将无触点调压方式应用在城市道路照明工程,使用固态继电器作为调压分接开关,在电压过零时刻调压,使得路灯端电压波形连续平滑。装置集自动调压稳压于一体,具有无触点、多级别调压的优点,调压范围可以达到18%以上。 文章主体部分介绍了节能装置的主电路设计、工作原理、分接开关的选择等,分析了调压过程出现环流的问题,并提出相应解决办法。控制部分提出以单片机为核心的硬件电路构成,完成了调压控制部分的硬件设计,包括逻辑控制电路、检测电路、驱动电路、时间模块等多个环节,给出了具体的设计参数同接线方式,在此基础上完成了控制器的硬件制作。软件部分针对节能装置的工作特性与节能方式设计了降压稳压的闭环控制策略、定时调压等实现方法和软件流程。在完成硬件和软件设计的基础上,按照控制器设定的调压策略计算了节能装置的经济性能,结果表明,使用节能装置后,可以节省17%以上的电能。考虑到高压钠灯降压运行后寿命提高等因素,节能的同时还节约了道路照明的维护成本。 文章的最后按照节能装置的设计思路进行了MATLAB建模仿真和样机的试验,仿真测试方面针对调压过程的电压、电流变化进行观察,模拟了出现环流时的电压电流变化情况以及采用过渡支路解决环流后的情况。针对调压控制部分的样机试验按照调压策略观察输出电压,结果表明,输出电压同设置值基本一致,误差不大,降压、节能效果明显。 【关键词】：自耦变压器 无触点调压 节能 固态继电器
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM423;TM923.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 课题研究的目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 国外的研究现状11-12
• 1.3.2 国内的研究现状12-13
• 1.4 本课题的研究内容13-14
• 第二章 道路照明系统调压节能原理分析14-26
• 2.1 现有节能方式的分析14-17
• 2.2 高压钠灯降压后参数变化17-18
• 2.3 无触点调压的理论和技术分析18-25
• 2.3.1 变压器绕组调压的理论分析18-21
• 2.3.2 有载调压分接开关技术21-23
• 2.3.3 无触点分级有载调压技术23-25
• 本章小结25-26
• 第三章 基于自耦变压器的路灯节能装置设计方案26-38
• 3.1 调压方案的主电路设计26-28
• 3.2 固态继电器特性及其工作原理28-32
• 3.3 调压过程中的环流产生原因及控制方法32-35
• 3.4 调压过程中的谐波分析35-37
• 本章小结37-38
• 第四章 节能装置控制系统的设计38-58
• 4.1 节能装置控制系统整体设计38-39
• 4.2 节能控制系统硬件设计39-48
• 4.2.1 主控芯片的选择40
• 4.2.2 调压控制单元的电路实现40-41
• 4.2.3 固态继电器驱动及保护电路设计41-43
• 4.2.4 时间控制单元的设计43-44
• 4.2.5 过零检测电路的设计44-45
• 4.2.6 采样电路设计45-47
• 4.2.7 电源电路设计47-48
• 4.3 节能控制系统软件设计48-54
• 4.3.1 主程序流程图49-50
• 4.3.2 节能控制系统的闭环控制策略50-52
• 4.3.3 定时调压的软件实现52-54
• 4.4 装置的节能效果分析54-57
• 本章小结57-58
• 第五章 节能装置的系统仿真与试验58-71
• 5.1 仿真模型的假设与建立58-62
• 5.1.1 仿真模型的假设58
• 5.1.2 仿真模型的建立58-62
• 5.2 仿真内容与结果62-67
• 5.2.1 调压部分仿真62-64
• 5.2.2 调压过程中的环流仿真64-67
• 5.3 节能装置的样机试验67-70
• 5.3.1 试验验证方案68-69
• 5.3.2 试验内容和结果69-70
• 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-75
• 附录A 节能装置控制部分电路原理图75-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

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