提要：本文主要介紹了電子鎮(zhèn)流器在城市道路節(jié)能中的應用，對常用的道路照明節(jié)能措施進行了比較和分析。通過對電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理分析，可為人們選用道路節(jié)能產(chǎn)品提供參考。
　　關鍵詞：功率因數(shù)，諧波，道路照明
　　一、前言
　　我國實施的“綠色照明促進工程”，旨在節(jié)約能源，提高照明質量，促進城市照明節(jié)能技術的發(fā)展。電子鎮(zhèn)流器憑借其自身的優(yōu)點，很好地解決了電感式鎮(zhèn)流器的存在的問題，對城市道路照明節(jié)能技術的發(fā)展具有深遠的意義。
　　二、常用的道路照明節(jié)能措施的分析
　　就道路照明節(jié)能方法而言，主要有兩中途徑：1）從光源的角度考慮，通過提高光源自身的發(fā)光效率從而節(jié)約能源；2）從照明控制的角度考慮，根據(jù)不同的照明需求，通過采用高效的控制器件或控制措施，提高能源的利用率。
　　幾種常用的道路照明節(jié)能措施的比較：
　�。�1）LED光源路燈。LED光源具有能效高、工作電壓低、耗電量小、響應時間短等特點，逐漸應用于照明領域，成為道路照明的新興產(chǎn)品。然而，LED光源用于道路照明時，存在一下缺點：a.照度均勻度低，容易出現(xiàn)光斑現(xiàn)象；b.基于LED自身的特點，所產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)出去，加速老化現(xiàn)象，使光衰嚴重；c.單燈功率低。LED光源在道路照明的普及應用仍處于發(fā)展階段，無論從價格、技術、質量綜合方面來看，現(xiàn)在還處于一種過渡期。
　�。�2）無極燈。無極燈具有發(fā)光效率高、高顯色性、功率因數(shù)高、響應時間短、高節(jié)能比等特點，節(jié)能效果好，但由于散熱問題是限制大功率無極燈的瓶頸，并且，無極燈采用高頻電磁感應（無燈絲、無電極）方式觸發(fā)燈內壁的三基色熒光粉發(fā)光，從而大量高頻諧波，對電網(wǎng)造成嚴重污染。高低頻無極燈與大功率LED照明同屬過渡階段，由于路燈改造屬市政工程，從投資角度來說，產(chǎn)品的穩(wěn)定性是改造的前提，其次才是節(jié)能空間，無極燈在市政應用領域從技術性能、質量穩(wěn)定方面還需要一個跨度時期。
　　（3）電容就地補償方式。電容就地補償方式是最常用的方法，操作簡單，成本低，是有效降低電感鎮(zhèn)流器燈具視在電流，減少無功功率，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的方法。但理論上不能降低有功功率，鎮(zhèn)流器自身損耗仍是一個比較嚴重的問題，且補償電容容易失效，需要經(jīng)常維護。
　　（4）雙功率電感鎮(zhèn)流器。雙功率電感鎮(zhèn)流器是通過預定時間進行調壓切換，實現(xiàn)變功率輸出。由于采用變功率輸出，可以只采用單回路控制方式，從而減少工程投資，又可以彌補下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象，提高道路的照明均勻度。但電感鎮(zhèn)流器仍需采用電容就地補償方式進行無功補償。
　　（5）電子鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器是在電源與高壓鈉燈等氣體放電燈之間整體替代電感鎮(zhèn)流器，觸發(fā)器，補償電容器的裝置，其安裝使用更加方便，節(jié)能效果更好（自身功耗比電感鎮(zhèn)流器節(jié)省80%以上）。由于電子鎮(zhèn)流器在線路開路或短路時進線電流自動減少為零，因此電子鎮(zhèn)流器自身不易損壞，并且還具有無頻閃，無噪聲，無聲頻共振，使用壽命長等優(yōu)點。在對現(xiàn)狀道路照明狀況改變較少的情況下，采用電子鎮(zhèn)流器是相對比較經(jīng)濟可靠的方法。
　　三、電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能原理
　　實驗表明，當功率因數(shù)cosα≥0.98時，可實現(xiàn)電網(wǎng)電能最佳傳輸。除熱損耗外，幾乎100%地輸出到負載。在實際應用中電感鎮(zhèn)流器由于無功功率過大，加大了線路的無功負載，從而增大了電網(wǎng)損耗。而電子鎮(zhèn)流器可最大限度地使用線路供電能力，減少電網(wǎng)損耗，節(jié)約電能。高壓鈉燈的氣體輝光放電電弧V-I特性表明，用電感鎮(zhèn)流器時的燈頭電壓呈馬鞍型曲線，流過的電流中間高，兩邊低。做傅利葉展開后，電流波形包含大量的奇次諧波（見圖1）。
　　           
　　                                                 圖1                                                                                                               圖2
　　以250W高壓鈉燈為例，電感鎮(zhèn)流器的每周期穩(wěn)定過程分為：
　　1、電源正半周：電壓開始上升，但電壓較低，無法形成放電，先形成的等離子體復合恢復成分子期；電壓擊穿半恢復的等離子氣體期；流過電弧的電流開始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時值下降；無法維持氣體放電后，等離子氣體開始進入復合恢復期。
　　2、電源負半周：負電壓值開始上升，但電壓較低；無法形成放電，原先形成的等離子體復合恢復成分子期；電壓擊穿半恢復的等離子氣體期；流過電弧的電流開始增加，電流輝光放電期；電壓瞬時值下降；無法維持氣體放電后，等離子氣體開始進入復合恢復期。
　　由于每次放電周期間隔達10毫秒(50HZ)，等離子體數(shù)目減少，氣體在復合恢復期的發(fā)光強度明顯減弱。用分色盤很容易檢出光亮的脈動。電流和燈發(fā)光強度是非線性的，典型曲線見圖2：
　　由于電流零歇時發(fā)光為零，大脈動電流工作方式的效率比較低。在相同照度下耗電多，照明質量差。典型的電感鎮(zhèn)流器，當250W高壓鈉燈滿功率運行時其總功率約285W。將工作過程與波形對照，并以傅利葉展開燈電流后發(fā)現(xiàn)，波形中含有很高的奇次諧波成分（3/5/7/9/11次諧波為主），電網(wǎng)電壓被奇變成饅頭波，功率因數(shù)低，而且無法用電容補償。
　　電子鎮(zhèn)流器工作頻率約50KHz，每放電周期僅10微秒，氣體擊穿所需的鏈式增值過程達2-8微秒，恢復時間約1毫秒。在電感限流作用下，電弧中的等離子氣體在電壓過零時根本來不及恢復及倍增，所以燈的每周期穩(wěn)定過程中只有穩(wěn)定的輝光放電效應，并通過其功率校正（PFC）電路，使得其功率因數(shù)達0.95以上。另外，從電弧工作狀況看，十分類似直流供電，但沒有電極轉移效應。由于燈電極沒有長時間的高峰值電流流過，電極溫度穩(wěn)定，磨損減小，而高壓鈉燈燈管的主要失效模式為電極老化，這樣一來，使用電子鎮(zhèn)流器將有效延長燈管壽命。
　　圖3所示為使用電子鎮(zhèn)流器時鈉燈兩端的典型工作波形，與電感式鎮(zhèn)流器相比，工作過程明顯不同，在工作的所有時間內，燈都在穩(wěn)定的發(fā)光；沒有頻閃，用分光盤無法測出，大大提高了照明質量。
　　                       
　　                                                       圖3
　　電子鎮(zhèn)流器采用恒功率控制，在電壓大幅度波動的情況下，提供給燈的功率保持不變，而且電子鎮(zhèn)流器的工作頻率為30KHz~45KHz，減少了高壓鈉燈的電光轉換中的脈動，提高了效率和舒適度。同時，由于電子鎮(zhèn)流器可實現(xiàn)定時變功率輸出的功能，可在約定的時間內自動降低輸出功率，彌補下半夜隔盞亮燈方式中出現(xiàn)的光斑現(xiàn)象，提高道路的照明均勻度。
　　實驗表明，250W高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器總功率約285W，在同等光照度下，電子鎮(zhèn)流器總功率僅需262W。從理論上看，使用電子鎮(zhèn)流器每只燈節(jié)省23W，若每天工作10小時，可節(jié)省電0.23度，即每年節(jié)電約82度，再加上高功率因數(shù)間接節(jié)能效果，每年至少節(jié)電約120度以上。以某中型城市有5萬只高壓鈉燈為例，可年節(jié)電600萬度。
　　四、結論
　　高壓鈉燈因其具有極好的光效(80~140lm/W)和合適的光波長，而被廣泛用于戶外照明。在LED、無極燈等新興光源技術仍有待進步的時候，高壓鈉燈是道路照明光源的首選。傳統(tǒng)的電感式的鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身損耗大的缺點。
　　隨著我國綠色照明工程的日益深入，人們對綠色照明產(chǎn)品的需求日益增大，特別是高性能電子鎮(zhèn)流器以其卓越的性能、適中的價格、功率因數(shù)高、能效高、燈電流波峰比低、良好的電磁兼容性：不會污染電網(wǎng)、不會干擾其它醫(yī)療儀器設備、計算機系統(tǒng)等用電設備正常工作的特點及優(yōu)越性將逐步替代電感鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器的廣泛應用，也是解決城市道路照明中節(jié)能環(huán)保和照度要求之間矛盾的最理想方法。
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