照明電子開關(guān)節(jié)能與電耗分析
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-02-08 瀏覽次數(shù)： 161 |
編者按：電子開關(guān)代替手動開關(guān)來控制樓房、公寓的公共照明燈(白熾燈)，可以節(jié)約電能。電子開關(guān)與手動開關(guān)的主要區(qū)別是它為有源設備，即它需要直流電源才能正常工作。電子開關(guān)加電以后，它的控制部件必然會消耗一些功率；其次，有些電路結(jié)構(gòu)的電子開關(guān)，當執(zhí)行部件導通時，它兩端的電壓降有很大的值，致使執(zhí)行部件也消耗部分電能。
文中探討電子開關(guān)的節(jié)能、電耗問題，通過分析，對電子開關(guān)會有更深入、全面的認識，為研制開發(fā)者確定電路結(jié)構(gòu)時趨利避害，為使用者挑選滿意的產(chǎn)品提供一些幫助。
1、電子開關(guān)的節(jié)電功能及測算
電子開關(guān)從功能上大體可分為兩部分：控制部件和執(zhí)行部件，如圖1所示。
圖1
執(zhí)行部件如同手動機械開關(guān)，具有通、斷兩種狀態(tài)，用以控制燈的亮和滅，不同的是它由電子器件組成，為無觸點式；控制部件猶如人的手，在人的操縱下，發(fā)出啟動執(zhí)行部件的信號，使燈工作。電子開關(guān)的特點是：控制部件發(fā)出啟動執(zhí)行部件信號(圖1中的①)的同時，該信號亦反饋(圖1的②)給控制部件，經(jīng)過一定時間(如40秒)的延時，又發(fā)出使執(zhí)行部件關(guān)閉的信號。電子開關(guān)具有的這種功能，避免了手動開關(guān)控制的照明燈所出現(xiàn)的長明燈的弊端，切實做到“用時燈亮，人走燈滅”的節(jié)電要求。
手動開關(guān)控制的照明燈，出現(xiàn)長明燈是常有的事，不僅夜間亮，白天也可能亮，一個燈每天工作時間以6小時計，若用電子開關(guān)(如聲光控開關(guān))代替，每天工作30～40分種，只有手動照明燈的1/12～1/9，節(jié)省電能在80%以上。一個25W的白熾燈，一天工作6小時，耗電為0.15度，一個月為4.5度，一年為54度電。若25W的燈改用電子開關(guān)控制，一天工作僅2/3小時，一年耗電為6度，節(jié)電48度，一度電以0.4元計，一個電子開關(guān)控制的照明燈節(jié)約電費19.2元。假定某居民小區(qū)安裝1千支電子開關(guān)(25W燈泡)，每年可節(jié)電48000度，節(jié)約電費1.92萬元。若用15W或40W的燈泡，1千支電子開關(guān)每年節(jié)約電和電費如下表所示(節(jié)約燈泡費用未包括)：
| 燈度數(shù) 項目 |
15W | 40W |
| 電度數(shù) | 28800度 | 62400度 |
| 電費 | 1.152萬元 | 2.496萬元 |
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2、控制部件的靜態(tài)功耗 照明電子開關(guān)不象常見的電子設備，使用時才通電，而是全天時加電。一般說來，電子開關(guān)都沒有可見光傳感器，白天處于閉鎖狀態(tài)，晚間或環(huán)境光照度低于某一設定值，大多數(shù)時間處于待命狀態(tài)，僅當有關(guān)傳感器接收到啟動信息后，開關(guān)導通，燈亮，幾十秒后燈滅。電子開關(guān)一旦加電，控制部件就有電流流過，必然要消耗功率，此功耗稱為控制部件的靜態(tài)功耗。
控制部件的靜態(tài)電流與控制部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，有的達4mA或更大，有的不到1mA。我們以4mA、1mA電流為例，參照圖2電路，分析電子開關(guān)的靜態(tài)功耗情況。
 圖2
圖2，IC=4mA控制部件消耗的功率：
PC=VIC=220V×0.004=0.88W 一天消耗電度數(shù)： 24小時×0.88W×10-3=0.02度 一年消耗電度數(shù)： 365天×0.02度=7.3度 IC=1mA的控制部件消耗功率、每天、每年耗電度分別為： Pc=VIC=220×0.001=0.22W 每天耗電度數(shù)=0.005度 每年耗電度數(shù)=1.8度 從數(shù)量上看，以上兩種靜態(tài)電流的開關(guān)，每天、每年消耗的電都很小，但是，電子開關(guān)的量大了，年耗電量就是一筆很可觀的數(shù)目。比如，1千支4mA、1mA靜態(tài)電流的開關(guān)，年耗電分別為7300度和1800度。從節(jié)能和提高電子開關(guān)壽命方面考慮，我們應盡量減少靜態(tài)電流、降低靜態(tài)功耗。 減少控制部件靜態(tài)電流的主要思路是： .在保證電路正常功能的前提下，直流電源寧低勿高； .電阻器件的值寧小勿大； .半導體器件中，寧用集成電路勿用分立元件； .有源器件的漏電流以小為好。 注意以上幾點，控制部件的靜態(tài)電流就可以達到令人滿意的程度。 3、執(zhí)行部件的耗電分析
在電子開關(guān)中，執(zhí)行部件與照明燈直接聯(lián)系，控制燈的亮或滅。理想的執(zhí)行部件應是：通時，兩端如同短路；斷時，兩端如同開路。但是，有些結(jié)構(gòu)的電子開關(guān)，其執(zhí)行部件在導通時，它的兩端殘壓相當大，以致不能忽略。相對而言，執(zhí)行部件在斷開時，更接近于理想開關(guān)的開路狀態(tài)。  圖3
圖3電路，控制部件與燈RL為串聯(lián)關(guān)系，而與執(zhí)行部件為并聯(lián)聯(lián)接?？刂撇考啥穗妷号c燈RL的工作狀態(tài)或執(zhí)行部件的通斷狀態(tài)有關(guān)。當控制部件發(fā)出信號后，即G端有觸發(fā)信號，執(zhí)行部件導通，3、4兩端電壓V34隨即降低，控制部件兩端電壓也同時下降，如此使得觸發(fā)信號電平也隨之下降，導致可控硅不能完全導通，V34反而增大，經(jīng)過一系列反饋過程，V34最后穩(wěn)定在幾十伏的范圍內(nèi)。假定RL為25W燈泡，當可控硅觸發(fā)后，圖3電路的V34為55V左右，由此可以計算出燈亮以后執(zhí)行部件消耗的功率P34。
燈亮時的電流IL  流過執(zhí)行部件的電流近似為IL，則P34 P34=V34×IL=55V×0.085A=4.7W 220V交流電加在燈RL和執(zhí)行部件上，除去執(zhí)行部件的電壓，燈RL的壓降只剩下165V，25W的燈實際消耗的功率為： PRL=165V×0.085A=14W 可見，如圖3形式的電路——串聯(lián)型電子開關(guān)，當燈工作時，執(zhí)行部件消耗相當大的功率，如計算所得結(jié)果，執(zhí)行部件功耗占燈耗的1/3，它將轉(zhuǎn)變成熱能浪費掉；再者，這種結(jié)構(gòu)的電路不能充分發(fā)揮燈泡的容量。圖3電路，當執(zhí)行部件斷開時，它不會消耗功率。 |
圖2電路，控制部件與燈RL所在支路為并聯(lián)關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)稱為并聯(lián)型電子開關(guān)。由于控制部件兩端電壓與執(zhí)行部件的通斷狀態(tài)無關(guān)，控制部件可以發(fā)出穩(wěn)定的觸發(fā)信號，保證執(zhí)行部件正常導通。正常導通的執(zhí)行部件兩端電壓可以忽略不計，因此，執(zhí)行部件在導通時不消耗功率；當執(zhí)行部件斷開時，它如同開路，沒有電流流過，因此它也不消耗功率。
4 結(jié)束語
電子開關(guān)用來控制照明燈(白熾燈)，其節(jié)電效果是非常明顯的，但是，對于它存在的靜態(tài)功率也是不應忽視的；不同結(jié)構(gòu)的電子開關(guān)，其執(zhí)行部件導通時消耗功率的情況各不相同，并聯(lián)型電子開關(guān)在耗能等性能指標上都優(yōu)于串聯(lián)型開關(guān)，應提倡研制和使用。
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