路燈的節(jié)能控制畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　城市當(dāng)中規(guī)模龐大的路燈系統(tǒng)對(duì)電能的消耗也相當(dāng)可觀，特別是路燈一般需要通宵長(zhǎng)明，路燈的節(jié)能效應(yīng)不可低估。除了在器件上選擇節(jié)能產(chǎn)品和保持合理照度外，通過(guò)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能也是很有效的。它通過(guò)使用電力電子器件，單片機(jī)，低壓電器等進(jìn)行調(diào)壓等自動(dòng)控制，降低過(guò)高的夜間電壓,合理調(diào)壓，按時(shí)開關(guān)，使路燈系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能的目的。其核心就是設(shè)計(jì)節(jié)能控

2、制系統(tǒng)的電路，特別是使用電力電子調(diào)壓技術(shù)。PWM技術(shù)就是其中之一，他基于單片機(jī)和3525驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。較傳統(tǒng)方法更加有效，污染較小。通過(guò)3525的特性的應(yīng)用，設(shè)計(jì)控制電路，由輸入基準(zhǔn)電壓控制輸出。</p><p>　　關(guān)鍵詞 路燈節(jié)能 調(diào)壓控制 PWM 單片機(jī) 3525</p><p><b>　　Abstract</b></p><

3、;p>　　In modern large cities, the huge streetlamp system costs so much power, and it must be on work all the night to meet the need of safety, so it is valuable to save energy resources. There are three ways--keep cert

4、ain lightness, adopting low-power-cost products, and a better control system. The last one will save energy effectively. It works by the drives of the single chip computer, electric electron technology controlling voltag

5、e and low voltage electric equipments to save power. The control sys</p><p>　　Keywords power saving of streetlamp steady voltage power PWM single chip computer KA3525</p><p><b>　　目 錄

6、</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第1章 我國(guó)路燈系統(tǒng)現(xiàn)狀10</p><p>　　1.1 路燈的節(jié)能需求10</p><p>　　1.2 路燈主要的節(jié)能方式10</p><p>　　1.2.1 可控硅斬波型照明節(jié)能裝置10

7、</p><p>　　1.2.2 自耦降壓式調(diào)控裝置10</p><p>　　1.2.3 智能照明節(jié)電器11</p><p>　　第2章 節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方案12</p><p>　　2.1 路燈的節(jié)能原理12</p><p>　　2.2 主要設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　2.

8、2.1 人工遙控12</p><p>　　2.2.2傳感器智能控制12</p><p>　　2.2.3 預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制13</p><p>　　第3章 各部分基本原理15</p><p>　　3.1 電力電子器件調(diào)壓原理15</p><p>　　3.1.1 PWM技術(shù)15</p&g

9、t;<p>　　3.2 開斷動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　第4章 電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　第5章 電路工作原理25</p><p>　　第6章 參數(shù)計(jì)算26</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)27</b></p><p><b>　　謝

10、辭28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　國(guó)外對(duì)路燈節(jié)能的探索。在電力緊張的背景下，政府出臺(tái)了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，關(guān)閉部分光源。這只能作為緩解電力緊張局面的權(quán)宜之計(jì)。因?yàn)?，“?/p>

11、一隔一”或“亮一隔二”不僅減小照度，同時(shí)區(qū)別于不同的燈桿布置方式，照度均勻度將不同程度、甚至是嚴(yán)重的下降，對(duì)交通、行人安全、對(duì)維護(hù)社會(huì)治安產(chǎn)生不利影響。七十年代的世界性能源危機(jī)中，日本大藏省曾要求在工廠、辦公室和道路上進(jìn)行間隔點(diǎn)燈的試驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致生產(chǎn)率和辦公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升，不到一年時(shí)間就在一片反對(duì)聲中全部放棄了。顯然，這種消極的節(jié)電是不可取的。另外，這種方式由于需要在同一路徑上敷設(shè)兩根路燈供電電纜，也增加了建設(shè)

12、投資。</p><p>　　“在保證照明效果下點(diǎn)著燈節(jié)電”，這樣的概念才是科學(xué)的，合理的，這是發(fā)達(dá)國(guó)家道路照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想之一。</p><p>　　我國(guó)路燈照明現(xiàn)狀。據(jù)調(diào)查，我國(guó)小型城市在夜晚9點(diǎn)后，大中城市在午夜12點(diǎn)后，道路上幾乎空無(wú)一人，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點(diǎn)以后，道路上也已罕見(jiàn)行人、車輛。從這一時(shí)段直至清晨6點(diǎn)路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照

13、度顯然沒(méi)有必要。城市公共照明在我國(guó)照明耗電中占30％的比例，約439億kWh，以平均電價(jià)0.65元／kWh計(jì)算，一年開支285億元。在市政開支極度緊張的今天，國(guó)內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國(guó)家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻——不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節(jié)能。當(dāng)發(fā)達(dá)國(guó)家在討論什么是“

14、恰到好處的照度水平”的今天，我們這種控制方法就太落后了。</p><p>　　九十年代以來(lái)，夜景照明建設(shè)成為都市市政設(shè)施建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，各地也取得了相應(yīng)的成績(jī)，但是市政開支普遍緊張與增設(shè)夜景照明形成了很大的矛盾以沿海某開放城市為例，大批路燈在安裝后迫于財(cái)政緊張的壓力，支付不起沉重的照明電費(fèi)開支，又不得不關(guān)掉近一半的燈，結(jié)果近年新裝的部分路燈形同擺設(shè)，造成變相浪費(fèi)。</p><p>　　

15、要實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能，一方面是使用節(jié)能器件，特別是燈具和鎮(zhèn)流器的節(jié)能化；另一方面是實(shí)現(xiàn)控制節(jié)能，采用節(jié)能控制技術(shù)，比如智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)，電磁按時(shí)段換檔控制方案，電磁固定降壓控制方案。</p><p>　　智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)。智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)是國(guó)際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)。它充分考慮了城市道路照明的實(shí)際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺(jué)理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)

16、路燈電壓及照度的動(dòng)態(tài)智能化管理。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時(shí)段，控制路燈保持較強(qiáng)的照度，接近午夜時(shí)分，開始自動(dòng)調(diào)光，在后半夜車稀人少時(shí)，則控制路燈保持較低照度的照明(類似房燈的調(diào)光器，可以隨需要而任意調(diào)光)。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是在調(diào)光的同時(shí)也大幅降低了電耗，節(jié)約有功電耗達(dá)30％以上。房燈調(diào)光已流行多年，主要是因?yàn)槭覂?nèi)燈功率小，容易實(shí)現(xiàn)。而道路照明則完全不同：首先，燈泡功率大，不易控制；其次，使用環(huán)境惡劣，九十年代，電力電子元件技術(shù)有了

17、突飛猛進(jìn)的發(fā)展，調(diào)光技術(shù)有了可靠的質(zhì)量保障，通過(guò)一些地區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，其完美的調(diào)光效果和節(jié)電功能得到了一致認(rèn)同，在德國(guó)，美國(guó)這些耗電大國(guó)，此類技術(shù)也得到了政府的大力扶持和推廣。智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)的控制過(guò)程是：通過(guò)測(cè)取城市道路車輛及行人的“時(shí)間—車輛(人)”統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率，依此來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的控制程序，根據(jù)照度調(diào)整率，從某一時(shí)刻開始，</p><p>　　開燈比關(guān)燈更省錢前面提到的關(guān)燈節(jié)能方法

18、是以犧牲城市照明和誘發(fā)犯罪率以及交通事故上升為代價(jià)的，而智能光源降壓—穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)所達(dá)到的節(jié)電率高于30％，由此而言，采用智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)，開燈比關(guān)燈更省錢。</p><p>　　算一筆看不見(jiàn)的帳。我國(guó)現(xiàn)有的路燈70％以上使用的都是高壓鈉燈，其設(shè)計(jì)壽命為24000小時(shí)(5年)。但是由于我國(guó)城市電網(wǎng)技術(shù)落后，造成線路的電壓波動(dòng)大大超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，許多地區(qū)的波動(dòng)甚至超過(guò)額定電壓的左右15％，特別是在后半夜

19、，由于電負(fù)荷減少使得電網(wǎng)電壓有時(shí)接近245V，致使路燈燈泡的實(shí)際使用壽命平均不到一年?，F(xiàn)在，可以算這樣一筆帳：以沿海開放城市為例，路燈每年需要更換一次燈泡，更換一只燈泡所需費(fèi)用(含鎮(zhèn)流器損耗、人工、車輛等)為120元，該市共有兩萬(wàn)多只常開的路燈，則每年僅更換路燈燈泡的費(fèi)用就高達(dá)兩百多萬(wàn)元人民幣，如果采用了智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)，路燈燈泡的使用壽命可延長(zhǎng)一倍，僅此一項(xiàng)，一年就可節(jié)約開支兩百多萬(wàn)元，加上節(jié)電30％，一年可節(jié)約七百多萬(wàn)元

20、電費(fèi)，兩項(xiàng)相加就有近千萬(wàn)元之巨。如果450萬(wàn)元作為先期投入，半年內(nèi)所節(jié)約的費(fèi)用即可回收，逐年節(jié)約的資金可以重新投入市政建設(shè)。</p><p>　　據(jù)1999年全國(guó)道路照明專業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì)上得到的不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)字，目前國(guó)內(nèi)所有城市道路照明的總燈數(shù)約300萬(wàn)只(套)，工礦企業(yè)、車站、機(jī)場(chǎng)、碼頭、高速公路照明等非市政照明燈具約100萬(wàn)只(套)，總數(shù)400多萬(wàn)只，并且每年遞增10％以上。如果及時(shí)采用此項(xiàng)技術(shù)，僅從節(jié)約電

21、費(fèi)、降低燈泡損耗和人工開支三項(xiàng)來(lái)計(jì)算，五年時(shí)間可為國(guó)家節(jié)約近100億元人民幣，可以少建三座裝機(jī)120萬(wàn)kW的火電站，同時(shí)節(jié)約了大批的原煤。對(duì)于全國(guó)的總耗電量而言，道路照明只占一個(gè)小小的百分?jǐn)?shù)，也正因如此，它才有可能成為推動(dòng)節(jié)能運(yùn)動(dòng)的一個(gè)突破口。從道路照明著手，花兩三年時(shí)間摸索出一套符合中國(guó)國(guó)情的商業(yè)化運(yùn)作模式，然后在全國(guó)各行各業(yè)全面推廣。當(dāng)然，這需要政府下大決心、花大力氣去進(jìn)行推動(dòng)。</p><p>　　電磁按時(shí)

22、段換檔控制方案。目前，市場(chǎng)上大部分照明節(jié)能產(chǎn)品，都采用傳統(tǒng)電磁換檔技術(shù)，現(xiàn)在的產(chǎn)品均是接觸器換檔方式。但是燈具電壓隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)而波動(dòng)，沒(méi)有穩(wěn)壓功能；由于耗用大量銅材和矽鋼，被盜和破壞嚴(yán)重。</p><p>　　電磁固定降壓控制方案。具有價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，只要能接受開機(jī)就降壓。但是由于固定降壓，不需要高亮度照明的后半夜，由于電網(wǎng)電壓升高，燈具反而更亮。</p><p>　　器件的節(jié)能

23、:在高壓鈉燈的工作電路中除了燈泡外，還必須按內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈或外觸發(fā)高壓鈉燈分別選用相應(yīng)的工作電路，如燈泡+鎮(zhèn)流器或者燈炮+鎮(zhèn)流器+觸發(fā)器的工作電路，方可達(dá)到高壓鈉燈正常工作的要求外觸發(fā)高壓鈉燈的燃點(diǎn)電路.</p><p>　　電容補(bǔ)償。路燈采用的光源，基本是氣體放電燈，其功率因數(shù)相當(dāng)?shù)?，一般?.45以下，從而使回路電流大，在線路上產(chǎn)生的損耗相當(dāng)可觀?！冻鞘械缆氛彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，要求氣體放電燈應(yīng)加電容補(bǔ)償，補(bǔ)償后

24、功率因數(shù)應(yīng)不小于0.8。采用單燈分散補(bǔ)償，減少了路燈電源至路燈燈具這一段線路上產(chǎn)生的損耗，將起到較好的節(jié)電效果，補(bǔ)償后單燈功率因數(shù)將不小于0.85。</p><p>　　鎮(zhèn)流器。電阻性鎮(zhèn)流器體積小，價(jià)格便宜，與高壓鈉燈配套使用會(huì)發(fā)生啟動(dòng)困難，工作時(shí)電阻產(chǎn)生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會(huì)使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，百交流電路中使用燈光有明顯所閃爍現(xiàn)象。 電容性鎮(zhèn)流器雖然不象電阻

25、性鎮(zhèn)流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時(shí)，電容器充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖峰值電流，對(duì)電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈泡使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動(dòng)能達(dá)到理想狀態(tài)，成為理想的鎮(zhèn)流器。電感性鎮(zhèn)流器損耗小，阻抗穩(wěn)定，阻抗因素性偏差小，使用壽命長(zhǎng)，燈泡的穩(wěn)定度比電阻性鎮(zhèn)流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮(zhèn)流器均為電感性鎮(zhèn)流器。其缺點(diǎn)較笨重及價(jià)格偏高。另外，電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)開始出現(xiàn)，目前其價(jià)格昂貴，可靠性還不能與高壓鈉燈相匹配，除特殊場(chǎng)

26、合使用外，一般情況下很少被采用。所以，高壓鈉燈必須串聯(lián)與燈泡規(guī)格相應(yīng)的鎮(zhèn)流器后方可使用。高壓鈉燈的點(diǎn)燈電路是一個(gè)非線性電路，功率因數(shù)較低，因此在網(wǎng)路上考慮接補(bǔ)償電容，以提高網(wǎng)路的功率因數(shù)。比如環(huán)行采用氣體放電燈的路燈照明系統(tǒng)中，除光源自身的功耗外，與氣體放電燈配套的電感鎮(zhèn)流器也要消耗一部分電能。電感鎮(zhèn)流器的工作效</p><p>　　采用新型節(jié)能光源。高壓鈉燈使用時(shí)發(fā)出金白色光，它具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(zhǎng)、

27、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、船塢、車站、廣場(chǎng)、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應(yīng)用于體育館、展覽廳、娛樂(lè)場(chǎng)、百貨商店和賓館等場(chǎng)所照明。工作原理:當(dāng)燈泡啟動(dòng)后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸汽和鈉蒸汽，陰極發(fā)射的電在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，撞擊放電物質(zhì)有原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)

28、，再回到基戊無(wú)限循環(huán)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。高壓鈉燈中放電物質(zhì)蒸汽壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數(shù)頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現(xiàn)其它可見(jiàn)光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優(yōu)于低壓鈉燈。 高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈泡。由于氣體放電燈泡的負(fù)阻特性，如果把燈泡單獨(dú)接到電網(wǎng)中去，其工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的，隨著放電過(guò)程繼續(xù)，它必將導(dǎo)致電路中電流無(wú)限上升，最后直至燈光或電路中的零、部件被過(guò)流燒毀。目前大部分路燈使用

29、的光源為高壓鈉燈，光效是白熾燈的7倍、高</p><p>　　設(shè)計(jì)目的：主要側(cè)重于通過(guò)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。</p><p>　　研究的對(duì)象設(shè)定為一路路燈，電壓220V，總電流60A，城市情況，包括電壓浮動(dòng)，日照時(shí)間參照XX市的情況。燈具選擇高壓鈉燈，電壓220V,電流3A,功率250W，20盞；高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器，電壓220V,電流3A,250W,短路電流≤5.20A，功率因數(shù)cosφ≤0.0

30、65，阻抗60Ω。</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：燈在城市中起照明作用，在維護(hù)交通安全和社會(huì)治安方面作用很大。因此，要求路燈要在天黑以后徹夜長(zhǎng)明。由于夜晚不同時(shí)間對(duì)照明的要求不同，如在10點(diǎn)前由于行人較多要求正常照明，而在午夜以后人流較小照度要求也要降低，同時(shí)電力系統(tǒng)的電壓又是變化的，前半夜較低后半夜較高，電能浪費(fèi)比較嚴(yán)重，同時(shí)還會(huì)縮短路燈的使用壽命，因此要求實(shí)現(xiàn)路燈的電壓調(diào)控。由于全年的每日日照時(shí)間也是在變

31、化的，同時(shí)還要考慮到天氣變化等其他因素的影響，開、關(guān)燈時(shí)間也要實(shí)現(xiàn)控制。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈電壓和開關(guān)時(shí)間的控制，天黑亮燈，天亮熄燈，晚十點(diǎn)以前正常電壓供電，十點(diǎn)以后根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)降壓供電，在保障正常照明要求的前提下實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)能。</p><p>　　首先是按時(shí)開關(guān)路燈。以往的路燈開關(guān)是使用工人值班手動(dòng)開關(guān)，盡管靈活但是需要職守而且可靠性不高，但是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為應(yīng)急手段仍然是不可缺少的，因此選擇自動(dòng)開關(guān)系

32、統(tǒng)，但是要預(yù)留人工接口以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，如惡劣天氣，像陰雨，大霧，沙塵等，還有日食的發(fā)生，以及故障排除，檢修等。使用自動(dòng)開斷裝置，如繼電器，交流接觸器等等。其次是電壓的調(diào)節(jié)，主要是降壓調(diào)節(jié)。可以有很多選擇，如變壓器（一般使用自耦變壓器），電力電子器件調(diào)壓。還有就是控制部分，包括對(duì)以上兩部分的控制，可以用到單片機(jī)，PC，DSP等等。最后就是整體的整合，參數(shù)協(xié)調(diào)。</p><p>　　由于目前在元器件的設(shè)計(jì)上技術(shù)已經(jīng)比

33、較成熟，通過(guò)使用控制來(lái)節(jié)能相對(duì)富有活力。特別是目前電力電子技術(shù)，自動(dòng)控制理論，計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，使得智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)有了很好的發(fā)展，已經(jīng)有了很多成功的例子。將三者結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈系統(tǒng)控制的靈活性，可靠性和節(jié)能性，以及提高效率，減少路燈的損耗和人工成本。</p><p>　　關(guān)于調(diào)壓部分，有電力電子技術(shù)和變壓器技術(shù)。</p><p>　　電力電子產(chǎn)品的晶閘（見(jiàn)圖1），IGBT等都可

34、以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。特別是PWM調(diào)壓技術(shù)，分為電壓型和電流型，其中主要應(yīng)用的是電壓型PWM整流電路（見(jiàn)圖2）?？紤]到負(fù)載是高壓鈉燈及其鎮(zhèn)流器，是阻感負(fù)載。</p><p>　　利用晶閘管的移相觸發(fā)，對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行斬波調(diào)壓，從而對(duì)感性照明負(fù)載（電感鎮(zhèn)流器燈具）。而PWM就是脈沖寬度調(diào)制，就是脈沖（多數(shù)為方波）的幅度與頻率不變，只是脈沖的寬度發(fā)生變化，一般用于開關(guān)電源。</p><p>　　變壓器的調(diào)

35、壓可以使用自耦變壓器（如圖3）來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于變比的控制，可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高．這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等

36、級(jí)的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用。 和普通雙繞組變壓器相比，自耦變壓器有以下主要特點(diǎn)： (1)由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量．所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料(硅鋼片和導(dǎo)線)和結(jié)構(gòu)材料(鋼材)都相應(yīng)減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。同時(shí)由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運(yùn)輸條件下制造單臺(tái)容量更大的變

37、壓器。但通常在自耦變壓器中只有k≤2時(shí)，上述優(yōu)點(diǎn)才明顯。 (2)由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組變壓器小</p><p>　　設(shè)計(jì)工作將通過(guò)對(duì)各種方案的對(duì)比來(lái)選擇合適的調(diào)壓方案。</p><p>　　單片機(jī)，DSP，PC都可以用來(lái)進(jìn)行控制。</p><p>　　單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，它是將CPU、ROM、RAM、TIMER/COUNTER以及輸入/輸出

38、接口（I/O）等集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上而制成的，有些單片機(jī)還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、脈寬調(diào)制模塊，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，特別是MC51系列，體積小，功耗低，價(jià)格廉。單片機(jī)的應(yīng)用在后PC時(shí)代得到了前所未有的發(fā)展，但對(duì)處理器的綜合性能要求也越來(lái)越高。綜觀單片機(jī)的發(fā)展，以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)化，充分突出以“單片”解決問(wèn)題，而不像多年前以MCS51/96等處理器為中心，外擴(kuò)各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一

39、部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域（嵌入式高端應(yīng)用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理器構(gòu)成），在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）以電池供電的應(yīng)用越來(lái)越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、玩具等。（2）隨著應(yīng)用的復(fù)雜，對(duì)處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設(shè)豐富、功能靈活，又要有一定的運(yùn)算能力，能做一些實(shí)時(shí)算法，而不僅僅做一些簡(jiǎn)單的控制。（

40、3）產(chǎn)品更新速度快，</p><p>　　單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)。自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來(lái)單片機(jī)發(fā) 展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā) 展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。單片機(jī)長(zhǎng)壽命 這里所說(shuō)的長(zhǎng)壽命，一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長(zhǎng)壽

41、命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，CPU更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時(shí)間內(nèi)就被淘汰出局，而傳統(tǒng)的單片機(jī)如68HC05、8051等年齡已有15歲，產(chǎn)量仍是上升的。這一方面是由于其對(duì)相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能模塊的新單片機(jī)系列層出不窮?？梢灶A(yù)見(jiàn)，一些成功上市的相對(duì)年輕的CPU核心，也會(huì)隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長(zhǎng)的生存周期。新的MPU類型的加

42、盟,使單片機(jī)隊(duì)伍不斷壯大,給用戶帶來(lái)了更多的選擇余地。8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展 這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。長(zhǎng)期以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　近而實(shí)現(xiàn)0.2μm工藝，全靜態(tài)設(shè)計(jì)使時(shí)鐘頻率從直流到數(shù)十兆任選，都使功耗不斷下降。Motorola 最近推出任選的M.CORE 可在1.8V電壓下以50M/48MIPS全速工作，功率約為20mW。幾乎所有的單

43、片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來(lái)越寬。一般單片機(jī)都能在3到6V范圍內(nèi)工作，對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。低噪聲與高可靠性技術(shù) 為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體N

44、S的COP8單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI電路，增強(qiáng)了“看門狗”的性能。Motorola也推出了低噪聲的LN系列單片機(jī)。OTP與掩膜 OTP是一次性寫入的單片機(jī)。過(guò)去認(rèn)為一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機(jī)為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而OTP型單片機(jī)價(jià)格不斷下降，使得近年來(lái)直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)</p><p>　　DSP（digital signal pr

45、ocessor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，源源超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。 </p><p&

46、gt;　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器具，其主機(jī)應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)；（4）具有低開銷或無(wú)開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O

47、支持；（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。</p><p>　　在過(guò)去的幾十年里，單片機(jī)的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的智能控制功能。隨著信息化的進(jìn)程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信號(hào)處理理論與方法等的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，對(duì)實(shí)時(shí)性和精度的要求越來(lái)越高，低檔單片機(jī)已不再能滿足要求。近年來(lái)，各種集成化的單片DSP的性能得到很

48、大改善，軟件和開發(fā)工具也越來(lái)越多，越來(lái)越好；價(jià)格卻大幅度下滑，從而使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價(jià)格也能夠?yàn)閺V大用戶接受；越來(lái)越多的單片機(jī)用戶開始選用DSP器件來(lái)提高產(chǎn)品性能，DSP器件取代高檔單片機(jī)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。</p><p>　　DSP器件與單片機(jī)的比較1.單片機(jī)的特點(diǎn)。所謂單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。

49、如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來(lái)說(shuō)，單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：具有位處理能力，強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能。價(jià)格低廉。如低檔單片機(jī)價(jià)格只有人民幣幾元錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。后備人才充足。國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機(jī)課程和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。2.DSP器件的特點(diǎn)。與單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)

50、置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。DSP器件比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快8～10倍，完成一次乘加運(yùn)算快16～30倍。DSP器件還提供了高</p><p>　　因此，可以

51、得出結(jié)論，DSP器件是一種具有高速運(yùn)算能力的單片機(jī)，從應(yīng)用角度看：DSP器件是運(yùn)算密集型的，而單片機(jī)是事務(wù)密集型的。從節(jié)能調(diào)壓系統(tǒng)的實(shí)際要求來(lái)看，選擇單片機(jī)更合理一些。</p><p>　　設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是優(yōu)化整合各種方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)各個(gè)功能模塊和具體器件的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第1章 我國(guó)路燈系統(tǒng)現(xiàn)狀</p><p>　　1.1 路燈的節(jié)

52、能需求</p><p>　　隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高。在繁華的都市，城市道路、夜景照明已成為城市文明的標(biāo)志和城市文化的代表。在推進(jìn)城市亮化工程的進(jìn)程中，照明光源及調(diào)控設(shè)備得到了空前的發(fā)展，當(dāng)然，城市照明的電能消耗和燈具損耗也越來(lái)越大，由于電力緊缺和電費(fèi)的上漲，照明節(jié)能降耗將越來(lái)越受到廣泛重視。路燈的節(jié)能控制相當(dāng)重要，來(lái)實(shí)現(xiàn)按時(shí)開關(guān)燈，午夜后降壓供電等要求。<

53、/p><p>　　1.2 路燈主要的節(jié)能方式</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)照明節(jié)能主要的途徑有三種：合理照度；采用高效的節(jié)能型光源，也就是使用發(fā)光效率高的燈泡或燈管；在現(xiàn)有照明系統(tǒng)上加裝節(jié)能控制設(shè)備。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，第二種方案適用于新設(shè)計(jì)的照明回路。對(duì)于已有的照明系統(tǒng)，因需更換所有燈具，初期投入資金和人力比較大，在不能分批分次更新燈具的照明場(chǎng)所，這樣做一次性投入太大。</p>

54、;<p>　　對(duì)現(xiàn)有照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，一般采用加裝節(jié)能設(shè)備，較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，目前國(guó)內(nèi)銷售的照明節(jié)能設(shè)備很多，其中照明控制調(diào)控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類。 </p><p>　　1.2.1 可控硅斬波型照明節(jié)能裝置 </p><p>　　原理：采用可控硅斬波原理，通過(guò)控制晶閘管（可控硅）的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低了輸出電壓的平均值

55、，達(dá)到控壓節(jié)電的目的。</p><p>　　這類節(jié)能調(diào)控設(shè)備對(duì)照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，因?yàn)橹饕请娮釉?，相?duì)來(lái)說(shuō)體積小、設(shè)備輕、成本低。 </p><p>　　但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于是相控調(diào)壓，使電壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會(huì)出現(xiàn)大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染。 </p><p>　　1.2.2 自耦降壓式調(diào)控裝

56、置 </p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)上最多照明節(jié)電產(chǎn)品就是此類產(chǎn)品。它的原理是，通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5， 10，15，20V等幾個(gè)檔，從而達(dá)到降壓節(jié)電的目的。 </p><p>　　這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克服了晶閘管相控型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單，當(dāng)然可靠性也比較高。但是不能用來(lái)控制照明調(diào)控裝置

57、進(jìn)行頻繁切換，一般做不到實(shí)時(shí)穩(wěn)定電壓、多時(shí)段調(diào)控等功能。 </p><p>　　1.2.3 智能照明節(jié)電器</p><p>　　.智能照明節(jié)電器，即智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)。智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號(hào)與最佳照明電壓比較，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。</p><p>　　第2章 節(jié)能的

58、實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　2.1 路燈的節(jié)能原理</p><p>　　節(jié)能的核心就是在保持合理照度的前提下在電壓過(guò)高時(shí)降壓供電，一般在后半夜由于路上行人車輛較少同時(shí)燈具如高壓鈉燈燈可以在低電壓下運(yùn)行，可以把過(guò)高的電網(wǎng)電壓降到190V進(jìn)行供電,極大地節(jié)約了電能。</p><p>　　2.2 主要設(shè)計(jì)方案</p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合

59、各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從目前的實(shí)際情況出發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于目前節(jié)能器件比較成熟，設(shè)計(jì)主要側(cè)重于控制部分的設(shè)計(jì)。工作部分又有很多方案，比如使用變阻器，步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)自耦變壓器，電力電子器件等，在研究方向上選擇使用電力電子器件，如晶閘管，IGBT等?？刂撇糠挚梢允褂檬謩?dòng)或自動(dòng)，如單片機(jī)的應(yīng)用。但還要兼顧應(yīng)急性，需要同時(shí)使用人工控制。</p><p>　　計(jì)劃了3個(gè)方案，分別是A

60、人工遙控，B傳感器智能控制和C預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制。</p><p>　　2.2.1 人工遙控</p><p>　　第一種技術(shù)較為落后，第二種方案過(guò)于復(fù)雜可靠性低，最終選擇的第3種方案，同時(shí)還要結(jié)合第一種設(shè)置人工干預(yù)接口。</p><p><b>　　框圖如下：</b></p><p><b>　　A方案

61、如圖4：</b></p><p>　　人工通過(guò)有線或無(wú)線方式遙控路燈系統(tǒng)的運(yùn)行，靈活性高，但是增加了人力成本。而且人工控制的準(zhǔn)確性，可靠性不高。</p><p><b>　　傳感器智能控制</b></p><p><b>　　B方案如圖5：</b></p><p>　　通過(guò)傳感器來(lái)判別時(shí)

62、間亮度和電壓，綜合控制。自動(dòng)性能好，但過(guò)于復(fù)雜，遇到特殊情況需要人工參與完成?，F(xiàn)在城市中常見(jiàn)的路燈控制系統(tǒng)一般對(duì)光照變化對(duì)應(yīng)的開關(guān)燈控制環(huán)節(jié)仍然使用人工控制，很大程度上是為了實(shí)現(xiàn)靈活的開關(guān)燈時(shí)間控制。</p><p>　　2.2.3 預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制</p><p><b>　　C方案如圖6</b></p><p>　　這是主要選擇的

63、方案。由于全年的日照時(shí)間的變化規(guī)律是一定的，因此將全年的光照時(shí)間變化規(guī)律（以XX市所在緯度）記錄到單片機(jī)中。單片機(jī)內(nèi)有定時(shí)器，可以通過(guò)定時(shí)器中斷來(lái)控制開關(guān)和調(diào)壓開始時(shí)間。按此運(yùn)行，就可以實(shí)現(xiàn)接近B方案的效果。同時(shí)考慮到天氣等意外情況，通過(guò)人工接口來(lái)改變開關(guān)燈的時(shí)間。同時(shí)使用電壓傳感器，比如變壓器等簡(jiǎn)單裝置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的跟蹤，產(chǎn)生反饋，使單片機(jī)輸出電壓控制信號(hào)，在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整。單片機(jī)的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和放大，驅(qū)動(dòng)

64、控制器?？刂破饕灿泻芏噙x擇，比如使用電力電子器件。諸如晶閘管或IGBT，通過(guò)改變相位角來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整。或者使用步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)對(duì)自耦變壓器的調(diào)整來(lái)調(diào)整電壓。同時(shí)還要驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)，在這里使用交流接觸器，實(shí)現(xiàn)開關(guān)。還有人工接口，可以使用方案A的辦法，或者直接用閘刀開關(guān)來(lái)操作。最后是一些前面提到的節(jié)能措施，在于前面的控制環(huán)節(jié)沒(méi)有沖突的情況下可以盡量選擇。</p><p>　　第3章 各部分基本原理</p>

65、<p>　　這樣主體框架就是利用單片機(jī)與電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　3.1 電力電子器件調(diào)壓原理</p><p>　　3.1.1 PWM技術(shù)</p><p>　　電力電子器件也有很多選擇，主要有相控節(jié)能，利用晶閘管的移相觸發(fā)，或者PWM整流技術(shù)調(diào)壓。由二極管或晶閘管組成的整流電路，雖然控制簡(jiǎn)單，成本較低，技術(shù)成熟，但輸出電流諧波含量

66、很大，總的功率因數(shù)很低，已成為電網(wǎng)的主要諧波源。將整流電路中的二極管或晶閘管換成IGBT，MOSFET等自關(guān)斷器件，并將SPWM技術(shù)應(yīng)用于整流電路，這就形成了PWM整流電路。通過(guò)對(duì)PWM電路的適當(dāng)控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而且還可以使輸入電流和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。從80年代提出后，PWM整流電路得到了飛速發(fā)展，并迅速成為電力電子技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其基本原理就是等面積定則。在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相

67、同而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里說(shuō)的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)響應(yīng)輸出波形基本相同。如果把輸出的各波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常相近，僅在高頻段略有差距。于是可以用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波。</p><p>　　如圖7所示，將正弦波上半波分成寬度相同，但是幅值不等，按照正弦變化分布，則由等面積定則，PWM波形和正弦上半波效果相同。要改變等效輸

68、出的正弦波的幅值時(shí)，只要按照一定比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。</p><p>　　控制方法分為調(diào)制法和計(jì)算法，一般用到調(diào)制法。使用三角波，可以從正弦波中獲得SPWM波。</p><p>　　同逆變電路相同，PWM整流電路也可分為電流型和電壓型兩大類，兩者的許多特點(diǎn)也分別和相應(yīng)的逆變電路相似。目前，電壓型應(yīng)用較多，設(shè)計(jì)選擇單相電壓型PWM整流電路。</p><p&g

69、t;　　圖8給出了單相全橋PWM整流電路。</p><p>　　交流電感LS包含外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻R，包含外接電抗器的電阻和交流電源內(nèi)阻，同SPWM逆變電路控制輸出電壓類似，可在PWM整流電路的交流輸入端AB間產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制PWM波UAB。UAB中除了含有與電源同頻率的基波分量外，不含低次諧波成分，還含有與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波。由于電感LS的濾波作用，這些高次諧波

70、電壓只會(huì)使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，is為頻率與電源頻率相同的正弦波。PWM整流電路的單相等效電路如圖8所始示.</p><p>　　其中US為交流電源電壓。當(dāng)US一定時(shí)，is的幅值和相位由UAB中基波分量及其與US的相位差決定。改變UAB中基波分量的幅值與相位，就可以使is與US同相位。圖9（a）給出了單相PWM整流電路的向量圖，其中UN表示電網(wǎng)電壓，UAB表示PWM整流電路輸出的交流電壓，

71、UL為連接電抗器LS的電壓，UR為電網(wǎng)內(nèi)阻RS的電壓；在圖？中，UAB滯后UN的相角為φ，IN與UN的相位完全相同，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。在9（b）中，UAB超前的相角為φ，IN與UN的反相，電路工作在逆變狀態(tài)。這就是PWM整流電路的基本工作原理。</p><p>　　于是設(shè)計(jì)PWM整流調(diào)壓電路如圖10所示，使用IGBT和二極管。</p><p>　　圖10電路利用SPWM的

72、等面積定則，使正負(fù)半周交替導(dǎo)通，通過(guò)對(duì)導(dǎo)通角的大小調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。</p><p>　　由于要調(diào)節(jié)一路路燈，總電壓為220V，總電流60A，最大電壓按照最嚴(yán)重的浮動(dòng)情況，上浮15%，即253V，69A?？紤]到要有一定的安全裕量，應(yīng)選擇兩倍左右的容量的器件，即500V，140A。則最大導(dǎo)通角應(yīng)為將253V下調(diào)15%對(duì)應(yīng)的角度。由于先前是設(shè)計(jì)的分級(jí)調(diào)壓，可以設(shè)定為四級(jí)，每隔5%電壓為一個(gè)等級(jí)，即100%，95%，

73、90%，85%供電。根據(jù)電壓浮動(dòng)的常年統(tǒng)計(jì)值以及不同季節(jié)的變化預(yù)先設(shè)定好隨著時(shí)間變化的電壓調(diào)整。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)IGBT的PWM調(diào)壓，還需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，也就是PWM控制信號(hào)發(fā)生電路。最初的設(shè)計(jì)是通過(guò)使用信號(hào)放大器，放大單片機(jī)引腳上的方波信號(hào)，再由三角波轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為PWM控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是可靠性和實(shí)用性很差，現(xiàn)在一般使用專用的驅(qū)動(dòng)電路模塊，比如3525。KA3525作為電流型

74、PWM控制器，功能比較完善。但用電流來(lái)控制的思想最終還是以電壓的形式表現(xiàn)出來(lái)。因此整個(gè)系統(tǒng)的控制方式基本上是以電壓作為主線的。</p><p><b>　　3525工作原理</b></p><p>　　輸出電壓可調(diào)。KA3525具有軟啟動(dòng)功能，實(shí)質(zhì)上是由內(nèi)部5V基準(zhǔn)源經(jīng)50uA的恒流源給KA3525接一電容充電實(shí)現(xiàn)的。在電容器充電的過(guò)程中仍以電容器上的電壓緩升來(lái)達(dá)到P

75、WM脈寬緩慢展寬的目的，基于這種考慮，當(dāng)給定KA3525的8腳上給定一電壓值，應(yīng)得到一固定脈寬輸出，根據(jù)KA3525的資料手冊(cè)，給定KA3525的8腳上的電壓典型值超過(guò)3.2V小于5V內(nèi)脈寬不變，也就是當(dāng)電壓值達(dá)到3.2v時(shí)，KA3525的輸出為最大脈寬，當(dāng)從某一電壓值上升至3.2V時(shí)，在這段電壓范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的電壓值對(duì)應(yīng)了固定的脈寬輸出，以高頻變換也就得到了相應(yīng)的電壓輸出，由此輸出可調(diào)的目的也就達(dá)到了，這種功能具體由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。管腳如

76、圖11。對(duì)電路的驅(qū)動(dòng)連接如圖12，11腳14腳輸出基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　穩(wěn)壓。輸出電壓可調(diào)，隨即需要解決的是穩(wěn)壓，整機(jī)要求穩(wěn)壓精度稍為高一點(diǎn)，若要采用單片機(jī)來(lái)穩(wěn)壓的話，由于單片機(jī)運(yùn)行一條最簡(jiǎn)單的指令也需要1個(gè)周期，當(dāng)采用12M晶振時(shí)，一個(gè)周期為1μs，顯然不符合閉環(huán)穩(wěn)壓的要求，在這時(shí)仍然采用KA3525內(nèi)置的誤差放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓，實(shí)現(xiàn)的原理就是運(yùn)用電壓誤差放大器實(shí)現(xiàn)的電壓負(fù)反饋電路。單片機(jī)來(lái)給定每一

77、級(jí)需要穩(wěn)壓基準(zhǔn)點(diǎn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出一級(jí)電壓，穩(wěn)定一級(jí)電壓。</p><p><b>　　硬、軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　硬件實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　本電路主要有控制電路、跟蹤穩(wěn)壓電路組成。原理框圖如圖13所示。</p><p>　　輸出電壓可調(diào)控制電路</p>

78、<p>　　電路的實(shí)現(xiàn)是由單片機(jī)通過(guò)鎖存器(74LS377)U5和DA轉(zhuǎn)換器(DAC0800)U9實(shí)現(xiàn)，則+12V電源經(jīng)LM7808提供給u9穩(wěn)定的+8V的基準(zhǔn)電壓源，當(dāng)單片機(jī)給74LS377送入數(shù)據(jù)并由74LS377將數(shù)據(jù)鎖存，經(jīng)DAC0800轉(zhuǎn)換后輸出的直流電壓給KA3525的2腳，即給KA3525內(nèi)部的誤差放大器同相端給定一電壓值，給定不同的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電平，即可實(shí)現(xiàn)不同的電壓輸出?？紤]到電路的抗干擾能力，由單片機(jī)給定74

79、LS377的1腳和11腳雙重的選通功能</p><p><b>　　穩(wěn)壓基準(zhǔn)源電路</b></p><p>　　應(yīng)輸出電壓可調(diào)的要求，電路原理可知(如圖14)，穩(wěn)壓基準(zhǔn)電平Vref與u’維持平衡電壓值只相差十幾個(gè)毫伏，當(dāng)輸出電壓Uout升高時(shí)，U’的電壓值必定升高，則誤差放大器的輸出電壓會(huì)下降，使得KA3525內(nèi)部的PWM波輸出脈寬變窄。經(jīng)一系列高頻變換濾波得到的輸出

80、電壓Uout會(huì)降低，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。若需要輸出的電壓升高或降低，則需要穩(wěn)壓基準(zhǔn)電平Vref跟著升高或降低才能達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　軟件實(shí)現(xiàn)。本電路的軟件結(jié)構(gòu)包括初始化，預(yù)設(shè)定及故障檢測(cè)程序等構(gòu)成的，以單片機(jī)MC51為軟件控制核心。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖15所示。</p><p>　　3.2 開斷動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　若使用調(diào)壓電路實(shí)現(xiàn)關(guān)斷

81、或者全壓供電，必然會(huì)造成不必要的電能損耗。選擇交流接觸器。交流接觸器廣泛用作電力的開斷和控制電路。</p><p>　　交流接觸器利用主接點(diǎn)來(lái)開閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。 主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。 交流接觸器的動(dòng)作動(dòng)力來(lái)源于交流電磁鐵，電磁鐵由兩個(gè)

82、“山”字形的幼硅鋼片疊成，其中一個(gè)固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面，加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動(dòng)鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動(dòng)主接點(diǎn)和輔助接點(diǎn)的開短。20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用斷開電路時(shí)產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，以保護(hù)接點(diǎn)。交流接觸器制作為一個(gè)整體，外形和性能也在不斷提高，但是功能始終不變。無(wú)論技術(shù)的發(fā)展到什么程度，普通的交流接觸器還是有其重要的地位。

83、開斷信號(hào)也可由單片機(jī)發(fā)出，控制交流接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)線路的開斷。接觸器由磁系統(tǒng)，觸頭系統(tǒng)，滅弧系統(tǒng)，釋放彈簧機(jī)構(gòu)，輔助觸頭及基座等幾部分組成。接觸器的基本工作原理是利用電磁原理通過(guò)控制電路的控制和可動(dòng)銜鐵的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)觸頭控制主電路通斷的?？紤]到要在全壓供電時(shí)不需要調(diào)壓，</p><p>　　則A，B可以同時(shí)接通，全壓供電，或者閉合B斷開A調(diào)壓供電，或者斷開B閉合A切斷電源。因此設(shè)定為常閉觸點(diǎn)，由單片機(jī)持續(xù)電平控制閉合。

84、那么接觸器的線圈控制要用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就需要相關(guān)的電路?？紤]到單片機(jī)低電平為1.5V高電平為5V，可以用二極管，三極管等器件的壓降來(lái)確定電壓界限，確保可靠性。設(shè)計(jì)如圖18，四個(gè)二極管，一個(gè)三極管，共0.7×5=3.5V。</p><p>　　綜合以上設(shè)計(jì)，可以得到軟件的總流程圖，如圖19a，b。</p><p><b>　　第4章 電路設(shè)計(jì)</b><

85、/p><p>　　總的線路設(shè)計(jì)如圖20</p><p>　　電路的在其他外圍電路的器件選擇上，如果按照新系統(tǒng)的建立，則盡可能使用上文提到的各種節(jié)能器件，起到節(jié)能，保護(hù)設(shè)備和減少電網(wǎng)污染等作用。</p><p>　　第5章 電路工作原理</p><p>　　在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程之后，系統(tǒng)將按照程序設(shè)定，時(shí)間，電壓等情況工作。</p>

86、<p>　　當(dāng)晚上到了開燈時(shí)間，根據(jù)程序的預(yù)設(shè)而使單片機(jī)發(fā)出高電平，使交流接觸器的線圈導(dǎo)通，從而使其動(dòng)作，接通主回路。此時(shí)對(duì)兩組接觸器發(fā)出的都是高電平，PWM調(diào)壓部分被短路，全壓供電。如果出現(xiàn)異常情況，則直接手動(dòng)開啟電路。一般出現(xiàn)異常情況都是需要提前開燈。此時(shí)段電壓較低，一般在220V以下，而路上行人車輛較多，全壓供電照明。</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)中的程序設(shè)定，當(dāng)?shù)搅艘归g十點(diǎn)的時(shí)候，為了對(duì)后半夜

87、升高的電壓進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)控制接觸器使PWM工作部分開始運(yùn)行。由單片機(jī)發(fā)出的8位數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換生成3525的基準(zhǔn)電壓，實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)壓。并且單片機(jī)每隔半小時(shí)修改一次輸出信號(hào)，逐漸降低電壓；同時(shí)，在輸出端使用變壓器，使用整流橋轉(zhuǎn)化為直流，再進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，生成反饋。當(dāng)反饋顯示輸出電壓為190V時(shí)，系統(tǒng)停止調(diào)壓。</p><p>　　直到設(shè)定的天亮?xí)r刻動(dòng)作關(guān)燈，或者手動(dòng)操作，提前關(guān)燈。若需要延長(zhǎng)開燈時(shí)間，可以人工

88、操作重新開燈。</p><p><b>　　第6章 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　主要參數(shù)包括IGBT，交流接觸器，高壓鈉燈，鎮(zhèn)流器等的參數(shù)。對(duì)于交流接觸器，如圖18，開合電壓最大253V，電流69V?？紤]到還要一定的安全的裕量，應(yīng)能開合600V，140A。對(duì)于IGBT，由于要調(diào)節(jié)一路路燈，總電壓為220V，總電流60A，最大電壓按照最嚴(yán)重的浮動(dòng)情況，上浮1

89、5%，即253V，69A；考慮到要有一定的安全裕量，應(yīng)選擇兩倍左右的容量的器件，即500V，100A。對(duì)于燈具，可以根據(jù)總電流大小來(lái)選擇型號(hào)和數(shù)量。器件品牌及型號(hào)：1，高壓鈉燈，江蘇宿遷萊特電器有限公司,NG250,220V,3A,250W，20盞。2，高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器，江蘇宿遷萊特電器有限公司，NG250Z，220V,3A,250W,短路電流≤5.20A，功率因數(shù)cosφ≤0.65，阻抗60Ω，20件，100A220V。3，CJT1

90、0系列交流接觸器主要適用于交流50Hz或60Hz，額定工作電壓至3800V；電流10A至160A的系統(tǒng)接通與分?jǐn)唷?，IGBT，TOSHIBA，MG200J6ES60，200A/600V。變壓器由于測(cè)定的電壓為260~190V，需要的反饋電壓設(shè)為5V，則變比為50：1。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　文中設(shè)計(jì)的主電路符合設(shè)計(jì)的基本要求

91、，現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于路燈節(jié)能控制系統(tǒng)當(dāng)中。對(duì)于一般情況可以應(yīng)對(duì)，但如果有特殊需要，人工操作也不可缺少。對(duì)于全國(guó)的總耗電量而言，道路照明只占一個(gè)小小的百分?jǐn)?shù)，也正因如此，智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)才有可能成為推動(dòng)節(jié)能運(yùn)動(dòng)的一個(gè)突破口。從道路照明著手，花兩三年時(shí)間摸索出一套符合中國(guó)國(guó)情的商業(yè)化運(yùn)作模式，然后在全國(guó)各行各業(yè)全面推廣。當(dāng)然，這需要政府下大決心、花大力氣去進(jìn)行推動(dòng)。</p><p>

92、<b>　　謝 辭</b></p><p>　　本論文是在XX老師的辛勤指導(dǎo)，耐心幫助下完成的，在此致以衷心的感謝。</p><p>　　本論文所需要的相關(guān)知識(shí)離不開XXX，XXX，XXX，XXX等多位老師的教導(dǎo)，同樣深表感謝。</p><p>　　在論文的完成過(guò)程中，周圍的同學(xué)也給了我很大的幫助，致以謝意。</p><p

93、>　　四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，即將離開校園之際，祝愿各位老師同學(xué)事業(yè)順利。</p><p>　　我們都會(huì)有一個(gè)美好的明天。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.王兆安、黃俊，電力電子技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，第四版，2002.1</p><p>　　2.王仁祥，常用低壓電器原理及

94、其控制技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.5</p><p>　　3.萬(wàn)福君、潘松峰，單片微機(jī)原理系統(tǒng)及應(yīng)用，合肥，中國(guó)科技大學(xué)出版社，2003.7</p><p>　　4.童詩(shī)白、華成英，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社，第三版，</p><p>　　5.張占松．開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2001.7</p><p>　

95、　6.周士兵、王又鈞,8098單片PWM直流調(diào)速裝置簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)應(yīng)用,1998年4期；</p><p>　　7.韓忠誠(chéng),金士娟,KGVA穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的過(guò)壓過(guò)流故障排除,維護(hù)與修理,2003年5期</p><p>　　8.張芝濤,郝風(fēng)菊．脈寬調(diào)制(P WM)型高壓電源的研究,電力環(huán)境保護(hù),V01．10 No．1</p><p>　　9.殷舜卿,一種新型的多路穩(wěn)壓的開關(guān)電

96、源,電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),Vo1．24 No．8</p><p>　　10.賈貴璽,一種改進(jìn)型PWM調(diào)制策略逆變器的研究與應(yīng)用,電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2004年2期</p><p>　　11.葉慧貞、楊興洲．新穎開關(guān)穩(wěn)壓電源北京國(guó)防工,業(yè)出版社,1999</p><p>　　12.莫正康,電力電子應(yīng)用技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,2000</p><p>　　

97、13.劉俊良,市政工程施工項(xiàng)目與設(shè)計(jì)管理,化學(xué)工業(yè)出版社,2004.5</p><p>　　14.王立雄,建筑節(jié)能,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.5</p><p>　　15.胡漢才,單片機(jī)原理及接口技術(shù),清華大學(xué)出版社,1996</p><p>　　高等學(xué)校技術(shù)科學(xué)專業(yè)及其他需培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力的專業(yè)或?qū)W科應(yīng)屆畢業(yè)生的總結(jié)性獨(dú)立作業(yè)。要求學(xué)生針對(duì)某一課題，綜合運(yùn)用本專業(yè)

98、有關(guān)課程的理論和技術(shù)，作出解決實(shí)際問(wèn)題的設(shè)計(jì)。 畢業(yè)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等學(xué)校教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一。相當(dāng)于一般高等學(xué)校的畢業(yè)論文。目的是總結(jié)檢查學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)成果，是評(píng)定畢業(yè)成績(jī)的重要依據(jù)；同時(shí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，也使學(xué)生對(duì)某一課題作專門深入系統(tǒng)的研究，鞏固、擴(kuò)大、加深已有知識(shí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用已有知識(shí)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)也是學(xué)生走上國(guó)家建設(shè)崗位前的一次重要的實(shí)習(xí)。 　　一些國(guó)家根據(jù)學(xué)生的畢

99、業(yè)設(shè)計(jì)，授予一定的學(xué)銜。如建筑師、農(nóng)藝師、攝影師等。中國(guó)把畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)考試結(jié)合起來(lái)，作為授予學(xué)士學(xué)位的依據(jù)。</p><p>　　編輯本段畢業(yè)設(shè)計(jì)分類及組成部分</p><p>　　工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品</p><p>　　根據(jù)國(guó)內(nèi)各大高校開設(shè)的專業(yè)學(xué)科，畢業(yè)設(shè)計(jì)大體分為以下： 　　1、Vc畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　2、Java畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　3、VB畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　4、D

100、elphi畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　5、NET畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　6、計(jì)算機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　7、機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　8、工藝畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　9、模具畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　10、VF畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　11、電子畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　12、asp畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　13、jsp畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　14、php畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　15、pb畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　16、土木畢業(yè)設(shè)計(jì) 　　畢業(yè)設(shè)計(jì)不同于畢業(yè)論文，它的組成部分不只是一篇學(xué)術(shù)論文，我們拿“機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)”舉例：隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，各大高校對(duì)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)的

101、內(nèi)容提出了一定的要求，2004年以前設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括：畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙+說(shuō)明書（畢業(yè)論文），2005年以后國(guó)家教育部門提出新的要求，結(jié)合工廠需求加入了三維設(shè)計(jì)，模擬仿真，及程序分析研究。其中包括：畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙（三維“UG ，PLO/E，CAM，CAXA，SWOLIDWORD”+CAD二維工程圖）+開題報(bào)告+任務(wù)書+實(shí)習(xí)報(bào)告+說(shuō)明書正文。這足夠的說(shuō)明了做一份優(yōu)質(zhì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要付出相當(dāng)?shù)呐Γ?lt;/p><p>　　本中心