照明电子开关节能与电耗分析
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上传人：admin 上传时间： 2007-02-08 浏览次数： 161 |
编者按：电子开关代替手动开关来控制楼房、公寓的公共照明灯(白炽灯)，可以节约电能。电子开关与手动开关的主要区别是它为有源设备，即它需要直流电源才能正常工作。电子开关加电以后，它的控制部件必然会消耗一些功率；其次，有些电路结构的电子开关，当执行部件导通时，它两端的电压降有很大的值，致使执行部件也消耗部分电能。
文中探讨电子开关的节能、电耗问题，通过分析，对电子开关会有更深入、全面的认识，为研制开发者确定电路结构时趋利避害，为使用者挑选满意的产品提供一些帮助。
1、电子开关的节电功能及测算
电子开关从功能上大体可分为两部分：控制部件和执行部件，如图1所示。
图1
执行部件如同手动机械开关，具有通、断两种状态，用以控制灯的亮和灭，不同的是它由电子器件组成，为无触点式；控制部件犹如人的手，在人的操纵下，发出启动执行部件的信号，使灯工作。电子开关的特点是：控制部件发出启动执行部件信号(图1中的①)的同时，该信号亦反馈(图1的②)给控制部件，经过一定时间(如40秒)的延时，又发出使执行部件关闭的信号。电子开关具有的这种功能，避免了手动开关控制的照明灯所出现的长明灯的弊端，切实做到“用时灯亮，人走灯灭”的节电要求。
手动开关控制的照明灯，出现长明灯是常有的事，不仅夜间亮，白天也可能亮，一个灯每天工作时间以6小时计，若用电子开关(如声光控开关)代替，每天工作30～40分种，只有手动照明灯的1/12～1/9，节省电能在80%以上。一个25W的白炽灯，一天工作6小时，耗电为0.15度，一个月为4.5度，一年为54度电。若25W的灯改用电子开关控制，一天工作仅2/3小时，一年耗电为6度，节电48度，一度电以0.4元计，一个电子开关控制的照明灯节约电费19.2元。假定某居民小区安装1千支电子开关(25W灯泡)，每年可节电48000度，节约电费1.92万元。若用15W或40W的灯泡，1千支电子开关每年节约电和电费如下表所示(节约灯泡费用未包括)：
| 灯度数 项目 |
15W | 40W |
| 电度数 | 28800度 | 62400度 |
| 电费 | 1.152万元 | 2.496万元 |
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2、控制部件的静态功耗 照明电子开关不象常见的电子设备，使用时才通电，而是全天时加电。一般说来，电子开关都没有可见光传感器，白天处于闭锁状态，晚间或环境光照度低于某一设定值，大多数时间处于待命状态，仅当有关传感器接收到启动信息后，开关导通，灯亮，几十秒后灯灭。电子开关一旦加电，控制部件就有电流流过，必然要消耗功率，此功耗称为控制部件的静态功耗。
控制部件的静态电流与控制部件的结构和参数有关，有的达4mA或更大，有的不到1mA。我们以4mA、1mA电流为例，参照图2电路，分析电子开关的静态功耗情况。
 图2
图2，IC=4mA控制部件消耗的功率：
PC=VIC=220V×0.004=0.88W 一天消耗电度数： 24小时×0.88W×10-3=0.02度 一年消耗电度数： 365天×0.02度=7.3度 IC=1mA的控制部件消耗功率、每天、每年耗电度分别为： Pc=VIC=220×0.001=0.22W 每天耗电度数=0.005度 每年耗电度数=1.8度 从数量上看，以上两种静态电流的开关，每天、每年消耗的电都很小，但是，电子开关的量大了，年耗电量就是一笔很可观的数目。比如，1千支4mA、1mA静态电流的开关，年耗电分别为7300度和1800度。从节能和提高电子开关寿命方面考虑，我们应尽量减少静态电流、降低静态功耗。 减少控制部件静态电流的主要思路是： .在保证电路正常功能的前提下，直流电源宁低勿高； .电阻器件的值宁小勿大； .半导体器件中，宁用集成电路勿用分立元件； .有源器件的漏电流以小为好。 注意以上几点，控制部件的静态电流就可以达到令人满意的程度。 3、执行部件的耗电分析
在电子开关中，执行部件与照明灯直接联系，控制灯的亮或灭。理想的执行部件应是：通时，两端如同短路；断时，两端如同开路。但是，有些结构的电子开关，其执行部件在导通时，它的两端残压相当大，以致不能忽略。相对而言，执行部件在断开时，更接近于理想开关的开路状态。  图3
图3电路，控制部件与灯RL为串联关系，而与执行部件为并联联接。控制部件两端电压与灯RL的工作状态或执行部件的通断状态有关。当控制部件发出信号后，即G端有触发信号，执行部件导通，3、4两端电压V34随即降低，控制部件两端电压也同时下降，如此使得触发信号电平也随之下降，导致可控硅不能完全导通，V34反而增大，经过一系列反馈过程，V34最后稳定在几十伏的范围内。假定RL为25W灯泡，当可控硅触发后，图3电路的V34为55V左右，由此可以计算出灯亮以后执行部件消耗的功率P34。
灯亮时的电流IL  流过执行部件的电流近似为IL，则P34 P34=V34×IL=55V×0.085A=4.7W 220V交流电加在灯RL和执行部件上，除去执行部件的电压，灯RL的压降只剩下165V，25W的灯实际消耗的功率为： PRL=165V×0.085A=14W 可见，如图3形式的电路——串联型电子开关，当灯工作时，执行部件消耗相当大的功率，如计算所得结果，执行部件功耗占灯耗的1/3，它将转变成热能浪费掉；再者，这种结构的电路不能充分发挥灯泡的容量。图3电路，当执行部件断开时，它不会消耗功率。 |
图2电路，控制部件与灯RL所在支路为并联关系，这种结构称为并联型电子开关。由于控制部件两端电压与执行部件的通断状态无关，控制部件可以发出稳定的触发信号，保证执行部件正常导通。正常导通的执行部件两端电压可以忽略不计，因此，执行部件在导通时不消耗功率；当执行部件断开时，它如同开路，没有电流流过，因此它也不消耗功率。
4 结束语
电子开关用来控制照明灯(白炽灯)，其节电效果是非常明显的，但是，对于它存在的静态功率也是不应忽视的；不同结构的电子开关，其执行部件导通时消耗功率的情况各不相同，并联型电子开关在耗能等性能指标上都优于串联型开关，应提倡研制和使用。
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