科爾曼

對(duì)照明進(jìn)行調(diào)光控制

科爾曼

一般而言，調(diào)光器是通過(guò)控制傳輸給燈具的功率來(lái)改變照明水平 (強(qiáng)度)，調(diào)光可以手動(dòng)控制也可以自動(dòng)控制。

調(diào)光方法可分為兩種:降低燈具電壓 (即電壓調(diào)制)，如圖1所示；減少為燈具傳送滿電壓的時(shí)間 (即相位控制)。所使用的調(diào)光方法必須與燈具的類型相匹配。本文主要對(duì)相位控制方法進(jìn)行描述。

圖1 使用自耦變壓器減小電壓正弦波的幅度，而不改變正弦波的波形

對(duì)白熾燈進(jìn)行調(diào)光時(shí)，幾乎可以使用所有的調(diào)光技術(shù)。盡管白熾燈的使用量仍然很多，并且在進(jìn)行整體照明設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)用到，但白熾燈的能源效率很低，耗能非常嚴(yán)重。對(duì)白熾燈進(jìn)行調(diào)光控制可以減少白熾燈的能源消耗，提高燈泡的使用壽命。因?yàn)榘谉霟羰褂玫氖请娮杞z，所以可以對(duì)其使用電子調(diào)光器進(jìn)行調(diào)光控制。很多電氣工程師誤以為使用無(wú)功方式啟動(dòng)的燈具 (如熒光燈、HID和LED)都可以使用與白熾燈相同的調(diào)光器，但這個(gè)想法是不完全正確的。

對(duì)使用線圈和鐵芯變壓器的低壓照明系統(tǒng)、使用鎮(zhèn)流器的熒光燈和HID照明系統(tǒng)以及使用驅(qū)動(dòng)程序 (電子變壓器)的LED進(jìn)行調(diào)光控制時(shí)應(yīng)特別注意，專用于白熾燈的調(diào)光器不能對(duì)低壓照明系統(tǒng)、熒光燈以及HID照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光。

對(duì)白熾燈進(jìn)行低壓調(diào)光時(shí)必須考慮燈具所使用的變壓器，用于低壓照明系統(tǒng)的變壓器有兩種:磁性變壓器 (傳統(tǒng)的，導(dǎo)線纏繞疊層鋼芯)及電子變壓器 (固態(tài))。

調(diào)光器必須根據(jù)低壓照明系統(tǒng)中變壓器的類型進(jìn)行選擇。專為磁變壓器設(shè)計(jì)的調(diào)光器可以在直流電壓導(dǎo)致溫度過(guò)高時(shí)保護(hù)變壓器不被損壞，而且需要消除來(lái)自線路側(cè)的所有可能出現(xiàn)的電壓峰值和浪涌，不能將它們傳遞給變壓器。使用電子變壓器的照明系統(tǒng)必須使用專門針對(duì)該類型變壓器設(shè)計(jì)的調(diào)光器。針對(duì)電子變壓器的電子低壓調(diào)光器的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它們可以在整個(gè)調(diào)光范圍內(nèi)靜音運(yùn)行。然而，電子變壓器具有輸出值限制，通常是低于150W。另外，低壓磁變壓器通過(guò)設(shè)計(jì)可以處理功率高達(dá)1×104W的負(fù)載。

為了實(shí)現(xiàn)低壓磁變壓器或電子變壓器調(diào)光的目的，需要兩種不同類型的調(diào)光器控制技術(shù)?？煽毓栊突蚓чl管型調(diào)光器 (圖2)可用于電阻型和電感型負(fù)載，如白熾燈、霓虹燈、冷陰極燈和低電壓 (電感/磁性)燈源。用于控制這些類型負(fù)載的調(diào)光器通常被稱為前沿 (LE)或前向相位控制(FPC)調(diào)光器。用于控制電子變壓器的調(diào)光器的特性與之有所不同，通常被稱為后沿 (TE)或反相控制 (RPC)調(diào)光器。根據(jù)負(fù)載類型選擇適用的變壓器是非常重要的，兩種不同的調(diào)光波形是由于不同負(fù)載類型的驅(qū)動(dòng)要求形成的。

當(dāng)使用交流電壓時(shí)，白熾燈具有電阻特性，其電壓和電流的波形幾乎相同，也就是所謂的“同相”。繞線型變壓器屬于感性負(fù)載，在交流電路中，電流往往要滯后于電壓。另一方面，電子變壓器的交流輸入端通常是電容性的，通過(guò)調(diào)光器可以發(fā)現(xiàn)這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前功率因數(shù)。如果負(fù)載選用了不合適的調(diào)光器，這些超前/滯后電流在調(diào)光開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)的波形會(huì)產(chǎn)生變化。

圖2 相位控制的調(diào)光器開(kāi)關(guān)頻繁地開(kāi)啟/關(guān)閉來(lái)降低照明回路中的功率以達(dá)到調(diào)光的目的

圖3 前沿相位調(diào)光操作

圖4 后沿相位調(diào)光操作

前沿調(diào)光器一旦被觸發(fā)，依賴于流過(guò)器件電流的三端雙向可控硅或晶閘管可保持其暢通，若電流低于該器件的閾值水平 (即交流波形的過(guò)零點(diǎn))，則該調(diào)光器將停止導(dǎo)通。但是，感性負(fù)載的電流滯后于電壓，所以通過(guò)可控硅的電流在脈沖結(jié)束前可能不會(huì)達(dá)到雙向可控硅的閾值水平，這將使調(diào)光性能很差。為了避免這個(gè)問(wèn)題，用于繞線型變壓器負(fù)載的調(diào)光器使用一種稱為 “硬觸發(fā)”的觸發(fā)技術(shù)，這樣可以確保觸發(fā)脈沖維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使電流達(dá)到器件的閾值水平。磁線繞制的低壓負(fù)載只能使用前沿波形調(diào)光裝置進(jìn)行調(diào)光 (圖3)。

電子低壓負(fù)載通常是電容輸入 (即電壓滯后于電流)，并且要求后沿波形調(diào)光。TE或RPC調(diào)光器使用晶體管 (如FET或IGBT等)作為前沿調(diào)光器中的電力設(shè)備，而不是典型的可控硅或SCR裝置。晶體管允許電路中斷或通過(guò)AC波形中任何位置的電流，可控硅或者SCR的導(dǎo)通只能在預(yù)訂點(diǎn)被控制，晶閘管器件的 “關(guān)閉”只能在負(fù)載電流通過(guò)AC波形的過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行控制。TE調(diào)光器在過(guò)零點(diǎn)處開(kāi)始為負(fù)載提供線電壓，然后電源裝置在半周期處進(jìn)行部分切斷，形成一個(gè)TE波形(圖4)。需注意，如上所述，白熾燈負(fù)載也可以通過(guò)調(diào)光波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

了解燈型是進(jìn)行調(diào)光器選擇的關(guān)鍵，了解這些之后會(huì)對(duì)照明控制更加熟悉。

于娟翻譯自 http://ecmweb.com/lightingcontrol/shining-light-dimming，肖昕宇校對(duì)。

Shining the Light on Dimming

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