电力电子技术在绿色照明电路中的应用

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：电力电子技术在绿色照明电路中的应用 学习中心： 重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心 年级专业： 0409 级 电气工程及自动化 学生姓名： 崔文虎 学 号： 0451480045 指导教师： 韩亚军 职 称： 讲师 导师单位： 重庆信息工程专修学院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学 院论文完成时间： 年 月 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 崔文虎 1设计(论文) 题目： 电力电子技术在绿色照明电路中的应用 2学生完成设计(论文) 期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文) 课题要求：当今的中国以及全世界能源已经成为了最严峻的问题，所以我从电力电子技术方面考虑绿色照明，以及他的控制达到节能的目的。通过介绍电力电子器件的工作原理和各种照明电路中的应用。再次介绍了智能照明控制采用调光模块，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果，营造出不同的舒适的视觉氛围。4实验部分要求内容：在学校规定的时间内，利用电力电子技术知识通过实验方法验证了不同照明电路的应用。电子镇流器在节能电路中的工作原理和智能照明控制系统的应用。5文献查阅：1李采芹.中国火灾大典.上海：上海科学技术出版社，1997 2李春镐.防火手册. 上海：上海科技出版社， 1991 3中国消防协会.建筑内部装修防火研讨班论文集.北京：中国计划出版社， 1995 6发 出 日 期： 年 月 日7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： i摘 要自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从 旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器，这标志着电力电子 的诞生。进入 70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，普通 晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展随着经济的不断发展。现在能源短缺已经成为当今社会主要问题。如何找到一种节能元件能够节能，成为首选。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术,使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。本文通过介绍电子镇流器在节能电路中的工作原理和智能照明控制系统的应用。从而达到了节能的目的。关键词: 电力电子技术 , 绿色照明 , 电子镇流器 ,i目 录摘 要 .i目 录 .ii第 1 章 前 言 .1第 2 章 电子镇流器的工作原理 .22.1、高频交流电子镇流 .22.2、常用高频交流电子镇流器电路与改进 .42.2.1 单级半桥谐振式 .42.2.2 双级谐振式高频交流电子镇流器 .52.2.3 无源功率因数校正 .62.2.4 常用高频交流电子镇流器调光 .62.3、单级高性能、高功率因数高频交流电子镇流器 .102.3.1 高功率因数、低电磁幅射、具有宽调光范围的电子镇流器 .102.3.2 一种改进电荷泵功率因数校正（CPPFC）的电子镇流器 .102.3.3 一种用于紧凑型荧光灯的新型自激 E 类电子镇流器 .112.3.4 一种改进单级电子镇流器起动特性的新方法 .112.3.5 采用反激推挽集成变换器的电子镇流器 .122.3.6 基于单级高功率因数的电子镇流器 .122.3.7 一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器 .122.3.8 基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器 .13第 3 章 智能照明控制系统的应用 .133.1 实现照明控制智能化 .143.3 可观的节能效果 .153.4 提高管理水平，减少维护费用 .153.5 智能照明控制系统的重要性 .153.6 智能照明控制系统的优点 .17ii第 4 章 结论 .18致 谢 .20参考文献 .211第 1 章 前 言目前，我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足和用电效率低的状况依然比较严峻，这在今后相当一段时期内将继续存在。推行终端节电技术节约电能，是改善电力负荷紧张状况的主要途径。我国照明用电量约占总发电量的 10%左右，且以低效照明为主，是终端节电的主要对象之一。照明用电大都属于峰时用电，因此，照明节电具有节约电量和缓和高峰用电的双重作用。同时，我国用电浪费和电耗高的问题相当严重，是造成企业经济效益不高和污染环境的主要因素，如 1995 年全国电厂二氧化硫的排放量占全国总排放量的 1/3，所以照明节电对提高企业经济效益、保护环境也具有重要意义。民用荧光灯(日光灯)交流电子镇流器在 20 世纪的 70 年代就开始了研究，到 80 年代就有许多企业投入了生产，但其质量的可靠性和稳定性在当时确实令人生畏。到 90 年代，随着国外用于电子镇流器的专用功率开关器件和控制集成电路(IC)新器件的不断出现，我国引进了如APFC 技术。这才使得日光灯电子镇流器质量可靠性和稳定性有了技术上的突破。目前在日光灯中，电子镇流器几乎全部取代了电感镇流器。同时，电子镇流器光效高、功耗低、重量轻、无噪声、无频闪和提高荧光灯使用寿命等优点更显突出。“日光灯下看书会影响视力”已成为过时的常识。 绿色照明产业在世界的兴起使得电子镇流器倍受青睐。相关企业都看准了电子镇流器中蕴藏着的巨大商机。在民用荧光灯的交流电子镇流器取得突破性进展的同时，一些企业对我国道路上的高压钠灯所潜藏的节能潜力大为关注。据统计，若将全国高压气体放电灯都换上电子镇流器，全国全年可节电 246 亿千瓦时，可解决目前全国 1/3 的电力缺口。2第 2 章 电子镇流器的工作原理2.1 高频交流电子镇流由于气体放电灯（如荧光灯、霓虹灯、卤素灯、金卤灯等）是一种负阻性电光源(特性曲线如图 1 所示)要使其正常稳定工作，需加一个限流装置。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯使用的镇流器有两种：（1）电感式镇流器；（2）高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、效率低、有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。电子镇流器采用高频开关变换电子线路的方法实现镇流，具有无频闪、效率高、体积小、重量轻、可调光，不使用大量铜材和硅钢材料的特点，所以自 20 世纪 70 年代以来，高频交流电子镇流器一问世，由于它的体积小、发光效率高、无频闪效应，适应供电电压范围宽、节能的一系列优点，受到了用户的欢迎。据统计，世界上照明用电占了世界上产生的总电量的 1/4，如仅将现用的 200 亿只灯泡中的 50 亿只换成节能的电子镇流灯泡，就可节省200GW 的电能，从而少建几十个电站。由于高频交流电子镇流器节能和巨大的市场潜力，进入 20 世纪 90 年代后，各种气体放电照明灯广泛采用高频电子镇流器，形成一个“绿色照明”的新兴产业。“绿色照明”是 90 年代初国际上对节约电能、保护环境照明系统的形象说法。美、英、法、日等主要发达国家和部分发展中国家先后制定了绿色照明的计划，并已经取得明显效果。事实上，照明的质量和水平已成为衡量社会现代化的一个重要标志，成为人类社会可持续发展的一项重要标志。目前，我国已成为照明器具的生产大国，现有照明器具生产企业1000 家，电光源产品有 60 多个门类 3500 多个品种规格，灯具产品 303多个门类 500 多个品种规格。我国照明节能大有潜力可挖。目前，荧光灯、稀土三色紧凑型荧光灯已生产出适合家用的 H、双 H、O、D、双D、SL 型等多种产品。这种灯与照度相同的管型荧光灯相比约节电27%，与白炽灯相比，可节电 70%。2001 年，按每户仅用一只节能灯计算，全国 4 亿只节能灯就可节电 2000 万千瓦电力，投资只需 120 亿元，而要生产 2000 万千瓦的电力，即需投资 500 亿元。所以在我国照明节能是一项很重要的课题。目前，世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心（VPEC），李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在 IEEE 功率电子学学刊刊出，并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念，美国加州理工大学（UCT）的 S.CUK 教授关于单级高功率因数电子镇流器，一种用于紧凑型荧光灯的 E 类电子镇流器，西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员进行开发。同时，国内一些著名科研院所、大学也投入了较大力量进行科研开发。这点可从国内相关科技文献看出。勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国，我国有较多的公司、企业从事这种“绿色电光源”产品的生产。特别是自 20 世纪 80 年代末、90 年代初，IEC928（1990）、GB15143（1994）管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求及 IEC929（1990）、GB/T15144管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求等技术标准相继颁布与实施，使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低，并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标严格，所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰，使用安全可靠的高4频交流电子镇流器并非件易事，所以往往让人感到：看似简单的一个电子产品，但是技术含量很高，是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关（ZVS、ZCS）、LC 串并联谐振、功率因数校正、电磁干扰抑制（EMC、EMI）、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术的方方面面。同时，如何测量高频交流电子镇流器的技术参数，如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰（EMI），也是高频交流电子镇流器的研究热点。实践证明，要做出一只高性能的高频交流电子镇流器，还需对它的负载-灯的技术特性、灯对电源的技术要求有所了解，否则要做出高性能的高频交流电子镇流器是不现实的。由于对电网供电质量的要求不断提高，国际电工技术委员会 1982年分别制定了 IEC555-2家用设备及类似电器设备对供电系统的干扰标准，和 IEC1000电磁兼容性标准，分别对相关电器设备的功率、谐波成分、电磁辐射干扰等技术指标做出了要求，对高频交流电子镇流器而言也相应增加了电路的设计难度和制造难度。2.2 常用高频交流电子镇流器电路与改进2.2.1 单级半桥谐振式由于半桥谐振式逆变电路工作可靠，对开关管耐压要求较低，所以采用半桥谐振式逆变电路为灯负载供电的功率变换电路使用最为广泛。它主要由：交流市电供电整流电路（滤波）、启动电路、串联谐振高频逆变电路、保护电路、灯负载几部分组成。这是一个典型的、自激振荡、自启动的 LC 串联谐振半桥逆变的高频交流电子镇流器电路，谐振主要由 L、C3、C4 完成，利用谐振时C4 上的高频电压点亮灯负载，当灯负载电流发生变化时，会影响谐振回路 Q 值，从而影响谐振电容 C4 上的谐振电压，来实现稳定灯负载电流的作用。5由于这种电路采用元件少、造价低，所以目前国内市场上见到的高频交流电子镇流器大多采用类似的这种电路。但这种电路存在以下缺点：（1）无灯丝预热功能，易产生灯丝电极溅射作用，而降低灯丝的使用寿命，使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象；（2）由于采用市电整流后直接给半桥逆变级供电，所以会产生很强的高次谐波干扰，降低交流市电输入侧的功率因数，并降低电源供电效率,采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时，会造成三相四线供电电网的地电位偏移，因而造成用电设备的损坏；（3）由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态，所以产生的高次谐波，会产生相应的电磁幅射干扰，影响其它用电设备的正常工作；（4）由于电路没有设保护电路，所以一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多）或灯负载发生破裂等故障时，易造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故。2.2.2 双级谐振式高频交流电子镇流器针对单级半桥谐振式高频交流电子镇流器电路存在的以上缺陷，人们又开发设计出了双级谐振式高频交流电子镇流器电路。它主要在普通的单级谐振高频交流电子镇流器的基础上，再加了一级有源功率因数校正（APFC）电路，用以进行交流市电输入整流滤波的功率因数校正，并限制高次谐波成分，从而达到减小电磁幅射干扰，提高输入侧功率因数的目的。并且由于有源功率因数校正（APFC）还有预稳压的作用，同时还可以调光（调节 APFC 输出电压），所以既可提高电子镇流器的电性能，又可提高电子镇流器的可靠性。有源功率因数校正按电路构成可分为：降压式、升/降压式、反激式、升压式等几种。按控制市电输入电流的工作原理可分为：平均电流型、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型几种。按功率因数校正电路6中电感电流的工作方式又可分为：电流连续型（CCM）、电流不连续型（DCM）。由于升压式有源功率因数校正电路具有 PF 值高、THD 小、效率高，但需输出电压高于输入电压，适用于 75W-2KW 的应用场合，所以目前应用最为广泛。由于 DCM 型 APFC 电路简单，开关管应力小的优点，所以在电子镇流器中应用广泛。两级式具有 APFC 功能的高频交流电子镇流器电路由于增加了一级有源功率因数校正电路，所以增加了电路的复杂性，使成本提高许多，虽然双级式高频交流电子镇流器性能好，但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。2.2.3 无源功率因数校正针对两级式有源功率因数校正电路的缺点，人们又试图探讨用无源功率因数校正的方法来提高高频交流电子镇流器的性能，如经常提到的有采用三只二极管和二只电容器的逐流电路的无源功率因数校正和高频复合能量反馈等方法，虽然在理论分析上可行，并有相应的实验结果、结论，但是至今未见广泛使用。还需进一步提高技术性能，但无疑这是一个很好的发展方向。2.2.4 常用高频交流电子镇流器调光由于高频交流电子镇流器具有节能的优点，特别是在不需电子镇流器满功率进行的场合下，采用调光控制节能效果会更加明显。调光控制有一个用户可控制的调光控制输入端并应具有以下基本功能：能检测灯电流、灯电压、灯功率；利用反馈电路来调节用户设定的亮度。7常用的调光方法主要有以下四种：占空比调光法、调频调光法、调节高频逆变器供电电压调光法、 脉冲调相调光法。1、占空比调光法这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比，实现输出功率调节，对半桥逆变的最大占空比为 0.5，以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间，以免两个开关管共态导通损坏。这种调光方法存在的问题是：如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy，则开关可能导通时工作在零电压状态，关断瞬间需采用吸收电容达到 ZCS 工作条件，这样可进入 ZVS 工作方式，这是优点，EMI 和开关管应力可明显降低。然而，如果占空比太小，以至电感电流不连续，将失去 ZVS 工作特性，并且由于供电直流电压较高，而使开关管上的应力加大，这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大 EMI 幅射。除了小的脉冲占空比，当灯管发生故障时，也会出现不连续电流工作状态，当灯为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，由于这个电容的容量较小，所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护，否则开关管将承受很大的电压应力。2、调频调光法调频调光法也是常用的调光方法。如果高频交流电子镇流器的开关频率增加，则电感的阻抗增加，这样，电感电流就会下降。调频调光法的局限性：A调光范围由调频范围决定，如果调频范围不大，则功率调节范围也不大。B为了实现在低灯功率工作条件下实现调光，则调频范围应很宽（即从 25KHZ50KHZ）。磁芯的频率范围、驱动电路、控制电路可能限制调光范围。8C在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时，不能实现软开关，并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是 EMI 幅射的主要来源。D如果半桥逆变器不工作在软开关状态，则导致逆变器的损耗加大，导致效率降低。E当开关频率在红外遥控的频率范围内时，荧光灯将发射低电平的红外线，如果调频范围很大，其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。F灯电流近似反比于逆变器开关频率，调光与开关频率间不是线性关系。G当灯管发生开路故障时，将出现 DCM 工作状态，特别是当开关频率很低时。3、改变半桥逆变器供电电压调光法利用改变半桥逆变器供电电压法实现调光有以下优点：A调节半桥逆变器供电电压来实现调光。B采用固定占空比（约 0.5）的方法，使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光（这也可使开关控制电路简化）。C由于开关频率固定，所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计。D由于开关频率刚好大于谐振频率，所以可以降低无功功率和提高工作效率。E由于开关频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数。F在较宽的灯功率范围内（5%100%）保持 ZVS 工作条件。G在很低的半桥逆变器供电电压下，将会失去软开关特性，将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题，这时的开关管应力和损耗将很小，即使硬开关在低直流供电电压情况下（如 20V），也不会产生太多 EMI 幅射。9H可实现平滑和几乎线性的灯功率控制特性。I可得到低功率解决方案，半桥逆变器的供电电压可以选得很低（如 5%100%的调光范围对应 30120V），这样可采用低电压电容和MOSFET。J调光控制仅通过控制 SEPIC 变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态，所以可采用简单的 AC/DC 控制即可实现调光。K灯电流近似和 DC 变换器的电压成正比，调光几乎和 SEPIC DC变换器的输出直流电压成正比。调光曲线如图 6 所示。4、脉冲调相调光法利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率，从而达到输出调光的目的。调相法调光曲线图如图 7 所示。相控调光法主要有以下特点：可调光至此 1%；可在任意调光设定值下启动；可应用于多灯应用场合；调光相位灯功率关系线性好。2.3 单级高性能、高功率因数高频交流电子镇流器由于双级式高频交流电子镇流器使用元件多，价格较高。所以尽管性能指标好，但也难于大批量生产、使用，为了进一步简化电路，提高电子镇流器的性能指标，国内外的一些科研院所、高等院校、大公司纷纷提出了单级新型、高功率因数高频交流电子镇流的新概念、新电路，下面分别加以介绍。102.3.1 高功率因数、低电磁幅射、具有宽调光范围的电子镇流器这种镇流器具有以下特点：(1)低电磁幅射，传导干扰低，可调光范围宽；(2)功率调节范围为 10%100%；(3)采用 SEPIC DC/AC 变换调压；(4)低 EMI，低电压应力；(5)可用于单管、多管荧光灯照明。2.3.2 一种改进电荷泵功率因数校正（CPPFC）的电子镇流器主要有以下特点：(1)引入了电荷泵的概念、工作原理、电路；(2)提高功率因数的工作原理分析；(3)波峰比为 1.6，200V 交流电压输入，效率为 80%；(4)只用一个电感，由于电荷泵采用了一个电容，而电容又比电感在电路上好处理。2.3.3 一种用于紧凑型荧光灯的新型自激 E 类电子镇流器由美国教授（PH.D）提出。论文和实验对点火和灯电路稳态运行进行了分析、讨论，并给出了实验结果。有限流保护功能，可适用于任何Q 值和占空比，价格低。2.3.4 一种改进单级电子镇流器起动特性的新方法由我国台湾的教授和他的学生提出，并给出了实验结果。这种方法主要有以下特点：1、利用同步开关技术（Synchronous Switch Technique,SST）来改进电子镇流器的启动特性。2、利用变形单级电子镇流器技术实现镇流（Single-Stage Inverter、SSI）。3、讨论了 PFC 半级和逆变电路半级间功率不平衡而引入的较高电压应力对开关器件的影响。114、讨论了电子镇流器的工作状态、控制策略和元件电压应力间的相互关系。5、讨论了利用热阻检测电路来减小灯丝溅射的问题，并通过实验证明了这种电路灯管开关工作 18000 次后灯丝无明显溅射。6、论文和实验电路对单级镇流电路的变化特性进行了分析，并给出了实验结果。2.3.5 采用反激推挽集成变换器的电子镇流器这种电子镇流器具有以下特点：(1)由于采用反激式电路，所以电路简单，使用灵活；(2)具有隔离、自启动、单开关的电路特点；(3)可实现短路保护；(4)反激式 APFC，所以具有不必使输出电压高于输入直流电压，可在 DCM 工作方式下，在固定导通时间控制方式下得到功率因数近似为的效果；(5)由推挽变换器实现灯的高频交流供电、镇流；(6)仅用一级电路就可实现 PFC 和高频变换，实现了单开关变换，简化了电路；(7)通过占空比控制可实现调光。2.3.6 基于单级高功率因数的电子镇流器它具有以下特点：(1)单功率级，高功率因数，半桥功率逆变器工作在谐振状态；(2)自激振荡式，功率因数校正工作在 DCM 模式，输入、输出隔离；(3)由于工作在自激振荡方式，所以具有保护作用；(4)实验模型：40W 荧光灯、40KHZ、220V 交流市电供电；(5)给出了实验结果和模型分析。2.3.7 一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器该电子镇流器具有以下特点：(1)由 buckboost 和半桥 LC 谐振共同组成单级高频交流电子镇流器；(2)具有可调光和恒功率特性；(3)高12功率因数（0.98）；(4)给出了实验电路、稳态分析、低频电路模型；(5)给出了设计实例、方法；(6)给出了实验结果。2.3.8 基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器该项工作具有以下特点：1、将反激变换 PFC 和半桥变换合为一体，作为单级高频交流电子镇流。2、反激工作于恒频、恒占空比。3、由于在 PFC 中引入了一个变压器，所以逆变器的输入电压可以设定，从而优化了逆变器的设计。4、给出了实验电路、稳态分析、实验结果。电子镇流器是在电子“镇流”技术和晶体管开关电源技术基础上发展起来的高新技术产品，是灯用电子学的具体产品应用，它集光、电、磁等技术于一体，主要技术难题是功能和可靠性，开发符合国家标准，适合国内消费水平，具有市场竞争力、良好性价比的产品难度就更大。电子镇流器问市十余年以来，以其高效节能、无频闪、无噪音的优势得到普遍关注，并迅速发展，但由于产品的质量，主要是功能及可靠性曾存在许多问题：功率因数低、谐波含量高，电磁兼容性差；输出功率低，灯管亮度低，能效低，功耗大，温度高，特别是使用寿命短，大面积群灯使用，对电网污染严重；并且有互感自激，导致镇流器损坏，使消费者蒙受很大损失；严重损害了电子镇流器的整体形象；给电子镇流器造成节电不省钱的恶劣影响。近年来，电子镇流器原理及电子元器件的研发、生产水平整体提高，国内涌现出不少优秀产品。医院具有很多对电磁骚扰敏感度很高的仪器设备（包括心脏起博器等） ，电磁环境属于 A类工业环境，因而在照明电器镇流器的选择上必须具备电磁兼容设计。普通高功率因数电子镇流器因无电磁兼容设计，谐波含量高，易干扰医疗仪器设备，因而不宜选用。对医院使用电子镇流器的选择应在注重其13功能和可靠性的基础上，着重考察是否通过 EMC 认证，具有良好的电磁性。13第 3 章 智能照明控制系统的应用随着现代科学技术的不断进步和发展，人们物质文化和精神生活水平迅速的提高智能化已经成为当今发展的主流技术，涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完善的计算机网络和通信系统。但是长期以来，智能在国内一直被忽视，大多数仍然沿用传统的控制方式，部分智能大厦采用楼宇自控（BA）系统来监控，但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下，智能照明系统体现出强大的优越性，它在智能建筑中的应用越来越广泛。3.1 实现照明控制智能化例如，当一个工作日结束后，系统将自动进入晚上的工作状态，自动并极其缓慢地采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定调暗各区域的灯光，同时系统的移动探测功能也将自动生效，将无人区域的灯自动关闭，并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。此外，还可以通过编程随意改变各区域的光照度，以适应各种场合的不同场景要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。例如，在靠近窗户等自然采光较好的场所，系统会很好地利用自然光照明，调节到最合适的水平。当天气发生变化时，系统仍能自动将照度调节到最合适的水平。总之，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内照度维持在预先设定的水平。3.2 改善工作环境，提高工作效率 传统照明系统中，配有传统镇流器的日光灯以 100Hz 的频率闪动，这种频闪使工作人员头脑发胀、眼睛疲劳，降低了工作效率。而智能照明系统中的可调光电子镇流器则工作在很高频率（4070kHz）不仅克服了频闪，而且消除了起辉时的亮度不稳定，在为人们提供健康、舒适环境的同时，也提高了工作效率。143.3 可观的节能效果 智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术，能对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。除此之外，智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式，通过智能化管理实现节能。3.4 提高管理水平，减少维护费用智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理，不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去，而且将大大减少大楼的运行维护费用，并带来较大的投资回报。 3.5 智能照明控制系统的重要性 智能照明控制系统是为了适应各种建筑的布局以及不同灯具的选配，从而实现照明的多样化控制。现有的智能照明控制系统主要分为中央集中控制系统及分布式控制系统两种。一个现代化的智能办公大楼，不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，使员工在其中工作保持心情舒畅，提高办公效率。据国内外有关资料介绍，办公照明用电量约占整个大楼能耗的 1/3。因此，做好照明设计，选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，加强照明控制设计，已成为智能办公楼的一个重要设计内容。它不仅能有效节约能源，降低用户运行费用，还可提高大楼管理水准。我们知道办公大楼按照功能区域划分，通常会有办公区、门厅、会议室、多功能厅等，各个功能区域的照明具有不同的特点。办公区域照明使用的光源主要是荧光灯与白炽灯，其中荧光灯多用于一般照明，白15炽灯多用于局部照明，照度水平的设计主要取决于视觉作业的需要及经济条件的状况。办公区域的工作时间主要是在白天，可以考虑利用窗外入射的大量自然光进行照度补偿，不仅能节约能源，更能维持室内舒适的视觉环境。对于一个完整的办公楼智能照明控制系统来说，办公区是办公楼的主要组成部分，采用智能照明控制系统，可使其照明系统工作在全自动状态。通过配置的“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态，通常分为白天、晚上、清扫、安全、午饭等，根据预先设定的时间段可自动的在各种状态之间进行转换。比如：上班时间来临时，系统自动将灯打开，并将光照度自动调节在预先设定的水平。在靠窗的房间，系统能智能地利用室外自然光，当天气晴朗，室内灯自动调暗；天气阴暗，室内灯会自动调亮，以始终保持室内恒定的亮度。午餐时间，灯将自动变换到一个舒适、柔和的灯光场景，使工作人员能够很好地休息和放松。当一个工作日结束时，在智能时钟管理器的作用下，系统将自动地调暗各区域的灯光，进入晚上工作状态。同时智能传感器的动静探测功能将自动生效。系统处于清扫状态时，该区域的灯保持基本的亮度，当清扫人员扫到该区域时，智能传感器的动静探测功能自动生效，点亮该区域的灯，当清扫人员扫完该区域离开后，延时数分钟后将灯关掉。安全状态和清扫状态的工作原理相似。智能照明控制系统还能保证办公区域和公共区域协调的工作。如：办公区域有员工加班时，电梯厅、走廊等公共区域的灯就保持基本的亮度，只有当办公区域的人走完后，才将灯降低到安全状态或关掉，避免不必要的能源浪费。 3.6 智能照明控制系统的优点智能照明控制系统与传统照明控制系统相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及节能方面等均有不少优点。16首先在控制方式和照明方式上，传统照明控制采用手动开关，只有开和关，而且只能一路一路地开和关。而智能照明控制采用调光模块，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果，营造出不同的舒适的视觉氛围。在控制上采用低压二次小信号控制，控制方式多，功能强，范围广，自动化程度高。其次，智能照明控制系统由于使用了自动化照明控制，智能利用光照以及通过网络，只需一台计算机就可对整个大楼的照明实现合理的能源管理自动化，不仅减少了不必要的耗电开支，同时也降低了用户的运行维护费用，在节能方面可比传统照明控制节电20%以上。另外，在智能照明控制系统中，由于可通过系统人为地设置电压限制，可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具，延长灯具使用寿命的作用。而更值得一提的是智能照明控制系统是一个开放式的系统，通过标准网络接口可方便地与 BAS 系统联接，实现智能大楼的计算机系统集成。智能照明控制系统的设计方法和步骤智能照明控制系统的设计一般都是在灯光设计和照明设计部分完成之后来进行的。其设计一般可分为：第一步：编制照明回路负载清单。在这过程中应注意：首先每条照明回路的灯具应该为同类型的灯具，这样才便于调光模块的选择和配置。而且每条照明回路的灯具控制性质应该是相同的，是普通或同为应急。其次，应核对每条照明回路的最大负载功率是否在需要选择的调光器允许的额定负载容量之内。最后，还要对一些照明回路的划分作适当的调整，使其更适合场景配置的需要，使各路灯光可组合构成一个优美的照明环境。第二步：按照明回路的性能选择相关的调光器调光器是智能照明控制系统的主要部件，而对于不同类型的灯具应该选用不同适合他们的调光器。比如对于冷阴极灯（发光、霓虹、充气）17，这类灯采用电压变压器工作，所以应采用前沿相控调光器。而对于包括金属卤化物灯在类的各种气体放电灯则应该选用正炫波电压调光器。第三步：按照明控制要求选择控制面板和其他相关控制部件。 第四步：选择附件和集成方式。第五步：编制系统设备配置表。18第 4 章 结论从以上对智能照明控制系统的介绍，我们知道智能照明控制系统不仅可以满足和实现不同的灯光效果要求，实现照明的高层次智能管理，改善工作环境，提高