照明节电器产品的技术走向与技术规范

【摘要】本文简单介绍照明节电控制器在我国的发展历程，介绍我国照明节电控制器的现状、技术、产品特点，以及行业困境，同时展望和呼唤未来照明节电控制产品的理想概念、模型、技术规范以及实现，最后提出麦尼智能电感技术的解决方案，希望能为节电器产品技术发展与市场规范提供参考。

关键词：节电器，照明节能，照明调光

一、中国照明节电器行业历史与回顾

    中国早期的照明节电器产品，起源于 90 年代初，主要是借鉴和仿制美国、日本的可控硅 SCR 相控技术生产。在 90 年代中期，当时以 SCR 为代表的电力电子技术，软件控制技术，移相触发控制理论得到迅速发展，从而带动了电机动态节能，电机软启动保护，灯光照明节能保护设备与技术的发展，在中国经济高速发展的南方，崛起了一批高科技节能公司。

    经济的发展，国际化城市化进程的加快，能源的日趋紧张，国家 “中国绿色照明工程”，以及相关的“节约能源”法律法规政策的出台，工业、商业企业开始认识到“未被控制的电费”成本的重要，使节电公司看到了希望和出路，不断投入，研发自己的节能产品， SCR 照明节能控制产品得到较好的发展。 2001 年后，有许多资金寻找出路，也成立公司，加入节能行业，使节能正成为产业化方向发展。

    和其它所有行业的形成一样，节能行业以及节电器产品，也都经历过“混乱”的局面。技术层次参差不齐，门槛高的变频器行业，投入巨资却难以回报，而部分无技术含量的节电产品却能大发其财。没有技术标准，没有规范，没有行业自律，各行其是，各种“节能”概念被商业炒作，大量加盟招商，产品暴利，偷换节电概念，节电率作假，一时“节电题材”成为腐败洗钱的手段。经销商加盟利益受损，产品技术含量低下容易仿制，行业暴利，也促使各销售经理，技术人员，“另立山头”，分离出许多节电公司。

    大约 2002 年，由于照明光源的多元化，道路照明的商业化，电子镇流器节能灯，霓虹灯的大量使用，以及电力紧张，电感镇流器的就地或集中补偿，使得照明电路无法保障绝对无电容，可控硅移相的突发导通，无法适应哪怕线路上少量的容性负载，这样， SCR 产品一时陷入销售困境，各厂家和经销商恨不得将路灯上的电容给“阉了”。

    在这种情况下，各节能公司不得不将传统电磁变压器技术，重新整合，以适应照明电路新形势和市场需要。目前市面的“省电机”，“节能线圈”，“节能电抗”，“省电霸”均是这类技术。在一定程度上为照明节能技术找到了一条可发展的道路。

   除 SCR 相控产品，电磁变压器产品外，市场还大量流行一种系统节电器及各种改进版本，号称简单并联安装，适应所有供电线路，节电显著，实际上就是并联压敏电阻， TVS 管，电容等元件，作为防雷及电压浪涌吸收可以，实无节电可言。

    另外值得一提的是，有小部分节电公司，喜欢挂上美国、日本、德国、丹麦、新西兰、加拿大等国外技术，或称采用先进的国外运作模式等，实际上经销商和用户都知道是地道的国内公司，无外来技术背景，考虑到所谓国人心态，都极力赞成这种“崇洋”的做法，这样很不利于行业发展和壮大。借鉴和学习国外成功技术和经验，是节电行业形成的基础，但要与误导和商业炒作区分开来。

    目前，照明节电器不像变频器，有专业公司专业生产。节电公司生产的产品包罗一切节电领域，照明节电控制器是节电公司众多节电产品中的一个品牌。照明节电控制器的专业化生产，还有待市场的专业化和产业的分工细化。

    这几年，经过国家以及“节电人”的宣传努力，“环保节能”已深入人心。我们也可喜地看到，通过行业的争论，大家也越来越看清节电的本质，学会分辨商业陷阱和虚假技术，这将有利于节电行业的健康发展。

二、节电器产品实际运行情况

    政府的照明节能工程，由于与“财政困难”，“政府形象工程”，“美化亮化工程”，“民心工程”，“电荒”，“领导政绩” , “节能环保”，“绿色照明”等概念错综复杂地冲突，即使在全国用电告急的这两年，各地也只是小心地试验使用，没有出现大面积推广的情况。除没找到成功的“商业资金运作模式”外，更主要的原因是：国家没有明确的政策指导，没有满意的技术产品，没有行业技术标准和规范，没有成功的示范工程，没有领导决策的充分理由。

    最近 , 2004 年7 月16 日 , 建设部的网站上，公布了《节约能源——城市绿色照明示范工程》的文件，并明确推进照明节电，到 2008 年实现城市照明节电 15% 的目标，力求到 2010 年实现建筑物室内照明节电 10% 的目标。 “该亮的还是要亮，不该亮的不能乱亮”，并给出详细的照度规范，这给各地方政府对城市照明工程，指明了正确的发展方向。文件的精神将大大加快照明节能产业的发展，使更多的资金和人力投入到照明节能工程中，带动节能控制技术，理论研究，软件技术，远程通讯技术及协议的发展。使我国城市照明节能工作尽快走上科学、健康、可持续发展的道路。

    城市照明工作总是在矛盾中发展。一方面，城市经济技术的高速发展，人民生活水平不断提高，城市照明在改善城市人居环境质量和城市形象，提高城市整体素质，推动内需，拉动城市夜间经济起到了显著作用，城市照明工作在城市建设及人们生活中的地位也越来越重要，也得到了各级政府的高度关注，但庞大的电费开支和维护费用，又是各地方政府沉重的财政开支。城市照明节能工作的普及开展，还有待商业运作与资金运作的成功探讨。

   在城市照明节能资金商务运作方面，有些公司正进行尝试，要集中技术，生产，资本市场，政府资源，广告资讯等各方，进行优势互补。目前正在探讨的模式有，路灯广告资源第三方承包方式， BOT 方式，能源合同方式，银行等第三方资金介入方式等等。

    与城市照明节能相比，商业照明节能工作进展情况要好些。主要不是由于技术实现上的差异，而是节能产品资金的可操作性。在工业照明、商场超市照明、学校照明等节能等实施中，只要单位领导或设备科，通过测试，认为达到节能技术要求，资金比较容易到位和兑现。这是企业行为的优势，而财政费用的使用要远远比这复杂。商业照明用户节能的积极性远远高于城市照明，工厂、超市、写字楼、酒店宾馆、学校等室内照明节能工程，明显增加，成为不可忽视的节能市场。

    对照明节能控制器产品的普及使用，在短时间内还难以实现，但必将是一股强劲的发展趋势，其涉及面广，市场庞大，从商业机会和社会价值而言，都是应该十分关注的。也迫切要求质监、质检部门，行业认证部门，提前做好技术和产品的规范，国家行政部门做好政策引导，使行业发展更加顺利，市场更加规范。

三、现有照明节电器产品技术分析与介绍

    目前市面出现的照明节能控制器产品，从技术层面讲，主要有以下几种或它们的复合：

1 、电容就地补偿及集中补偿装置

    优点：简单，对电感镇流器灯具，能低成本有效降低视在电流，减少无功功率，提高电网功率因数，减轻电网负担，降低线损，减小布线线径，从而降低故障率，一定程度上可缓解电力紧张。

    缺点：理论上不能节约有功功率，从而对用户来说，不能“节省电费”，只能对感性灯具进行补偿，无法对光源进行照度控制。

    结论：电力补偿设备，更多应属电力系统设备，不能作为经济意义上的“节能设备”。

2 、分档调节电感镇流器：由传统电感镇流器增加绕组派生

    优点：对新装灯具，只需配置分档调节镇流器，正常预热后，能自动增加电感量，进一步降低灯电流，从而实现节能。

    缺点：技术含量不高，有机械触点，切换时对部分老化灯容易引起熄灭，对现有灯具的改造成本过高。

    结论：技术和概念早已出现，最近有公司将其产品化并在部分路段实施，由于其固有的技术缺点和不可发展性，产品估计难大面积推广。

3 、“系统节电器”：由若干压敏电阻， TVS 管组成，没有技术含量，很易仿制，主要吸收电网的瞬变电压，有一定的设备保护作用，无节能功能，其节电率和相关概念纯属商业炒作。

    优点：需要并联贴身安装（对浪涌电压吸收，吸收元件引线电感不可忽视），作为防雷及保护设备并切实专业设计制造，也许是一个发展方向。作为今后发展节电控制器的保护部分，值得借鉴和采纳。

    缺点：目前市场上的“系统节电器”无任何节电可言，作为“保护器”，其技术设计也不严谨，过长的引线，内部元件布局，对电压浪涌表现出很大的交流阻抗，即使采用纳秒级吸收元件，在实际工程中也不会有动作。对抑制瞬态电压的保护系统，应采用非常规元件，非常规设计，非常规的电路布局。

    结论：作为节能设备的保护电路，可以采用，但不能作为节电技术产品。

4 、隔盏亮，半夜灯

    优点：在特定路段或场所，可起到节能作用，电路简单，成本低，可靠性高，改造方便。

    缺点：影响正常照明，道路照度不均匀，影响社会治安和道路交通安全，属日本 70 年代试验并否定的方案，国内大部分城市和地区仍然沿用并保留这种方法，实际使用很少，“电荒”时有部分城市临时紧急采用。

5 、 SCR 可控硅控制产品

    优点： 90 年代电力电子新技术，体积小，效率高，噪音低，便于智能控制和嵌入控制，输出电压有效值连续可调 , 在照明节能中，节电率可达 20 ％，再高引起灯灭或闪烁 , 价格适中，比较容易开发，产品有单灯控制和集中控制。

    缺点：输出电压严重畸变，有浪涌电压，污染电网，产生干扰，无法满足电磁兼容要求，影响电力调度，同时只能适应感性灯光负载，对目前的多元化照明和国家强制的电容补偿，无法适应日益广泛使用的电子镇流器光源。

    结论：与电源环保要求不适应，与市场照明负载不适应，属淘汰产品。

6 、电磁自偶变压器固定抽头接触器切换产品

    优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，适应所有灯光负载。

    缺点：体积大且笨重，固定降压，只能在通电前进行分档调节，工作时无法进行电压调节（灯灭），节电率固定，无法智能化和以人为本，照度无法控制，往往是人流量最大的傍晚（用电高峰电压低）亮度最低，而后半夜（用电低谷电压高）无人时反而灯光亮度最大。

    结论：属 50/60 年代技术，也是现在路灯节电的主流产品，主要用于电力变换。采用传统电磁产品用于节能，实在没办法的选择。

7 、电磁自偶变压器抽头 SCR 切换产品

    优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，输出电压突变式调节，适应所有灯光负载。

    缺点：体积大且笨重，对城市道路照明的 HID 灯，突变式降压有灯灭现象，电压无法精确控制，由于多 SCR 开关切换时，有共态导通，或短时开路引起过压，切换时有浪涌电流或浪涌电压，故障率高。

    结论：属电磁变压器与电力电子开关技术结合， SCR 切换技术难处理或误触发，导致可靠性较低，目前没有成熟产品。

8 、电磁自偶变压器无级碳刷切换产品

    优点：效率比较高，噪音比较低，输出纯正弦电压，输出电压可连续调节，适应所有灯光负载。

    缺点：体积大且笨重，控制用变压器为机械碳刷式，在大电流滑动时，有强烈电火花，寿命短，过多机械部件，故障率高，同时碳刷过渡其间有电流切断现象，容易引起 HID 等的熄灭。

    结论：由于寿命短，市场没有成功的产品。

9 、电磁感应变压器电机伺服无级调压产品

    优点：输出正弦波，电压连续可调，适应所有灯光负载。

    缺点：体积大且笨重，效率低，噪音大，输出电压不便于三相独立调节，无法适应三相严重不平衡负载，有机械部件，寿命短。

    结论：主要用于电力稳压，属当今电力稳压主流产品，由于其效率低，自耗大，作为节能目的不适合，机械部件故障率也高，产品推广困难。

10 、串联电感降压产品

    优点：简单，成本低，可靠。

    缺点：体积大且笨重，只能根据固定负载设计，无法采用现代控制技术控制。

    结论：技术太落后，产品没有市场。

四、照明节能控制器技术现状与困境

    一方面，照明节电的客观需求和呼声越来越高，国家对照明节电的政策也十分明朗，节电企业对市场的投入和商业运作力度加大，节能企业一度企盼并积极等待着市场的启动，另一方面，城市照明节能工程的运作，总是受政府资金，目前节能技术条件，成功资本运作的的困惑，一度处于试验阶段而停滞不前。期中让市民和照明市政工程人员能接受的技术，是影响工程的主要因数之一。

    2002 年以前， SCR 单灯节电器以及 SCR 集中控制节电器比较好销，对纯电感照明系统的节能控制也十分稳定，电压有效值能如愿实现实时分时段平滑调节，能做到模块化小体积嵌入控制，价格也适中，在当时是近乎理想的节电控制产品，其谐波干扰也不显得十分重要。

    但在随后的工程中，由于市政资源的利用，路灯普遍挂上商业广告，期中大量采用电子镇流器节能灯，霓虹灯，商业室内照明也是如此，另外，由于电力的紧张，电感镇流器照明电路也要求灯具电容就地补偿或集中补偿，而 SCR 节能产品根本无法适应任何少量的容性负载，电容对突然 SCR 导通产生的大量低次谐波形成电源短路，电流过零无法判别， SCR 过流烧毁。销售技术支持工程师测出的照明工况，不适合 SCR 节能控制器安装的情况越来越多。

    此时，各节能公司将方向转向传统的电磁技术，一时设计和生产出各种电磁自藕变压器降压产品，或电抗降压产品，以适应容性负载的需要，取代 SCR 节能产品。

    自藕变压器，在交流输变电的时代，从电气上讲，是一十分理想的器件。但对照明设备，尤其是 HID 光源来说，其又存在不可原谅的缺点。 HID 灯，尤其是接近“老化”的 HID 灯，对电流的切断和细小电压的突变，将引起灯管电弧的不稳和熄灭（熄灭后要冷却近 10 分钟才能再次点燃），而自藕变压器电压抽头有触点和无触点的换档调节，都难以做到电流的连续和电压的无级调节。

    如果电磁自藕变压器从技术上能实现电流的连续切换和电压的无触点微小步进调节，只要将高压落地变压器进行技术改造，就容易实现照明线路的智能化节能控制，那是最理想的技术方案。

    对电磁技术，目前进行测试的有手动换档的，有开机电脑检测电压自动切换档位的，但在通电期间不能进行档位切换，固定降压，无法智能化和以人为本，照度无法控制，往往是人流量最大的傍晚（用电高峰电压低）亮度最低，而后半夜（用电低谷电压高）无人时反而灯光亮度最大。

   在这种技术条件下，难怪有些城市领导指出：“ 只要影响照度，坚决不节电” 。但如果有一种理想“调光设备”，在人流最大时稳压调亮，而在大家进入梦乡时，在保障社会治安和交通安全的条件下，能将灯光逐步调暗实现节能，同时又极大延长灯具寿命，领导还那样说，就是对纳税人不负责任了。

    只追求照明节能，很容易实现，不降低照度，不可能节能。能按人的需要，保障最舒适的照度，保障社会治安，保障道路交通安全的同时，极大限度地节约能源，才是我们追求的最高目标。

    我们呼唤社会各方，共同努力，不论从技术实现上，还是商业资本运作上，探索出可行的路线，尽快使我国照明节能走出困境，实现技术突破，运作模式突破。

五、节电器技术走向与发展趋势

    “电力技术是通向可持续发展的桥梁”，这个论断已经逐渐成为人们的共识，但传统的电力技术，其创新和出现重大突破往往比其它科学更为艰难，这点从广泛使用并十分重要的“交流稳压器”技术及发展可以见证。

    我们知道， 50/60 年代的磁饱和交流稳压器， 70 、 80 年代的 614 电子管交流稳压器，后来出现的 SCR 技术的抗干扰精密交流稳压器，现在的无触点补偿式交流稳压器，电磁感应式交流稳压器，自藕炭刷式交流稳压器，这些稳压器从技术上都十分传统落后，技术不尽人意，不是波形畸变，就是响应速度慢，容易自激，负载效应容易过压，体积庞大。若作为节能降压设备，其本身有的耗能就十分巨大，价格也十分昂贵。从技术方面突破十分艰难，以至于在一些高可靠性要求和防雷保护方面，古老磁饱和交流稳压器仍有其不可动摇的地位。

    从此看出，我们难以指望传统电力的稳压技术，来帮我们解决照明节能控制的问题。

    随着电力电子技术的发展，特别是近年来，新材料的发展，大功率电力电子器件的重大进展，以电力调节和能源处理的技术突飞猛进，电力拖动，变频调速节能日趋成熟，可控硅 (SCR) 、可关断的晶闸管 (GTO) 、 MOS 控制的晶闸管 (MCT) 、绝缘门极双极性三极管 (IGBT) 等大功率高压开关器件的开断能力不断提高，这将引起传统电力技术的一次重大革命。

    尽管爱迪生追求和预言的完美直流输电，随着电力电子科技的进步，露出美好的曙光，我们也迫切希望尽快结束我们厌恶的交流输电系统，在直流输电系统里，一切都是那么美好和容易控制。

    但我们不能等待 50 年，等待 100 年，我们现在面临我们必须解决的困难，我们必须寻找新的理论，新的途径，帮我们解决由来已久的交流调压稳压问题。

    借助电力电子技术，我们需要技术创新，别无选择地寻求解决传统技术无法解决的问题，使“交流稳压”设备“硅片化”，“小型化”，“模块化”，“智能化”，这是现代“交流稳压器”发展的必由之路，也是照明节能控制调光设备的必由之路。



六、理想节电控制器模型与电气、通讯协议规范

照明节能控制器负载假设：

⑴ 一切电感镇流器灯具，包括电感启动日光灯、霓虹灯，电感启动水银灯、钠灯、金卤灯等。

⑵ 一切阻性负载光源，包括白炽灯，碘钨等、卤素灯等。

⑶ 一切电子镇流器节能灯和电子镇流器 HID 灯。

⑷ 带功率因数补偿电容的电感镇流器灯具，带集中或分散电容补偿的照明线路。

⑸ 以上照明负载的混合负载线路。

⑹ 允许少量动力负载（降压节能不显著），办公自动化设备（内部开关电源自动稳压，外部降压不能节电），内含功率因数校正（ PFC 实现内部稳压）的电子镇流器光源。



照明节能的理由和依据：

⑴ 通过对照明线路输出电压的调节，降低光源的有效电流，在电压线性下降的初期，照度并不明显降低，而节约功率却按电压的平方下降。

⑵ 恒定调节输出电压，对较高电网电压（通常在 230V 以上，电极过渡损伤，高温），可实现灯具的保护，延长灯具寿命，同时也有较大节电空间。

⑶ 对照明现场的照度调节，以满足环保和绿色照明指标，同时节能。

⑷ 根据场所的情景变化，“以人为本”， “按需调亮”，“实时调亮”。



理想照明节电控制器的模型：

•  基本电气功能

① 能适应阻性、容性、感性及一切电力负载：照明负载的复杂性和混合性。

② 对电网无污染，不增加电流谐波：对电网的环保要求。

③ 实现实时动态电压调节：调压调光，以人为本。

④ 电压调节步进值小于 2 伏： HID 灯电压突变 3 伏以上，容易导致灯灭。

⑤ 电压调节时，不能出现电流切断现象： HID 灯断流，引起灯电弧熄灭。

⑥ 电压调节范围为 140V 至输入电压：正常点亮的 HID 电感镇流器灯，降压在 140V 以下时容易熄灭。

⑦ 通电时，要有预热功能：保障 HID 灯的充分点燃。

⑧ 有用户可编程按时段调节电压功能：根据照明环境需要，个性化保护节能方案。

•  保护功能

① 欠压、过压设备保护功能。

② 过流设备保护功能。

③ 过热设备保护功能。

④ 温度传感器，电脑外部设备自检保护功能。

⑤ 主变压设备检测与故障保护功能。

⑥ 主变压辅助设备检测与故障保护功能。

⑦ 防水、防破坏检测，异常状态检测，安全检测报警。

•  通讯接口及 RTU 功能

① 硬件上有 RS232 口， USB 口或 SPI 口等资源，以便连接 GPRS/GMS/ 电台等，实现 RTU 。

② 软件上有通讯接口。

③ 电脑主板能采集输入输出电压，输出电流，功率因数，设备温度，等基本设备状态参数，以及设备安全，照明情况等相关参数，并上传上位机。

④ 电脑主板能接受上位机的数据传输以及执行各种实时命令。

⑤ 制定行业标准的通讯协议并公开。

•  无条件保障照明功能

照明可靠性，事关重大，宁可不节能，也要首先保障照明。

① 有机械旁路功能。

② 检测到设备出现可恢复性故障时，保障本次照明，不节能，下次照明，故障恢复正常进入节能。

③ 检测到设备出现不可恢复性故障，如器件损坏等，强制机械旁路。

④ 当电源、电脑控制板出现故障，设备旁路保障照明不节能。



七、尽快制定行业技术规范，促进照明节能技术发展



    在我国，目前节能行业已基本形成，相关节能法律法规也逐步出台，绿色照明示范工程的实施，也给行业一个十分利好的消息，照明节能市场的庞大，一定会使许多等待观望的资本，看到出路，技术的突破也将是必然。

    但就目前节能行业，不论是从资金实力，经营规模，技术能力，还是行业规范，企业自律，商务运作模式，还有许多路要走。为了少走弯路，首要问题是制定技术规范，行业标准，明确技术要求，集中技术力量，尽快完善我国照明节能的技术与理论。

    呼吁尽快制定照明节电行业技术规范，相关技术标准，正确引导行业技术发展方向。

Lumileds推出业内首款1A Luxeon K2 LED

2007年11月15日，Philips Lumileds宣布推出使用TFFC（薄膜倒装）LED的新冷白光Luxeon K2产品。产品在芯片和封装方面的进步增强了产品的能力，使其可在任何环境中表现出最高性能。

　　使用TFFC技术的Luxeon K2是唯一的、专为在1000mA下工作而进行设计、分档和检测的LED，并可在1500mA下工作。优秀的光学性能、光输出的全面提高以及散热能力的改善都离不开TFFC的贡献。封装方面的进步使本已是业内最耐用的封装得到进一步提高，并得到在功率型LED中最低的热阻（5.5℃/W），热阻降低使LED可在更高电流下工作，降低了热量管理设计的投入和成本。经分档和测试的产品（光输出最小为160lm，1A驱动电流）其光输出在更高驱动电流下很容易就超过了220lm。使用TFFC LED的Luxeon K2将所有的LED带入实际应用，使其在最严酷的环境中还能稳定工作并保持高效率。

　　在额定驱动电流下时，Luxeon K2的功率是最大额定功率的66%，其性能非其他单1mm2芯片可比。Future Lighting Solutions现有两打以上可提供1000mA甚至更大电流的LED驱动器，这使工程师可对Luxeon K2的高驱动能力加以利用。

　　目前几乎所有的功率型LED制造商都推出了350mA产品。但在更高电流下，这些产品都无法在不牺牲流明保持率或结温不超过公布的最大值的情况下稳定工作，也无法长期工作于1A下。事实上，即使数据表给出了更高电流下的典型数值，这些数值在实际应用中也无法达到。

　　高额定驱动电流对照明界来说很有利。对像警卫照明、道路照明、聚光灯等要求耐用、亮度最大化及高效率的应用，在考虑进所有成本因素后（包括热量管理系统、驱动电子组件、光学组件和LED等），使用Luxeon K2可设计出最有成本效率的解决方案。增加电流而不增加散热片尺寸或成本将最终降低灯具成本。

SUN008'职业博客

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