钠灯电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种钠灯电路。

背景技术：

随着城市发展，大量道路照明已成为城市不可缺少基础设施。高压钠灯使用时发出金白色光，具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。故广泛应用于道路照明中。但是高压钠灯的主要缺点是功率因数低，谐波含量大，尤其三次谐波含量较高，一般达到基波的25％左右。

而三次谐波会对电网造成污染，会使电气设备出现发热现象，缩短设备使用寿命；对电动机还会使电动机转子振动；对通讯设备也产生干扰信号；故电网对谐波电流提供标准，谐波含有率不能超国标《电能质量公用电网谐波》GBT14549－1993表一要求。

表一 国标《电能质量公用电网谐波》GBT14549－1993

以一盏250W钠灯为例，功率因数0.5，基波电流I₁＝250/220/0.5＝2.27A。三次谐波含量约为I₃＝2.27*0.25＝0.57A。按基准容量10MVA考虑，109盏灯的三次谐波含量约为62.13A，大于62A的国标《电能质量公用电网谐波》GBT14549－1993允许值，必须进行治理。

另外三次谐波还会对路灯本身供电线路造成危害，路灯一般采用三相四线制供电，220V路灯负荷均匀分布在三相上，因为三相平衡，基波电流I_1a、I_1b、I_1c相位相差120°，中性线上的电流理论上为I_a+I_b+I_c＝0，即不产生电流，其中I_a、I_b和I_c分别为相电流，如图1a示出了三相四线制供电的理想电流示意图。如果相负荷产生三次谐波电流，三次谐波I_3a、I_3b、I_3c相位相差0°，由于三次谐波呈零序特征，因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和，即I_3a+I_3b+I_3c＝3I_3a，将在中性线进行叠加，如图1b示出了三相四线制供电电路产生三次谐波电流时的中性线电流示意图，图1b中I_a+I_b+I_c＝3I_3a。因此选择导线截面时应计入谐波电流的影响。当谐波电流较小时，仍可按相线电流选择导线截面，但计算电流应基波电流除以谐波电流校正系数见表二，当三次谐波电流超过33％基波电流时，三次谐波电流所引起的中性线电流3I_3a将超过基波电流，此时应按中性线电流选择导线截面。计算电流也应基波电流除以谐波电流校正系数见表二。如果三次谐波不进行治理将增大导线截面，且容易引起导线发热。

表二 谐波电流校正系数

现有技术中，高压钠灯电路主要采用在高压钠灯镇流器的输入端并联一个电容器，来提高高压钠灯的功率因数。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：上述采用在高压钠灯镇流器输入端并联电容的方法，只能提高高压钠灯的功率因数，并不能解决高压钠灯运行中产生大量三次谐波，进而使其超出国标《电能质量公用电网谐波》GBT14549－1993，以及因此而造成的增大导线截面的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的钠灯电路。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种钠灯电路，包括：钠灯本体以及电源电路，电源电路与钠灯本体之间通过导线连接形成供电回路；其特征在于，还包括：谐波滤除电路；其中，谐波滤除电路接入供电回路中，与钠灯本体并联连接。

优选地，谐波滤除电路包括：串联连接的电容器和电感器；电容器的电容值和所述电感器的电感值根据电源电路的电压等级、钠灯本体的额定电流、钠灯本体的功率因数和/或谐波次数确定。

优选地，钠灯本体的功率因数包括：钠灯本体的初始功率因数和钠灯本体的期望功率因数。

优选地，钠灯电路还包括：与钠灯本体串联连接的镇流器。

优选地，钠灯电路还包括：并联在钠灯本体两端的启动器。

优选地，钠灯电路还包括：连接在电源电路与钠灯本体之间的断路器。

根据本实用新型的钠灯电路，可以通过谐波滤除电路滤除钠灯运行时产生的三次谐波，由此解决了三次谐波对电网造成污染的问题，并且减小供电线路的截面，节省材料。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1a示出了三相四线制供电的理想电流示意图；

图1b示出了三相四线制供电电路产生三次谐波电流时的中性线电流示意图；

图2示出了本实用新型提供的钠灯电路的电路连接示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了能消除道路照明用钠灯运行时产生的三次谐波，进而降低三次谐波对电网造成污染的问题，并且减小供电线路的截面，节省材料，本实用新型提供了一种钠灯电路，该钠灯电路包括：钠灯本体以及电源电路，该电源电路可提供钠灯运行的电源，钠灯本体包括至少一个钠灯灯泡以提供道路照明的光源，且电源电路与钠灯本体之间通过导线连接形成供电回路；谐波滤除电路，该谐波滤除电路接入供电回路中，与钠灯本体并联连接，利用该谐波滤除电路能够消除钠灯运行时产生的三次谐波，减小供电线路的截面，并满足电网对谐波发生量的要求。

根据本实施例提供的钠灯电路，通过在道路照明用钠灯电路中就地设置谐波滤除电路，消除高压钠灯运行时产生的谐波，减小供电线路的截面，并满足电网对谐波发生量的要求。

图2示出了本实用新型提供的钠灯电路的电路连接示意图。如图2所示，该钠灯电路的谐波滤除电路由电容器3和电感器4串联组成。图2中，电源电路为L端和N端之间的220V供电电源，电源电路与钠灯本体7之间通过导线2连接形成供电回路；谐波滤除电路接入供电回路中，与钠灯本体7并联连接。

另外，与钠灯本体连接的还包括与钠灯本体串联连接的镇流器以及并联在钠灯本体两端的启动器。图2中，启动器6并联在钠灯本体7两端，具体地，由于高压钠灯为气体放电光源，每一个放电光源都有相应的着火电压，只有当灯管两端电压超过着火电压，才有可能建立气体放电，将灯点亮，并且放电光源的着火电压一般大于电源电压，因此仅仅接通电源是不可能被点亮的，必须有一个启动过程，而图2中的启动器6的作用就是启动钠灯本体7，将其点亮；镇流器5与钠灯本体7串联连接，镇流器5与钠灯本体7配套使用，由于高压钠灯是利用弧光放电特性制成的，具有电压随电流增加而下降的负阻特性，不可能建立稳定的工作点，为了使放电稳定，限制高压钠灯的工作电流，必须在高压钠灯工作电路中设置镇流器5。

谐波滤除电路包括：串联连接的电容器和电感器。图2中，谐波滤除电路采用电压谐振滤波原理，由电容器3和电感器4串联组成，该谐波滤除电路中的电容器3的容抗X_C和电感器4的感抗X_L有相互抵消的作用，当调谐至某一谐波次数n时，谐波滤除电路的总阻抗Z为：

其中，R为谐波滤除电路的谐波电阻；C为谐波滤除电路的电容值；L为谐波滤除电路的电感值；为电源电路额定工频角频率。

若谐波次数n为n₀时，满足此时电容器3与电感器4组成的串联电路中的电抗为0，总阻抗Z为Z＝R,电路呈现纯电阻性，电流和电压同相位。

因此，当调谐至谐波次数n₀满足上述的条件时，谐波滤除电路中阻抗最小，谐波电流I_n0就通过该谐波滤除电路分流，钠灯电路中产生的谐波次数为n₀的谐波电流被滤除。被滤除的谐波次数n₀与电容器的容抗X_C和电感器的感抗X_L的关系为：

以滤除高压钠灯工作时产生的三次谐波为例，采用合适的电容值C₀和电感值L₀，使其满足此时谐波滤除电路中的总阻抗最小，三次谐波电流I_n3就通过该谐波滤除电路分流，电路中的三次谐波被滤除。

电容器的电容值和电感器的电感值根据电源电路的电压等级、钠灯本体的额定电流、钠灯本体的功率因数和/或谐波次数确定。图2中，选取合适的电容器3的电容值C和电感器4的电感值L，能够提高高压钠灯的功率因数，并消除三次谐波流入电网的问题。

具体地，以背景技术中的一盏250W高压钠灯为例，其功率因数为0.5，根据公式：

其中为功率因数，P为有功功率，S为视在功率，以及电源电路的电压值可得基波电流I1＝250/0.5/220A＝2.27A，三次谐波含量为基波电流的25％，则三次谐波电流I3＝2.27*25％A＝0.57A，现期望将钠灯本体7的功率因数从初始功率因数0.5提高到期望功率因数0.9，根据公式：

其中，Q为提高功率因数所需的无功补偿容量，为初始功率因数的反余弦函数值，为期望功率因数的反余弦函数值；

计算将钠灯本体7从初始功率因数0.5提高到期望功率因数0.9的无功补偿容量为Q_0.5-0.9＝250*[tan(arccos0.5)-tan(arccos0.5)]＝312Var，故每盏250W钠灯的无功补偿容量初定为Q＝312Var。

确定电容器3的电容值：图2中，额定电压U₁＝220V，电容器3的容抗X_C1＝U₁²/Q＝155Ω，根据公式:

计算电容值C₁＝1/2π*50*155f＝20.54uf。

确定电感器4的电感值：图2中，额定电压U₁＝220V，电感器4的感抗X_L1＝X_C1/3²＝17.22Ω，根据公式：

计算电感值L₁＝17.22/2π*50H＝54.81mH。

选择上述确定的电容值C₁＝20.54uf，电感值L₁＝54.81mH，可在电压谐振点为3时满足并消除次数为的三次谐波，将高压钠灯的功率因数由0.5提高到0.9，满足了国标要求。

由此可见，谐波滤除电路中的电容器的电容值和电感器的电感值是根据电源电路的电压等级、钠灯本体的额定电流、钠灯本体的功率因数和/或谐波次数确定；其中，我国道路照明用的电压等级通常与民用电一样，为220V；在本实施例中，钠灯本体的功率因数包括钠灯本体的初始功率因数和钠灯本体的期望功率因数，具体地，钠灯本体的功率因数可以通过电容的无功补偿容量来改变，期望功率因数为无功补偿后钠灯本体的功率因数；谐波次数，即谐波频率同基波频率之比，在本实施例中，谐波是指钠灯运行时主要产生的三次谐波，因此谐波次数即为三次。

图2中，钠灯电路还包括连接在电源电路与钠灯本体之间的断路器1，该断路器1能够在钠灯电路发生故障时，迅速切断故障电流，达到保证电路安全运行的目的。

根据本实施例提供的钠灯电路，由电容器和电感器串联组成的谐波滤除电路，并根据电源电路的电压等级、钠灯本体的额定电流、钠灯本体的功率因数和/或谐波次数确定电容值和电感值，可以提高钠灯的功率因数，并且滤除钠灯运行时产生的谐波，尤其是三次谐波，因此避免了三次谐波流入电网，对电网造成污染，满足电网对谐波发生量的要求，并且能够减小供电线路的截面，节省材料。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应该被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。