BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NHẬT HẢI TRIỀU
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÈN HUỲNH QUANG
VÀ BALLAST ĐIỆN TỬ HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ CAO
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605246
S KC 0 0 4 0 0 4
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NHẬT HẢI TRIỀU
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÈN HUỲNH QUANG
VÀ BALLAST ĐIỆN TỬ HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ CAO
NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250
TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NHẬT HẢI TRIỀU
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÈN HUỲNH QUANG
VÀ BALLAST ĐIỆN TỬ HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ CAO
NGÀNH : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250
Hướng dẫn khoa học :
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH
TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Nhật Hải Triều
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 28 – 05 - 1981
Nơi sinh: Ninh Thuận
Quê quán: Bảo Lộc, Lâm Đồng
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở: 193G Đường 2, Khu Phố 1, P. Tăng Nhơn Phú B, Q.9, Tp.HCM
Điện thoại cơ quan: 08.3997.9837
ĐTDĐ:0909.180.850
Fax: 08.3997.9840
E-mail:
[email protected]
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ 09/1998 đến 05/2003
Nơi học: ĐH Giao Thông Vận Tải Hà Nội, Cơ sở 2, Quận 9, Tp.HCM.
Ngành học: Điều Khiển Tự Động
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Dây chuyền điều khiển quá trình
đưa gạch men vào lò nung.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 3/2003 tại ĐH
Giao Thông Vận Tải, Cơ Sờ 2, Quận 9, Tp.HCM.
Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Văn Bình
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ 8/2010 đến 8/2012
Nơi học : ĐH Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Thiết bị, mạng & nhà máy điện
Tên luận văn: Xây dựng mô hình đèn huỳnh quang và Ballast điện tử hoạt
động ở tần số cao.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/2013 tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.
Người hướng dẫn: PGS. TS Quyền Huy Ánh
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
2003-2009
2009-2013
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Công ty CP Tư Vấn Thiết Kế XD
Nhân viên
Chân Phương
Công ty TNHH Tư Vấn Thiết Kế
Nhân viên
Cơ Điện Xanh
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013
Người thực hiện
Nguyễn Nhật Hải Triều
ii
LỜI CẢM ƠN
Điều trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Quyền Huy
Ánh, người Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng
quí giá và dìu dắt tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho
tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập cũng như
nghiên cứu sau này.
Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập tốt trong
suốt thời gian vừa qua.
Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong công ty đã động viên, tạo điều kiện
thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn các Anh Chị em học viên cao học (2010-2012), những người
luôn giành những tình cảm sâu sắc nhất, luôn bên cạnh, luôn động viên, khuyến
khích tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá thực hiện luận văn này.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013
Người thực hiện
Nguyễn Nhật Hải Triều
iii
ABSTRACT
To reach saving energy purposes, products that consume low energy is researching
and using more and more in recent days. In industrial and commercial areas,
lighting loads always take an important role. LED lights known as the highest
lighting efficiency are so costly. For this reason, fluorescent lamp is a main choice
used by almost organization in commercial building. When be used in high
frequency by an electronic ballast, fluorescent lamp reach a high power factor and
increase luminous efficiency by 10-20% over the electromagnetic ballast. For this
reason, researches on electronic ballast in high frequency have been focus in recent
years.
Researches in this area have been made to prove negative impedance characteristic
of fluorescent lamp by various models. This thesis takes a summarize and compare
operation of the models for 36W T8 Phillip and TRITONIC electronic ballast.
Besides that, determining parameters for electronic ballast models to verify
suggested modeled is not mention satisfactorily. This thesis suggests a novel
method to estimate parameters for electronic ballast models on market.
The conclusion of this thesis will provide a suitable fluorescent lamp model and
suggest a solution to determine parameters for electronic ballast on market. It can be
support for researches with fluorescent lamp in high frequency.
v
TÓM TẮT
Nhằm thực hiện mục tiêu tiết kiệm năng lược để phục vụ cho phát triển, các thiết bị
tiết kiệm năng lương đang được nghiên cứu và sử dụng một cách rộng rãi. Đối với
các hệ thống công nghiệp hay các tòa nhà cao ốc, các tải chiếu sáng luôn chiếm một
vai trò quan trọng. Đèn LED được cho là có hiệu suất chiếu sáng cao nhất nhưng
chi phí lại quá đắt, đặc biệt là các đèn LED có công suất cao. Vì vậy đèn huỳnh
quang vẫn là một lựa chọn được nhiều tổ chức sử dụng trong chiếu sáng cho tòa
nhà. Khi chuyển sang kết hợp với Ballastu điện tử, đèn huỳnh quang đã cho hệ số
công suất cao hơn và hiệu năng phát sáng cao hơn 10-20% so với Ballast điện từ
thông thường. Vì vậy việc nghiên cứu Ballast điện tử làm việc tại tần số cao đã
được tập trung nghiên cứu trong thời gian qua.
Các nghiên cứu trước đây về vấn đề này sử dụng nhiều mô hình khác nhau để mô
tả đặc tính tổng trở âm của của đèn huỳnh quang. Đề tài này tổng hợp và so sánh
hoạt động của các mô hình ứng với một thí nghiệm cho đèn T8 của Phillip và chấn
lưu điện tử của hãng TRITONIC.
Bên cạnh đó việc xây dựng mô hình Ballast điện tử để kiểm chứng cho các mô hình
đèn được đề nghị cũng chưa được đề cập một cách thỏa đáng. Đề tài đề nghị một
phương pháp xác định thông số cho các mô hình Ballast điện tử dựa trên các số liệu
thực nghiệm.
Kết quả của luận văn sẽ chỉ ra mô hình phù hợp để mô tả đèn huỳnh quang cũng
như phương pháp xác định thông số cho các loại Ballast điện tử trên thị trường.
Phục vụ cho các nghiên cứu về đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao.
iv
MỤC LỤC
Trang tựa
TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ............................................................................................................. i
Lời cam đoan .............................................................................................................. ii
Cảm tạ .......................................................................................................................... iii
Tóm tắt ........................................................................................................................ iv-v
Mục lục .................................................................................................................. vi-viii
Danh sách các hình .................................................................................................. ix-xi
Danh sách các bảng ..................................................................................................... xii
Chương 1: Tổng quan
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................1
1.1.1 Tiết kiệm điện trong chiếu sáng ...........................................................................1
1.1.1.1 Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất phát sáng cao.......................................2
1.1.1.2 Sử dụng thiết bị điều khiển để nâng hiệu suất của đèn huỳnh quang ..................2
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu..............................................................................4
1.2.1 Mục tiêu ................................................................................................................4
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................................4
1.3 Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu........................................................4
1.4 Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................5
1.5 Các bước tiến hành....................................................................................................5
1.6 Điểm mới của luận văn .............................................................................................5
1.6.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ..........................................................................5
1.6.2 Điểm mới của luận văn .......................................................................................10
vi
1.7 Giá trị thực tiễn của luận văn ..................................................................................11
1.8 Nội dung thực hiện ..................................................................................................11
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy ....................................................................12
2.1.1 Mối tương quan giữa hai biến ngẫu nhiên ............................................................12
2.1.2 Hệ số tương quan ..................................................................................................12
2.1.2.1 Moment tương quan...........................................................................................12
2.1.2.2 Hệ số tương quan ...............................................................................................13
2.1.2.3 Uớc lượng hệ số tương quan..............................................................................13
2.1.2.4 Tính chất hệ số tương quan................................................................................14
2.1.2.5 Tỷ số tương quan ...............................................................................................15
2.1.2.6 Hệ số xác định mẫu............................................................................................15
2.1.3 Hồi quy .................................................................................................................16
2.1.3.1 Kỳ vọng có điều kiện .........................................................................................16
2.1.3.2 Hàm hồi qui .......................................................................................................16
2.1.3.3 Xác định hàm hồi qui .........................................................................................17
2.2 Mô hình hóa mô phỏng ...........................................................................................20
2.2.1 Mô hình vật lý .......................................................................................................21
2.2.2 Mô hình tương tự ..................................................................................................21
2.2.3 Mô hình toán .........................................................................................................22
2.3 Công cụ Matlap để phân tích mô phỏng và hồi quy ...............................................22
Chương 3 Xây dựng mô hình đèn
3.1 Phương pháp xây dựng mô hình ..............................................................................24
3.2 Chương trình xây dựng mô hình đèn .......................................................................26
vii
3.2.1 Các lệnh hỗ trợ hồi quy.........................................................................................26
3.2.2 Chỉ số đánh giá hồi quy ........................................................................................31
3.2.3 Kết quả xây dựng mô hình....................................................................................32
3.3 Công cụ cftool để xây dựng mô hình.......................................................................34
3.3.1 Giới thiệu công cụ cftool ......................................................................................34
3.3.2 Kết quả mô hình....................................................................................................34
Chương 4: Mô hình Ballast điện tử
4.1 Ballast điện tử ..........................................................................................................40
4.1.1 Cấu tạo Ballast điện tử ..........................................................................................40
4.1.2 Nguyên tắc hoạt động ...........................................................................................42
4.1.3 Thay đổi công suất làm việc của đèn ....................................................................45
4.2 Thiết kế Ballast điện tử ............................................................................................47
4.3 Xây dựng mô hình cho Ballast điện tử ....................................................................49
Chương 5 Kết quả mô phỏng
5.1 Mô phỏng chấn lưu điện tử kết hợp đèn huỳnh quan ..............................................53
5.2 Kết quả mô phỏng ....................................................................................................54
5.2.1 Mô phỏng với tần số thấp 47KHz .........................................................................54
5.2.3 Mô phỏng với tần số trung bình 71.4Khz .............................................................58
5.2.4 Mô phỏng với tần số cao 100KHz ........................................................................61
Chương 6 Kết luận .........................................................................................................64
Tài liệu tham khảo .........................................................................................................66
viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Đặc tuyến (U, P) theo C.S.Moo ................................................................... 6
Hình 1.2: Đặc tuyến (I, P) theo C.S.Moo .................................................................... 6
Hình 1.3: Đặc tuyến của đèn huỳnh quang theo T. Wu................................................ 7
Hình 1.4: Mô hình đèn huỳnh quang theo T Wu .......................................................... 7
Hình 1.5: Mô hình Ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang theo T Wu .............. 8
Hình 1.6: Đặc tuyến đèn theo Naoki Onishi ................................................................. 8
Hình 1.7: Mô hình Ballast điện tử theo Naoki Onishi .................................................. 9
Hình1.8: Mô hình bộ nghịch lưu, Ballast điện tử ....................................................... 10
Hình 2.1. Công cụ cftool của Matlap hỗ trợ hồi quy ................................................ 23
Hình 3.1 Thí nghiệm đo thông số đèn ........................................................................ 24
Hình 3.2: Đặc tuyến U-I của đèn phillip 36 W ........................................................... 25
Hình 3.3: Phân tích đặc tuyến U-I của đèn ................................................................. 26
Hình 3.4: Phân tích đặc tuyến R-P.............................................................................. 26
Hình 3.5: Công cụ Cftool tính thông số cho mô hình R-I .......................................... 35
Hình 3.6: Kết quả tính toán cho mô hình R-P theo dạng hàm bậc 2 .......................... 36
Hình 3.7 kết quả của mô hình R-P dạng hàm mũ bình phương ................................. 37
Hình 3.8: Chức năng tạo mã tính toán bằng công cụ Cftool ...................................... 39
Hình 4.1: Cấu tạo mạch nghịch lưu bán cầu ............................................................... 41
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý Ballast điện tử ................................................................... 41
Hình 4.3: Sơ đồ tương đương của đèn và Ballast điện tử ở chế độ khởi động ........... 42
ix
Hình 4.4 Mối liên hệ giữa tỷ số điện áp trên đèn/ điện áp nguồn và tỷ số
,
,
. 43
Hình 4.5 Sơ đồ tương đương của đèn ở chế độ xác lập .............................................. 44
Hình 4.6 Sơ đồ tương đương của Ballast và đèn khi xét tới ảnh hưởng của dây dẫn 45
Hình 4.7 Thí nghiệm điều khiển công suất đèn ......................................................... 48
Hình 4.8 Tương quan giữa Ls Và Plamp khi k2 thay đổi........................................... 48
Hình 4.9 Giá trị điện áp trên đèn hoạt động tại tầm công suất thấp theo giá trị Ls .... 51
Hình 5.1: Mô hình Ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quan. ............................... 53
Hình 5.2: Mô hình đèn thể hiện mối liện hệ giữa R và I ............................................ 53
Hình 5.3: Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P bằng hàm bậc 2 ................. 54
Hình 5.4: Mô hình đèn thể hiện mối quan hệ giữa R và P theo hàm mũ ................... 54
Hình 5.5 Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động(47KHz) ...... 55
Hình 5.6: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
động(47KHz) .............................................................................................................. 55
Hình 5.7: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ trong giai đoạn khởi
động(47KHz) .............................................................................................................. 56
Hình 5.8 Tổng hợp dạng sóng dòng điện của ba mô hình (47KHz)........................... 56
Hình 5.9 Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình (47KHz) ............................... 57
Hình 5.10: Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (47KHz) .................................. 57
Hình 5.11: Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động(71.4KHz) 58
Hình 5.12: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
động(71.4KHz) ........................................................................................................... 58
Hình 5.13: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ trong giai đoạn khởi động
(71.4KHz) ................................................................................................................... 59
Hình 5.14: Tổng hợp dạng sóng dòng điện của ba mô hình(71.4KHz) ..................... 59
Hình5.15: Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình(71.4KHz) ........................... 60
x
Hình 5.16: Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (71.4KHz) ............................... 60
Hình 5.17: Dòng điện và điện áp mô hình R-I khi vừa khởi động(100KHz) ............. 61
Hình 5.18: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc hai khi vừa khởi
động(100KHz) ............................................................................................................ 61
Hình 5.19: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ khi vừa khởi
động(100KHz) ............................................................................................................ 62
Hình 5.20: Dạng sóng điện áp tổng hợp của ba mô hình(100KHz) ........................... 62
Hình 5.21: Dạng sóng dòng điện tổng hợp của ba mô hình(100KHz) ....................... 62
Hình 5.22 Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (100KHz) ................................. 63
xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 3.1: Các thông số đo đạt của đèn T8 36W Philliip............................................ 24
Bảng 3.2: Tổng hợp các thông số mô hình ................................................................. 37
Bảng 4.1 Thông số đèn thí nghiệm ............................................................................. 48
Bảng 4.2 Thể hiện thông số chấn lưu điện tử của các loại đèn .................................. 49
xii
Luận văn thạc sỹ
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1.
Tính cấp thiết của đề tài
Sử dụng năng lượng cho chiếu sáng ngày càng chiếm tỉ trọng lớn và tăng nhanh
đáng kể trong tổng nhu cầu về năng lượng sử dụng trong các toà nhà và sự phát thải
khí nhà kính. Tại Việt Nam, hiện nay sản lượng điện cần cung cấp cho các toà nhà
(nhà hàng, khách sạn, TT, thương mại, sinh hoạt….) gần 13.924 tỷ kWh tương
đương với 48% cơ cấu điện thương phẩm. Nhu cầu sử dụng năng lượng của các toà
nhà ngày một tăng: So sánh các năm 2006 và 2009 có trên 600 toà nhà trụ sở làm
việc có mức năng lượng tiêu hao tăng so với cùng kỳ (một số đơn vị tăng 3,6 lần).
Trong toàn bộ các hệ thống kỹ thuật sử dụng năng lượng (điều hoà không khí, chiếu
sáng, thang máy, cấp nước, thiết bị khác…1) phục vụ cho hoạt động của các toà nhà
thì hệ thống chiếu sáng là một trong những hệ thống chiếm tỷ lệ sử dụng lớn trong
cơ cấu tiêu thụ năng lượng điện trong các tòa nhà. Hiện trạng sử dụng năng lượng
tại các toà nhà được khảo sát trong năm 2008 - 2009 cho thấy rằng chiếu sáng là
lĩnh vực tiêu thụ năng lượng chỉ sau lĩnh vực điều hoà không khí và tỉ lệ tiêu thụ
năng lượng cụ thể như sau: Toà nhà công sở: 11,5%; Khách sạn: 18 %; Trung tâm
thương mại: 9,11%.... Do vậy, nếu tiết kiệm điện cho hệ thống này đồng nghĩa với
việc tiết kiệm được điện năng tiêu thụ đáng kể trong các toà nhà công sở, tổ hợp văn
phòng thương mại, khách sạn, chung cư…
1.1.1 Tiết kiệm điện trong chiếu sáng
Giải pháp đơn giản nhất là tận dụng các nguồn sáng tự nhiên, giảm thiểu việc sử
dụng thiết bị chiếu sáng. Tuy nhiên, khi bắt buộc phải sử dụng nguồn sáng nhân tạo
thì có hai giải pháp chính cho việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng điển hình như
sau:
Nguyễn Nhật Hải Triều
Trang 1
Luận văn thạc sỹ
1.1.1.1 Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất phát sáng cao
Giải pháp này là giải pháp thay thế các thiết bị chiếu sáng bởi các thiết bị chiếu sáng
mới có tổn thất thấp hơn nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong các thiết bị chiếu sáng
hiện đang được sử dụng thì các bóng đèn sợi đốt có hiệu suất phát sáng thấp nhất.
Nói cách khác, nó có sự tổn thất cao nhất. Nguyên nhân chính của hiệu suất phát
sáng thấp là do đèn phát sáng dựa trên nguyên tắc đốt nóng của sợi đốt ở nhiệt độ
cao nên phần lớn điện năng bị biến thành nhiệt năng. Bóng đèn sợi đốt hiện nay
được khuyến cáo là không nên sử dụng cho mục đích chiếu sáng trừ các trường hợp
có yêu cầu đặc biệt.
Giải pháp chiếu sáng được khuyến nghị hiện nay tại Việt Nam và một số nước trên
thế giới là sử dụng đèn huỳnh quang và đèn huỳnh quang compact. Trong khi hiệu
suất phát sáng thông thường của đèn sợi đốt chỉ là từ 1 tới 3% thì đèn huỳnh quang
và huỳnh quang compact là từ 15 tới 25% (thực tế do phải tiêu tán công suất cho
các thiết bị phụ nên hiệu suất của đèn huỳnh quang vào khoảng 12% và đèn huỳnh
quang compact vào khoảng 15%). Do có dải chiếu sáng rộng nên đèn huỳnh quang
được sử dụng để chiếu sáng các không gian rộng như phòng họp, hội trường, nhà
xưởng còn đèn huỳnh quang compact được sử dụng cho chiếu sáng trong không
gian hẹp hoặc làm chiếu sáng công cộng. Nhược điểm lớn nhất của đèn huỳnh
quang và đèn huỳnh quang compact là nó có chứa thủy ngân nên nó gây hại lớn cho
môi trường nên cần một chế độ thu gom và tiêu hủy đèn hỏng đặc biệt.
1.1.1.2 Sử dụng thiết bị điều khiển để nâng hiệu suất của đèn huỳnh quang
Mặc dù có sự xuất hiện của đèn huỳnh quang compact và đèn LED nhưng nhờ ưu
điểm của mình đèn huỳnh quang dạng ống đang và vẫn sẽ được sử dụng rộng rãi. Ý
tưởng phát triển các thiết bị điều khiển để nâng cao hiệu suất phát sáng là dựa trên
đặc điểm phi tuyến của đèn huỳnh quang và người ta tìm cách đưa chế độ hoạt động
của đèn về mức tối ưu nhằm tiết kiệm điện năng và kéo dài tuổi thọ của đèn. Khi
phân tích hoạt động của đèn huỳnh quang dạng ống, người ta nhận thấy tính chất
đặc biệt của đèn này sau khi khởi động là giảm điện áp cấp vào đèn sẽ làm giảm
công suất tiêu thụ nhưng cường độ phát sáng thì giảm không đáng kể. Cụ thể là khi
Nguyễn Nhật Hải Triều
Trang 2
Luận văn thạc sỹ
điện áp giảm còn 80% điện áp định mức, công suất tiêu thụ sẽ giảm còn 70% định
mức trong khi cường độ sáng của đèn chỉ giảm 5% (còn 95% cường độ sáng định
mức), có nghĩa là hiệu suất phát sáng của đèn tăng lên. Dựa vào tính chất đặc biệt
này người ta đã chế tạo ra các bộ tiết kiệm điện sử dụng cho đèn huỳnh quang. Bộ
điều khiển này sẽ thực hiện việc giảm công suất tiêu thụ của đèn sau khi đèn khởi
động xong. Có các bộ tiêu chuẩn chế tạo cho 10, 20 và 40W.
Đèn huỳnh quang, một trong loại đèn phóng điện khí áp suất thấp, đã trở thành
nguồn chiếu sáng nhân tạo phổ biến nhất kể vì chúng có hiệu suất chiếu sáng cao và
tuổi thọ dài hơn các đèn sợi đốt. Các đèn huỳnh quang có đặc tính trở kháng âm vì
thế chúng cần có một số thiết bị để hạn chế dòng được mắc nối tiếp với đèn. Chức
năng của ballast đèn là cung cấp một điện áp mồi thích hợp và kế đến là hạn chế
dòng điện chạy qua đèn trong suốt quá trình hoạt động ổn đinh. Ballast của các lại
đèn huỳnh quang có thể phân loại thành ballast điện từ có tần số dòng thông thường
và ballast điện tử có tần số cao. Ballast điện tử hoạt động ở tần số cao (trên 25kHz)
có thể đạt được một hệ số công suất cao hơn và tăng hiệu suất chiếu sáng lên 1020% ballast điện từ. Ngoài ra, kích thước và trọng lượng của các cuộn cảm được sử
dụng trong một ballast điện tử nhỏ hơn nhiều so với ballast điện từ.
Hoạt động ở tần số cao của đèn huỳnh quang là một kỹ thuật được sử dụng ngày
càng tăng, với mục tiêu nâng cao chất lượng hệ thống chiếu sáng huỳnh quang.
Chúng ta biết rằng đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao sẽ có hiệu quả phát sáng
cao hơn. Khi đèn huỳnh quang thể hiện một đặc tính điện trở âm, một dòng điều
khiển ballast là cần thiết, để hạn chế dòng phóng điện. các mô hình tính toán đèn
huỳnh quang, mô phỏng chính xác hành vi thực sự của đèn huỳnh quang, trở nên vô
cùng cần thiết. Những mô hình đèn huỳnh quang tần số cao này được sử dụng cho
nghiên cứu tối ưu hóa trên quan niệm về ballast điện tử.
Khi nhu cầu phát triển các ballast điện tử cho các loại đèn huỳnh quang tăng lên,
mô phỏng máy tính của mạch ballast điện tử trở nên hấp dẫn hơn cho các nhà thiết
kế mạch để giảm bớt các thủ tục thiết kế và để có được thông tin chi tiết về các hoạt
động mạch. Trong mô phỏng của ballast điện tử với tần số cao (hơn khoảng 10 kHz)
Nguyễn Nhật Hải Triều
Trang 3
Luận văn thạc sỹ
hoạt động, mô hình đèn huỳnh quang có thể được trình bày như là một điện trở
tương đương. Tuy nhiên, trở kháng tương đương đèn là khác nhau ở các cấp độ điều
chỉnh khác nhau theo đặc tính trở kháng âm của bóng đèn. Do đó, trở kháng đèn là
thấp hơn ở mức năng lượng cao và cao hơn ở mức năng lượng thấp nhất có thể điều
chỉnh được.
1.2.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu
ü Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
ü Khảo sát đặc tuyến làm việc của một loại đèn và ballast trên thị trường.
ü Xây dựng mô hình toán học cho đặc tuyến làm việc của đèn.
ü Đề xuất lựa chọn thông số cho mô hình ballast điện tử.
ü Thiết kế mô hình ballast cho ballast được khảo sát.
ü Kiểm chứng mô hình đèn và mô hình ballast làm việc tại nhiều điều kiện
khác nhau.
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
ü Xây dựng thí nghiệm khảo sát đặc tính đèn.
ü Khảo sát đặc tuyến làm việc của đèn huỳnh quang T8 Phillip 36 W và ballast
TRITONIC 36W.
ü Xây dựng mô hình đèn cho đèn T8 Phillip 36 W và ballast TRITONIC 36W.
ü Đề xuất quy trình xác định thông số cho mô hình ballast điện tử T8 Phillip
36 W.
ü Thiết kế mô hình ballast cho ballast TRITONIC 36W.
ü So sánh hoạt động của mô hình so với thực nghiệm.
1.3.
Đối tượng nghiên cứu và giới hạn nghiên cứu
♦ Đối tượng nghiên cứu: các loại đèn huỳnh quang và ballast thông dụng trên
thị trường.
♦ Giới hạn nghiên cứu:
Đề tài chỉ hạn chế trong việc khảo sát đèn của Philip kết hợp với ballast của
TRITONIC, các nghiên cứu sau này cần khảo sát đến các họ thiết bị trên thị
Nguyễn Nhật Hải Triều
Trang 4
Luận văn thạc sỹ
trường để đảm bảo giải thuật xây dựng mô hình ballast có thể được áp dụng cho
nhiều họ thiết bị khác nhau. Hiện nay, nhiều thế hệ đèn huỳnh quang mới đã
được phát triển như T5, T8, với nhiều đặc tuyến làm việc khác nhau. Mỗi họ
ballast điều khiển công suất đèn dựa trên những nguyên lý khác nhau. Đề tài chỉ
khảo sát phương án điều khiển công suất đèn dựa vào thay đổi tần số. Các nghiên
cứu sau này cần so sánh phương án thay đổi điện áp và phương án thay đổi tần số
để có phương pháp thiết kế ballast phù hợp.
1.4.
Phương pháp nghiên cứu
♦ Phương pháp thực nghiệm: Phương pháp thực nghiệm dùng để khảo sát đặc
tuyến làm việc của đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
♦ Phương pháp xây dựng mô hình: Phương pháp xây dựng mô hình dùng để
xây dựng mô hình cho đèn huỳnh quang dựa theo các kết quả thực nghiệm.
♦ Phương pháp mô phỏng: Phương pháp mô phỏng dùng để kiểm chứng kết
quả các mô hình có được từ mô hình đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
1.5.
Các bước tiến hành
Bước 1: Xây dựng thí nghiệm khảo sát đặc tuyến làm việc của đèn huỳnh quang
Philip T8 và ballast điện tử Tritonic.
Bước 2: Dùng công cụ overfiting và các hàm hồi quy để xây dựng mô hình đèn.
Bước 3: Khảo sát nguyên lý làm việc của đèn huỳnh quang và phân tích hoạt động
của đèn ở chế độ xác lập, chế độ quá độ.
Bước 4: Dựa vào phân tích hoạt động của đèn và các số liệu thực nghiệm, đề xuất
phương pháp thiết kế mô hình ballast điện tử.
Bước 5: Tiến hành mô phỏng và so sánh với thực tế.
1.6.
Điểm mới của luận văn
1.6.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Hiện nay các công trình nghiên cứu trong nước chưa tập trung vào nghiên cứu
mô hình đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao. Đặc biệt các loại ballast điện
tử cho phép thay đổi công suất làm việc của đèn nhằm đạt được hiệu quả thẩm
mỹ cũng như tự động điều khiển để đạt được các yêu cầu về độ chiếu sáng mà
Nguyễn Nhật Hải Triều
Trang 5