a. Quy trình thực hiện.
Ngày nay trên thị trường có nhiều loại ballast có khả năng thay đổi công suất cho
đèn huỳnh quang. Bên cạnh đó, các ballast này còn đòi hỏi các tiêu chuẩn về chống bụi và bảo vệ chống các sự cố ngắn mạch một chiều cũng như xoay chiều. Vì vậy mạch thực tế của một ballast điện tử rất phức tạp.
Để xác định thông số Ls, Cs, Cf cho một ballast bất kỳ khi tiến hành mô phỏng, các thí nghiệm thực tếđược tiến hành theo quy trình sau:
Đo dòng điện và điện áp làm việc của đèn tại tầm công suất cực đại. Sau đó xác
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 50
Ứng với điện áp thấp nhất và dòng điện cao nhất, giá trị Cf sẽ được xác định theo công thức 4.16.
Giá trị tụ Cs được xác định theo công thức 4.17 với k2 được chọn bằng 10.
Theo công thức 4.9, khi đèn làm việc ở chế độ công suất thấp nhất, ứng với tần số
làm việc cao nhất, lúc đó điện trở đèn lớn nhất và có thể coi là có tác động lên hoạt
động của mạch. Lúc này điện áp trên đèn có thể tính bằng công thức:
= ∗ (4.10) Với = 1 = 1 1 + 1 + 1 = + 1
Các giá trị Vs và Vlamp có thểđo được từ thực tế và với Ls được chọn từ 2-4 mH Một chương trình máy tính được phát triển để tính điện áp trên đèn theo giá trị tụ điện Cp và Cs. Sao cho điện áp trên đèn đạt được gần thực tế nhất.
b. Tính toán thực tế
Thí nghiệm với đèn T8, chấn lưu điện tử 36W của TRITONIC. Bảng số liệu có
được như bảng 3.1. Tại thí nghiệm đo với công suất lớn nhất, tức là Rlamp đạt được nhỏ nhất và tần số đạt thấp nhất. Lúc này công thức 4.16 có khả năng đạt đúng nhất vì Zc sẽ lớn và Rlamp sẽ nhỏ. Tính toán giá trị k3: Ta có: = = Với , , lần lược là tần vận tốc góc, hệ số k3, điện trở của đèn tại mức công suất thấp nhất.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 51 Với , , lần lược là tần vận tốc góc, hệ số k3, điện trở của đèn tại mức công suất cao nhất. Tại mức tần số cao nhất, giả sử Zcf=Rlamp, vì vậy k32=1. Do đó k31=6.6 Lúc này giá trị = = ∗ ∗ . ∗ = 1.38∗10 Cs= 10Cf
Tại tầm công suất thấp, giá trị điện trởđèn lớn cùng với tần số làm việc cao nên giá trịđiện trở là quan trọng trong việc xác định điện áp trên đèn. Điện áp trên đèn được tính bằng công thức 4.10, ứng với giá trị của Ls chạy từ 2 đến 4mH. Chương trình tính toán điện áp trên đèn theo giá trị Ls cho kết quả như hình 4.9.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 52
Lưu đồ giải thuật cho quá trình tính toán tham số cho ballast điện tử được thể hiện như hình 4.10.
Xác định hệ số k3 tại mức công suất cao nhất
Tính giá trị = Tính giá trị Cs= 10Cf = 1 = 1 1 + 1 + 1 = + 1
Vẽ đặc tuyến L-V theo công
thức = ∗
Với giá trị Rlamp đo được tại vùng công suất thấp nhất
Xác định giá trị Ls tại đó Vs gần với giá trị thực tế nhât
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 53
Chương 5
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
5.1 Mô phỏng ballast điện tử kết hợp đèn huỳnh quang
Mô hình hóa và mô phỏng ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang được cho như Hình 5.1. Trong đó, các mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R-I, R-P là hàm bậc 2, R-P là hàm mũ lần lược được trình bày ở Hình 5.2, 5.3, 5.4.
Hình 5.1 Mô hình ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 54
Hình 5.3 Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P là hàm bậc 2.
Hình 5.4 Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P là hàm mũ.
5.2 Kết quả mô phỏng
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 55
Mô phỏng thực hiện khi công suất đèn đạt cực đại, tần số làm việc là 47KHz. a. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và I
Hình 5.5 Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động. b. Mô hình R-P theo phương trình bậc 2
Hình 5.6 Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 56
c. Mô hình R-P theo dạng hàm mũ
Hình 5.7 Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ trong giai đoạn khởi động (47KHz).
d. Tổng hợp dạng sóng trong chếđộ xác lập
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 57 Hình 5.9 Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình. (a) (b) Hình 5.10 Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn tại tần số 47KHz. (a) Dạng sóng điện áp 150V/div. (b) Dạng sóng dòng điện 1V/div, R=5ohm.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 58
5.2.3 Mô phỏng với tần số trung bình 71.4Khz
a. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và I
Hình 5.11 Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động (71.4KHz). b. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P là hàm bậc 2
Hình 5.12 Dòng điện và điện áp mô hình R-P là hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 59
c. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P là mô hình hàm mũ
Hình 5.13 Dòng điện và điện áp mô hình R-P là hàm mũ trong giai đoạn khởi động (71.4KHz).
d. Tổng hợp dữ liệu
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 60 Hình 5.15 Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình (71.4KHz). (a) (b) Hình 5.16 Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (71.4KHz). (a)Dạng sóng điện áp 150V/div. (b) Dạng sóng dòng điện 0.5V/div, R=5ohm.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 61
5.2.4 Mô phỏng với tần số cao 100KHz
a. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và I
Hình 5.17 Dòng điện và điện áp mô hình R-I khi vừa khởi động (100KHz). b. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P theo hàm bậc 2
Hình 5.18 Dòng điện và điện áp mô hình R-P là hàm bậc hai khi vừa khởi động (100KHz).
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 62
c. Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P theo hàm mũ
Hình 5.19 Dòng điện và điện áp mô hình R-P là hàm mũ khi vừa khởi động (100KHz).
d. Tổng hợp kết quả
Hình 5.20 Dạng sóng điện áp tổng hợp của ba mô hình (100KHz).
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 63
(a) (b) Hình 5.22 Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (100KHz).
(a)Dạng sóng điện áp 150V/div.
(b) Dạng sóng dòng điện 0.2V/div, R=5ohm.
Từ các dạng sóng mô phỏng ở giai đoạn khởi động đèn, ta thấy mô hình R-I thể
hiện đặc tính khởi động không tốt vì điện áp đèn không tăng một cách đột biến để
khởi động đèn và thời gian trở về xác lập lâu.
Biên độ tín hiệu dòng và áp mô phỏng giống với biên độ thực tế. Riêng mô phỏng tại tần số cao, dạng sóng thực tế có dạng tam giác, chưa giống với mô phỏng.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 64
Chương 6
KẾT LUẬN
Đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao ngày càng được sử dụng nhiều trong các công trình dân dụng và công cộng nhằm đạt hiệu quả về tiết kiệm năng lượng và thẩm mỹ. Vì vậy nhiều công trình nghiên cứu đã đưa ra các mô hình cho
đèn huỳnh quang cũng như đề cập đến nhiều phương án thiết kế ballast cho đèn. Các nghiên cứu này đều chỉ đề cập đến các mô hình riêng rẽ và các so sánh riêng cho từng loại mô hình.
Đề tài đã khảo sát hoạt động của đèn huỳnh quang T8 Phillip 36 W hoạt
động cùng với ballast TRITONIC 36W. Kết quả khảo sát được sử dụng để xây dựng ba mô hình đèn dựa trên các mô hình hàm bậc hai và hàm mũ đạt độ chính xác cao so với thí nghiệm thực tế.
Một quy trình xác định cách thông số của mô hình ballast điện tử dựa trên thực nghiệm cho ballast TRITONIC 36W đã được trình bày. Các thông số cho mô hình ballast được kiểm chứng hoạt động tốt khi kết hợp với mô hình đèn. Sự biến thiên các đại lượng dòng điện, điện áp của mô hình phù hợp với nguyên tắc hoạt
động của ballast trong giai đoạn quá độ và xác lập.
Một chương trình máy tính được thiết lập để có thể tính toán, thông số cho mô hình ballast điện tử dựa trên các đo đạt thực nghiệm đầu vào.
Các kết quả mô phỏng trong nhiều miền tần số khác nhau chứng tỏ rằng tất cả các mô hình đều có đáp ứng định tính tốt tại mọi tần số làm việc. Tuy nhiên đáp
ứng định lượng của mô hình hàm mũ bậc hai là tốt nhất khi so sánh dạng sóng dòng
điện, điện áp thực tế trên thiết bị.
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 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
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 65
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.
Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] C.S.Moo, Y.C.Chuang, Y.H.Huang and H.N.Chen, “Modeling of Fluorescent Lamps for Dimmable Electronic Ballasts”.
[2] T. Wu, J. Hung, and T. Yu, "A PSpice model for fluorescent lamps operated at high frequencies".
[3] U. Mader and P. Horn, "A dynamic model for the electrical characteristics of fluorescent lamps".
[4] Naoki Onishi, Tsutomu Shiomi, Akio Okude and Tokushi Yamauchi, “A Fluorescent Lamp Model for High Frequency Wide Range Dimming Electronic Ballast Simulation”.
[5] C. Min and Q. Zhaoming "A fluorescent lamp model based on its physical characteristics," Singapore, 2003.
[6] C.A. Cheng, T.J. Liang. A Novel Method of Using Second-Order Lamp Model to Design Dimmable Fluorescent Lamps Electronic Ballast.
[7] M. and. E. Saraiva, "Electronic Ballast with Wide Dimming Range: Matlab- Simulink Implementation of a Double Exponen-tial Fluorescent Lamp Model," aedie, 2006.