Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE: Xây Dựng Mô Hình Đèn Huỳnh Quang và Ballast Điện Tử Hoạt Động Tần Số Cao

Luận văn phân tích Mô Hình Đèn Huỳnh Quang và Ballast Điện Tử Tần Số Cao - Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE, vận dụng lý thuyết vững chắc, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Nguyễn Nhật Hải Triều
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện
• Đề tài: Xây Dựng Mô Hình Đèn Huỳnh Quang Và Ballast Điện Tử Hoạt Động Ở Tần Số Cao
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Tiết kiệm điện trong chiếu sáng
• 1.3. Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất phát sáng cao
• 1.4. Sử dụng thiết bị điều khiển để nâng hiệu suất của đèn huỳnh quang
• 1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.7. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy
• 2.2. Mô hình hóa mô phỏng
• 2.3. Công cụ Matlap để phân tích mô phỏng và hồi quy
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÈN
• 3.1. Phương pháp xây dựng mô hình
• 3.2. Chương trình xây dựng mô hình đèn
• 3.3. Các lệnh hỗ trợ hồi quy
• 3.4. Chỉ số đánh giá hồi quy
• 3.5. Kết quả xây dựng mô hình
• 3.6. Công cụ cftool để xây dựng mô hình
• 3.6.1. Giới thiệu công cụ cftool
• 3.6.2. Kết quả mô hình
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH BALLAST ĐIỆN TỬ
• 4.1. Ballast điện tử
• 4.1.1. Cấu tạo Ballast điện tử
• 4.1.2. Nguyên tắc hoạt động
• 4.1.3. Thay đổi công suất làm việc của đèn
• 4.2. Thiết kế Ballast điện tử
• 4.3. Xây dựng mô hình cho Ballast điện tử
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Mô phỏng chấn lưu điện tử kết hợp đèn huỳnh quang
• 5.2. Kết quả mô phỏng
• 5.2.1. Mô phỏng với tần số thấp 47KHz
• 5.2.2. Mô phỏng với tần số trung bình 71
• 5.2.3. Mô phỏng với tần số cao 100KHz
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Mô hình đèn huỳnh quang và ballast điện tử hoạt động ở tần số cao là một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu thiết bị chiếu sáng hiện đại. Việc sử dụng công nghệ chiếu sáng hiệu suất cao không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Đèn huỳnh quang, với hiệu suất phát sáng cao hơn so với đèn sợi đốt, đã trở thành lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Đặc biệt, khi kết hợp với ballast điện tử, hiệu suất chiếu sáng có thể tăng lên từ 10-20% so với ballast điện từ thông thường. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và phát triển các mô hình chiếu sáng hiệu quả hơn.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu sử dụng năng lượng cho chiếu sáng ngày càng tăng, đặc biệt trong các tòa nhà thương mại và công nghiệp. Theo thống kê, chiếu sáng chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng tiêu thụ năng lượng. Việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng không chỉ giúp giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Sử dụng đèn huỳnh quang và ballast điện tử là một trong những giải pháp hiệu quả để đạt được mục tiêu này.

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của đèn huỳnh quang và ballast điện tử, khảo sát đặc tuyến làm việc của các thiết bị này trên thị trường, và xây dựng mô hình toán học cho đặc tuyến làm việc của đèn. Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm khảo sát đặc tính của đèn T8 Phillip 36W và ballast TRITONIC, xây dựng mô hình cho các thiết bị này, và đề xuất quy trình xác định thông số cho mô hình ballast điện tử.

II. Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu về đèn huỳnh quang và ballast điện tử yêu cầu hiểu biết sâu sắc về lý thuyết tương quan và hàm hồi quy. Mối tương quan giữa các biến ngẫu nhiên trong hệ thống chiếu sáng có thể được phân tích thông qua các hệ số tương quan và ước lượng hệ số tương quan. Việc xây dựng mô hình toán học cho đèn huỳnh quang không chỉ giúp mô phỏng hành vi của đèn mà còn hỗ trợ trong việc tối ưu hóa thiết kế ballast điện tử. Các công cụ như MatLab có thể được sử dụng để phân tích và mô phỏng các đặc tính của hệ thống chiếu sáng.

2.1 Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy

Lý thuyết tương quan giúp xác định mối liên hệ giữa các biến trong hệ thống chiếu sáng. Hệ số tương quan cho phép đánh giá mức độ liên kết giữa đèn huỳnh quang và ballast điện tử. Việc ước lượng hệ số tương quan và tính chất của nó là rất quan trọng trong việc xây dựng mô hình toán học cho các thiết bị chiếu sáng. Điều này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của đèn huỳnh quang mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

2.2 Mô hình hóa mô phỏng

Mô hình hóa và mô phỏng là những công cụ quan trọng trong nghiên cứu đèn huỳnh quang và ballast điện tử. Mô hình vật lý và mô hình toán học giúp mô phỏng hành vi của các thiết bị chiếu sáng trong các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng công cụ MatLab để phân tích và mô phỏng không chỉ giúp kiểm chứng các mô hình mà còn cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động của hệ thống chiếu sáng. Điều này rất cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất của ballast điện tử.

III. Xây dựng mô hình đèn

Quá trình xây dựng mô hình cho đèn huỳnh quang bao gồm việc khảo sát và thu thập dữ liệu thực nghiệm. Các thông số của đèn T8 Phillip 36W được đo đạc và phân tích để xây dựng mô hình chính xác. Việc sử dụng các lệnh hỗ trợ hồi quy trong MatLab giúp tối ưu hóa mô hình và đánh giá hiệu suất của đèn. Kết quả xây dựng mô hình không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về hoạt động của đèn huỳnh quang mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp tiết kiệm năng lượng.

3.1 Phương pháp xây dựng mô hình

Phương pháp xây dựng mô hình cho đèn huỳnh quang dựa trên các kết quả thực nghiệm và lý thuyết đã được nghiên cứu. Việc thu thập dữ liệu từ các thí nghiệm thực tế giúp xác định các thông số quan trọng của đèn. Các lệnh hỗ trợ hồi quy trong MatLab được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa mô hình, đảm bảo rằng mô hình phản ánh chính xác hành vi của đèn huỳnh quang trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

3.2 Kết quả xây dựng mô hình

Kết quả xây dựng mô hình cho đèn huỳnh quang cho thấy sự tương quan mạnh mẽ giữa các thông số điện áp, dòng điện và công suất tiêu thụ. Mô hình cho phép dự đoán hiệu suất chiếu sáng của đèn trong các điều kiện khác nhau, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc thiết kế và tối ưu hóa ballast điện tử. Kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn để nâng cao hiệu suất của hệ thống chiếu sáng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tiêu thụ năng lượng cho chiếu sáng trong các tòa nhà tại Việt Nam chiếm tỷ trọng lớn, khoảng 48% trong cơ cấu điện thương phẩm với sản lượng điện cần cung cấp lên tới 924 tỷ kWh. Nhu cầu sử dụng năng lượng trong các tòa nhà ngày càng tăng, đặc biệt trong các tòa nhà công sở, khách sạn và trung tâm thương mại, với mức tiêu thụ năng lượng cho chiếu sáng lần lượt là 11,5%, 18% và 9,11%. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng trở nên cấp thiết nhằm giảm thiểu tiêu thụ điện và phát thải khí nhà kính.

Đèn huỳnh quang, đặc biệt khi kết hợp với ballast điện tử hoạt động ở tần số cao, được xem là giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất phát sáng và hệ số công suất, tăng 10-20% so với ballast điện từ truyền thống. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình toán học cho đèn huỳnh quang T8 36W của Phillip kết hợp với ballast điện tử TRITONIC 36W, khảo sát đặc tuyến làm việc và đề xuất phương pháp xác định thông số cho mô hình ballast điện tử. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2010-2013 tại thành phố Hồ Chí Minh, tập trung vào lĩnh vực thiết bị, mạng và nhà máy điện.

Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong chiếu sáng công nghiệp và thương mại mà còn hỗ trợ thiết kế, sản xuất ballast điện tử, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong ngành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy: Sử dụng hệ số tương quan, hệ số xác định và hàm hồi quy tuyến tính, phi tuyến để phân tích mối quan hệ giữa các đại lượng điện áp, dòng điện, công suất và điện trở của đèn huỳnh quang. Các chỉ số như sai số trung bình, phương sai bình phương R², thống kê F và giá trị p được dùng để đánh giá độ chính xác của mô hình.

• Mô hình hóa vật lý và toán học: Mô hình vật lý mô phỏng đặc tính điện của đèn huỳnh quang và ballast điện tử, trong đó đèn được mô tả như một điện trở tương đương có đặc tính trở kháng âm. Mô hình toán học được xây dựng dựa trên các phương trình hồi quy và mô phỏng trong môi trường Matlab, sử dụng công cụ cftool để xác định các hệ số mô hình.

• Mô hình ballast điện tử: Mô hình bộ nghịch lưu và ballast điện tử được xây dựng dựa trên nguyên lý hoạt động ở tần số cao (trên 25 kHz), giúp tăng hệ số công suất và hiệu suất chiếu sáng. Mô hình này bao gồm các thành phần điện cảm, điện dung và dây dẫn, được mô phỏng để kiểm chứng đặc tính điều chỉnh công suất đèn.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ thí nghiệm khảo sát đặc tuyến làm việc của đèn huỳnh quang T8 36W Phillip kết hợp với ballast điện tử TRITONIC 36W. Các thông số đo đạt bao gồm điện áp, dòng điện, công suất và hệ số công suất tại nhiều mức công suất khác nhau.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng các hàm hồi quy tuyến tính và phi tuyến trong Matlab (hàm regress, nonlinermodel.fit, cftool) để xây dựng mô hình toán học cho đèn và ballast. Các chỉ số thống kê được tính toán để đánh giá độ phù hợp của mô hình.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2010 đến tháng 5/2013, bao gồm các bước: thiết kế thí nghiệm, thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình đèn, đề xuất phương pháp xác định thông số ballast, mô phỏng và kiểm chứng mô hình ở nhiều tần số khác nhau (47 kHz, 71.4 kHz, 100 kHz).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình đèn huỳnh quang phù hợp: Ba mô hình đèn được xây dựng dựa trên dữ liệu thực nghiệm, trong đó mô hình điện trở theo dòng điện (R-I) và mô hình điện trở theo công suất (R-P) dạng hàm bậc hai và hàm mũ đều cho kết quả mô phỏng chính xác với sai số trung bình nhỏ và hệ số xác định R² cao (trên 0.9).

2. Hiệu quả ballast điện tử tần số cao: Ballast điện tử hoạt động ở tần số trên 25 kHz giúp tăng hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang lên 10-20% so với ballast điện từ. Mô phỏng tại các tần số 47 kHz, 71.4 kHz và 100 kHz cho thấy sự ổn định và khả năng điều chỉnh công suất hiệu quả của ballast điện tử.

3. Phương pháp xác định thông số ballast: Phương pháp đề xuất dựa trên dữ liệu thực nghiệm và mô hình toán học cho phép xác định chính xác các thông số của ballast điện tử TRITONIC, giúp mô phỏng và thiết kế ballast mới hiệu quả hơn.

4. So sánh mô hình với thực nghiệm: Kết quả mô phỏng mô hình đèn và ballast cho thấy sự tương đồng cao với dữ liệu thực tế, với sai số nhỏ và đặc tuyến điện áp-dòng điện, công suất phù hợp, chứng minh tính khả thi của mô hình trong ứng dụng thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả cao của ballast điện tử tần số cao là do giảm tổn thất điện năng trong cuộn cảm và tăng hệ số công suất, đồng thời đặc tính trở kháng âm của đèn huỳnh quang được mô phỏng chính xác giúp điều khiển dòng điện hiệu quả. So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã bổ sung phương pháp xác định thông số ballast dựa trên dữ liệu thực nghiệm, khắc phục hạn chế của các mô hình lý thuyết chưa đầy đủ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đặc tuyến U-I, R-P và dạng sóng điện áp, dòng điện tại các tần số khác nhau, giúp trực quan hóa sự khác biệt và hiệu quả của ballast điện tử. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và ứng dụng ballast điện tử cho đèn huỳnh quang, góp phần tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất chiếu sáng trong các tòa nhà công nghiệp và thương mại.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển và ứng dụng mô hình ballast điện tử: Khuyến nghị các nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng áp dụng mô hình ballast điện tử tần số cao đã được xây dựng để thiết kế sản phẩm mới, nâng cao hiệu suất chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng trong vòng 1-2 năm tới.

2. Mở rộng khảo sát các loại đèn và ballast khác: Đề xuất nghiên cứu tiếp tục khảo sát các loại đèn huỳnh quang thế hệ mới (T5, T8) và ballast điện tử đa dạng để hoàn thiện mô hình và phương pháp xác định thông số, đảm bảo tính ứng dụng rộng rãi trong 3-5 năm.

3. Ứng dụng mô phỏng trong thiết kế mạch ballast: Khuyến khích sử dụng mô hình và công cụ mô phỏng Matlab để thiết kế và kiểm tra ballast điện tử, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế, áp dụng ngay trong các dự án thiết kế hiện tại.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho kỹ sư và nhà nghiên cứu về mô hình hóa và thiết kế ballast điện tử, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới trong ngành điện chiếu sáng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế thiết bị chiếu sáng: Sử dụng mô hình và phương pháp xác định thông số ballast để thiết kế ballast điện tử hiệu quả, giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành kỹ thuật điện: Tham khảo luận văn để hiểu rõ về mô hình hóa đèn huỳnh quang và ballast điện tử, áp dụng trong các đề tài nghiên cứu và luận án chuyên sâu.

3. Doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị chiếu sáng: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến sản phẩm, nâng cao hiệu suất và đáp ứng yêu cầu tiết kiệm năng lượng trong các dự án chiếu sáng công nghiệp và thương mại.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách khuyến khích sử dụng thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng, góp phần giảm tiêu thụ điện và phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Ballast điện tử hoạt động ở tần số cao có ưu điểm gì so với ballast điện từ?
   Ballast điện tử tần số cao (trên 25 kHz) giúp tăng hệ số công suất và hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang lên 10-20%, đồng thời giảm kích thước và trọng lượng thiết bị so với ballast điện từ truyền thống.

2. Mô hình đèn huỳnh quang được xây dựng dựa trên những dữ liệu nào?
   Mô hình được xây dựng dựa trên dữ liệu thực nghiệm đo điện áp, dòng điện, công suất và hệ số công suất của đèn T8 36W Phillip kết hợp với ballast TRITONIC 36W tại nhiều mức công suất khác nhau.

3. Phương pháp xác định thông số ballast điện tử như thế nào?
   Phương pháp dựa trên phân tích đặc tuyến làm việc của ballast và đèn, sử dụng các hàm hồi quy tuyến tính và phi tuyến trong Matlab để ước lượng các thông số mô hình phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.

4. Mô hình và phương pháp này có thể áp dụng cho các loại đèn khác không?
   Hiện tại nghiên cứu tập trung vào đèn T8 36W và ballast TRITONIC, tuy nhiên phương pháp có thể mở rộng và điều chỉnh để áp dụng cho các loại đèn huỳnh quang thế hệ mới và ballast khác trong các nghiên cứu tiếp theo.

5. Lợi ích thực tiễn của mô hình này đối với ngành chiếu sáng là gì?
   Mô hình giúp thiết kế và mô phỏng ballast điện tử chính xác, giảm chi phí thử nghiệm thực tế, nâng cao hiệu suất chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng, góp phần phát triển các sản phẩm chiếu sáng thân thiện môi trường.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học cho đèn huỳnh quang T8 36W Phillip và ballast điện tử TRITONIC 36W dựa trên dữ liệu thực nghiệm, với độ chính xác cao và khả năng mô phỏng tốt tại nhiều tần số hoạt động.
• Phương pháp xác định thông số ballast điện tử được đề xuất giúp thiết kế và kiểm chứng ballast hiệu quả, hỗ trợ phát triển sản phẩm mới trong ngành chiếu sáng.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu suất chiếu sáng, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính trong các tòa nhà công nghiệp và thương mại.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển tiếp theo với việc khảo sát đa dạng các loại đèn và ballast, đồng thời ứng dụng mô phỏng trong thiết kế mạch ballast.
• Khuyến nghị các nhà sản xuất, nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý năng lượng áp dụng kết quả nghiên cứu để thúc đẩy phát triển công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam.

Hãy bắt đầu áp dụng mô hình và phương pháp này để nâng cao hiệu quả chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng trong các dự án của bạn ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 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….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 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 Luan van Luận văn thạc sỹ 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.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 Luan van 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 10- 20% 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 Luan van 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. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 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.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.

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 Luan van 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. 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. 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.