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 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 quan: 08.3997.9837 ĐTDĐ:0909.180.850 Fax: 08.3997.9840 E-mail: haitrieu.mep@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 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 môn thi tốt nghiệp: Dây chuyền điều khiển trình đưa gạch men vào lò nung Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng 3/2003 ĐH Giao Thông Vận Tải, Cơ Sờ 2, Quận 9, Tp.HCM Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Văn Bình 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 Ballast điện tử hoạt động tần số cao Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/2013 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 công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 Người thực Nguyễn Nhật Hải Triều ii LỜI CẢM ƠN Điều trước tiên, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Quyền Huy Ánh, người Thầy tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu vô quí giá dìu dắt thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cám ơn đến tất Quí Thầy, Cô giảng dạy, trang bị cho kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập nghiên cứu sau Xin cảm ơn Gia đình tạo điều kiện để yên tâm học tập tốt suốt thời gian vừa qua Xin cảm ơn bạn đồng nghiệp công ty động viên, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho nhiều trình học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn Xin cảm ơn Anh Chị em học viên cao học (2010-2012), người giành tình cảm sâu sắc nhất, bên cạnh, động viên, khuyến khích vượt qua khó khăn suốt thực luận văn TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 Người thực 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 mục tiêu tiết kiệm lược để phục vụ cho phát triển, thiết bị tiết kiệm lương nghiên cứu sử dụng cách rộng rãi Đối với hệ thống công nghiệp hay tòa nhà cao ốc, tải chiếu sáng chiếm vai trò quan trọng Đèn LED cho có hiệu suất chiếu sáng cao chi phí lại đắt, đặc biệt đèn LED có công suất cao Vì đèn huỳnh quang lựa chọn nhiều tổ chức sử dụng chiếu sáng cho tòa nhà Khi chuyển sang kết hợp với Ballastu điện tử, đèn huỳnh quang cho hệ số công suất cao hiệu phát sáng cao 10-20% so với Ballast điện từ thông thường Vì việc nghiên cứu Ballast điện tử làm việc tần số cao tập trung nghiên cứu thời gian qua Các nghiên cứu trước vấn đề sử dụng nhiều mô hình khác để mô tả đặc tính tổng trở âm của đèn huỳnh quang Đề tài tổng hợp so sánh hoạt động mô hình ứng với thí nghiệm cho đèn T8 Phillip chấn lưu điện tử hãng TRITONIC Bên cạnh việc xây dựng mô hình Ballast điện tử để kiểm chứng cho mô hình đèn đề nghị chưa đề cập cách thỏa đáng Đề tài đề nghị phương pháp xác định thông số cho mô hình Ballast điện tử dựa số liệu thực nghiệm Kết luận văn mô hình phù hợp để mô tả đèn huỳnh quang phương pháp xác định thông số cho loại Ballast điện tử thị trường Phục vụ cho nghiên cứu đèn huỳnh quang hoạt động 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 hình ix-xi Danh sách bảng xii Chương 1: Tổng quan 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Tiết kiệm điện chiếu sáng 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 đèn huỳnh quang 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Các bước tiến hành 1.6 Điểm luận văn .5 1.6.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.6.2 Điểm luận văn .10 vi 1.7 Giá trị thực tiễn luận văn 11 1.8 Nội dung thực 11 Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Lý thuyết tương quan hàm hồi quy 12 2.1.1 Mối tương quan 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 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 hồi quy .22 Chương 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 Luận văn thạc sỹ Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Mô ballast điện tử kết hợp đèn huỳnh quang Mô hình hóa mô ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang cho Hình 5.1 Trong đó, mô hình đèn thể mối liên hệ R-I, R-P hàm bậc 2, R-P hàm mũ lần lược trình bày Hình 5.2, 5.3, 5.4 Hình 5.1 Mô hình ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang Hình 5.2 Mô hình đèn thể mối liên hệ R I Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 53 Luận văn thạc sỹ Hình 5.3 Mô hình đèn thể mối liên hệ R P hàm bậc Hình 5.4 Mô hình đèn thể mối liên hệ R P hàm mũ 5.2 Kết mô 5.2.1 Mô với tần số thấp (47KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 54 Luận văn thạc sỹ Mô thực công suất đèn đạt cực đại, tần số làm việc 47KHz Mô hình đèn thể mối liên hệ R I a Hình 5.5 Dòng điện điện áp mô hình R-I giai đoạn khởi động b Mô hình R-P theo phương trình bậc Hình 5.6 Dòng điện điện áp mô hình R-P theo hàm bậc giai đoạn khởi động (47KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 55 Luận văn thạc sỹ c Mô hình R-P theo dạng hàm mũ Hình 5.7 Dòng điện điện áp mô hình R-P theo hàm mũ giai đoạn khởi động (47KHz) d Tổng hợp dạng sóng chế độ xác lập Hình 5.8 Tổng hợp dạng sóng dòng điện ba mô hình (47KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 56 Luận văn thạc sỹ Hình 5.9 Tổng hợp dạng sóng điện áp ba mô hình (a) (b) Hình 5.10 Dạng sóng điện áp dòng điện qua đèn tần số 47KHz (a) Dạng sóng điện áp 150V/div (b) Dạng sóng dòng điện 1V/div, R=5ohm Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 57 Luận văn thạc sỹ 5.2.3 Mô với tần số trung bình 71.4Khz a Mô hình đèn thể mối liên hệ R I Hình 5.11 Dòng điện điện áp mô hình R-I giai đoạn khởi động (71.4KHz) b Mô hình đèn thể mối liên hệ R P hàm bậc Hình 5.12 Dòng điện điện áp mô hình R-P hàm bậc giai đoạn khởi động (71.4KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 58 Luận văn thạc sỹ c Mô hình đèn thể mối liên hệ R P mô hình hàm mũ Hình 5.13 Dòng điện điện áp mô hình R-P hàm mũ giai đoạn khởi động (71.4KHz) d Tổng hợp liệu Hình 5.14 Tổng hợp dạng sóng dòng điện ba mô hình (71.4KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 59 Luận văn thạc sỹ Hình 5.15 Tổng hợp dạng sóng điện áp ba mô hình (71.4KHz) (a) (b) Hình 5.16 Dạng sóng điện áp 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 60 Luận văn thạc sỹ 5.2.4 Mô với tần số cao 100KHz a Mô hình đèn thể mối liên hệ R I Hình 5.17 Dòng điện điện áp mô hình R-I vừa khởi động (100KHz) b Mô hình đèn thể mối liên hệ R P theo hàm bậc Hình 5.18 Dòng điện điện áp mô hình R-P hàm bậc hai vừa khởi động (100KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 61 Luận văn thạc sỹ c Mô hình đèn thể mối liên hệ R P theo hàm mũ Hình 5.19 Dòng điện điện áp mô hình R-P hàm mũ vừa khởi động (100KHz) d Tổng hợp kết Hình 5.20 Dạng sóng điện áp tổng hợp ba mô hình (100KHz) Hình 5.21 Dạng sóng dòng điện tổng hợp ba mô hình (100KHz) Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 62 Luận văn thạc sỹ (a) (b) Hình 5.22 Dạng sóng điện áp dòng điện qua đèn (100KHz) (a)Dạng sóng điện áp 150V/div (b) Dạng sóng dòng điện 0.2V/div, R=5ohm Từ dạng sóng mô giai đoạn khởi động đèn, ta thấy mô hình R-I thể đặc tính khởi động không tốt điện áp đèn không tăng cách đột biến để khởi động đèn thời gian trở xác lập lâu Biên độ tín hiệu dòng áp mô giống với biên độ thực tế Riêng mô tần số cao, dạng sóng thực tế có dạng tam giác, chưa giống với mô Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 63 Luận văn thạc sỹ Chương KẾT LUẬN Ø Đèn huỳnh quang hoạt động tần số cao ngày sử dụng nhiều công trình dân dụng công cộng nhằm đạt hiệu tiết kiệm lượng thẩm mỹ Vì nhiều công trình nghiên cứu đưa mô hình cho đèn huỳnh quang đề cập đến nhiều phương án thiết kế ballast cho đèn Các nghiên cứu đề cập đến mô hình riêng rẽ so sánh riêng cho loại mô hình Ø Đề tài khảo sát hoạt động đèn huỳnh quang T8 Phillip 36 W hoạt động với ballast TRITONIC 36W Kết khảo sát sử dụng để xây dựng ba mô hình đèn dựa mô hình hàm bậc hai hàm mũ đạt độ xác cao so với thí nghiệm thực tế Ø Một quy trình xác định cách thông số mô hình ballast điện tử dựa thực nghiệm cho ballast TRITONIC 36W trình bày Các thông số cho mô hình ballast kiểm chứng hoạt động tốt kết hợp với mô hình đèn Sự biến thiên đại lượng dòng điện, điện áp mô hình phù hợp với nguyên tắc hoạt động ballast giai đoạn độ xác lập Ø Một chương trình máy tính thiết lập để tính toán, thông số cho mô hình ballast điện tử dựa đo đạt thực nghiệm đầu vào Ø Các kết mô nhiều miền tần số khác chứng tỏ tất mô hình có đáp ứng định tính tốt tần số làm việc Tuy nhiên đáp ứng định lượng mô hình hàm mũ bậc hai tốt so sánh dạng sóng dòng điện, điện áp thực tế thiết bị Ø Đề tài hạn chế việc khảo sát đèn Philip kết hợp với ballast TRITONIC, nghiên cứu sau cần khảo sát đến họ thiết bị thị trường để đảm bảo giải thuật xây dựng mô hình ballast áp dụng cho nhiều họ thiết bị khác Hiện nay, nhiều hệ đèn huỳnh quang phát triển T5, T8, với nhiều đặc tuyến làm việc khác Mỗi họ ballast điều khiển công suất đèn dựa nguyên lý khác Đề tài khảo sát phương án Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 64 Luận văn thạc sỹ điều khiển công suất đèn dựa vào thay đổi tần số Các nghiên cứu sau cần so sánh phương án thay đổi điện áp phương án thay đổi tần số để có phương pháp thiết kế ballast phù hợp Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 65 Luận văn thạc sỹ 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: MatlabSimulink Implementation of a Double Exponen-tial Fluorescent Lamp Model," aedie, 2006 Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 66