автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Исследование путей улучшения электромагнитной совместимости полупроводникового пускорегулирующего аппарата с питающей сетью и компактной люминесцентной лампой

> а ~ к н

» 1 !

всесоюзный научно-исследовательский 11роектно-конструкторскии и технологический светотехнический институт

на правах рукописи

Шахпарунянц Анна Геннадиевна

УДК 621.327.15 032 4. 621.382.3.001.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПУСКОРЕГУЛ11РУЩЕГО АППАРАТА С ПИТАЮЩЕЙ СЕТЬЮ И КОМПАКТНОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПОЙ

Специальность: 05.09.07 светотехника и источники света

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-НССЛЕДОВАТЕ И,СК1!И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКШ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ!! СВЕТОТЕХНИЧ2ГК1ГЛ ШСТИГУТ

на пр?,£ак рукописи

Шахпарунянц Анна Геннадносна

УДК В21.327. ИЗ. 032. I. 621.302.3.001.3

исследование ПУТЕП улучшения электро: 1Л1 нптнол СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПУСКСРЕГУЛИРУЩЕГО АППАРАТА С ПИТАЮШ1 СЕТЬЮ И КОМПАКТ МОП ЛЮМИНЕСПЕНТНОП ЛЛНПОП

Специальность: 03.09.07 светотехника и источники сьота

Л В Т О Р Е Ф Е Р Л Т диссертации на сонсканнз учзнсй степени кандидата технических паук

Носкза 1092

Райота выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструкторскоы и технологическом светотехническом институте (ВНИСИ).

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор А.Е.Краснопольский

Официальные оппонент - доктор технических наук,

профессор В.С.Литвинов, кандидат технических наук А. Л.Вассерыан

Ведущее предприятие - СПО "Лисма".

Защита состоится " Ь " 1392 г. в " " часов

на заседании специализированного совета К 143.01.01 при Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом светотехническом институте по специальности 05.09.07 - "Светотехника и источники света".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИСИ.

Автореферат разослан "_"_ 1992 года.

Отзыеы в двух зкземлярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 129301, Москва, проспект Мирз, 106, Совет ВНИСИ.

Ученый секретарь специализированного с

кандидат технических

О Б ¡ПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тг>■ ;ы. Соерсиошшэ тенденции развития сгмточех-niK.i базируется па миниатюризации источников спета и уиоличзл'.!!) юл:; использования элоктроника. Кснпгпшшо явпшосцоитниэ лампч '.КМ), ш--'!гд!10 radapuTü Ьдизчио к пагаги цаг.алкпанил, СБатоауз отдачу и cpc.it слу.-.áu а 5 :i tíur.eo раз pur», льлявтел елки;; «з ii.mo'.Vï.'Mi доотп:::ониЛ за поолодниа 10 лот в сйласти источников noi?. Прпг'-ноплз п а ; ■ у л р о г: о л ! л ! : ; с ; : l г. с пузкерзгулируп&кз аппарате:; :ГШРА) о КЛЛ позволяот по оравксиип с з ; i о к т р о ; : а г и ; î т ¡ i и ■. 11 ï annapirii..! :лиоч:ь потраолслпо слоктрсэцсрггм ьа 20- 15 's, пеггеить osovosyr. ;тлачу яанпи на 10-25 », снизить массу апдлрата па 40-70 :: •.¿•»оя^-шть значетл-э г.сз*::цг.'.'щта пу.нсздпп столового потока паж -• toner? 10 'л. Таким портом, ::с;юльзог-а;п:о КЛЛ в ксьпл-гкто с ШРД юзчо.люои: пра сскра^-ип» раододоа ::а obtenus погнать ore :ачестьо, улу"и«ить сготозу» среду обитания чояоьека и, сч&аосатолто, исачр::: ъ области ¡.икмач^нгл ¡;o;:o;i гза.тигельной '¿удним; аз счу; мзочнх т-:;чич~сгнч уарзктсрязтах источника ск-vra С КС) и .у зкерогу п;;руг дог о аппарата СПРА).

lia рзс'зту здг;,троо!г:<тспо'1 скстогсь созтолцоп из трс: Г'лааччпч эяек?атев - источника о/сктрлчоз'чй эис-ргпа, пусксракул:; уплаго "ппарата :t - сказччаот ¿chusco зяпянпо сса'иасовашюс;-

зал ацет'гч. Стсутг/м-.з rjrz атрз-'зпл'тной о с ; чмости

злупрог:одч'.ч;с-:сго ИРА с питзтоо! ооткп л:пы<а.:-т такнэ иагатпьнчо ослздстви.т, г. ve низкий KOSíítmoBT Mo^iiooTi: устроретг-:. ь налом, скроил о £зрчп потребляемого иа coi а тока, апачи гель:и;о потерн cïjicctï! с преподал эя%>1лр:г:соноа о~тн и т.д. Плачзл cornscobaimwij. ПРА с лампой кот пригнети к спкгсшю срача злуа'ч KLÍ, нонадоагчу а за-:::ган::а, у:одл':-пл:: г.ст-рь м::,позтн г злагарозз^тсч oft с;: nava, аким сОрааеч, опыт -ипалуатацая ПИРА и АЛ показал, что ооослочанно лектрокмчгатиой совместимости зломзлюв злаклросгатоьоЛ систздм вяяется рзжисй и актуальной задачей, от решения ко горой зависит асхирснио применения зксиомичньп: источников свота а ППРА,

Разработка скьсэиого катода злзктротекннч^ского расчета исто!«.!: питавяая еэть - полупроводниковый ПРА - лампа позволит тпшкзнровать электромагнитную совместимость олокеитов системы и

- г -

оценивать эффективность работы разных сочетаний ППРА и лампы. Решение этих актуальных задач посвящена диссертационная работа.

Целью работы являлась разработка методов исследования и расчета ППРА и компактной ЛЛ, позволяющие оптимальным образом обеспечить ¡электромагнитную совместимость питающей сети, пускорагулирувдего аппарата и лампы.

Достижение указанной цели требует решения следующих задач:

1. Систематизация и анализ существующих способов обеспечения электромагнитной совместимости ППРА с питающей сетью и лампой. Выбор основных схем ППРА для дальнейших исследований.

2. Исследование входных характеристик ППРА и оптимизация параметров ППРА, обеспечивающих электромагнитную совместимость аппарата с питающей сетью.

3. РаэраОотка модели КЛЛ, позволяющей проводить исследования ее работы в разит режимах.

4. Исследование основного контура ППРА к разработка инхонорны методов расчета и согласования пускового и рабочего режимов ППРА, работающего с КЛЛ.

Объектом исследования являлись варианты сетевого фильтра и резонансный основной контур ППРА, предназначенные, соответственно, для обеспечения электромагнитной совместимости аппарата с питающей сетью и лампой, а также компактная люминесцентная лампа при работе в разных режимах. При этом ППРА и КЛЛ рассматривались, как взаимосвязанные элементы злоктросветовой системы.

Методика проведения исследований. Для решения поставленных задач нами был выбран метод математического моделирования, применимый и для моделирования процессов, происходящих в лампе, и для разработки модели ППРА.

Теоретический анализ схем ППРА проводился с помощью метода переменных состояний. Решение систем дифференциальных уравнений состояния осуществлялся на ЭВМ методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Разработка метода оптимизации характеристик сетевого фильтра ППРА также была осуществлена ка ЭВМ, что позволило значительно сократить время вычислений С20 мин).

Для описания электрических характеристик КЛЛ применена дифференциальная аппроксимация ее характеристик, позволяющая

доводить электротехнические расчеты различных схем включения КЛЛ.

Научная новизна. Разработан метод электротехнического расчета [ оптимизации характеристик электромагнитного сетевого фильтра ИРА. Предложена электрическая схема С по которой получено юлозггельноэ решение на выдачу авторского свидетельства ) и метод )лектротехнического расчета комбинированного сетевого фильтра, юзволяющего улучшить электромагнитную совместимость аппарата с :етьп п снизить материалоемкость и потери в нем.

Разработаны дифференциальная математическая кодель КЛЛ и гатоды расчета и согласования пускового и рабочего режимов ППРА 1ри работе с КЛЛ. Разработаны схемные решения высокоэффективного ШРА, новизна которых защищена двумя а. с. СССР.

Практическая ценность. Предложены ингзнерниэ методы сквозного ¡лектротехнического расчета систем: питающая сеть - полупровод-шковый ПРА - КЛЛ, которые позволяют рассчитывать и оптимизировать >лектромагиитную совместимость аппарата с питающей сетью, а такге троводить расчет и согласование пускового и рабочего режимов ППРА I КЛЛ. Разработанные методы обеспечения электромагнитной совместимости являются общими и пригодны для ППРА, работающего с нагрузкой тюбсй мощности. Предложена схема комбинированного сетевого фильтра, юзволяющего улучшить электромагнитную совместимость аппарата с :етью при одновременном снижении материалоемкости ППРА.

Реализация результатов работы. Полученные в диссертационной заботе результаты использовались при разработке ППРА типа :

- 2К40А57-001. 1К22А57-00г, ШОА58-001, выпускаемых ВШ1СИ в результате выполнения темы "Разработка и изготовление партии ППРА длл эпытных осветительных установок с ЛЛ 18, 36, 58 Бт", и других тем;

- 1К11А57-001, выпускаемых ЛЗЭИ, в результате выполнения ОКР "Разработка серии энергоэкономичных светильников местного и комбинированного освещения с компактными люминесцентными лампами и электронным ПРА";

- ППРА типа 1К22А57-001, производство которого осваивается КЭТЭ

Аппробация результатов работы. Основные результаты работы и ее

отдельные разделы докладывались на конференции молодых ученых »

специалистов (г. Саранск, 1990), на всесоюзном научно-исследовательском симпозиуме по газоразрядным источникам света (г.Полтава, 1991), на заседании секции ПРА и ИС ВНИСИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в т.ч. получено 2 а.с. СССР и одно положительное решение на выдачу авторского свидетельства СССР.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 149 стр. текста, 50 рисунков на 54 страницах, 18 таблиц на 18 страницах, список литературы на 10 страницах из 97 наименований, 1 приложение на 47 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ВВЕДЕНИЕ.

Во введении показана актуальность диссертационной работы и сформулирована ее цель, в виде краткой аннотации изложено основное содержание глав, приведены положения, выносимые на защиту.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ КЛЛ, ПУСКОРЕГУЛИРУЩЕГО АППАРАТА И ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Второй раздел работы посвящен анализу и классификации выпускаемы: электросветовых систем с КМ, выбору оптимальной системы с КЛЛ, а также выбору экономически и технически целесообразных вариантов сетевого фильтра ППРА, обеспечивающих совместимость с питающей сетью.

Показано, что разнообразные электросветовые системы с КМ получи ли широкое распространение в мире и что одной из основных тенденций в их дальнейшем развитии является переход от электромагнитного к полупроводниковому ПРА.

Применение ППРА ставит вопрос обеспечения электромагнитной совместимости аппарата с питающей сетью и лампой. Обзор отечественной и зарубежной патентной и научно-технической литературы показали, что сетевые фильтры ППРА, применяемые для согласования с питающей сетью, можно разделить на три основные группы - пассивные

лектромагнитные фильтры низких частот, электронные и комбиниро-анныэ фильтры. Проведен анализ достоинств и недостатков каждой руппы и конкретных вариантов сетевых фильтров.

Показано, что Г-образныЯ электромагнитный сетезсй фильтр редставляет интерес для разработчиков ППРА, т.к. позволяет ффективно обеспечить совместимость с питаемая сетью, и обладает акими достоинствами, как надежность, простота изготовления и еЕысокая стоимость. Сделан рывод о необходимости анализа уществущих методов расчета Г-образного фильтра и разработки этода оптимизации ого параметров, позволяющего минимизировать абариты входящих в его состав элементов.

Проведен анализ общих структурных построения и' конкретных ариантов электронных сетевых фильтроз. Показано, что прнмонониэ лектрошш:: фильтров, имеющих небольшие массу и габариты, прнведзт ри современном уровне технологии и элемэнтоп базы к увеличению тонкости ППРА в С 1,5 - 2,0) раза.

Исследованы варианты комбинированного сетзвого фильтра ППРА. кбрана схема перспективного комбинированного фильтра, сбеспечива-щего электромагнитную совместимость с питающей сетью при неболь-и:; атратах на его производство и уменьшенных по сравнении с электро-агнитним сетевым фильтром габаритах.

Результаты анализа, полученные з этом разделе, позволили онкретизировать задачи диссертационная работы и наметить аправлония дальнейших исследования.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОГЛАСУСЕГО "-ОБРАЗНОГО ЛЕКТР0МАГНИТК0Г0 СЕТЕВОГО 4ИЛЬТРА ППРА. ОПнКПЗАЦИЯ АРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СЕТЕВОГО Ф'/ЛЬТРА.

Проведенный в главе 2 анализ показывает, что одним из наиболее ростах, дешевых и достаточно эффективным является Г-образный лектромапштный сетевой фильтр. В связи с тем," что фильтр работает а промышленной частоте, входящио в его состав элементы имеют начителышэ габариты и ухудшают массо-габаритные показатели ППРА. оэтому, перед разработчиками ППРА стоит задача максимально птимизировать его параметры. Для решения данной задачи необходимо

иметь математическую модель фильтра, позволяющую проводить его оптимизацию.

Проведен анализ существующих математических моделей входной части ППРА, в состав которой входит Г-обраэный сетевой фильтр, выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Показано, что они неприменимы для разработки метода оптимизации параметров фильтра с использованием ЭВМ.

Для разработки математической модели входной части ППРА (см. рис. 1) нами выбран метод переменных состояний, предполагают.:; составление и решение системы дифференциальных уравнений, описывающих режим работы схемы в любой момент времени.

^ ц ^ -к.

Структура схемы за полупериод питающего напряжения иэ изменяется в зависимости от состояния диодов выпрямителя, периодически отключающих нагрузку от питающей сети.

При разработке приближенного метода электротехнического расчета входной части ППРА были приняты следующие допущения:

1. Напряжение 11н на накопительном конденсаторе Сн постоянно.

2. Потери мощности в дросселе I и конденсаторе С учитывают^ введением, соответственно, сопротивлений 151 и Б2.

3. Сопротивлением открытие диодов пренебрегаем.

Учитывая эти допущения, дифференциальные уравнснил, описывающие процессы и схеме на рис. 1 во время паузи зарядного тока 13 С диоды выпрямителя закрыты ), примут вид:

+ ц я, + ¿А * ис -- и,

4 с с/1 ~

Систс-'/а уравнений С1) справедлива до момента вроаспи. уогда конденсатор С зарядится до папрятедш, рагяого по абгэквтяому значению напрягегаю на сглагазакг'/ж конденсаторе 1'н. Тогда дноди энпряиятеля открываются, и дйЯ^ронциальноэ уравнение прашша---т зид:

+ ¿Л -- и, Щн (2)

Знак перед 11а опрэделяется полярность» подключения ¡акопительного конденсатора в разило полупэриодн сетевого тска II. 1ереход от одной системы уравнений к другой осуксствллется по гско&ип пэреяеда, опродзяяшну состояние диодов выпрямителя.

Таким образом, системы уравнений (1) и С 2) описывают рз.?ш ¡аботы схоми в лгбой момент времени. Рекэниэ дифференциальных 'равнений проводилось на ЭВМ. Разработанная программа 1ШГП ¡ОЗЗОЛЯЗТ ПО ИСХОДНЫ!« ДаНИСМ - ИНДУКТИВНОСТЬ ДрОССОЛЧ I, ость •.оадспоатсрсв С, Сн, сопротивления к1, Р.2, напр^г-нио 1.'н - при ¡аданнсм шаге интегрирования определять деЯствук'Лд и м: ноеошшэ шаченил токов и напряжений в схонэ С рис. 1 ), потребляемую от ети мощность, коэффициент мощности, гармонический состав .етевого тска.

При шаге интегрирования 10 сок расчет по программ« ЬЮНТ!. беспечивающвй погрешность вычислений в пределах 7-10 '/,, занимает коло 13 сек машинного времени. Полученную математическую модель ервого приближения входной части ППРА целесообразно испояьзоьать ри многоварнантных оптимизационных расчета;:. В то жэ время еобходнмо иметь уточненную математическую модель входной части

ППРА, которая дает возможность рассчитать форму напряжения 11н на оглаживавшем конденсаторе, оценить его пульсации, а также оценить стабильность работы схемы при колебаниях напряжения питающей сети.

В основе уточненной математической модели входной части ППРА С рис,. 1) лежит система дифференциальных уравнений, учитывающих заряд и частичный разряд конденсатора Сн. Система уравнений для интервала паузы зарядного тока 13 имеет вид:

L.TT1 + ♦ i4P2 ♦ ис --us

rduc _ .

CJT ' {

Г оШ* - _ I I /О dt ~

Во время импульса зарядного тока 13: Lft~ ^ ±U" = US

г 4!rk - : :

(3)

(4)

c"fr "-i - u»/r.

Разработанная на основе решения вышеприведенных систем уравнений программа LIGHT2 уточненного электротехнического расчета входной части ППРА занимает около 5 мин машинного времени при шаге интегрирования 10"® сек. На рис.2 приведены формы кривых сетевого ток II и напряжения на дросселе L, сравнение которых с экспериментальными данными подтверждает адекватность математической модели эксперименту..

Относительная погрешность расчета электрических характеристик по уточненной математической модели LIGHTS по сравнению о экспериментом не превышает 6 %.

На основе полученных нами математических моделей входной части ППРА первого н второго приближения может быть проведена

оптимизация параметров сетевого фильтра, направленная на минимизацию массо-габаритных показателей элементов фильтра.

- 0,2

-ОЛ

о,г

о

иь

При разработке метода оптимизации сетевого фильтра к входной исти ППРЛ предъявлялись следующие требования:

1.Обеспечить определенную величину напряжения на сглаживающем

2.Обеспечить определенную величину токэ, в цепи Нагрузки -

-

3.Обеспечить значения коэффициента мощности не менее ваянного - Км*;

Таким образом, целью оптимизационного расчета являлось определение параметров Г-образного сетевого фильтра - индуктивно-:тп дросселя I и емкости конденсатора С - которые обладал минималь-гой установленной мощностью, обеспечивают требуемые значения соэффнцнента мощности Км, напряжения 11н, тока 1н.

Разработана оптимизационная программа FIL.TR, которая ¡рганизует направленный перебор значений индуктивности I и емкости ; и определение их оптимальных величин. При этом электротехнический >асчет зходной части ППРА проводится по программе 1ЛСНТ1. Программа ,ЮНТ2 применяется для уточненного поверочного расчета. В результа-'е использования оптимизационной программы П1,ТК определяются [араметры фильтра, обеспечивающие выполнение всех предъявляемых к ¡етевому фильтру ППРА требований, а также проводится электрический

(онденсаторэ - 1!и

расчет входной части ППРА.

Оптимизационная программа FII.TR была использована при разработке ППРА типа 2К40А57-001, выпускаемого ВНИСИ, что позволило минимизировать материалоемкость ППРА и обеспечить эффективную электромагнитную совместимость с питающей сетью.

4. РАЗРАБОТКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО СЕТЕВОГО ФИЛЬТРА ППРА.

Нами предложена схема комбинированного сетевого фильтра ППРА С см. рис. 3), по которой получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства. Этот фильтр эффективно обеспечивает электромагнитную совместимость аппарата с питающей сетью при небольших затратах на его изготовление и уменьшенных по сравнению с электромагнитным фильтром габаритах.

В момент подачи положительной полуволны напряжения питания сетевой ток начинает протекать через дроссель I и разветвляется нг две цепочки:

- диод конденсатор С1, который при этом заряжается до

напряжения, равного напряжению на накопительном конденсаторе 1!н;

- конденсатор С2, который при этом разряжается, диод УБб, конденсатор Сн, диод \Л)9.

В момент, когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет значения, равного 1!н, откроется диод \Т)8 выпрямителя, и весь ток начинает протекать через дроссель I, диод \Л)8, конденсатор Сн, диод В конце положительного полупериода напряжения питания, когда закрываются диоды выпрямителя, наступает пауза в сетевом токе. Однако, длительность паузы не превышает 0-10 У. длительности полупериода напряжения питания, и, следовательно, на увеличении доли высших гармонических составляющих в сетевом токе наличие паузы сказывается незначительно. Во время отрицательного полупериода напряжения питания происходят аналогичные процессы. В результате форма сетевого тока приближается к синусоидальной С рис. 4).

При разработке математической модели предлагаемого комбинированного сетевого фильтра был применен метод переменных состояний. В связи с тем, что структура схемы меняется в зависисмости от состояния входящих в ее состав диодов, нага была введена переменная Мп, отражающая состояние п-го диода схемы. Переменная ^ принимает значение, равное 1', когда п-ый диод открыт, и равное 0 при закрытом диоде. Тогда уравнения состояния примут вид:

^ --[Ми5-иС1) + м5(1и + иС1) +

(5)

+

+

Дифференциальные уравнения, описывающие изменение напряжения на конденсаторах схемы, имеют вид:

Система дифференциальных уравнений (5) - (6) описывает работу схемы на рис. 3 в любой момент времени. Разработанная программа FILTP.2 проводит решение вышеприведенной системы уравнений при помощи подпрограммы DEFM, определяющей значения коэффициентов на каждом шаге вычислений.

Программа FILTR2 позволяет по заданным параметрам входной част;: ППРА - индуктивности L, емкости Cl, С2, Сн, нагрузке Rh -проводить расчет действующих и мгновенных значений токов и напряжений б схеме, потребляемой из сети мощности, коэффициента мощности Км, гармонического состава сетевого тока, а также оценить пульсацию сглаженного напряжения Un. Расчет по разработанной программе занимает 10 мин. машинного времени при шаге вычислений 10~6 сек.

Разработанная математическая модель входной части ППРА с комбинированным сетевым фильтром была нами использована при разработке ППРА, работающего с двумя ЛЛ мощностью 40 (36) Вт. На рис. 4 приведены полученные в результате расчета и эксперимента кривые тока сети II и напряжения на дросселе U^. Погрешность математической модели не превышает 10 %.

(6)

- 13 -

200

и "

0,6

о, к

А

о

о

иЬ

2тг

-0,1 -о,ц

-■100

-0,6

Рис. 4

-200.

Проведенные электротехнический и конструкторский расчеты показали, что коэффициент мощности устройства достигает 0,97 - 0,88, содержание зысхих гармоник соответствует требованиям технических условий на ППРА, при этом массо-габаритные показатели дросселя Ь комбинированного сетевого фильтра сократились на 40 - 43 % по сравнении с дросселем электромагнитного Г-сбраэного сетевого фильтра.

3. РАЗРАБОТКА КЗТ0Д0В РАСЧЕТА И СОГЛАСОВАНИЯ ПУСКОВОГО И РАБОЧЕГО РЕЗИТОВ ЭЛЕКТР0СВЕТ030И СПСТЕГИ С КЛЛ И ППРЛ.

Для расчетов электрических цепей с ППРЛ целесообразно применять дифференциальную аппроксимацию вольт-з.чперных характеристик С ВАХ ) лампы, так как дифференциальная модель лампы учнткзаэт предысторию и инерционность процессов в гагсзом разряде. Структур! подели КЛЛ выбрана памп в следующем виде:

где - электрическая проводимость пакты; дл - приведенная проводимость лампы; 1)л, ио - напряжение на лампе и постоянное установившееся

К|= 0,35 - постоянный коэффициент;

ил ) - нелинейная функция напряжения 11д.

Определение вида функции И^С ид ) проводилось нами "интервальным методом" на экспериментальной установке, позволяющей исследовать импульсные характеристики КМ. Исследования проходили лампы типа КЛ7/ГБЦ, КЛ9/ТБЦ, КЛ11ЛБЦ, выпускаемые НПО "Нэон". По результатам измерений нами проведена аппроксимация нелинейной Функции И^С 11д ) для МЛ указанных типов ( см. рис. 3 ).

напряжение на лампе;

40

е б <1 г

м^и^чо^ .[/с

<2 К Л И /Т БIX

Экспериментально определены значения коэффициента ^ , входящего в состав статической вольт-амперной характеристики лампы;

Рис.. 0

Таким образом, нами получена адаптивная математическая модель КМ мощностью 7, 9, 11 Вт, описывающая их динамические и статические ВАХ и пригодная для электротехнических расчетов схем

включения ламп в широком диапазоне частот и электрических режимов.

Проверка адекватности разработанной модели КМ проводилась нами в двух режимах - при питании лампы током сетевой частоты и при включении с ППРА.

Для проверки адекватности математической модели КМ и для оценки эффективности работы лампы при питании ее током сетевой частоты нами разработана программа SIN, проводящая электротехнический расчет контура: КМ - дроссель. Срэзнение действующих и мгновенных значений токсз и напряжений, полученных в результата расчета и экспериментальной проверки, показало, что погрешность расчета не превышает 5 я.

Показано, что при разработке методов расчета и согласования пускового и рабочего режимов ППРА целесообразно использовать диапазоны оптимальных значений коэффициентов и и к, которые характеризуют основной контур ППРА С рис.6).

Гдо II II - TToftr.Tnvnümn пи.чионн<т ияппятопнт чя тгямгто :t чялпягпчи?

проц-эссы в схеме на рис. 6, складываются из уравнений состояния реактивных

КАЛ

элементов контура --дросселя L,

конденсатора С и уравнения лампы.

Рис. 6

d U2

где - ток через дроссель Ь и конденсатор С;

Ь, С - индуктивность дросселя, емкость конденсатора; - активное сопротивление дросселя Ь.

Разработана программа КЕ2, проводящая расчет системы дифференциальных уравнений с учетом статической ВАХ лампы и нелинейной функции М^С ил ). По заданным параметрам основного контура программа ИЕЕ позволяет провести электротехнический расчет схемы. При шаге вычислений 10"® сек расчет по программе занимает около 50 сек машинного времени. Погрешность математической модели основного контура ППРА не превышает 7 У. .

Пусковой режим основного контура ППРА С когда КМ не включена ) можно описать следующими дифференциальными уравнениями:

^ сШ XX •

СЛ~=1-ПП

где 1пп- ток предварительного подогрева, протекающий через электроды КМ; Uxx- напряжение на конденсаторе С основного контура; К - сопротивление электродов лампы. Решение системы уравнений проводится в разработанной программе SET, которая позволяет определять характеристики пускового режима -ток 1пп и напряжение Uxx - при разных вариантах формы и частоты

напряжения на входе основного контура UH и при различных методах обеспечения ждущего зажигания.

На основе разработанных моделей основного контура ППРА во время пускового С программа SET ) и рабочего С программа REZ ) режимов предлагается методика их согласования. В случае обеспечения ждущего зажигания КЛЛ путем переключения частоты выходного напряжения инвертора UH методика расчета и согласования пускового и рабочего режимов ППРА состоит из следующих пунктов:

1. Выбор начальных значений параметров основного контура -

- индуктивности L, емкости С и напряжения UH ( в случае,

если оно не задано При этом необходимо учитывать, что значения коэффициентов шик должны находиться в оптимальном диапазоне: m = 0,7 - 0,8 ; к = 0,25 - 0,3.

2. Расчет рабочего режима ППРА по программе REZ по полученным начальным данным.

Корректировка параметров - L и С - и определение параметров основного контура, обеспечивающих номинальный рабочий резш лампы.

3. Проверка согласованности пускового и рабочего режимов. Расчет по программе SET характеристик пускового режима -

- Uxx и 1пп - для уточненных параметров основного контура.

При этом полученные значения должны удовлетворять следующим неравенствам:

Uxx ^ min

1т = (0,9 г 2,0- 1ЛН0

где изг)|п - минимальное напряжение зажигания КЛЛ о прогретыми электродами;

1л ном - номинальный ток лампы в рабочем режиме.

Значения ихх и 1пп рассчитываются для диапазона пусковой частоты, который задается исходя из возможностей ППРА. Диаграммы пускового режима, приведенные на рис. 7 позволяют определить диапазон значений частоты выходного напряжения инвертора в пусковом режиме, при которой удовлетворяются вышеприведенные неравенства.

3.0

2.0

4.0

1л

мГн

С - 6200пФ

О <0 20

30 50

Если полученная пара Ь и С удовлетворяет требованиям пунктов 1-3, это значит, что определены параметры основного контура, обеспечивающие номинальные пусковой и рабочий режимы и их согласованность, а также проведен электротехнический расчет основного контура ППРА в двух режимах.

- ^ и , к Гц,

Рис. 7

Предложенная методика была нами использована при разработке ППРА, предназначенного для работы с компактной ЛЛ мощностью 11 Вт ( см. рис. 7 ) и позволила эффективно обеспечить электромагнитную совместимость аппарата с лампой.

Предложены две усовершенствованные модификации основного контура ППРА, защищенные авторскими свидетельствами, которые позволяют повысить КПД устройства, снизить потери мощности, повысить срок службы лампы и надежность ее зажигания..

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСВЕТОВЫХ СИСТЕМ С КМ И ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНЫМИ М.

Экспериментально исследовались электрические и светотехнические характеристики следующих систем;

- КМ мощностью. 11 Вт при работе с электромагнитным и

полупроводниковым ПРА;

- энергоэкономичные ЛЛ мощностью 36 Вт при работе с электромагнитным ПРА, с ППРА с электромагнитным Г-образным сетевым фильтром, с ППРА с комбинированным сетевым фильтром.

Применение с КЛ11/ТБЦ полупроводникового ПРА обеспечило по сравнению с электромагнитным ПРА: уменьшение спада во времени создаваемой лампой освещенности на 7-13 уменьшение спада светового потока, измеренного с ДОИ на 2 - 6 '/., сокращение потерь мощности в аппарате в 2-3 раза, повышение световой отдачи системы с КЛЛ па 18 - 20 уменьшение потребления электроэнергии на 33 - 40 '/,, снижение тока лампы и напряжения на лампе нч 8 - 13 У. , увеличение срока службы лампы на 20 У. . Приведены данные экспериментальных исследований КЛЛ мощностью 11 Вт производства CSPAÜ, PHILIPS.

Экспериментальные исследования показали целесообразность применения ЛДЦ36 с полупроводниковыми ПРА, которые по срэвп-н;:п с электромагнитными аппаратами обеспечивает повышение уровня освещенности на 10 - 20 уменьшение спада ~о г-р"-1'-?!'!! ссг^щ^.'шостл на 3 - 7 '/,, экономию электроэнергии на 10 - 30 X, наложное аажганиэ и работу энергоэкономачних ламп.

Проведена оценка экономического и социального эффекта, получаемого потребителем при замене ЛИ па КЛЛ л ксуллсктг» о э,т:-ктро-иагнптным и полупроводниковым ПРА.

7. 2А1СЛГЛЕ1ПЕ.

1. Проведена систематизация рчпускаемнх элсктрссветопг: елстп с кешактнпи ЛЛ. Пзкзгзро, что прны-пениэ полупро-сгнког.ых ПРА с КЛЛ увеличивается и отвечает сопсвныч тенденция'! разгпгия свэтотсхники - миниатюризации петочнпкез сг.эта и электронизации освещения. Оптимизация систем с КЛЛ и ППРА предусматривает рс-шоппэ проблемы обеспечения электромагнитной совместимости питающей сети, ППРА и лампы. Показана актуальность данной задачи и еэ решаете значение для расширения внедрения знергоэкономичных источников света и полупроводниковых ПРА.

2. Прогеден анализ вариантов сетевого фильтра ППРА - электромагнитных, электронных, комбинированных - которые сбэспечиваэт

электромагнитную совместимость ППРА с сетью. Показано, что наиболее экономически и техничэски целесообразными в настоящее время являются Г-сбразиый ¡электромагнитный и комбинированный фильтры.

3. Предложены приближенный и уточненный методы электротехнического расчета входной части ППРА, состоящей из электромагнитного сетевого фильтра, выпрямителя и сглагавающего конденсатора. Предлоюа метод оптимизации Г-сбразного сетевого фильтра, позволяющий определить его парамотры, которые при минимальных габаритах обоспочпьаэт электромагнитную совместимость аппарата с питающей сетьи и согласованность входной части и основного контура ППРА. Продлокоаиий истод был использован при разработке ППРА типа 2К40А57-001.

4. Предложена схема комбинированного сетевого фильтра ППРА, которий при коаыоокой себестоимости и сокращенных С на 40 - 50 'О по ертше» с элс-ктрошпштнш фильтром габаритах эффектны» сбс-спочаьирт соглссовппнсоть аппарата с питавшей сетью. Разрас5ога; шиекертп» кэтод олдхтротсхничэского расчота входной части ПИРА, ©¿разевашюй ксн&ьироеаюшм сотовым фильтром, выпрямителе;.:, сглагт-аг.щим конденсатором.

5. Нсспедоьёпь! импульсные характеристики КЛЛ мощностью 7, 0, 11 Ьг. Разработана ди^реяциальная математическая модель 1сиьт-а:люрн1а{ характеристик КЛЛ, применимая для электротехнические рдсчегой разнцх схем включения КМ ь широком диапазоне частоты напряжения питания.

6. Разработаны машинные методы электротехнического расчета пускового и рабочего рсаимоь ППРА при работе о КМ. Показано, что погрешность расчетов нэ превышает 7 '/,.

7. Предложена мзтодика согласования пускового и рабочего рр::имов ППРА при работе с КМ. В предложенной мотодпке учитываются диапазоны оптимальны:: значений коэффициентов ш и к основного контура ППРА, что позволяет оптимизировать работу инвертора и основного контура аппарата.

0. Проведены экспериментальные исследования электросЕотовых систем о КМ, показавшие, что по сравнению с электромагнитным полупроводниковый ПРА обеспечивает сокращение потребления электроэнергии на 33 - 40 '/,, повышение световой отдачи системы

на 18 - -20 '/., снижоние спадов во времени светового потока С при нзмэ-рении с ДОИ ) на 2-6 '/., снижение спада освещенности С при кзк-зронин с ППРА) на 7 - 13 '/, , увеличенио срока службы лампы на 20 '/. . Экспериментальные исследования энергоэксномичных ЛЛ мощностью 38 Вт подтвердили целесообразность их применения о ППРА, позволили усовершенствовать ППРА и дать рекомендации к процессу изготовления аппаратов.

9. Основные результаты диссертационной работы реалтоо-ваны в следующих разработках:

- ППРА типа 2К40А57-001, 1К22А57-002 и 1П40АБЗ-С01, выпускаемые ВНИСИ;

- ППРА типа 1К11А57-001, выпускаемый ЛЗЭИ для энергсзконо-мичкых светильниксз местного и комбинированного освещения;

- ППРА типа 1К22А57-001, осваиваемые КЗТЗ.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Шахпарунякц А. Г. Электрический расчет сотэвого эя^ктрс-пг--нитного фильтра на ЭВМ, Род. з. Светотехника, И;

1989, деп. в Илформэлектро 24.02.89, N 66-эт89.

2. Георгобиани С. А., Михалева Л. А. , Пахпаруияиц А. Г. Электронный ПРА для одноламповых светильников местного освощения. Светотехника, N10, 1999, с.11-12.

3. Краснопольский А.Е. , Гснчзр В. В., Шахпарунякц А. Г. Математическая модель электрической дуги з пзра:; ртути. Тематический сборник научных трудов МСиС "Нздолнровгниэ электроэнергетических процессов металлургических установок".

И; 1939, "Металлургия", с. S9--16.

4. Клыков М. Е. , Георгобиани С. А, , Пахпарунянц А. Г. , Сорочтсика Г.П. Устройство для питания люминесцентной лампы. Авторское свидетельство СССР П 1483434.

3. ¡Стыков М.Е. , Георгобиани С.А. , Спирин A.A., Ссрочкнна Г.П. , Шахпарунянц А.Г. Устройство для включения люминесцентной лампы. Авторскоо свидетельство СССР N 1334763.

- гг. -

Ü, Клыков Л4 £. , l'eoprodttciHU С. А. , Красиопольский А.Е. , Ш^кпарунянц А.Г. Устройство для включения люминесцентных ламп. ■Нолохитольноо .р&к-кие Ш1Г1В от 24.04.91 на выдачу авторского свидетельства ССОР со эааько Н 4791472/07 C1S3947) от 2S.12.89.

7.Георгобиани С.А., Шахларунянц А.Г. 0 результатах экспериментальны«: исследований компактных люминесцентных ламп. Тезисы доклада Всесоюзного научно-исследовательского симпозиума по газоразрядным источникам света. Полтава, 13 - 18 октября 1991.

А игор; tfLUgd--f/

Ротапринт BlllICil Üuitaiifi; 263 Тиран 10ü экз.