инж. Галя Вескова Георгиева-Таскова

Моделиране режимите на работа на разрядни лампи в електрически вериги

Професионално направление: 5.2. Електротехника, електроника и автоматика и докторска програма “Теоретична електротехника”

АВТОРЕФЕРАТ на

ДИСЕРТАЦИЯ за присъждане на образувателна и научна степен

„ДОКТОР“

НАУЧНИ РЪКОВОДИТЕЛИ: Доц. д-р инж. Симона кирилова Филипова-Петракиева

Доц. д-р инж. Захари Александров Иванов

НАУЧНО ЖУРИ: 1. Проф. д-р инж. Валери Марков Младенов – рецензия 2. Доц. д-р инж. Галина Петкова Чернева – рецензия 3. Проф. д-р инж. Стоян Делев Стоянов – становище 4. Доц. д-р инж. Георги Александров Тошев – становище 5. Доц. д-р инж. Симона Кирилова Филипова-Петракиева – становище

СОФИЯ, 2014 г.

Дисертационният труд е изложен на 133 стр., включително 62 фигури и 22 таблици. Списъкът на използваната литература съдържа 86 заглавия.

Защитата на дисертационния труд ще се състои на 08.05.2014 г. от 17 часа в зала 2140 на заседание на НАУЧНО ЖУРИ в състав:

1. Проф. д-р инж. Валери Марков Младенов – председател 2. Доц. д-р инж. Симона Кирилова Филипова-Петракиева – секретар 3. Проф. д-р инж. Стоян Делев Стоянов – член 4. Доц. д-р инж. Георги Александров Тошев – член 5. Доц. д-р инж. Галина Петкова Чернева – член Резерви: 1. Доц. д-р инж. Стефчо Георгиев Гунински 2. Доц. д-р инж. Петко Христов Стоянов

Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в каб. 2215 ж.

Автор: инж. Галя Вескова георгиева-Таскова Заглавие: Моделиране на режимите на работа на разрядни лампи в електрически вериги Технически редактор: Тираж: 30 броя Излиза от печат на .............. Печатна база на Технически университет - София

2

I. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Актуалност на проблема След въвеждане на нов стандарт за ефективна стойност на захранващото

напрежение 230 V все още във фирмените каталози на различните производители (водещи и по-слабо известни на пазара) липсват данни за стойностите на параметрите на основните елементи, които се включват в електрическите вериги, за да се осигури нормална работа на разрядните лампи (РЛ) – индуктивност на електромагнитния дросел, капацитет на компенсиращия кондензатор и капацитет на баластния кондензатор.

Отчитайки спецификата на българския пазар, свързана с внос на лампи от различни производителни, съществува потенциална възможност те да са „опасни“ за останалите устройства в мрежата, тъй като генерират ВЧ смущения, превишаващи стандартите за ЕМС. От друга страна силно несинусоидалният общ ток във веригата (с пик в началото на всеки полупериод) може значително да съкрати срока на експлоатация на лампата, което води до напразно изразходвани финансови средства за нейното закупуване.

Гореизложените факти обуславят актуалността на изследваните в настоящия дисертационен труд проблеми.

Цели и задачи на дисертационния труд Целта на дисертационния труд е: да се определят оптимални и желани

стойности на елементите в електрическите вериги за осигуряване на нормална работа на РЛ при захранващо напрежение с ефективна стойност 230 V и да се изследват представители на най-новото поколение енергоспестяващи лампи (компактни луминесцентни лампи - КЛЛ и безелектродни лампи - БЛ) по отношение на продължителността на експлоатацията им и електромагнитната им съвместимост при работа с други електрически устройства в мрежата, в зависимост от мястото им на производство.

Реализацията на тази цел изисква решаване на следните задачи: Задача 1: Да се прогнозира стойността на осветеността на единица площ при

промяна на захранващото напрежение. Задача 2: Да се определи желаната стойност на капацитета Ск на компенсиращия

кондензатор в електрическата верига, осигуряващ подобряване на коефициента на мощността cos φ в нея.

Задача 3: Да се намери големината на индуктивното съпротивление Lдр. на електромагнитен дросел, осигуряващ нормална работа на РЛ.

Задача 4: Да се изчисли оптималната стойност на капацитета СБ на баластния кондензатор, осигуряващ коефициент на мощност cos 0,9ϕ ≥ и елиминиращ ефекта на “мигане” на РЛ по време на нейната нормална работа.

Задача 5: Да се изследват относно електромагнитна съвместимост и продължителност на експлоатация на най-новото поколение енергоспестяващи РЛ – КЛЛ и БЛ на различни производители.

Задача 6: Да се предложи класификация на различните светлинни източници от гледна точка на техните електрически показатели.

Забележки:

3

1. Във всяка от задачите 1, 2, 3 и 4 към РЛ е свързана ПРА, използваща електромагнитен дросел.

2. Във всяка от задачите 5 и 6 към РЛ е свързана ЕПРА. 3. Така формулираните задачи трябва да бъдат решение за РЛ – и по-специално

за различни модели метал-халогенни лампи (МХЛ), натриеви лампи високо налягане (НЛВН), луминесцентни лампи (ЛЛ) и компактни луминесцентни лампи (КЛЛ).

Методи за изследване При спазване на новия стандарт на захранващото напрежение (с ефективна

стойност 230 V) са изчислени: 1. Стойността на капацитета Ск на компенсиращия кондензатор, осигуряващ

подобряване на коефициента на мощност cos 0,9ϕ ≥ . 2. Стойността на капацитета СБ на баластния кондензатор, елиминиращ

„мигането“ на ЛЛ и КЛЛ по време на работата им. Извършени са експериментални изследвания на изменението на захранващото

напрежение и на общия ток в електрическата верига във времевата и в честотната области за КЛЛ и БЛ, по отношение на стандартните изисквания за електромагнитна съвместимост (ЕМС) и са предложени препоръки за техния монтаж с цел намаляване на генерираните от тях високочестотни (ВЧ) смущения към мрежата.

Научна новост Предложени са аналитични изрази, апроксимащи зависимостта на светлинния

поток от захранващото напрежение чрез полином и чрез показaтелни функции, осигуряващи относителна грешка 1 %ε < . Те са програмно реализирани в среда на Matlab. Определена е оптимална стойност на индуктивността на дросел чрез симулации посредством програмния продукт ORCAD PSpice, която е по-точна от съответната, изчислена на базата на съществуваща в литературата методология.

Сведение за използване на приносите на дисертационния труд Резултатите от дисертацията са публикувани в 5 статии, отпечатани в Годишника

на Технически университет – София, като 3 от тях са представени и на научни конференции в България с международно участие.

Структура и обем на дисертационния труд Дисертационният труд е оформен в увод, 4 глави, заключение, приноси и 3

приложения. Използваните литературни източници са обединени в общ списък, включващ 86 заглавия. Приложен е списък с авторските публикации, които са 5 на брой. Дисертацията е изложена в 133 стр., в това число 62 фигури и 22 таблици. Означенията на формулите, фигурите и таблиците в автореферата са както в дисертацията.

В приложение 1 на дисертацията е предложена подробна класификация на изкуствените светлинни източници (разделени в 3 класа - нажежаеми лампи, разрядни лампи, светодиоди) в зависимост от техните електротехнически параметри (активна мощност на лампата, осветеност (респ. захранващо напрежение) и др.), тъй като до момента в литературата съществуват различни класификации, където лампите се оценяват в зависимост от различни светлотехнически показатели (температура на лампата, коефициент на цветопредаване, осветеност и др. В дисертацията се анализира поведението на различни РЛ – МХЛ, НЛВН, ЛЛ, КЛЛ и БЛ. В Приложение 2 са 4

обобщени основни проблеми, свързани с електромагнитната съвместимост (поява на висши хармоници) при работа на устройства в реална среда. В Приложение 3 е предложена програмна реализация среда на Matlab на апроксимациите на осветеността във функция от захранващото напрежение с полином и с показателни функции.

II. СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

ГЛАВА 1: ПРОБЛЕМИ ПРИ СВЕТЛИННИТЕ ИЗТОЧНИЦИ Разрядните лампи (РЛ) са нелинейни пасивни елементи с падаща волт-амперна

характеристика (ВАХ), поради което те не могат да се свързват директно към електрическата мрежа, а задължително последователно на тях се поставя токоограничаващо устройство, наречено пуско-регулираща апаратура (ПРА). Тя може да бъде реализирана чрез електромагнитен дросел или посредством електронен баласт (ЕПРА). Основните проблеми, които възникват при двата типа ПРА са следните:

1. Проблеми при ПРА, реализирана чрез електромагнитен дросел: • Влошаване на светлотехническите показатели на РЛ лампи от промяната на захранващото напрежение.

При работа на РЛ със захранващо напрежение по-високо или по-ниско от номиналното, могат да се появят различни отрицателни ефекти.

След 2008 г. страните от европейския съюз приеха последната поправка на стандарта Standard EN 50160 - Voltage Characteristics in Public Distribution Systems, според който ефективната стойност на номиналното мрежово напрежение е 230 V при честота 50 Hz. В България е валиден стандартът БДС EN 50160-2010 [11], съгласно който се допускат до ± 10 % кратковременни отклонения на напрежението (респ. от 207 до 253 V). В английския и немския вариант на EN 50160 се препоръчва отклоненията в напрежението да са от (- 10 %) до (+ 6 %) от номиналното.

Поради увеличаването на захранващото напрежение над номиналното за баласта рязко нарастват мощността на комплекта лампа + баласт и разхода на електроенергия, при което се увеличава риска от пожар. В този случай времето на безотказна работа на РЛ и на баласта значително намалява. Цветната температура е по-ниска и светлината е с по-топъл цвят [9].

В системите за улично осветление, например, напрежението върху системата баласт - лампа може да се понижи под номиналното, ако осветяваната улица е много дълга [10]. В този случай напрежението върху лампата в началото на улицата и това – върху лампата, разположена в края на улицата, е различно, т.е. последното е по-ниско от 230 V. Понижаването на захранващото напрежение е причина за намаляване на светлинния поток и яркостта, както и за увеличаване на цветната температура на лампите [9,10,12,13]. Установяват се значителни намаления на светлинния поток на НЛВН и МХЛ, дори когато отклонението на напрежението е в допустимите от стандарта граници. По тази причина при тези условия се препоръчва РЛ да не работят с дросели, а да използват ЕПРА.

Тъй като понижаването на захранващото напрежение в системите за улично осветление е доста често срещана реална ситуация, е необходимо да се изследва промяната на светлинния поток на лампата (Фл, lm) във функция от нейното захранващо напрежение (Uзахр., V). 5

• Намаляване на коефициента на мощността cos ϕ при включване на електромагнитен дросел.

В съвремената теория е прието да се използва понятието “фактор на мощност” (λ, Power factor), който отчита хармоничните изкривявания вместо “коефициент на мощност“ - cos ϕ . В практиката мрежовото напрежение се доближава до синусоидална форма. В този случай консумираната активна мощност е: P = UN.IN.cosϕ.

Забележка: С UN и IN са означени съответно ефективните стойности на основния хармоник на захранващото напрежение и на входния за изследваната електрическа верига ток.

Това означава, че IN е определящ за тази мощност. Висшите хармоници на входния ток не оказват влияние върху мощността на лампата и баласта, но те дават своя дял върху загубите на мощност в проводниците и това влияе при определянето на минималното сечение на електрическите инсталации. Ако формата на захранващото напрежение не е чисто синусоидална, то допълнително мощност ще се разсейва в лампата и в активното съпротивление на баласта. В практиката при високочестотните лампови вериги cos ϕ е над 0.95. За определяне фактора на мощност имат значение ъгълът на дефазиране между захранващото напрежение и входния ток, и общите хармонични изкривявания. Ако мрежовото напрежение е синусоидално, то факторът на мощност λ се определя от израза:

2

cos1 THD

ϕλ =+

, (1.5)

където THD е коефициент на хармонични изкривявания и е равен на

2 2( ) ( )

1 12 2(1) (1)

n

k kk k

X XTHD

X X

∞

= == ≈∑ ∑

, (1.5а)

Електрическата схема на работа на системата РЛ + електромагнитен дросел с индуктивност L е показана на фиг. 1.13а.

Фиг. 1.13а. Схема на системата РЛ + дросел – без компенсация

Очевидно е, че в този случай токът през лампата и този през източника на про-менливо електродвижещо напрежение ( )( ) ( ) .sin ,

NN Nm ue t u t u t Vω ψ= = + са равни, т.е.

( )( ) ( ) .sin ,NL N Nm ii t i t i t Aω ψ= = + . Нека фазовата разлика между и е

означена с ( )Nu t ( )Ni t

N Nu iϕ ψ ψ= − . Еквивалентната електрическа верига в комплексна форма има вида:

6

L

U

ZЛ

N

I = IN L

K+

RZ

Фиг. 1.13б. Еквивалентна комплексна схема на системата РЛ

В този случай балансът на комплексните мощности във веригата ще има вида (фиг.1.13в.), където ; ; U - ефективна стойност на захранващото напрежение;

Г КS S= . jГ Г К К КS е S S P jQϕ = = = + N

NI - ефективна стойност на тока в електрическата верига; ЛP - активна мощност, изразходвана в лампата; LQ - реактивна мощност, отделена в

дросела. . . j

N N Л LU I e P jQϕ = + , (1.6)

Re

Im

O

ϕ

SQ

P

Фиг. 1.13в.

Забележка: Тъй като активното съпротивление на дросела RL е на порядъци по-

малко от това на лампата RЛ, то то се пренебрегва, т.е. L Л 0LR R R<<< ⇒ ≈(

. Тогава лампата може да се разглежда като активно съпротивление със стойност )250 300÷ Ω , което не влияе върху cos ϕ съответно в некомпенсираната и в компенсираната електрическа верига.

От (1.6) следва, че L

Л

QtgP

ϕ = ., (1.6а)

респ. 2

1cos1 tg

ϕϕ

=+

. (1.6б)

Забележка: Изчисленият посредством зависимостите (1.6а) и (1.6б) ъгъл ϕ ще се бележи с ϕ e (естествен), което ще означава, че е определен на базата на експериментални измервания.

В практиката 0.3 cos 0.6eϕ≤ ≤ , което е в резултат на загубите на реактивна мощ-ност в дросела. За да се подобри коефициентът на мощността във веригата се включва компенсиращ кондензатор.

• Протичане на голям ток през РЛ при липса на електромагнитен дросел в електрическата верига.

ВАХ на РЛ е с падащ характер. Затова при променлив ток тези лампи работят само чрез последователно включено баластно устройство, ограничаващо тока в нормални граници.

7

На показаната електрическа верига (фиг.1.14.), последователно на анализираната РЛ е включен електромагнитен дросел (бобина с индуктивност Lдр и активно съпротивление Rдр ) с цел стабилизация на режима на работа на лампата (осигуряване на ток през нея със зададена ефективна стойност Iл).

Фиг. 1.14. Схема на системата разрядна лампа с дросел

Напрежението върху РЛ с несинусоидална форма (вж.фиг. 1.15.а и 1.15.б), съответно за ЛЛ и НЛВН.

Фиг. 1.15.а Фиг. 1.15.б

Стойността на активното съпротивление на дросела се определя като:

2

Л

дрдр

PR

I= , (1.7)

където Pдр и Iл са каталожни данни. Стойността на индуктивността на бобината Lдр е толкова по-близка до

действителната, колкото съответната апроксимация на нелинейната характеристика на напрежението върху лампата ( )л лU U t= е по-близка до определената по експериментален път.

• Наличие на пулсации на излъчения светлинен поток от РЛ („мигане“) и ниска стойност на коефициента на мощността cos ϕ във веригата.

Запалване на ЛЛ се осъществява ПРА, реализирана най-често чрез индуктивен или индуктивно-капацитивен баласт. Схемата на ПРА, реализирана с индуктивен баласт, е показана на фиг. 1.16.а, а тази на ПРА, реализирана с индуктивно-капацитивен баласт е изобразена на фиг. 1.16.б.

8

Фиг. 1.16.а. Електрическа схема на ЛЛ + индуктивен баласт

Фиг. 1.16.б. Електрическа схема на ЛЛ + индуктивно-капацитивен баласт

И в двата случая процесът на запалване на ЛЛ по същество е един и същ. Стойността на пусковия ток през лампата се определя от пълното съпротивление на баласта и електродите на ЛЛ, а работният ток през нея зависи от пълното съпротивление на баласта и съпротивлението на ЛЛ. Винаги пусковият ток трябва да бъде по-голям от определена минимална стойност, което да осигури нейното запалване дори при режим на хладни или недостатъчно нагрети електроди. Едновременно с това големият пусков ток съкращава живота на лампата и води до недопустимо нагряване на намотката на дросела. Поради тези съображения обикновено ЛЛ се произвеждат за пусков ток, който е ( ) пъти от номиналния 0.9 2÷ .Л номI [79].

На фиг. 1.17. са показани следните ВАХ: 1 - на бобината L; 2 - на индуктивен баласт и ЛЛ и 2’ - на индуктивно-капацитивен баласт и ЛЛ.

Фиг. 1.17. ВАХ на: бобина L - 1, индуктивен баласт + ЛЛ - 2, индуктивно-

капацитивен баласт + ЛЛ – 2’

От тях се вижда, че в работен режим при достигане на стойност на захранващото напрежение пусковият ток при индуктивен баласт

.рабU

1I е по-голям от този – 9

при индуктивно-капацитивен баласт 2I , т.е. 1 2I I> . За да се увеличи стойността на 2I във веригата на стартера се включва допълнителна бобина с индуктивност

.пускL (съгласно фиг. 1.16.б), при което ВАХ на баласта се премества вдясно – графика 2’ спрямо графика 2 от фиг. 1.17. и пусковият ток през ЛЛ

2

'1 2I I I> > .

2. Проблеми при ЕПРА: • Поява на хармоници вследствие на външни ВЧ смущения Този вид ВЧ смущения постъпват на входа на електрическата верига чрез

захранващото мрежово напрежение, т.е. те са генерирани от външни за нея ВЧ източници. Тяхното влияние върху токовете и напреженията в електрическата верига е значително и е от съществено значение. Един от начините за тяхното ограничаване (а в някои случаи и напълно подтискане) е чрез осигуряване на правилен монтаж и опроводяване на разрядните лампи и използваните към тях ЕПРА в изследваната електрическа верига. Необходимо е при конструиране на осветителите да се спазват основни правила, които са съобразени със стандартите за ЕМС, дефирани от Международната електротехническа комисия IEC, относно следните величини, характеризиращи ВЧ сигнали: - коефициент на хармонични изкривявания (Total Harmonic Distortion = THD)

2 2( ) ( )

1 12 2(1) (1)

n

k kk k

X XTHD

X X

∞

= == ≈∑ ∑

- коефициенти на хармониците:

( )

( )

(1)

.100, %r k

kХ

XK

X=

• Генериране на ВЧ смущения към мрежата. Вторият тип ВЧ смущения се създават от елементи в електрическата верига, които

са с нелинейна ВАХ. Те се разпространяват чрез въздуха и чрез проводниците.

- чрез въздуха – смущенията се излъчват в околната среда и работните им честоти са в диапазон 9 кHz ÷ 1 GHz .

РЛ излъчват не само във видимата част на спектъра, но генерират високочестотна енергия и в радиочестотния спектър. Това предизвиква смущения в електронните устройства като компютри, телевизори и радиоприемници.

Фиг. 1.18. Радиочестотен спектър

Този вид ВЧ смущения няма да бъдат обект на анализ в дисертацията.

10

- чрез проводниците смущенията преминават в електроснабдителната мрежа. Този вид смущения се разделят на:

галванични хармонични изкривявания в електрическата мрежа (0 ÷ 2 кHz) – те се причиняват от токоизправителите и електролитните кондензатори. В електромагнитната система хармоничните смущения са в резултат на нелинейната форма на напрежението върху лампата [24].

проводими смущения (RFI, 9 кHz ÷ 2 MHz) – те се причиняват от превключващи уреди и от високочестотни сигнали.

При включване на ПРА, реализирана чрез електромагнитен дросел, се появяват нечетни висши хармоници на тока през лампата вследствие на хистерезисната крива на бобината. С помощта на зависимостта между напрежението върху дросела и на тока през него, който всъщност е и ток през РЛ, могат да се определят хармониците в резултатния ток. А именно те са само нечетни и с достатъчна точност могат да се отчитат само тези до 7-ми хармоник, тъй като импендансът на бобината е по-висок за високите честоти след 7-ми хармоник.

Анализът на висши хармоници, възникнали във вериги с РЛ и ПРА, базирана на електромагнитен дросел, няма да се разглеждат в дисертацията.

Наличието на ЕПРА, последователно свързана на РЛ, е предпоставка за поява на висши хармоници на тока през нея. Тъй като и ВАХ на РЛ е нелинейна, то при синусоидално захранващо напрежение – напрежението и токът пред РЛ ще имат несинусоидален характер (фиг. 1.20.), [6].

Фиг. 1.20. Мрежово напрежение, ток през РЛ, напрежение върху РЛ

Напрежението върху лампата може да се разглежда като правоъгълен импулс (с достатъчна точност може да се пренебрегне тази част от него, която съдържа пик по време на запалване на РЛ), който разложен в ред на Фурие съдържа основен хармоник и голям брой нечетни хармоници.

Напрежението през ЕПРА е разлика между векторите на захранващото мрежово напрежение (което е синусоидално, т.е съдържа само основен хармоник) и напрежението върху лампата. По този начин хармониците във тока през лампата се появяват в напрежението на ЕПРА. Тогава токът през ЕПРА се определя от съответните нечетни хармоници, а четните - не присъстват.

ГЛАВА 2: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОБЛЕМИТЕ, ВЪЗНИКВАЩИ ПРИ РЛ И ПРА -

ЕЛЕКТРОМАГНИТЕН ДРОСЕЛ 2.1. Изследване на зависимостта на светлинния поток на разрядни лампи от

промяната на захранващото напрежение [13] За ефективно използване на електроенергията за осветление и намаляване на

разхода за повредени лампи се налага да се стабилизира захранващото напрежение на осветителите. За да се постигне това обаче е необходимо да може да се прогнозира

11

изменението на излъчения от лампата светлинен поток в зависимост от промяната на захранващото напрежение. По тази причина в настоящата глава се предлага следното решение на този проблем.

Експериментално са измерени зависимостите на светлинния поток на РЛ (Фл,lm) във функция от захранващото напрежение (Uзахр.,V). Резултатите от тези измервания са интерполирани чрез полином и чрез показателна функция, тъй като в тези два случая грешките от апроксимация между прогнозираните резултати и измерванията са под 1 %.

Изследванията са направени върху схемата от фиг. 2.1.

V

A W

V

VL

~230V

N

K1

C k

ДрЗУ

L

Фиг. 2.1. Схема на свързване на НЛВН и МХЛ

Захранващото напрежение от мрежата се подава към консуматора през понижаващ автотрансформатор. Последният намалява амплитудата на синусоидата и напрежението на изхода му е по-малко от номиналното захранващо. Това води до намаляване на активната мощност на лампата в сравнение със случаите на използване на стандартните баластни схеми.

По време на измерванията всяка изследвана лампа е поставена във фотометрично кълбо (с коефициент на кълбото Кк = 1.79, lm/lx, определен с еталонна лампа Osram delux mat с л , л100,P W= 0.456,I A= , л 220,U V= , л 1232, lmΦ = ). Светлинният поток на лампата (Фл) е определен чрез измерване на осветеността на кълбото и числено е равен на: Фл = S . Ек , където S е площта на кълбото.

Изследвани са НЛВН с мощности 250 и 400 W (Таблици 2.1 и 2.2), МХЛ с мощност 400 W (Таблица 2.3), ЛЛ с мощност 36 W (Таблица 2.4) и НЛ с мощност 100 W (Таблица 2.5) – вж. дисертацията.

На базата на експерименталните резултати са построени графиките на за всяка от анализираните РЛ с Microsoft Excel (вж. фиг. 2.2). .( )к заE f U= хр

050001000015000200002500030000

190 210 230 250

к

захр.

к захр.

НЛВН ‐ 400 W

НЛВН ‐ 250 W

МХЛ ‐ 400 W

ЛЛ ‐ 36 W

НЛ ‐ 100 W

Фиг. 2.2. Зависимост на Ек = f (U захр) за различни видове разрядни лампи

12

Аналитични апроксимации на експерименталните резултати След обработка на експерименталните резултати относно , се

стигна до извода, че най-подходящо е тази зависимост да се интерполира с полином от n-ти ред. Редът на полинома зависи основно от желаната точност на интерполация. В случая чрез тази апроксимация се осигурява предварително зададена относителна грешка е

. .( )апрокс захрE f U=

1 %ε ≤ . Изпитванията са проведени при промяна на захранващото напрежение от

( ) до ( ) от 220 V, т.е. 12 %− 12 %+ .195 245захрV U V≤ ≤ през 5 V, което определя m = 11 базови точки на измерване.

• Интерполацията с полином има вида [5,13]: 2

. 0 1 2 ... nапрокс nE a a x a x a x= + + + + . (2.1)

Без да се намалява общността на разглежданията може да се приеме, че редът на полинома n = 3, тъй като коефициентите в (2.1) са с няколко порядъка по-малки от и могат да се пренебрегнат.

4 5, ,..., na a a0 1 2 3, , ,a a a a

• Интерполацията с показателни функции има вида: . (2.2) 2

. 0 1 2 ... при основа 1.02x x nxапрокс nE a a r a r a r r= + + + + =

Изборът на основа на показателната функция xr - 1.02r = е направен по следните съображения. Имайки предвид растящия характер на функциите ( ).к заE f U= хр (фиг. 2.2), следва, че r > 1, но отчитайки факта, че всяка от тях се изменя много плавно, може да се направи заключението, че стойността на r е близка до 1. Окончателната стойност за - е получена на базата на множество симулации с Matlab, при които е избрана тази стойност за r , която огигурява средноквадратична грешка между измерените и прогнозираните резултати

1.02r =

1 %ε < , която е потвърдена от резултатите в Таблици 2.6 и 2.7.

Без да се намалява общността на разглежданията може да се приеме, че редът на полинома е n = 4, тъй като коефициентите в (2.2) са с няколко порядъка по-малки от и могат да се пренебрегнат.

5 6, ,..., na a a0 1 2 3 4, , , ,a a a a a

Забележки: 1. Във ф-ли (2.1 и 2.2) под променливата х се има предвид .захрU . 2. Програмната реализация на така предложените апроксимации с

полином (2.1) и с показателни функции (2.2) в среда на Matlab, както и резултатите от симулациите са дадени в ПРИЛОЖЕНИЕ 3 на дисертацията.

Стойностите на съответните коефициенти при всяка от апроксимациите за изследваните лампи са посочени съответно в Таблици 2.6 и 2.7. Те са определени на базата на метода на най-малките квадрати при минимизиране на средноквадратичната грешка, т.е.:

( ) ( )( )2

. к1

_ mm

апроксs

ERROR SQR E s E s=

= −∑ in→ . (2.3)

13

При така определените коефициенти в апроксимиращия полином относителната грешка между интерполираните и експериментално измерените данни е изчислена съгласно формулата:

( ) ( )

( ). к

1 к

.100, %m

апрокс

s

E s E sE s

ε=

−= ∑ . (2.4)

Резултати от апроксимацията чрез полином Таблица 2.6 лампа а0 а1 а2 а3

ε %

Δ Υ %

Δ Ε %

НЛВН 250 W 524136.643 -7211.519 32.918 -0.0490 0.960 10 29.452

НЛВН 400 W 73221.189 -1052.934 5.0200 -0.0061 0.636 10 27.550

MХЛ 400 W 79070.676 -1144.169 5.514 -0.0074 0.172 10 27.084

ЛЛ 36 W 11531.501 -160.2791 0.767 -0.0011 0.291 10 19.314

НЛ 100 W 2481.5105 -31.29743 0.123 -0.0001 0.445 10 31.775

Резултати от апроксимацията чрез показателни функции Таблица 2.7 лампа а0 а1 а2 а3 а4 ε, % Δ Υ, % Δ Ε, % НЛВН 250 W 14775.4 -557.1 11.19 -0.08074 0.2028.10-3 0.791 10 29.125

НЛВН 400 W -16116.2 1208.71 -18.05 0.139 - 4.10-4 0.41 10 27.0977

MХЛ 400 W 381.75 263.23 -1.2 0.00364 - 6.058.10-6 0.18 10 27.0513

ЛЛ 36 W 749.2 -2.17 0.28 -0.0026 7.57.10-6 0.27 10 19.386

НЛ 100 W 208.6 -3.46 0.17 -0.00142 3.98. 10-6 0.45 10 31.839

2.2. Определяне на стойността на капацитета СК на компенсиращия

кондензатор с цел подобряване на коефициента на мощността cos ϕ [83] Необходимото условие за ограничаване на тока през РЛ по време на тяхното

запалване, разгаряне и работен режим е включването на ПРА в електрическата верига. Ако ПРА е реализирана чрез електромагнитен дросел, се влошава коефициента на мощност във веригата ( 0.3 cos 0.6eϕ≤ ≤ ) вследствие увеличаването на реактивната мощност в нея. Той може да бъде повишен чрез включване на компенсиращ кондензатор във веригата, паралелно на захранващото напрежение. В т. 1.2.2. (Глава 1) бе дефинирана тази задача. От схемата на системата разрядна лампа + ПРА електромагнитен дросел – без компенсация (фиг. 2.3.а), може да се направи извода, че

L

Л

QtgP

ϕ = , респ. 2

1cos1 tg

ϕϕ

=+

. (2.5)

14

Фиг. 2.3.а. Схема на с-мата (РЛ + електромагнитен дросел) – без компенсация

Забележка: Както бе посочено в т. 1.2.2. от Глава 1 изчисленият по този начин ъгъл ϕ ще се бележи с ϕ e и е определен чрез експериментални измервания.

Поради факта, че обикновено 0.3 cos 0.6eϕ≤ ≤ , вследствие на загубите на реактивна мощност LQ в дросела, е необходимо неговото повишаване с цел постигане на по-ефективна работа на електрическата верига. Последното се постига чрез включване на компенсиращ кондензатор във веригата, паралелно на захранването. Съответната електрическа схема е показна на фиг. 2.4.а.

Фиг. 2.4.а. Схема на с-мата (РЛ + електромагнитен дросел) – с компенсация

За нея L

Л

Q QtgP

ϕ C−= , респ.

2

1cos1 tg

ϕϕ

=+

(2.7)

Забележка: Изчисленият посредством формули (2.7) ъгъл ϕ ще се бележи с ϕ ж (желан), тъй като той гарантира предварително зададен (желан) коефициент на мощността – например: cos 0.95жϕ = . От зависимостите (2.5) и (2.7) следва, че ж etg tgϕ ϕ< и тъй като tg е растяща функция, може да се запише: ж eϕ ϕ< . Но 0 0 00 90 и 0ж е

090ϕ ϕ< < < < , а cos е намаляваща функция (за ъгли в първи квадрант), следователно: cos cosж eϕ ϕ> .

Забележка: За всяка електрическа верига е изпълнено 0 00 90ϕ< < (респ. 0 cos 1ϕ< < ), за който са в сила и горепосочените твърдения.

Векторни диаграми на токовете в некомпенсираната и в компенсираната верига

Векторните диаграми на токовете в електрическите вериги от фиг. 2.3.а и фиг. 2.4.а показват дефазирането на величините една спрямо друга и по-специално нама-ляването на ъгъла ϕе до ϕж (т. е. дефазирането между синусоидите на захранващото променливо напрежение и захранващия ток от източника).

15

Електрическа верига без компенсация Параметрите на веригата от фиг. 2.3.а в комплексна форма са:

. . , ,u uN N

Л

j jN Nm N L R ЛU u e U e Z j L Z Rψ ψ ω= = = = ,

откъдето се определя комплексната стойност на тока във веригата, като:

( )( / )2 2 2 2 2 2

. . .u uN N

u еN

Л

Л Л Л

j jjN N N N

N L jarctg L RL R Л

U U е U е UI I еZ Z R j L eR L R L

ψ ψψ ϕ

ωω ω ω−

= = = = =+ + + +

(2.8)

Забележка: За опростяване на анализа без да се намалява общността на изследванията се приема, че 00

Nuψ = . В противен случай диаграмата се завърта на ъгъл

Nuψ спрямо началото на координатната система. Съответната векторна диаграма е показана на фиг. 2.5.

Електрическа верига с компенсация Параметрите на електрическата верига от фиг. 2.4.а в комплексна форма са:

( )0

0

90

90

. . . . .1

u uN NuN

j jjN N

C N k NjC

k

U U е еI U C U C еZ ej

C

ψ ψψ

ω ω

ω

+

−= = = =

−k . (2.9)

Отново, използвайки допускането за 00Nuψ = , обосновано с предхождащата забележка,

се определя: . (2.9а) 090. . .iC

j jC C N kI I е U C еψ

ω= =Съответно за тока през лампата се получава:

( )( / )2 2 2 2 2 2 2 2 2

. . .u uN N

u еN е

Л

Л Л Л Л

j jj

. jN N N N NL jarctg L R

L R Л

U U е U е U UI е еZ Z R j L eR L R L R L

ψ ψψ ϕ ϕ

ωω ω ω− −= = = = =

+ + + + ω+, (2.10)

Тогава изразът за общия ток добива вида:

090

2 2 2

(2.9 ). . .

(2.10 )

e

Л

jj NN C L N k

aUI I I U C е

R Laе ϕω

ω−= + = +

+, (2.11)

т.е. . ,жjN N ж еI I е ϕ ϕ ϕ−= < . (2.11а)

Съответната векторна диаграма е показана на фиг. 2.6.

ReO− ϕ

I = I

Im

e

L N

UN

Re

− ϕ

Im

e

UN

IL

− ϕж

IC

IN

IC

D

A

B

E

O

O

Фиг. 2.5. Векторна диаграма на захранващото напрежение

и тока в електрическата верига без компенсация

Фиг. 2.6. Векторна диаграма на захранващото напрежение и тока в електрическата верига с компенсация

16

Определяне на капацитета на компенсиращия кондензатор

От фиг. 2.6 се вижда, че при включване на компенсиращ кондензатор в електри-ческата верига се получава по-малък ъгъл на дефазиране ϕж между входното напрежение и общия ток във веригата в сравнение с този ϕе – за веригата без компенсация, т.е.

00 90 cos cosж e ж eϕ ϕ ϕ≤ < ≤ ⇔ > ϕ . (2.12) Максимална компенсация се постига при cos 1жϕ = (респ. ϕж = 00), което е изпъл-

нено тогава и само тогава, когато са равни отсечките: OD AE= . (2.13а)

Балансът на комплексните мощности за некомпенсираната и за компенсираната електрическа верига има вида: , (2.15а) .некомп

Г Л LS P j= + Q

C . (2.15б) .компГ Л LS P jQ jQ= + −

След проектиране на комплексното уравнение (2.15б) върху ординатната ос на комплексната равнина се получава: . .Г ж Г eP tg P tg QCϕ ϕ= − (2.16а) откъдето капацитетът на компенсиращия кондензатор се изчислява по формулата:

( ) 62

..10 ,

2 .Г e ж

kN

P tg tgC

f Uϕ ϕ

Fμπ

−= . (2.17)

Изчисляване на Ck за различни модели НЛВН, МХЛ и ЛЛ Прилагайки разгледаната по-горе методика са анализирани различни модели

НЛВН, МХЛ и ЛЛ при захранващо напрежение с ефективна стойност UN = 230 V. За всяка от тях е изчислен Ck чрез ф-ла (2.17) при cos 0.95жϕ = . Получените резултати са дадени в Tаблици 2.8а, 2.9а и 2.10а. Резултатите са сравнени със съответните, които са пресметнати при UN = 220 V (Табл. 2.8б, 2.9б и 2.10б).

Таблица 2.8а. Изследване на НЛВН 50, 70, 100, 150, 250, 400 W Вид лампа Pг, W Pл,

W Iл, А cos(ϕе), -

cos(ϕж), - Cк, μF Cк-, μF

(-10% от Cк) cos(ϕk-),

- Cк+, μF (+10% от

Cк) cos(ϕk+), -

62 50 0.77 0.35 0.95 17.52 15.76 0.87 19.27 0.99 82 70 0.98 0.36 0.95 22.03 19.83 0.87 24.23 0.99

115 100 1.2 0.41 0.95 25.65 23.09 0.88 28.22 0.98 170 150 1.8 0.41 0.95 38.72 34.85 0.88 42.59 0.99 275 250 3 0.39 0.95 65.31 58.78 0.88 71.84 0.99

Натриеви

лампи

високо

налягане

450 400 4.4 0.44 0.95 91.33 82.19 0.89 100.46 0.98

Таблица 2.9а. Изследване на МХЛ 70, 100, 150, 250, 400, 1000 W Вид лампа Pг, W Pл, W Iл,

А cos(ϕе),

- cos(ϕж),

- Cк, μF Cк-, μF (-10% от Cк)

cos(ϕk-), -

Cк+, μF (+10% от Cк)

cos(ϕk+), -

89 70 1 0.38 0.95 22.01 19.81 0.88 24.21 0.99 115 100 1.1 0.45 0.95 22.58 20.32 0.89 24.84 0.98 170 150 1.8 0.41 0.95 38.72 34.85 0.88 42.5958 0.99 275 250 3 0.39 0.95 65.31 58.78 0.88 71.84 0.99 420 400 3.8 0.48 0.95 75.66 68.09 0.90 83.23 0.98

Метал

-халогенни

ламп

и

1065 1000 9.5 0.48 0.95 187.57 168.81 0.90 206.32 0.98

17

Таблица 2.10а. Изследване на ЛЛ 18, 36, 58 W

Вид лампа Pг, W Pл,

W Iл, А cos(ϕе), - cos(ϕж), - Cк, μF

Cк-, μF (-10% от Cк)

cos(ϕk-), - Cк+, μF (+10%

от Cк) cos(ϕk+),

-

30 18 0.37 0.35 0.95 8.40 7.56 0.87 9.24 0.99 46 36 0.43 0.46 0.95 8.72 7.84 0.89 9.59 0.98

Луми

нес

центни

ламп

и

71 58 0.67 0.46 0.95 13.65 12.29 0.89 15.02 0.98

Таблица 2.8б. Изследване на НЛВН 50, 70, 100, 150, 250, 400 W Вид лампа

Pг, W

Pл, W Iл, А cos(ϕе), - cos(ϕж), - Cк,

μF Cк-, μF

(-10% от Cк) cos(ϕk-), -

Cк+, μF (+10% от Cк)

cos(ϕk+), -

62 50 0.77 0.37 0.95 18.06 16.26 0.88 19.87 0.99 82 70 0.98 0.38 0.95 22.69 20.42 0.88 24.96 0.99

115 100 1.2 0.44 0.95 26.30 23.67 0.89 28.93 0.99 170 150 1.8 0.43 0.95 39.71 35.74 0.89 43.69 0.99 275 250 3 0.42 0.95 67.06 60.36 0.89 73.77 0.99

Натриеви

лампи

високо

налягане

450 400 4.4 0.46 0.95 93.32 83.99 0.90 102.65 0.99

Таблица 2.9б. Изследване на МХЛ 70, 100, 150, 250, 400, 1000 W Вид лампа Pг, W Pл, W Iл, А cos(ϕе), -

cos(ϕж), - Cк, μF Cк-, μF

(-10% от Cк) cos(ϕk-),

- Cк+, μF (+10%

от Cк) cos(ϕk+),

- 89 70 1 0.40 0.95 22.63 20.36 0.89 24.89 0.99

115 100 1.1 0.48 0.95 23.05 20.74 0.90 25.35 0.98 170 150 1.8 0.43 0.95 39.71 35.74 0.89 43.69 0.99 275 250 3 0.42 0.95 67.06 60.36 0.89 73.77 0.99 420 400 3.8 0.50 0.95 76.96 69.26 0.91 84.65 0.98

Метал

-халогенни

ламп

и

1065 1000 9.5 0.51 0.95 67.06 60.36 0.62 73.77 0.65

Таблица 2.10б. Изследване на ЛЛ 18, 36, 58 W

Вид лампа

Pг, W

Pл, W Iл, А cos(ϕе), - cos(ϕж), - Cк, μF Cк-, μF

(-10% от Cк) cos(ϕk-),

- Cк+, μF

(+10% от Cк) cos(ϕk+), -

30 18 0.37 0.37 0.95 8.66 7.79 0.88 9.53 0.99 46 36 0.43 0.49 0.95 8.89 8.00 0.90 9.78 0.98

Луми

нес

центни

ламп

и

71 58 0.67 0.48 0.95 13.93 12.54 0.90 15.32 0.98

2.3. Изводи 1) Измерените зависимости на светлинния поток от захранващото напрежение

се апроксимират най-точно чрез полином и чрез показателни функции, като и в двата случая относителната грешка 1 %ε < . Последната се гарантира с редове на тези функции съответно n = 3 и n = 4 (Табл. 2.6 и 2.7).

2) Изчислени са желани стойности на капацитета на включения в електрическата верига компенсиращ кондензатор Ck за различни модели НЛВН, МХЛ и ЛЛ при захранващо напрежение с ефективна стойност 230 V, огигуряващи 0.9 cos 1ϕ≤ ≤ . Определени са и съответни интервали на отклонение от тези стойности ( ) с цел избор на кондензатор с допустим капацитет от стандартно произвеждани кондензатори.

10 %±

18

ГЛАВА 3: ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ФИЗИЧЕСКИТЕ ПАРАМЕТРИ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА ВЕРИГА, ГАРАНТИРАЩИ НОРМАЛНАТА РАБОТА НА РЛ

3.1. Определяне на стойността на индуктивното съпротивление на дросел, осигуряващ нормална работа нa разрядни лампи [38]

Нелинейният характер на волт-амперните характеристики (ВАХ) на РЛ е причина за несинусоидалната форма на падовете на напрежение върху тях при синусоидално захранващо напрежение, подадено към електрическата верига. Поради факта, че тези ВАХ имат падащ характер, при променлив ток РЛ работят само чрез последователно включено баластно устройство, ограничаващо тока през тях в допустими граници. В качество на стабилизиращ елемент се използват основно индуктивни съпротивления – електромагнитни дросели, тъй като те са по-евтини в сравнение с ЕПРА.

Изследваната електрическа верига, съдържаща системата разрядна лампа + ПРА - електромагнитен дросел е следната:

Фиг. 3.1. Схема на системата (разрядна лампа + електромагнитен дросел) За решаване на дефинираната в т. 1.2.3 задача е приложена съществуваща в

литературата методика [23] за аналитично изчисляване на активното съпротивление и индуктивността на електромагнитния дросел, свързан последователно на лампата.

Експериментално са измерени чрез осцилограф несинусоидалните х-ки на напрежението ( )л лU U t= за ЛЛ и НЛВН – съответно фиг. 3.2.а и фиг. 3.2.б.

Фиг. 3.2.а Фиг. 3.2.б

Изчисляване на индуктивността на електромагнитния дросел Lдр. при апроксимация на ( )Л ЛU U t= чрез трапецовидна функция

Полученото чрез експеримента изменение на напрежението ( )л лU U t= върху из-следваната РЛ е периодична функция с несинусоидална форма (фиг. 3.2.а – ЛЛ и 3.2.б

19

- НЛВН). За улеснение на процеса на определяне на индуктивността на дросела тя може да се апроксимира с почасти линейна функция в рамките на всеки неин период [2, 17, 23, 24].

Фиг. 3.3. Апроксимация на ( )л лU U t= с почасти линейни функции

Падът на напрежение върху светещи РЛ за един полупериод е относително стабилен за различни видове и модели. Продължителността на първоначалния пик на графиката е равен на ъгъла на дефазиране на захранващото напрежение и тока през лампата ϕ, който се определя от коефициента на мощността във веригата (cos ϕ). Последният се изчислява като се заместят съответните стойности на δ и m във

формулата: 2

2 2

1 1,23 0,64cos 0,9 .1 1,18 1,14 1 1,23

m mmm m

δϕδ

− −=

− − − m.

Отчитайки факта, че 0 cos 1ϕ≤ ≤ , се определя

21 cos

costg ϕϕ

ϕ−

= , (3.4)

откъдето следва, че: ( ).

др л

др

tg R RL

ϕ

ω

+= . (3.5)

Изследвани са ЛЛ (с 18лP W= ) и НЛВН (с 250лP W= ). По каталожни и по експериментални данни (фиг. 3.4.а и 3.4.б) за всяка от тях са определени и . дрP 1 2иU U

Фиг. 3.4.а. Напрежение ( )л лU U t= върху ЛЛ с активна мощност 18 W

Фиг. 3.4.б. Напрежение ( )л лU U t=

върху НЛВН с мощност 250 W

На тази основа са изчислени активната мощност, отделена в дросела и активните съпротивления на дросела и на РЛ. Oпределени са стойностите на индуктивностите Lдр 20

(респ. индуктивните съпротивления на ωLдр ) за всяка от анализираните РЛ. Получените резултати са обобщени в Таблица 3.1.

Таблица 3.1. Изследване на ЛЛ 18 W, НЛВН 250 W

Вид лампа

PГ , W

PЛ , W

IЛ , A

U1 , V

U2, V

δ, -

m, -

Rдр , Ω

Rл , Ω

др

изчL ,

H др

изчωL ,

Ω

ЛЛ 30 18 0,37 70 45 0.2174 0.3833 87.6552 131.4828 1.9192 603.1679 НЛВН 275 250 3 140 90 0.2174 0.54 2.778 27.778 0.1796 56.4361

3.2. Определяне капацитета на баластния кондензатор СБ и индуктивността

L на електромагнитния дросел в електрическа верига с една лампа и при дуо-схема (пълна компенсация на коефициента на мощността cos ϕ ) [77]

Както вече бе отбелязано по-горе, нормалната работа на всяка разрядна лампа се осигурява от наличие на ПРА (в настоящата глава то е реализирано чрез електромагнитен дросел). Наличието на електромагнитен дросел в електрическата верига ограничава тока през лампата, но в същото време въвежда реактивна мощност във веригата и коефициентът на мощността cos ϕ се влошава ( cos ϕ е около 0.5). За да се компенсира това, във веригата последователно на лампата се включва баластен кондензатор, който променя характера на ПРА от индуктивен в индуктивно-капацитивен.

Изчисляване на стойността на капацитета СБ на баластния кондензатор При определяне на стойността на СБ съгласно по-долу изложената методика, ако

се избере кондензатор с достатъчно малко отклонение от 4 % БС± без да се намалява цялостта на разглежданията може да се пренебрегне наличието на пускова бобина .пускL в стартерната верига на ЛЛ.

N ЛI I=

NU

БСZ

.дрZЛRZ

Фиг. 3.5. Електрическа схема на ЛЛ + индуктивно-капацитивен баласт без пускова

бобина в стартерната верига

Фиг. 3.6. Еквивалентна комплексна схема на ЛЛ + индуктивно-капацитивен баласт без пускова

бобина в стартерната верига За да се осигури един и същ ток през лампата ( ) ( )

N Лi t i t= (респ. N ЛI I= ) при

индуктивен баласт (L – фиг. 3.7.а, респ. фиг. 1.16а) и при индуктивно-капацитивен баласт (L + СБ – фиг. 3.7.б, респ. фиг. 1.16.б) при запазване на е достатъчно да бъде изпълнено условието:

( ) ( )N Лi t i t=

2.БCX LX= . (3.8)

21

Фиг. 3.7.а. Електрическа схема на ЛЛ +

индуктивен баласт Фиг. 3.7.б. Електрическа схема на ЛЛ +

индуктивно-капацитивен баласт Тогава балансът на комплексните мощности във веригата ще има вида:

ГS SК= . j

Г Г К КS е S S P jQϕ = = = + К

.. .Б

jN N др Л L CU I e P P jQ jQϕ = + + −

. 1.sin arccos . .. 2 2

БCдр ЛN Л Л

N Л Б

XP PU I I

U I Cω⎛ ⎞+⎡ ⎤

= − = −⎜ ⎟⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠

. (3.10)

Решавайки уравнение (3.10) относно СБ , окончателният израз за определяне на стойността на капацитета на баластния кондензатор е:

.

1 . ,2 .sin arccos

.

Б Лдр Л

NN Л

C I FP P

UU I

ω= −

⎛ ⎞+⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥

⎣ ⎦⎝ ⎠

, (3.11)

Тъй като графиката на функцията arcos (x) е симетрична спрямо абцисната ос, то за дадена стойност на нейния аргумент се получават едновременно два симетрични ъгли - в 1-ви и в 4-ти квадрант. Стойността на СБ > 0, поради което в окончателния израз за определяне на стойността на баластния кондензатор се взема предвид само ъгъла в 4-ти квадрант и знакът (-) няма да се отчита, т.е.

.

1 . ,2 .sin arccos

.

Б Лдр Л

NN Л

C I FP P

UU I

ω=

⎛ ⎞+⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥

⎣ ⎦⎝ ⎠

. (3.11а)

Знакът (-) във формула (3.11) се обуславя от капацитивния характер във ф-ла (3.9), отчитайки условие (3.8) . 2.

БC LX X=

6

.

1 . .10 ,2 .sin arccos

.

Б Лдр Л

NN Л

C IP P

UU I

Fμω

=⎛ ⎞+⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥

⎣ ⎦⎝ ⎠

. (3.11б)

Намаляване на пулсациите на излъчения светлинен поток от ЛЛ, свръзани в дуо-схема, чрез включване на баластен кондензатор

Пулсациите на излъчения светлинен поток Ф от две ЛЛ могат да бъдат намалени, ако захранващите напрежения към всяка от лампите са дефазирани едно спрямо друго. Последното се постига при включване на ЛЛ в дуо-схема, съгласно фиг. 3.8.а, където в единия паралелен клон последователно на ЛЛ е включен индуктивен баласт, а в другия – индуктивно-капацитивен баласт [35, 37, 38, 47].

22

При включване на баластен кондензатор последователно на ЛЛ в един от паралелните клони на дуо-схема пулсациите на общия ток във веригата намаляват, респ. „изглажда се” сумарния светлинен поток Φ, излъчен в пространството. По този начин се отстранява проблема с „мигането” на ЛЛ по време на нормалната им работа.

)(tiN

Двете ЛЛ са еднакви, както и включените към тях дросели съответно с активно съпротивление .дрR и индуктивно съпротивление LX Lω= .

БC.дрR

ЛR

.дрR

ЛR

N ЛI I=

NU

БСZ

.дрZ

ЛRZ

.дрZ

ЛRZ

1I 2I

Фиг. 3.8.а. Електрическа верига, съдържаща луминесцентни лампи, свързани в дуо-схема

Фиг. 3.8.б. Еквивалентна комплексна схема на електрическа верига, съдържаща луминесцентни

лампи, свързани в дуо-схема

Изчисляване на стойността на СБ за различни ЛЛ при мрежово напрежение и моделиране чрез програмния продукт OrCAD PSpice на тяхното

поведение при включването им в дуо-схема 230NU = V

230N =

Анализирани са три модела ЛЛ (съответно с активна мощност 18, 36 и 58 W). За всяка от тях е изчислена необходимата стойност на капацитета на баластния кондензатор CБ чрез израз (3.11а, респ. 3.11б), както и отклонения от нея -/+ 4 %. Получените резултати са дадени в Tабл. 3.2.

Таблица 3.2. Изследване на луминесцентни лампи с мощност 18, 36, 58 W при мрежово напрежение U V

CБ+, μF CБ-, μF Pл, W Iл, А Pлр, W Rл, Ω CБ, μF (-4% от CБ)

(+4% от CБ) L, mH

18 0.37 4.5000 131.4828 2.6561 2.6161 2.6961 1.9092 36 0.43 9.0000 194.6998 3.3431 3.3031 3.3831 1.5169 58 0.67 14.5000 129.2047 5.2567 5.2167 5.2967 0.9647

Стойностите на CБ- и CБ+ са изчислени поради необходимостта от включване на реален кондензатор в електрическата верига, който се избира от набор от кондензатори с номинална стойност и с допустимо отклонение -/+ 4 % от нея, гарантиращо достатъчно голям пусков ток за запалване на ЛЛ без нужда от включване на допълнителна пускова бобина в стартерната верига на ЛЛ. Индуктивността на бобината L е изчислена на базата на съответната получена стойност за CБ. Активното съпротивление на всяка от анализираните ЛЛ зависи от нейната

активна мощност и от тока през нея по следния начин: 2Л

ЛЛ I

РR = .

Извършени са 3 симулации с OrCAD PSpice, на дуо-схеми, в чиито паралелни клони са включени еднакви ЛЛ. Всяка от ЛЛ е заместена с активно съпротивление , ЛR

23

тъй като при симулациите се изследва поведението на ЛЛ по време на тяхната нормална работа, а не в процеса на тяхното запалване.

Фиг. 3.10. Модел на дуо-схема с програмния продукт OrCAD PSpice

Светлинният поток Ф, излъчен от ЛЛ, е правопропорционален на тока през нея. Следователно при симулациите е достатъчно да се следи изменението на всеки от токовете през съответните ЛЛ и на общия ток във веригата - , и . Резултатните графики са поместени в Таблица 3.3.

)(1 ti )(2 ti )(tiN

Таблица 3.3. Намаляване на пулсациите на общия светлинен поток, създаден от ЛЛ, свързани в дуо-схема

ЛЛ с WPЛ 36=

ЛЛ с WPЛ 58=

ЛЛ с WPЛ 18=

3.3. Изводи 1) Получените стойности за индуктивността на дросела Lдр (т. 3.1.) чрез

симулацията с OrCAD PSpice са по-точни (в смисъл, че осигуряват ефективна стойност на тока през лампата по-близка до дадената в каталозите), тъй като апроксимираната функция на напрежението върху лампите ( )л лU U t= е по-близка до експериментално измерената такава. Това се дължи на факта, че се използва почасти линейна функция, която притежава следните предимства:

- отчита пика в началото на всеки полупериод на функцията; - взема предвид нейния вдлъбнат характер за разлика от съществуващите в

литературата методи, които я апроксимират с трапецовидна функция. 2) Изчислени са стойности на капацитета CБ на баластен кондензатор (съгласно

ф-ли 3.11, 3.11а, респ. 3.11б) при захранващо напрежение с ефективна стойност . Изчисленията са направени за ЛЛ, съответно с активни мощности

. Определени са и съответни интервали на отклонение от тези 230NU = V

W18, 36 и 58ЛP =

24

стойности -/+ 4 % от CБ с цел избор на кондензатор с допустим капацитет от произвеждани кондензатори със стандартен капацитет.

При дуо-схема включването на индуктивно-капацитивен баласт (за който е в сила условието ) последователно на една от ЛЛ гарантира пълна компенсация, ако във втория паралелен клон е включена ЛЛ + индуктивен дросел със съпротивление

2.БCX = LX

LX , т.е. 1cos0 =⇒= ϕϕ - общият ток във веригата е във фаза със захранващото напрежение. Направените с OrCAD PSpice симулации потвърждават твърдението, че при включване на баластен кондензатор последователно на ЛЛ в един от паралелните клони на дуо-схема пулсациите на общия ток във веригата намаляват, респ. „изглажда се” сумарния светлинен поток Ф, излъчен в пространството и по този начин се елеиминира проблема с „мигането” на ЛЛ по време на нормалната и работа.

)(tiN

ГЛАВА 4: АНАЛИЗ НА ПРОБЛЕМИТЕ, СВЪРЗАНИ С ЕМС ПРИ ЕПРА

4.1. Изследване на генерираните ВЧ смущения в електрическата верига вследсвие на нелинейния характер на ВАХ на ЕПРА и на КЛЛ в нея

КЛЛ притежават редица предимства пред останалите видове РЛ. Най-значимите им преимущества се заключават в по-дълъг живот на лампата в сравнение с МХЛ и по-ниска консумация на енергия. Както всички РЛ и при тях е нужно да се включи ПРА, която да ограничава тока през лампата по време на нейното пускане и разгаряне и след това да гарантира нормален режим на работа. За прецизиране на процеса на управление на тока през КЛЛ се използва ЕПРА, която от своя страна е източник на високочестотни (ВЧ) смущения в електрическата верига. КЛЛ също са ВЧ електронни устройства, тъй като работят с честоти в диапазона 20 – 50 кHz.

Най-общият вид на схемата за изследване на появата на хармоници вследствие съвместната работа на КЛЛ и ЕПРА е показан на фиг. 4.1. Същността на принципа на действие се състои в следното. Непосредствено след източника на синусоидално мрежово напрежение се поставя, т. нар. EMI филтър, който служи основно за ограничаване на влиянието на хармониците, които се генерират от ЕПРА и КЛЛ по време на тяхната работа и се връщат в захранващата мрежа. Не съществува опасност от влизане на хармоници през захранващото напрежение, тъй като то предварително се филтрира до основен хармоник (не е показано на схемата) и на входа на разглежданата електрическа верига то има почти идеална синусоидална форма.

Фиг. 4.1. Схема свързване на ЕПРА + КЛЛ към мрежата

При изследване на ЕМС на КЛЛ с ЕПРА са наложени стандарти относно големината на ефективните стойности (респ. амплитудите) на хармониците спрямо тези на съответния основен хармоник при f = 50 Hz. 25

След анализ на литературата се установи, че до момента съществуват само частични изследвания на ЛЛ и КЛЛ по отношение на тяхната ЕМС. В [85] е извършен подробен спектрален анализ на спектрите съответно на електрическия и на магнитния интензитет за различни лампи.

Съшествува и изследване относно ЕМС на общия ток в електрическата верига за КЛЛ единствено с мощности 30 W [82] и 13, 21 и 24 W [84].

Във всички публикации изследваните лампи отговарят на въведените от IEC (International Electrotechnical Commission) стандарти за ЕМС.

Отчитайки допълнително спецификата на българския пазар, свързана с внос на лампи от различни производителни, съществува потенциална възможност те да са „опасни“ за останалите устройства в мрежата, тъй като генерират ВЧ смущения, превишаващи стандартите за ЕМС. По тази причина в настоящата глава са изследвани КЛЛ с различни мощности (7, 8, 9, 15 и 20 W) и на различни производители и безелектродна лампа с мощност 23 W с вградено ЕПРА. Снети са експериментално графиките на изменение на входното напрежение в анализираната електрическа верига и на общия ток в нея във времевата и в честотната област съответно чрез цифров осцилограф (фиг. 4.2.а) и чрез уред за анализ на високочестотни сигнали (фиг. 4.2.б).

Фиг. 4.2.а. Опитна постановка за

времеви анализ Фиг. 4.2.б. Опитна постановка за честотен

анализ Резултатите от времевия анализ на изследваните лампи са поместени в таблица

4.4, а резултатите от съответния честотен анализ - в таблица 4.5. Като в таблица 4.4.а са показани съответните коефициенти на амплитудата и на формата по отношение на изследвания ток , който има силно изразен несинусоидален характер. Тези коефициенти не са посочени по отношение на входното напрежение, поради факта, че то е с „почти идеална“ синусоидална форма и

( )Ni t

2 1 41≈ = .Ак и (вж. съотв. графики за в табл. 4.4).

1 11≈ .fк( )Nu t

Таблица 4.4. Времеви анализ на КЛЛ и безелектродна лампа Лампа / Произв. ( )Nu t ( )Ni t

КЛЛ 7 W General electric

THD = 1.325

26

КЛЛ 8 W General electric

THD = 1.341

КЛЛ 9 W General electric

THD = 1.298

КЛЛ 15 W Китайски

производител

THD = 1.346

КЛЛ 20 W Китайски

производител

THD = 1.316

Безелектродна лампа 23 W Китайски

производител

THD = 1.442

Таблица 4.4.a. Времеви анализ на КЛЛ и безелектродна лампа

Лампа Производител

Коефициент на амплитудата

= −,mА

iкI

Коефициент на формата

= −.

,fср

IkI

КЛЛ 7 W - General electric 3,8579 7,3025 КЛЛ 8 W -General electric 4,7416 4,8382 КЛЛ 9 W -General electric 4,3499 4,4501

27

КЛЛ 15 W - Китай 4,1386 3,8696 КЛЛ 20 W - Китай 3,7426 5,0074 БЛ 23 W - Китай 5,6186 2,9755

4.2. Препоръки за монтаж на ЛЛ и КЛЛ с ЕПРА за ограничаване на ВЧ

смущения в електрическата верига При разработването на осветители с ЛЛ (КЛЛ) от особена важност за решаване на

проблема, свързан с появата на висши хармоници в електрическата верига, е правилното им опроводяване с ЕПРА.

В този случай е необходимо да се разглежда цялата комбинация от ЕПРА, вътрешни и мрежови (захранващи) проводници, лампи, корпус и отражател. ЕПРА се изработват с компоненти, които ограничават смущенията, както в мрежата, така и в околната среда. По този начин осветителите не могат да причинят електромагнитни смущения [27,78], които да се връщат отново в мрежата.

Основните препоръки при разработването на осветители с такъв тип лампи, които отговарят на изискванията за ЕМС, са:

1. Осигуряване на здрава електрическа връзка между ЕПРА и металния корпус на осветителя, т.е. контактното съпротивление е необходимо да бъде малко, следователно ЕПРА се монтира директно върху осветителя.

2. Използване на къси проводници, които свързват ЕПРА с електродите на лампата, т.е. да се избягва използването на излишни проводници. В този случай е необходимо проводниците между „топлите краища“ на лампата и на ЕПРА да бъдат най-къси, като върху ЕПРА те се означават със звездичка.

3. Монтиране на мрежови (захранващи) проводници на далечно разстояние от проводниците на лампите, т.е.

- по-къси мрежови проводници в осветителя; - захранващите проводници да не са паралелни на ламповите проводници, с

цел минимизиране на паразитните капацитети. 4. Гарантиране на добър контакт между корпуса и отражателя. 5. Намаляване на капацитетите между проводниците и осветителя, т.е.

първо да се монтират вътрешните проводници към лампата, след което да се монтират мрежови (захранващи) проводници.

6. Използване на екрани около лампата, които да са добре свързани с корпуса на осветителя, с цел намаляване на токовете на утечка към „ земя“.

4.3. Изводи 1) На базата на резултатите от проведените в настоящия дисертационен труд

експериментални изследвания на КЛЛ с мощности Р = 7, 8, 9, 15 и 20 W и на различни производители и безелектродна лампа с мощност Р = 23 W може да се направи заключението, че изследваните лампи отговарят на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата (съгласно табл. 4.4 и 4.5) и следователно те не генерират „опасни“ ВЧ смущения към мрежата.

2) На базата на резултатите от изследванията в [82] може да се направи заключението, че КЛЛ с мощност 30 W отговарят на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата (съгласно табл. 4.1 и 4.2) и те не генерират „опасни“ ВЧ смущения към мрежата.

3) Но заключението, направено в изводи 1) и 2), не означава, че в изследваните вериги не се генерират паразитни смущения в диапазона на радио-честотите, които не могат да се отчетат с обикновен честотен анализатор, а изискват по-специално оборудване. Наблюдаваният отрицателен ефект от наличието на такива честоти може да е причина блокиране на работата на дистанционното устройство за управление на телевизора при запалване на лампата в съответната стая, за което може да бъде причина 28

ВЧ електронна схема (разположена непосредствено след захранването) за корекция на коефициента на мощност cos ϕ в електрическата верига, а не самата лампа. Но това не е обект на изследвания в настоящия дисертационен труд.

4) Препоръчително е проводниците на входа и на изхода на ЕПРА да не са омотани в един сноп. Необходимо е да се спазват определено сечение и минимална дължина на проводниците към лампата, които се оразмеряват по такъв начин, че при ток през нея max 0.6 (0.15 )I mA mA= падът на напрежение върху нея да не надвишава 0.5 V.

5) ЕПРА представляват сложна електрическа верига, състояща се от линейни резистори, бобини и кондензатори и нелинейни електронни компоненти (диоди, транзистори, тиристори, динистори), които генерират ВЧ смущения към лампата. Това създава проблеми, свързани не само с работата на лампата, но и с ЕМС на комлекта ЕПРА + лампа. По тази причина винаги свързващите проводници между лампата и ЕПРА трябва да са с минимална дължина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ На базата на проведените изследвания относно работата на разрядни лампи,

включени в електрически вериги, работещи в реална среда при мрежово захранване с ефективна стойност 230 V, могат да се направят следните изводи:

I. Необходимо условие за ограничаване на тока през разрядните лампи (РЛ) по време на тяхното запалване, разгаряне и работен режим е включването на пускорегулираща апаратура (ПРА) в електрическата верига. ПРА може да бъде реализирана по два начина – чрез електромагнитен дросел и чрез електронен баласт.

Извършен е прецизен преглед на проблемите, възникващи при работа на разрядни лампи с двата вида ПРА. На тази основа в края на ГЛАВА 1 са формулирани целите и съответните задачи за тяхното постигане.

II. В ГЛАВА 2 са решени два проблема, които възникват при работа на РЛ с ПРА – електромагнитен дросел.

1) Измерените зависимости на светлинния поток от захранващото напрежение най-точно се апроксимират чрез полином 2

. 0 1 2 ... nапрокс nE a a x a x a x= + + + + и

показателни функции , като и в двата случая относителната грешка

2. 0 1 2 ... , 1.02x x nx

апрокс nE a a r a r a r r= + + + + =1 %ε < . Последната се гарантира с редове на тези

полиноми съответно n = 3 и n = 4. При използване на базова показателна апроксимираща функция грешката от

апроксимацията е по-малка в сравнение със случая на избор на полином с линейна апроксимираща функция.

Предложените аналитични зависимости (формули 2.1, 2.1а и 2.2, 2.2а) дават възможност на потребителя да прогнозира стойността на светлинния поток на лампите при избрани стойности на захранващото напрежение.

Резултатите от анализа показват, че при промяна на захранващото напрежение с 10 % се получава относителното увеличение на светлинния поток за изследваните НЛВН, МХЛ и НЛ с (27 ÷ 31) %, а за ЛЛ - то е значително по-малко - 19 %.

2) Изчислени са необходимите стойности на капацитета Ck на включения във веригата компенсиращ кондензатор за различни модели НЛВН, МХЛ и ЛЛ при захранващо напрежение с ефективна стойност 230 V, тъй като такива липсват в каталозите след въвеждане на стандарт за . 230захрU V= ( 2010 г.).

Определени са и съответни интервали на отклонение от тези стойности ( ) с цел избор на кондензатор с допустим капацитет от стандартно произвеждани кондензатори.

10 %±

29

При допустимото отклонение на капацитета на компенсиращия кондензатор е получен следния резултат: всяка от изследваните схемите работи с

коефициент на мощността 10 %±

0.9 cos 1ϕ< < . III. Определени са стойностите на допълнително включените във веригата елементи,

осигуряващи нормална работа на РЛ ( ГЛАВА 3). 1) Намерена е оптимална стойност за индуктивността на дросела Lдр (т. 3.1.) чрез

симулации посредством програмния продукт OrCAD PSpice. Полученият резултат е по-точен (в смисъл, че се осигурява ефективна стойност на тока през лампата по-близка до дадената в каталозите), тъй като апроксимираната функция на напрежението върху лампата ( )л л е по-близка до експериментално измерената такава. Това се дължи на факта, че се използва почасти линейна функция, която притежава следните предимства:

U U t=

V

- отчита пика в началото на всеки полупериод на функцията, което не взема предвид при съществуващите до момента аналитични методи;

- взема предвид нейния вдлъбнат характер за разлика от съществуващите в литературата методи, които я апроксимират с трапецовидна функция.

2) Изчислени са съответните стойности на капацитета CБ на баластен кондензатор (съгласно ф-ли 3.11, 3.11а, респ. 3.11б) при захранващо напрежение с ефективна стойност , тъй като такива липсват в каталозите след въвеждане на стандарт за ефективна стойност на захранващото мрежово напрежение 230 V ( 2010 г.).

. 230захрU =

Анализирани са 3 типа ЛЛ (с активни мощности ). Определени са и съответни интервали на отклонение от тези стойности -/+ 4 % от C

18, 36 и 58ЛP W=Б с

цел избор на кондензатор с допустим капацитет от произвеждани кондензатори със стандартен капацитет.

При определяне на стойността на капацитета на компенсиращ кондензатор СК допустимият толеранс е (-/+ 10 %) , докато при изчисляване на капацитета на баластния кондензатор СБ този диапазон се „свива“ до (-/+ 4 %), тъй като по-точното определяне на стойността на СБ дава възможност за пренебрегване наличието на пускова бобина с индуктивност .пускL в стартерната верига на изследваната ЛЛ.

Направените с OrCAD PSpice симулации при дуо-схема, в която в единия паралелен клон е включен индуктивно-капацитивен баласт (за който е в сила

), а в другия - индуктивен баласт, потвърждават следните твърдения: 2.БCX = LX

• пълна компенсация на коефициента на мощност във веригата, т.е. cos 1 0ϕ ϕ= ⇔ = .

• „изглаждане” на сумарния светлинен поток Ф, излъчен в пространството, като по този начин се отстранява проблема с „мигането” на ЛЛ по време на нормалната и работа.

IV. Анализирани са проблемите, свързани е електромагнитната съвместимост при работа на луминесцентни лампи и компактни луминесцентни лампи (КЛЛ) с ПРА, реализирана чрез електронен баласт (ЕПРА).

1. Представени са препоръки за монтаж на ЛЛ и КЛЛ с ЕПРА, осигуряващи ограничаване на възникналите ВЧ смущения в електрическата верига вследствие на съвместната работа на комплекта лампа + ЕПРА (т. 4.1):

- Проводниците на входа и на изхода на ЕПРА да не са омотани в един сноп. - Проводниците към лампата да се оразмеряват по такъв начин (с определено

сечение и минимална дължина), че при ток през нея max 0.6 (0.15 )I mA mA= .

30

- Свързващите проводници между лампата и ЕПРА трябва да са с минимална дължина, тъй като ЕПРА са сложни електрически вериги, състоящи се от елементи с линейни и нелинейни ВАХ, които са причина за поява на ВЧ смущения, създаващи проблеми, свързани не само с работата на лампата, но и с ЕМС на комлекта ЕПРА + РЛ.

2. Изследвани са експериментално изменението на захранващото напрежение и на общия ток в анализираната електрическа верига във времевата и в честотната област за КЛЛ с различни мощности (7, 8, 9, 15 и 20 W) и на различни производители (General Electric и китайски производители) и една безелектродна лампа (с мощност 23 W – китайски производител) (т. 4.2). Получените резултати показват, че всяка от анализираните лампи отговаря на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата и следователно тези лампи не генерират „опасни“ ВЧ смущения към мрежата.

Резултатите от екперименталните изследвания в настоящия дисертационен труд са сравнени със съществуващи в литературата [82] изследвания на КЛЛ с мощност 30 W, които също отговарят на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата и следователно не генерират „опасни“ ВЧ смущения към мрежата.

Но факта, че изследваните лампи отговарят на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата не означава, че във веригата не се генерират паразитни смущения в диапазона на радио честотите (които не могат да се отчетат с обикновен честотен анализатор, а изискват по-специално оборудване). Причина за тяхната поява може да бъде ВЧ електронна схема (разположена непосредствено след захранването) за корекция на коефициента на мощност cos ϕ в електрическата верига, което не е обект на изследвания в настоящия дисертационен труд.

V. Предложена е подробна класификация на видовете изкуствени източници на светлина, базирани на електрическа енергия (нажежаеми лампи, разрядни лампи, светодиоди), като са посочени техните предимства и недостатъци по отношение на различни светлинни, електрически и икономически показатели – ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

VI. На базата на информация от литературата в ПРИЛОЖЕНИЕ 2 са обобщени основни проблеми, свързани с електромагнитната съвместимост при работа на устройства в реална среда, където се появяват висши хармоници вследствие нелинейните ВАХ на участващите елементи.

VII. Предложените в ГЛАВА 2 апроксимации на осветеността във функция от захранващото напрежение - ( ).k захрЕ f U= - чрез полином и показателни функции са прoграмно реализирани в среда на Matlab (ПРИЛОЖЕНИЕ 3).

ПРИНОСИ На базата на основните теоретични и приложни резултати, получени в

дисертацията, могат да бъдат формулирани следните претенции за приноси. 1. Предложени са апроксимации на зависимостта на светлинния поток от

захранващото напрежение чрез полином и чрез показaтелни функции, осигуряващи относителна грешка 1 %ε < . Те са програмно реализирани в среда на Matlab за различни НЛВН, МХЛ и ЛЛ.

2. Определени са желани стойности на капацитета Ck на компенсиращия кондензатор за различни РЛ - НЛВН, МХЛ и ЛЛ при захранващо напрежение с ефективна стойност 230 V и гарантиращи коефициент на мощност във веригата cos 0,9ϕ ≥ .

3. Определена е оптимална стойност за индуктивността на дросела Lдр. чрез симулации с OrCAD Pspice, осигуряващи по-точна апроксимация на експериментално снетите зависимости на нелинейното напрежение върху РЛ в сравнение с традиционната апроксимация с функция с трапецовидна форма. Изследвани са НЛВН и ЛЛ.

31

4. Изчислени са оптималните стойности на капацитета CБ на баластния кондензатор за различни ЛЛ при Uзахр. = 230 V при задоволяване на условието X CБ = 2. XL в случаи на:

• индуктивно- капацитивен баласт + РЛ; • дуо-схема с 2 паралелни клона с: индуктивен баласт + РЛ в единия и индуктивно-

капацитивен баласт + РЛ – в другия, където се гарантира коефициент на мощност във веригата cos 0,9ϕ ≥ вследствие на възникналия токов резонанс и по този начин е решен проблема с „мигането“ на лампата по време на нейната работа.

5. Извършени са експериментални изследвания на изменението на захранващото напрежение и на общия ток в анализираната електрическа верига във времевата и в честотната област за КЛЛ с различни мощности и една БЛ, които показват, че всяка от анализираните лампи отговаря на стандартните изисквания за ЕМС на устройствата и следователно от тях не се генерират „опасни“ ВЧ смущения към мрежата.

6. Предложена е подробна класификация на видовете изкуствени източници на светлина, базирани на електрическа енергия, като са посочени техните предимства и недостатъци по отношение на различни електрически показатели.

СПИСЪК НА ПУБЛИКАЦИИТЕ, СВЪРЗАНИ С ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД А1. Петракиева, С., Г. Георгиева-Таскова, Сн. Терзиева, Дефиниране на критерии за

избор на лампи за улично осветление, Годишник на ТУ-София, том 62, кн. 1, Международна конференция АВТОМАТИКА'2012,“50 години обучение по Автоматика”, ISBN: 1311-0829, стр. 355-360.

A2. Петракиева, С., Г. Георгиева-Таскова, З. Иванов, Влияние на промяната на захранващото напрежение върху светлинния поток на разрядните лампи, Годишник на ТУ-София, том 62, кн. 4, 2012, ISBN: 1311-0829, стр. 153-160.

A3. Петракиева, С., Г. Георгиева-Таскова, З. Иванов, Подобряване на коефициента cos ϕ на мощ-ността при работа на разрядни лампи чрез включване на компенсиращ кондензатор във веригата, Годишник на ТУ-София, том 63, кн. 2, Международна конференция АВТОМАТИКА'2013, “50 години обучение по Автоматизация на промишлеността”, ISSN: 1311-0829, стр. 171-180.

A4. Петракиева, С., Г. Георгиева-Таскова, З. Иванов, Моделиране на електрически вериги с разрядни лампи, V Научна конференция ЕФ 2013, Созопол, 2-5.09.2013 г., Годишник на ТУ-София - том 63, кн. 6, ISSN: 1311-0829, стр. 327-336.

A5. Георгиева-Таскова, Г., Определяне на стойността на баластния кондезатор СБ за подобряване на режимите на работа на луминисцентни лампи при включването им в дуо-схема, Годишник на ТУ-София - под печат.

Статии в рецензирани списания в България

Доклади на научни конференции с международно участие в България

[A1], [A2], [A3], [A4], [A5] [A1], [A3], [A4]

32

CONCLUSION In the PhD thesis the behavior of the gas-discharge lamps during their work is

analyzed. It is suggested the solutions on the very often arisen problems, connected with their normal work in real environment. These solutions are based on software modeling of the electric circuits studied and satisfy the respective standards, defined in the normative documents.

It the Chapter 1 the main parameters and characteristics of the light sources are defined. In Chapter 1 are discussed conventional ballasts – active type (resistor); inductive type (coil); capacitive type (capacitor) и capacitive-inductive type (capacitor + coil), as well as the ballasts, based on electronic components. The problems, which arise in these two types of ballasts, are defined. In the end of the chapter the aim of the PhD thesis and the respective problems, connected with its satisfying, are formulated.

In Chapter 2 two problems are considered. First, two approximations of the dependence on the luminous flux according to the supplying voltage - by polynomial and by exponential functions, is suggested. Second, the value of the compensative capacitor is calculated for different type’s gas-discharge lamps when the nominal effective value of the voltage supplying is 230 V. This capacitor improves the power factor cos ϕ in the circuit studied.

In Chapter 3 two problems are analyzed. In first one, the value of the inductance of the electromagnetic ballast is calculated, based on the simulations by software OrCAD PSpiсe when the nominal effective value of the voltage supplying is 230 V. The results from the simulations are compared with the respective ones, gotten by existing in the literature methods.

In second one, the value of the ballast’s capacitor which compensates the pulsation of the emitted light flow and ensures the desired power factor cos ϕ , is calculated. Two electrical circuits are simulated with OrCAD PSpiсe - one and two gas-discharge lamps, respectively. In the second case the lamps are connected in duo-scheme.

In Chapter 4 the electromagnetic compatibility of the compact fluorescent lamps during their work is analyzed. It is made on two directions. First, the differ ent models of compact fluorescent lamps are testes with respect to satisfying the requirements of the standards from International Electrotechnical Commission (IEC) with respect to the Total Harmonic Distortion (THD) coefficient. Second, some recommendations about mounting and wiring of these lamps, which filter and limit the harmonics in the supplying voltage as a result of the external electromagnetic disturbances, are proposed.

The PhD thesis includes 3 appendixes. In Appendix 1 the detail classification of the different types of artificial sources, according the electrical, lighting and economic indicators (incandescent light bulbs, gas-discharge lamps and Light Emitting Diodes – LED), is suggested. In Appendix 2 main problems, connected with the electromagnetic compatibility (high harmonic arising) during the work of the devices in real environment. In Appendix 3 the suggested in Chapter 2 approximations are realized in Matlab.

33