Регулювання потужності розрядних джерел світла високочастотними електронними пускорегулювальними апаратами

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню математичних моделей вихідних каскадів високочастотних електронних пускорегулювальних апаратів та дослідженню на їх основі регулювальних властивостей комплекту “електронний пускорегулювальний апарат – розрядне джерело світла” в широкому діапазоні зміни його робочих потужностей. Розроблено математичні моделі вихідного каскаду електронного пускорегулювального апарата у вигляді аналітичних виразів для миттєвих значень його напруг і струмів. Створено узагальнену математичну модель вихідного каскаду, яка забезпечує проведення його аналізу при довільних значеннях параметрів. Отримано математичну модель вихідного каскаду з урахуванням втрат у його компонентах. Отримано аналітичний опис регулювальних характеристик електронного пускорегулювального апарата для широтно-імпульсного, амплітудного та частотного методів регулювання потужності розрядних джерел світла на основі врахування нелінійності їх вольт-ватної характеристики у широкому діапазоні потужностей. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено залежності коефіцієнта амплітуди струму та коефіцієнта гармонік струму розрядного джерела світла від його робочої потужності. Розроблено енергоефективний та ресурсоощадний електронний пускорегулювальний апарат, який забезпечує високу якість споживання електроенергії та регулювання потужності розрядних джерел світла на базі об’єднання понижувального коректора коефіцієнта потужності та напівмостового інвертора, що працюють синхронно.

Диссертационная работа посвящена разработке математических моделей выходных каскадов высокочастотных электронных пускорегулирующих аппаратов и исследованию на их основании регулировочных свойств комплекта "электронный пускорегулирующий аппарат – разрядный источник света" в широком диапазоне изменения его рабочих мощностей. Разработаны математические модели выходного каскада электронного пускорегулирующего аппарата, представленные в виде аналитических выражений для мгновенных значений напряжений и токов в цепях резонансного инвертора, что дало возможность повысить точность анализа электрических режимов электронных пускорегулирующих аппаратов и исследовать методы регулирования мощности комплектом «Электронный пускорегулирующий аппарат – разрядный источник света». Путем объединения аналитических выражений для колебательного и апериодического режимов работы электронного пускорегулирующего аппарата разработано математическую модель, которая дает возможность проводить анализ в условиях произвольных значений параметров выходного каскада аппарата. Разработано математическую модель выходного каскада электронного пускорегулирующего аппарата с учетом потерь в его компонентах, которая позволяет прогнозировать коэффициент полезного действия выходного каскада на стадии проектирования электронных пускорегулирующих аппаратов. Получено аналитическое выражение регулировочной характеристики для широтно-импульсного метода регулирования мощности разрядных источников света в широком диапазоне изменения мощности на основе учета нелинейности их вольт-ваттных характеристик. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено зависимости коэффициента амплитуды тока разрядной лампы и коэффициента гармоник от рабочей мощности в процессе регулирования высокочастотным электронным пускорегулирующим аппаратом. Путем сравнения моделей выходного каскада электронного пускорегулирующего аппарата в частотной и временной областях показаны преимущества модели во временной области при исследовании широтно-импульсного метода регулирования мощности. Установлено, что для анализа регулирования мощности натриевой лампы высокого давления целесообразно использовать модель выходного каскада во временной области. В то же время компактная модель в частотной области упрощает такой анализ для люминесцентной лампы в связи со спецификой зависимости сопротивления лампы от мощности. Предложено энергоэффективный и ресурсосберегающий высокочастотный электронный пускорегулирующий аппарат, в котором синхронно работающие понижающий корректор коэффициента мощности и полумостовой резонансный инвертор используют общий силовой транзисторный ключ, что дало возможность сэкономить высоковольтный ключ, его драйвер и повысить коэффициент полезного действия.

The dissertation is devoted to the development of mathematical models of output stages of high-frequency electronic ballasts and investigation of "electronic ballasts - discharge light sources" control properties in a wide range of changes of its operation power. Mathematical models of the electronic ballasts output stage in the analytical form for the instantaneous voltages and currents have been developed. Generalized mathematical model that provides analysis of the output stage for arbitrary values of its parameters has been created. A mathematical model of the output stage taking into account the losses in its component has been obtained. The analytical description of the electronic ballasts control performance for pulse-width, voltage and frequency methods for discharge light sources power control taking into consideration their power-voltage characteristics nonlinearity in a wide range of power has been obtained. Dependences the current amplitude crest factor and total harmonic distortion of discharge light source on its operation power have been theoretically interpreted and experimentally testified, which provides high quality power consumption and discharge light source power control, basing on the combining of step-down power factor corrector and half-bridge inverter, which work synchronously has been developed.