Моделювання та розрахунок п’єзотрансформаторів, навантажених люмінесцентною лампою

Abstract

У дисертації проведено дослідження високочастотних напівпровід-никових пускорегулюючих апаратів (НПРА) на базі п’єзоелектричного тран-сформатора струму (ПТ), а також розроблено методику розрахунку, яка вра-ховує як особливості самого ПТ, так і його нелінійного навантаження, яким є люмінесцентна лампа (ЛЛ) у схемах стартерного та безстартерного ввімк-нення в пусковому та робочому режимах. Розроблено та змонтовано експериментальні установки для вимірювання характеристик ПТ струму в схемах стартерного та безстартерного ввімкнення люмінесцентних ламп, за допомогою яких досліджувалися характеристики п’єзотрансформаторів струму. Розроблено схему високочастотного перетворювача, який забезпечує на-дійне функціонування ПТ в усіх можливих режимах його роботи (холостий хід, коротке замикання, режим максимального ККД); розроблено методику розрахунку конструктивних та електричних параметрів п’єзотрансформатора, що може бути рекомендована для розрахунку параметрів п’єзотрансфор-матора з нелінійним навантаженням, яким є люмінесцентна лампа. Проведено експериментальні дослідження впливу зміни параметрів на-вантаження, напруги та частоти джерела живлення, температури довкілля на параметри п’єзотрансформатора. Удосконалено математичну модель п’єзоелектричного трансформа-тора, яка базується на експериментально визначених характеристиках нелі-нійного чотириполюсника, що дозволило розробити методику розрахунку параметрів комплекту ПТ–ЛЛ у пусковому та робочому режимах.

В диссертации проведены исследования для создания высокочастот-ного полупроводникового пускорегулирующего аппарата (ППРА) на базе пьезоэлектрического трансформатора тока (ПТ), а также разработана мето-дика расчета, учитывающая как особенности самого ПТ, так и его нелиней-ной нагрузки, которой является люминесцентная лампа (ЛЛ) мощностью 4 ... 18 Вт в схемах стартерного и безстартерного включения в пусковом и рабо-чем режимах работы. Разработаны и смонтированы экспериментальные установки для изме-рения характеристик ПТ тока в схемах стартерного и безстартерного вклю-чения люминесцентных ламп, с помощью которых исследовались характери-стики пьезотрансформаторов тока. Разработана схема высокочастотного преобразователя, который обеспе-чивает надежное функционирование ПТ во всех возможных режимах его ра-боты (холостой ход, короткое замыкание, режим максимального КПД); раз-работана методика расчета конструктивных и электрических параметров пье-зотрансформатора, которая может быть рекомендована для расчета парамет-ров пьезотрансформатора с нелинейной нагрузкой, которой является люми-несцентная лампа. Проведены экспериментальные исследования влияния изменения пара-метров нагрузки, напряжения и частоты источника питания, температуры ок-ружающей среды на параметры пьезотрансформатора. Разработаны принципы построения ППРА для ЛЛ на основе пьезотран- сформаторов тока, которые позволяют повысить эффективность и экономич-ность электронных балластов. Усовершенствована математическая модель пьезоэлектрического транс- форматора, которая базируется на экспериментальных характеристиках не-линейного четырехполюсника, что позволило разработать методику расчета параметров комплекта ПТ-ЛЛ в пусковом и рабочем режимах работы. Впервые дано математическое обоснование возникновения нелиней-ных функциональных зависимостей параметров пьезотрансформатора, нагружен-ного люминесцентной лампой.

In this work the studies of high-frequency semiconductor starter devices, based on piezoelectric current transformers, were undertaken, and the method of calculation was devised, which takes into account both - properties of the piezoelectric transformer and its non-linear load (which is a fluorescent lamp) during launch and in operational modes, with and without starter arrangements. The experimental equipment for measuring the properties of piezoelectric transformer and currents it produces, in arrangement with and without a starter, was designed and constructed. The scheme for high-frequency transducer was devised, which provides reliable operation of piezoelectric transformer in all possible modes of operation (idling, short circuit, the regime of maximum efficiency); the method of calculation of structural and electrical properties of piezoelectric transformer was also developed, which could be recommended for calculating the properties of piezoelectric transformer with non-linear load (e.g. fluorescent lamp). Experimental studies of the impact the change in load, current, frequency of power source and ambient temperature has on the properties of piezoelectric transformer have been conducted. The mathematical model of piezoelectric transformer has been improved, which is based on the properties of non-linear quadripole that have been established by the experiment. This has enabled to develop the methodology for calculation of the parameters of combination of piezoelectric transformer and fluorescent lamp during launch and in operational modes.