Енергийно-ефективни решения за осветителни уредби с ...
Енергийно-ефективни решения за осветителни уредби с ...
Енергийно-ефективни решения за осветителни уредби с ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - СОФИЯЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТКАТЕДРА „ЕЛЕКТРОСНАБДЯВАНЕ, ЕЛЕКТРООБЗАВЕЖДАНЕ ИЕЛЕКТРОТРАНСПОРТ”Профе<strong>с</strong>ионално направление:5.2. “Електротехника, електроника и автоматика”Научно направление:“Светлинна техника и източници на <strong>с</strong>ветлина”МАГ. ИНЖ. КАМЕЛИЯ ТОДОРОВА НИКОЛОВА<strong>Енергийно</strong>-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> <strong>за</strong><strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> халогеннинажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиодиАВТОРЕФЕРАТна ди<strong>с</strong>ертационен труд<strong>за</strong> придобиване наобразователна и научна <strong>с</strong>тепен “ДОКТОР”Научен ръководител:Проф. д-р инж. Ангел Саракинов Пачаманов, ТУ - СофияНаучно жури:1. Проф. дтн Димитър Димитров, ТУ-Варна2. Проф. дтн Емил Рац, ТУ-София3. Проф. д-р Ангел Пачаманов, ТУ-София4. Доц. д-р Стойо Платиканов, ТУ-Габрово5. Доц. д-р Ганчо Ганчев, пен<strong>с</strong>ионер МГУ-СофияРезерви: Проф. Никола Трифонов, ТУ-София; Доц. Захари Иванов, ТУ-СофияСофия 2012
Ди<strong>с</strong>ертационният труд е об<strong>с</strong>ъден и на<strong>с</strong>рочен <strong>за</strong> <strong>за</strong>щита от разширен катедрен научен<strong>с</strong>ъвет на катедра „Електро<strong>с</strong>набдяване, електрооб<strong>за</strong>веждане и електротран<strong>с</strong>порт” наЕлектротехниче<strong>с</strong>ки факултет към Техниче<strong>с</strong>ки универ<strong>с</strong>итет – София на 20.02.2012 г.Докторантът е <strong>за</strong>чи<strong>с</strong>лен в редовна докторантура към катедра ЕСЕОЕТ на 01.07.2004 г.След прекъ<strong>с</strong>ване от 2 години по майчин<strong>с</strong>тво и удължение на <strong>с</strong>рока <strong>с</strong> 6 ме<strong>с</strong>еца е отчи<strong>с</strong>лен <strong>с</strong>право на <strong>за</strong>щита през 2010 г. От <strong>с</strong>ъщата година работи като а<strong>с</strong>и<strong>с</strong>тент в катедра „Общаелектротехника”, ЕФ при Техниче<strong>с</strong>ки универ<strong>с</strong>итет – София.Из<strong>с</strong>ледванията по ди<strong>с</strong>ертационния труд <strong>с</strong>а извършени в катедра „Електро<strong>с</strong>набдяване,електрооб<strong>за</strong>веждане и електротран<strong>с</strong>порт” и катедра „Обша електротехника” наЕлектротехниче<strong>с</strong>кия факултет при Техниче<strong>с</strong>ки универ<strong>с</strong>итет – София.Ди<strong>с</strong>ертационният труд <strong>с</strong>ъдържа 220 <strong>с</strong>траници <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> 234 фигури и 33 таблици. Съ<strong>с</strong>тои <strong>с</strong>еот увод, пет глави, библиография, <strong>за</strong>ключение, <strong>с</strong>пи<strong>с</strong>ък на публикациите по труда и 61 <strong>с</strong>тр.приложения. Цитирани <strong>с</strong>а 132 литературни източника, от които 30 на кирилица и 102 налатиница. По труда <strong>с</strong>а направени 6 публикации - 4 на конференции <strong>с</strong> международно уча<strong>с</strong>тиев България и чужбина (София 2005, Варна 2010, Габрово 2011 и Дорнфелд, Германия 2011);2 в годишници на универ<strong>с</strong>итети (ТУ–София 2009 и 2010);Защитата на ди<strong>с</strong>ертационния труд ще <strong>с</strong>е <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong>тои на 19.06.2012 г. от 14 ч. в <strong>за</strong>ла 12126„Проф. Димитър Димитров” на Електротехниче<strong>с</strong>ки факултет на <strong>за</strong><strong>с</strong>едание на научно жури,назначено <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>за</strong>повед на Ректора на Техниче<strong>с</strong>ки универ<strong>с</strong>итет-София.Материалите по <strong>за</strong>щитата <strong>с</strong>а на разположение на интере<strong>с</strong>уващите <strong>с</strong>е в канцеларията наЕлектротехниче<strong>с</strong>ки факултет.Aвтор: Камелия Тодорова НиколоваЗаглавие: <strong>Енергийно</strong>-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> <strong>за</strong> <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> халогеннинажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиодиТираж: 50бр.Печатна ба<strong>за</strong> при ТУ - София2
Увод и актуално<strong>с</strong>т на проблемаХалогенните нажежаеми лампи (ХНЛ) <strong>с</strong>е прилагат широко <strong>за</strong> рекламно, <strong>с</strong>ценично и<strong>с</strong>тудийно о<strong>с</strong>ветление, както и в хотелиер<strong>с</strong>кия и об<strong>с</strong>лужващия <strong>с</strong>ектор. О<strong>с</strong>новните импредим<strong>с</strong>тва <strong>с</strong>а ни<strong>с</strong>ката цена, компактните размери и доброто цветопредаване на о<strong>с</strong>ветяванитеобекти. Недо<strong>с</strong>татъци на този вид <strong>с</strong>ветлинни източници <strong>с</strong>прямо техните алтернативи <strong>с</strong>а<strong>с</strong>равнително краткия живот и малкия <strong>с</strong>ветлинен добив, който е предпо<strong>с</strong>тавка <strong>за</strong> ни<strong>с</strong>каенергийна ефективно<strong>с</strong>т на изпълнените <strong>с</strong> тях <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> (ОУ).Делът на о<strong>с</strong>ветлението в хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong>тавлява 12% от общото потребление приизцяло електрифицирано оборудване, а при газифициране на <strong>с</strong>градата - 45%. Резултатите отанали<strong>за</strong> на потреблението на електроенергия в <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> на обще<strong>с</strong>твени <strong>с</strong>градипоказват, че над 50% от нея може да бъде <strong>с</strong>пе<strong>с</strong>тена, ако <strong>с</strong>е използват <strong>с</strong>ъвременни <strong>с</strong>ред<strong>с</strong>тва <strong>за</strong>повишаване на ефективно<strong>с</strong>тта на о<strong>с</strong>ветлението, включително повишаване на изи<strong>с</strong>кваниятакъм у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твата <strong>за</strong> управление – надеждно<strong>с</strong>т, регулиране на <strong>с</strong>ветлинния поток нао<strong>с</strong>ветителите по ниво на е<strong>с</strong>те<strong>с</strong>твената о<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т, <strong>с</strong>ензори <strong>за</strong> при<strong>с</strong>ъ<strong>с</strong>твие на хора впомещенията, програмируеми контролери <strong>за</strong> управление на о<strong>с</strong>ветлението.Фиг.1.1. Кон<strong>с</strong>умирана енергия в хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор при изцяло електрифицирано оборудванеа) без да <strong>с</strong>а предприети мерки <strong>за</strong> повишаване на енергийната ефективно<strong>с</strong>т;б) при предприети мерки <strong>за</strong> повишаване на енергийната ефективно<strong>с</strong>тПовишаването на енергийната ефективно<strong>с</strong>т на уличното о<strong>с</strong>ветление <strong>с</strong>ъщо пред<strong>с</strong>тавляваактуален въпро<strong>с</strong>. Изи<strong>с</strong>кванията <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление на обще<strong>с</strong>твени ме<strong>с</strong>та традиционно <strong>с</strong>еопределят от <strong>с</strong>ъображения <strong>за</strong> безопа<strong>с</strong>но<strong>с</strong>т на движението по пътното платно и получаваноточув<strong>с</strong>тво <strong>за</strong> <strong>с</strong>игурно<strong>с</strong>т при пешеходци, о<strong>с</strong>обено в гъ<strong>с</strong>то на<strong>с</strong>елените райони. В този а<strong>с</strong>пект емного важно да <strong>с</strong>е изберат подходящи <strong>с</strong>ветлинни <strong>решения</strong> <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ъответ<strong>с</strong>тващек<strong>с</strong>плоатационен режим, които да о<strong>с</strong>игурят не <strong>с</strong>амо каче<strong>с</strong>твено о<strong>с</strong>ветяване, но и надежден иикономичен режим на работа на уредбата.Глава първа - Съ<strong>с</strong>тояние на проблема, определяне на цел и<strong>за</strong>дачи на ди<strong>с</strong>ертационния труд1.1. Ефективно<strong>с</strong>т на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> ХНЛ и СДЕфективното изпълнение на една о<strong>с</strong>ветителна уредба (ОУ) <strong>с</strong>е определя от множе<strong>с</strong>твофактори. О<strong>с</strong>вен използване на <strong>с</strong>ветлинни източници <strong>с</strong> ви<strong>с</strong>ок <strong>с</strong>ветлинен добив и ефективнона<strong>с</strong>очване на <strong>с</strong>ветлинния поток, <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твен прино<strong>с</strong> имат ек<strong>с</strong>плоатационните режими на<strong>с</strong>ветлинните източници (СИ), определяни от използваните <strong>за</strong>хранващи и управляващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва (<strong>с</strong>и<strong>с</strong>теми). О<strong>с</strong>игуряването на безпроблемен режим на работа, който <strong>с</strong>ъхранява иудължава живота на СИ е <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твен проблем, който може да доприне<strong>с</strong>е <strong>за</strong> повишаване наефективно<strong>с</strong>тта на ОУ, изпълнени <strong>с</strong> ХНЛ. Съще<strong>с</strong>твуват множе<strong>с</strong>тво <strong>решения</strong> и богатаелементна ба<strong>за</strong> <strong>за</strong> разработване на <strong>за</strong>хранващи и управляващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва. В литературнотопроучване <strong>с</strong>а разгледани обла<strong>с</strong>ти на приложение, технологични и кон<strong>с</strong>труктивни о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>тина най-разпро<strong>с</strong>транените ХНЛ и на наличните у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> о<strong>с</strong>игуряване на пу<strong>с</strong>кови иек<strong>с</strong>плоатационни режими - както в българ<strong>с</strong>ката, така и в чужде<strong>с</strong>транната литература.3
Съвременните тенденции в о<strong>с</strong>ветителната техника <strong>с</strong>а към в<strong>с</strong>е по-ма<strong>с</strong>ово приложение нанай-пер<strong>с</strong>пективните СИ, <strong>с</strong>ветлодиодите (СД). Не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо от предлагането на разнообразнивъзможно<strong>с</strong>ти <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветяване <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиодни о<strong>с</strong>ветители (СДО), те в<strong>с</strong>е още пред<strong>с</strong>тавляватзначителна първоначална инве<strong>с</strong>тиция, което ограничава ма<strong>с</strong>овата им употреба.Захранването на СД е тя<strong>с</strong>но <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>но <strong>с</strong> кон<strong>с</strong>труктивното изпълнение на о<strong>с</strong>ветителите.Производителите непрекъ<strong>с</strong>нато разработват и предлагат различни топологии, които целят<strong>за</strong>доволяване на нара<strong>с</strong>тващите разнообразни потребно<strong>с</strong>ти <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> СД, катотенденция е да <strong>с</strong>е използват <strong>за</strong>хранващи източници <strong>с</strong> изход на кон<strong>с</strong>тантен ток. Актуално иоригинално решение <strong>за</strong> повишаване на ефективно<strong>с</strong>тта на <strong>уредби</strong> <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> ХНЛ може да бъдеприлагането на групови <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва. О<strong>с</strong>вен удължаване на живота на ХНЛ,използването на <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong> изход на кон<strong>с</strong>тантен ток позволява ле<strong>с</strong>на <strong>за</strong>мяна накла<strong>с</strong>иче<strong>с</strong>ките ОУ <strong>с</strong> ХНЛ <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиодни, без промяна на топологията на ин<strong>с</strong>талациите.41.2. Цел и <strong>за</strong>дачи на ди<strong>с</strong>ертационния трудНаправеното литературно проучване показва лип<strong>с</strong>ата на подробни из<strong>с</strong>ледвания <strong>за</strong>ек<strong>с</strong>плоатационни режими на ХНЛ при <strong>за</strong>хранване от източник на ток. О<strong>с</strong>вен товаизползваните напо<strong>с</strong>ледък иновативни технологии <strong>за</strong> производ<strong>с</strong>тво на ХНЛ <strong>с</strong> повишен<strong>с</strong>ветлинен добив <strong>с</strong>е характеризират <strong>с</strong> различни от <strong>с</strong>тандартните кон<strong>с</strong>труктивни о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти.Тези о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти определят различно поведение на СИ при еднакви номинални електриче<strong>с</strong>кипараметри. От друга <strong>с</strong>трана, тъй като ХНЛ <strong>с</strong>а пред<strong>с</strong>тавители на СИ <strong>с</strong> най-ни<strong>с</strong>ък <strong>с</strong>ветлинендобив, а СД – на най-пер<strong>с</strong>пективните, обезпечаването на безпроблемната им работа приеднакви ин<strong>с</strong>талационни у<strong>с</strong>ловия може <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твено да доприне<strong>с</strong>е <strong>за</strong> реализирането наенергийно-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> на <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващи <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong>. Ето <strong>за</strong>що ди<strong>с</strong>ертациятаима <strong>за</strong> цел намиране на енергийно-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> <strong>за</strong> <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong>халогенни нажежаеми лампи при поетапната им <strong>за</strong>мяна <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиоди. За по<strong>с</strong>тиганетой е необходимо да <strong>с</strong>е решат <strong>с</strong>ледните <strong>за</strong>дачи:1. Из<strong>с</strong>ледване ефективно<strong>с</strong>тта на <strong>с</strong>ъвременни <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> халогеннинажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиоди и определяне на ек<strong>с</strong>плоатационните им режими наработа (Глава втора);2. Моделиране на проце<strong>с</strong>ите в <strong>с</strong>ветлинните източници <strong>с</strong> цел из<strong>с</strong>ледване наповедението им в избрани ек<strong>с</strong>плоатационни режими. Оценка на до<strong>с</strong>товерно<strong>с</strong>тта намоделите по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом ек<strong>с</strong>перимент (Глава трета);3. Из<strong>с</strong>ледване на алтернативи <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване <strong>за</strong> най-ма<strong>с</strong>ово използванитехалогенни нажежаеми лампи, о<strong>с</strong>игуряващи надеждно<strong>с</strong>т, безпроблемна ек<strong>с</strong>плоатация и<strong>с</strong>ъвме<strong>с</strong>тимо<strong>с</strong>т при <strong>за</strong>мяна <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиоди (Глава четвърта);4. Разработване, реали<strong>за</strong>ция и из<strong>с</strong>ледване на групови <strong>за</strong>хранващи и управляващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом до<strong>с</strong>товерни модели на <strong>с</strong>ветлинни източници и елементи на<strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва (Глава пета);5. Анализ на по<strong>с</strong>тигнатите режими на работа на <strong>с</strong>ветлинните източниципо<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом разработените у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва.Глава втора - Eфективно<strong>с</strong>т на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> при прилагане наразлични видове <strong>с</strong>ветлинни източници2.1. Eфективно<strong>с</strong>т на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> при използване на различнивидове <strong>с</strong>ветлинни източници в хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>екторИз<strong>с</strong>ледването на ефективно<strong>с</strong>тта на ОУ <strong>с</strong>е извършва на ба<strong>за</strong>та на многовариантнопроектиране <strong>за</strong> избрано пред<strong>с</strong>тавително помещение в хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор при режим науправление по редове на ба<strong>за</strong> изве<strong>с</strong>тни коефициенти на е<strong>с</strong>те<strong>с</strong>твена о<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т (КЕО),целогодишна денонощна използваемо<strong>с</strong>т на помещението и <strong>с</strong>пазване на нормативните<strong>с</strong>ветлотехниче<strong>с</strong>ки изи<strong>с</strong>квания. Изчи<strong>с</strong>ляват <strong>с</strong>е „ин<strong>с</strong>талирана мощно<strong>с</strong>т на единица площ”,„годишна кон<strong>с</strong>умация на енергия на единица площ” и „годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление наединица площ” при <strong>за</strong>дадена нормена о<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т и денонощна използваемо<strong>с</strong>т на
помещението. Предложени <strong>с</strong>а кла<strong>с</strong>ове на енергийна ефективно<strong>с</strong>т на ОУ (А, B, C, D, E, F и G)по гореопи<strong>с</strong>аните пока<strong>за</strong>тели при изпълнение <strong>с</strong> различни <strong>с</strong>ветлинни източници (ХНЛ,компактни лумине<strong>с</strong>центни лампи (КЛЛ) и СД) и възможни начини на <strong>за</strong>хранване (<strong>за</strong> ХНЛ).Кла<strong>с</strong>ификация по критерий „ин<strong>с</strong>талирана мощно<strong>с</strong>т на единица площ”Изчи<strong>с</strong>лените <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти и кла<strong>с</strong>ове по енергийна ефективно<strong>с</strong>т на ОУ, изпълнена <strong>с</strong> различни<strong>с</strong>ветлинни източници <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 2.1. Най-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> по отношение наин<strong>с</strong>талираната мощно<strong>с</strong>т на единица площ <strong>с</strong>е получават <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> СД о<strong>с</strong>ветители. О<strong>с</strong>ветителите <strong>с</strong>ХНЛ <strong>с</strong> повишен <strong>с</strong>ветлинен добив попадат в кла<strong>с</strong> B.a) получени резултати б) възприети кла<strong>с</strong>ове по енергийна ефективно<strong>с</strong>тФиг. 2.1. Кла<strong>с</strong>ификация на ОУ във фоайета по критерий <strong>за</strong> ин<strong>с</strong>талирана мощно<strong>с</strong>т на единица площКла<strong>с</strong>ификация по критерий „годишна кон<strong>с</strong>умация на енергия на единица площ”Плановият разход на електриче<strong>с</strong>ката енергия, определен при автоматично управление нао<strong>с</strong>ветлението по редове <strong>с</strong>поред наличието на е<strong>с</strong>те<strong>с</strong>твена <strong>с</strong>ветлина <strong>за</strong> най-<strong>ефективни</strong>те (кла<strong>с</strong>А) и най-ни<strong>с</strong>ко <strong>ефективни</strong>те (кла<strong>с</strong> G) изпълнения на ОУ <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 2.2. и 2.3.б) предложена кла<strong>с</strong>ификацияФиг. 2.2. Годишна кон<strong>с</strong>умирана енергия <strong>за</strong>о<strong>с</strong>ветление на фоайета <strong>за</strong> единица площ -кла<strong>с</strong> А (в автоматичен режим на управлениепо КЕО)Фиг. 2.3. Годишна кон<strong>с</strong>умирана енергия <strong>за</strong>о<strong>с</strong>ветление на фоайета <strong>за</strong> единица площ -кла<strong>с</strong> G (в автоматичен режим на управлениепо КЕО)Кла<strong>с</strong>ификация по критерий „годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление на единица площ и норменао<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т 200lx”Изчи<strong>с</strong>лените годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление <strong>за</strong> най-<strong>ефективни</strong>те (кла<strong>с</strong> А) и най-ни<strong>с</strong>ко<strong>ефективни</strong>те (кла<strong>с</strong> G) изпълнения на ОУ във фоайета <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 2.4. и 2.5.Резултатите показват, че към момента на проучването, <strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong> могат да <strong>с</strong>епо<strong>с</strong>тигнат <strong>с</strong> ХНЛ <strong>с</strong> повишен <strong>с</strong>ветлинен добив (U н =12V), <strong>с</strong> КЛЛ и много малка ча<strong>с</strong>т от<strong>с</strong>ветлодиодните о<strong>с</strong>ветители. Не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо от ни<strong>с</strong>ките <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на кон<strong>с</strong>умираната енергия,ви<strong>с</strong>оката цена на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong>те <strong>уредби</strong> <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиодни о<strong>с</strong>ветители им отрежда мя<strong>с</strong>то в по-5
ни<strong>с</strong>ки кла<strong>с</strong>ове по този критерий <strong>за</strong> разглеждания 3-годишен период на възвръщане напървоначалните инве<strong>с</strong>тиции.Фиг. 2.4. Годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление нафоайета <strong>за</strong> единица площ - кла<strong>с</strong> А (вавтоматичен режим на управление по КЕО)Фиг. 2.5. Годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление нафоайета <strong>за</strong> единица площ - кла<strong>с</strong> G ( вавтоматичен режим на управление по КЕО)2.2. Eфективно<strong>с</strong>т на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>за</strong> пешеходни зони, изпълнени <strong>с</strong>о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong> халогенни нажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиодиСъще<strong>с</strong>твуват из<strong>с</strong>ледовател<strong>с</strong>ки програми (САЩ, 2003 г.), които препоръчват използванетона комбинирани о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлодиоди (СД) и нажежаеми <strong>с</strong>ветлинни източници. Чрезизползване на детектор <strong>за</strong> движение те удовлетворяват, както у<strong>с</strong>ловията <strong>за</strong> ни<strong>с</strong>ка кон<strong>с</strong>умацияна енергия, така и необходимата <strong>с</strong>игурно<strong>с</strong>т на пешеходците. За такова техниче<strong>с</strong>ко решение еважно да <strong>с</strong>е определи по какъв начин ще <strong>с</strong>е възвърнат вложените <strong>с</strong>ред<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> реализиранетому, <strong>за</strong> <strong>с</strong>метка на предприетите мерки <strong>за</strong> повишаване на ефективно<strong>с</strong>тта на уредбата. Къммомента на из<strong>с</strong>ледването (2009 г.) <strong>с</strong>а пред<strong>с</strong>тавени резултати <strong>за</strong> ефекта от прилагане нааналогични <strong>решения</strong>, <strong>с</strong>равнени <strong>с</strong> конвенционални <strong>с</strong> КЛЛ и ценово <strong>с</strong>равнение <strong>за</strong> териториятана България. Направените изчи<strong>с</strong>ления <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong> геометричните параметри на <strong>уредби</strong>те,показни <strong>с</strong>ъответно на фиг. 2.7 и 2.8, <strong>с</strong> обща годишна продължително<strong>с</strong>т на работа 4100 ч. Закомбинираната уредба е <strong>за</strong>ложен режим на управление, при който до 22ч. <strong>с</strong>е използват <strong>с</strong>амоСД о<strong>с</strong>ветители, а <strong>с</strong>лед 22ч. и ХНЛ, <strong>за</strong> да <strong>с</strong>е удовлетворят изи<strong>с</strong>кванията <strong>за</strong> вертикалнао<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т на лицето на пешеходец <strong>с</strong> оглед наличие на повишен криминален ри<strong>с</strong>к.a) разрез a) разрезб) изглед отгореб) изглед отгореФиг. 2.7. Геометрия на УОУ, изпълнена <strong>с</strong> КЛЛФиг. 2.8. Геометрия на УОУ, изпълнена <strong>с</strong> ХНЛ и СД6
Оценка на инве<strong>с</strong>тициите при реализиране на улични <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong>конвенционални о<strong>с</strong>ветители и комбинирани <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> ХНЛ И СД кактоОценяването на годишните разходи и реализиране на улична о<strong>с</strong>ветителна уредба при<strong>за</strong>дадените у<strong>с</strong>ловия <strong>с</strong>е извършва по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом изве<strong>с</strong>тни методи, <strong>с</strong>ъответно „Срок наоткупуване на първоначалните инве<strong>с</strong>тиции”, „Общи годишни разходи (Total Annual Value -TAV)” и „Минимум на разходите <strong>за</strong> целия период на ек<strong>с</strong>плоатация (Life cycle costs - LCC)” <strong>за</strong>дължина на улицата 1000м. Изчи<strong>с</strong>ленията показват, че първоначалните инве<strong>с</strong>тиции <strong>за</strong>комбинирана уредба могат да <strong>с</strong>е възвърнат <strong>за</strong> 3 годишен период на ек<strong>с</strong>плоатация.Общи годишни разходи (TAV), лвМинимум на разходите <strong>за</strong> целия период наек<strong>с</strong>плоатация (LCC), лвCmaint1835,571183,98Zmaint59503,0722652,86CenPP/AF539,77148,18Вар. 1Вар. 28579,338921,87ZenОЕCA*N34546,689483,7094049,7532136,56180165,92187359,21Вар. 1Вар. 2TAV10954,6710254,02LCC274215,68219495,76Фиг.2.9. Общи годишни раходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление,изчи<strong>с</strong>лени <strong>за</strong> варианти на изпълнение на УОУ I и IIФиг.2.10. Минимум на разходите <strong>за</strong> целия период наек<strong>с</strong>плоатация, изчи<strong>с</strong>лени <strong>за</strong> варианти на УОУ I и IIИзводиСъ<strong>с</strong>тавените кла<strong>с</strong>ификации по критерии «ин<strong>с</strong>талирана мощно<strong>с</strong>т на единица площ» можеда доприне<strong>с</strong>ат <strong>за</strong> оценяване на ефективно<strong>с</strong>тта от прилагане на о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ветлинниизточници <strong>с</strong> различна ефективно<strong>с</strong>т (ХНЛ, КЛЛ и СД) и <strong>с</strong>ветлотехниче<strong>с</strong>ки параметри ихарактери<strong>с</strong>тики. Кла<strong>с</strong>овете енергийна ефективно<strong>с</strong>т по критерий «годишна кон<strong>с</strong>умация наенергия на единица площ» <strong>с</strong>а подходящи <strong>за</strong> оценка на ефекта от прилагане на режими <strong>за</strong>управление <strong>с</strong> интегриране на е<strong>с</strong>те<strong>с</strong>твено о<strong>с</strong>ветление. Получените резултати <strong>за</strong> ефективно<strong>с</strong>тна <strong>уредби</strong>те по отношение на «годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление на единица площ» <strong>за</strong>избраното пред<strong>с</strong>тавително помещение от хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор е необходимо да <strong>с</strong>еактуализират периодично и <strong>с</strong>а подходящи <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване на динамиката на па<strong>за</strong>ра.Въпреки получения положителен ефект от прилагането на комбинирани <strong>уредби</strong> и потрите метода (фиг. 2.9 и фиг.2.10), динамичното развитие СД в по<strong>с</strong>ледните години поотношение на цени, параметри и ефективно на<strong>с</strong>очване на потока към о<strong>с</strong>ветяванатаповърхно<strong>с</strong>т, в близко бъдеще може да <strong>с</strong>е очаква използване о<strong>с</strong>новно на СД <strong>за</strong> УО.Не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо от обла<strong>с</strong>тта на приложение, ефективното функциониране на една ОУ <strong>с</strong>еопределя от о<strong>с</strong>игуряването на работни режими, <strong>с</strong>ъхраняващи и удължаващи живота наизползваните <strong>с</strong>ветлинни източници. Това може <strong>с</strong>е по<strong>с</strong>тигне <strong>с</strong> използване на <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, които обезпечават от една <strong>с</strong>трана адаптивно<strong>с</strong>т при изпълняване науредбата, а от друга неизменни изходни характери<strong>с</strong>тики. Обезпечаване на у<strong>с</strong>ловия <strong>за</strong>из<strong>с</strong>ледване при разнообразни е<strong>с</strong>плоатационни режими може да <strong>с</strong>е реализира по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твомразработване на модели на <strong>с</strong>ветлинните източници и из<strong>с</strong>ледването им в комплект <strong>с</strong>конкретни <strong>с</strong>хемни <strong>решения</strong> в програмна <strong>с</strong>реда. До<strong>с</strong>товерни резултати <strong>за</strong> режимнитепараметри на товара и елементите, уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемите, може да <strong>с</strong>е получат <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>за</strong>даване нареалните им характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong> конкретни кон<strong>с</strong>труктивни изпълнения.Глава трета – Математичеко моделиране на <strong>с</strong>ветлинниизточници и ек<strong>с</strong>плоатационните им характери<strong>с</strong>тикиТази глава е по<strong>с</strong>ветена на разработване математиче<strong>с</strong>ки модели на ХНЛ и избор на СД <strong>с</strong>реални характери<strong>с</strong>тики, които ще <strong>с</strong>е използват и из<strong>с</strong>ледват в комплект <strong>с</strong> конкретни проектни<strong>решения</strong> на алтернативи <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на халогенни нажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиоди.7
3.1. Моделиране на ХНЛ. О<strong>с</strong>новни пока<strong>за</strong>тели и характери<strong>с</strong>тики наХНЛ – аналитичен моделСъздаването на до<strong>с</strong>товерен програмен модел на ХНЛ <strong>с</strong>е извършва както <strong>с</strong>ледва:- извежда <strong>с</strong>е аналитичен модел <strong>за</strong> о<strong>с</strong>новните пока<strong>за</strong>тели и характери<strong>с</strong>тики на ХНЛ;- разработва <strong>с</strong>е модел в програмна <strong>с</strong>реда, о<strong>с</strong>нован на изведените аналитични изрази ив<strong>за</strong>имната връзка на величините, уча<strong>с</strong>тващи в тях;- въвеждат <strong>с</strong>е кон<strong>с</strong>труктивни параметри на конкретна ХНЛ <strong>за</strong> <strong>с</strong>имулиране на проце<strong>с</strong>итев програмна <strong>с</strong>реда - уравнения [3.2], [3.10], [3.11], [3.12], [3.13], <strong>с</strong>ъпротивление нанажежаемата нишка при дадена температура на околната <strong>с</strong>реда;- <strong>за</strong><strong>с</strong>немат <strong>с</strong>е ек<strong>с</strong>периментално реални електриче<strong>с</strong>ки параметри на ХНЛ <strong>с</strong> технитемоментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти;- <strong>с</strong>лед обработката на ек<strong>с</strong>перименталните данни <strong>с</strong>е извършва корекция на теоретичнитемодели, по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом въвеждане на конкретни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на корекционни коефициенти.Аналитичен моделЗа у<strong>с</strong>тановен режим аналитичният модел на ХНЛ <strong>с</strong>е получава чрез изразяване на балан<strong>с</strong>амежду отделяната в нажежаемата жичка електриче<strong>с</strong>ка енергия dWe=i(t) 2 .R(T).dt ираз<strong>с</strong>ейваната чрез излъчване p и (t).dt, конвекция p к (t).dt и топлопроводно<strong>с</strong>т p тп (t).dt топлинниенергии:i(t) 2 .R(T).dt=p и (t).dt+p к (t).dt+p тп (t).dt , [3.1]където R(T) e <strong>с</strong>ъпротивлението на нажежаемата нишка в <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т от температурата и Т,i(t) – моментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на тока на лампата.В пу<strong>с</strong>ковия режим е необходимо да <strong>с</strong>е отчете и топлинната енергия, изразходвана <strong>за</strong>повишаване на температурата на жичката, газовата <strong>с</strong>реда около нея и температурата наколбата:[c н (T).M н + c г (T).M г +c к (T).M к ].dT=K(T).dT, [3.2]където c н (T), c г (T), c к (T) <strong>с</strong>а <strong>с</strong>пецифичните топлинни капацитети на волфрама, газовата <strong>с</strong>реда влампата и <strong>с</strong>тъклото, от което е изработена колбата; M н , M г , M к <strong>с</strong>а <strong>с</strong>ъответно ма<strong>с</strong>ите наволфрамовата <strong>с</strong>пирала, газовата <strong>с</strong>реда в лампата и <strong>с</strong>тъклената колба; dT е промяната натемпературата на жичката <strong>за</strong> елементарно време dt.С отчитане на [3.2] <strong>за</strong> балан<strong>с</strong>а на енергиите <strong>с</strong>е получава:dT/dt={u(t) 2 /R(T) –p и (t)-p к (t)-p тп (t)}/K(T). [3.5]За изчи<strong>с</strong>ляване на излъчената мощно<strong>с</strong>т p и (t), предаваните чрез конвекция p к (t) итоплопроводно<strong>с</strong>т p тп (t) топлинни потоци <strong>с</strong>е използват <strong>с</strong>ъответно [3.10], [3.11-12] и [3.13],като във в<strong>с</strong>яко от уравненията <strong>с</strong>е въвеждат параметрите на из<strong>с</strong>ледваната ХНЛ.Излъчената мощно<strong>с</strong>т <strong>с</strong>е определя по:p и (t)=a 1 . S и .C и .(T 4 -T 4 к) , [3.10]където a 1 държи <strong>с</strong>метка <strong>за</strong> вида и формата на излъчващата повърхно<strong>с</strong>т <strong>с</strong> площ S и , C и =c 0 .e и еприведен коефициент на лъчи<strong>с</strong>т топлообмен между излъчващата повърхно<strong>с</strong>т (волфрамовата<strong>с</strong>пирала) и <strong>с</strong>тените на лампата, c 0 =5,67 [W/(m 2 .K)] e кон<strong>с</strong>танта на Стефан-Болцман, e и –приведен коефициент на излъчване на <strong>с</strong>и<strong>с</strong>темата (дава възможно<strong>с</strong>т <strong>за</strong> отчитане и накоефициента на излъчване на колбата, което е <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твено предим<strong>с</strong>тво при из<strong>с</strong>ледване наХНЛ <strong>с</strong> инфрачервен отразяващ <strong>с</strong>лой), T к е температурата на <strong>с</strong>тената на колбата. Приведенияткоефициент на излъчване на <strong>с</strong>и<strong>с</strong>темата e и <strong>с</strong>е определя при изве<strong>с</strong>тни коефициенти наизлъчване на нажежаемото тяло и повърхно<strong>с</strong>тите, обкръжаващи изделието (колбата) поизчи<strong>с</strong>лителен път, а при лип<strong>с</strong>а на кон<strong>с</strong>труктивни данни <strong>с</strong>е <strong>за</strong>дава като корекционенкоефициент.Предаваните чрез конвекция топлинни потоци от нажежаемото тяло към газовата <strong>с</strong>редаp к1 (t) и от държателите към газовата <strong>с</strong>реда <strong>с</strong>е определят <strong>с</strong>ъответно от [3.11] и [3.12]:8p к1 (t)=a 2 .S к1 .C к1 .(T-T <strong>с</strong>р ) , [3.11]
където a 2 държи <strong>с</strong>метка <strong>за</strong> вида и формата на топлопредаващата чрез конвекция повърхно<strong>с</strong>т <strong>с</strong>площ S к1 , C к1 е коефициент на отдаване на топлина от повърхно<strong>с</strong>тта към газовата <strong>с</strong>реда чрезконвекция, T <strong>с</strong>р e температурата на обкръжаващата газовата <strong>с</strong>реда;p к2 (t)=a 2 .k д .S к2 .C к2 .(T к2 -T <strong>с</strong>р ), [3.12]където уча<strong>с</strong>тват аналогичните величини <strong>за</strong> държателите, като T к2 е тяхната температура, а k д– броят им.Отдаваните чрез топлопроводно<strong>с</strong>т топлинни потоци от нажежаемото тяло къмподдържащите проводници p тп1 (t) и от поддържащите проводници към електродите p тп2 (t)<strong>с</strong>а:p тп1 (t)=a 3п .q 1 .K тп1 .(T-T тп1 )/L тп1 ; [3.13]p тп2 (t)=a 3е .q 2 .K тп2 .(T-T тп2 )/L тп2 ,където a 3п и a 3е държи <strong>с</strong>метка <strong>за</strong> броя, вида и формата на поддържащите проводници иотвеждащите електроди, q 1 и q 2 e <strong>с</strong>ечението им, K пт1 и K пт2 – <strong>с</strong>ъответно коефициент натоплопроводимо<strong>с</strong>т поддържащите проводници и електродите, L тп1 и L тп2 – дължината им,T тп1 и T тп2 <strong>с</strong>а <strong>с</strong>ъответно температурите на проводниците и електродите.3.2. Модел на ХНЛ в <strong>с</strong>имулативна компютърна <strong>с</strong>редаНа ба<strong>за</strong>та на аналитичния модел <strong>за</strong> балан<strong>с</strong>а на енергиите е <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong>тавен програмен модел в<strong>с</strong>реда „MATLAB”, пока<strong>за</strong>н на фиг. 3.1.Фиг.3.1. Програменмодел в <strong>с</strong>редаMatlab нахалогеннанажежаема лампа,<strong>за</strong>хранена отизточник на<strong>с</strong>ину<strong>с</strong>оидалнонапрежение3.3. Модели на ХНЛ <strong>с</strong> различни номинални параметриЗа пълнота из<strong>с</strong>ледването е направено, както <strong>за</strong> кла<strong>с</strong>иче<strong>с</strong>ки така и <strong>за</strong> <strong>с</strong>ъвременни СИ.За ек<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тиките на ХНЛ <strong>с</strong>е използва <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващамикроконтролерна <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема в <strong>с</strong>ъответната <strong>с</strong>хема на <strong>с</strong>вързване.Сравнение на получени от моделиране и по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом ек<strong>с</strong>перимент характери<strong>с</strong>тики накла<strong>с</strong>иче<strong>с</strong>ки линейни ХНЛ <strong>с</strong> U н = 230V <strong>с</strong> номинални мощно<strong>с</strong>ти (P н ) 150 и 500WСравнение на получени по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране характери<strong>с</strong>тики и ек<strong>с</strong>периментално<strong>за</strong><strong>с</strong>нети чрез микроконтролерна <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема моментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти i(t) при директно прилагане на<strong>за</strong>хранващо напрежение u(t), както и определени по изчи<strong>с</strong>лителен път p(t) и R(T) <strong>за</strong>из<strong>с</strong>ледваните ХНЛ <strong>с</strong>а дадени на фиг. 3.9., 3.11. (<strong>за</strong> 150W) и на фиг. 3.10., 3.12. (<strong>за</strong> 500W).9
543210‐400 ‐300 ‐200 ‐100 0 100 200 300 400‐1‐2‐3a) измерена б) моделиранаФигура 3.9. Динамична волт-амперна характери<strong>с</strong>тика при включване на ХНЛ 150W към <strong>за</strong>хранващотонапрежение 230V, 50Hz ( до у<strong>с</strong>тановен режим)151050‐400 ‐300 ‐200 ‐100 0 100 200 300 400‐5‐10a) измерена б) моделиранаФигура 3.10. Динамична волт-амперна характери<strong>с</strong>тика при включване на ХНЛ 500W към <strong>за</strong>хранващотонапрежение 230V, 50Hz ( до у<strong>с</strong>тановен режим)Фигура 3.11. Сравнение на получените чрезмоделиране (в <strong>с</strong>иньо) и ек<strong>с</strong>периментално<strong>за</strong><strong>с</strong>нетите (в червено) характери<strong>с</strong>тики нахалогенна нажежаема лампа - 150W, 230VФигура 3.12. Сравнение на получените чрезмоделиране (в <strong>с</strong>иньо) и ек<strong>с</strong>перименталнo<strong>за</strong><strong>с</strong>нетите (в оранжево) характери<strong>с</strong>тики нахалогенна нажежаема лампа - 500W, 230VМодели на <strong>с</strong>ъвременни ХНЛ <strong>с</strong> различни номинални параметриЕк<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>нети моментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на i(t) при директно прилагане на<strong>за</strong>хранващо напрежение u(t), резултантната ек<strong>с</strong>периментална характери<strong>с</strong>тика <strong>за</strong> p(t) иполучените по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong> i(t), p(t), R(T) и T(R) <strong>за</strong> ХНЛ <strong>с</strong>U н =230VАC, P н = 28W <strong>с</strong> инфрачервено ИЧ отразяващо покритие на колбата <strong>с</strong>а показни нафиг. 3.14.10
Фигура 3.14. Моделирани и ек<strong>с</strong>периментално<strong>за</strong><strong>с</strong>нети характери<strong>с</strong>тики при включване на лампатакъм мрежата 230V (50 Hz) <strong>за</strong> образец, производ<strong>с</strong>твона фирма GE, <strong>с</strong>ъответно <strong>с</strong> номинална мощно<strong>с</strong>т инапрежение - 28W, 230VФигура 3.20. Получени по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиранехарактери<strong>с</strong>тики (в <strong>с</strong>иньо) и ек<strong>с</strong>периметнално<strong>за</strong><strong>с</strong>нети моментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти (в червено) на токана ХНЛ - 20W,12VACЕк<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>нетите моментни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на i(t) при променливо <strong>за</strong>хранващонапрежение u(t) и получените по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong> i(t), p(t), R(T) иT(R) <strong>за</strong> рефлекторна ХНЛ <strong>с</strong> U н = 12VDC, P н = 20W <strong>с</strong>а показни на фиг. 3.20.За разширяване на възможно<strong>с</strong>тите моделът е адаптиран <strong>за</strong> приложения в програмна <strong>с</strong>редаPSpice, фиг. 3.23. Резултати от моделиране на <strong>с</strong>ъвременно кон<strong>с</strong>труктивно изпълнение наХНЛ <strong>с</strong> повишен <strong>с</strong>ветлинен добив и U н = 12VDC, P н = 50W <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 3.24, 3.25,3.26.Задаване на брой по<strong>с</strong>л.<strong>с</strong>в. ХНЛФигура 3.23. Вградена <strong>с</strong>труктура на макромодел на ХНЛ11
В модела на фиг.3.23. <strong>с</strong>а означени <strong>с</strong>ъответните блокове <strong>за</strong> изчи<strong>с</strong>ляване на p и (t) - P i , p к1 (t) -P k1 , p к2 (t) - P k2 , p тп1 (t) - P тп1 , p тп2 (t) - P тп2 , Т(R) - Calc_T nt , R(T) - Calc_R, ток на лампата I в<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т от R(T) – Calc_I и нейната мощно<strong>с</strong>т P – Calc_Pow.60A40AФиг. 3.24. Моделиран ток през ХНЛ<strong>с</strong> инфрачервен отразяващ <strong>с</strong>лой 50W(In=4.1667A) при директно20A<strong>за</strong>хранване от източник напо<strong>с</strong>тоянно напрежение 12VIn_m=4.1667Фиг. 3.25. Моделирано <strong>с</strong>ъпротивлениена нажежаемото тяло нa ХНЛ <strong>с</strong>инфрачервен отразяващ <strong>с</strong>лой 50W(R=2.88Ω) при директно <strong>за</strong>хранване отизточник на по<strong>с</strong>тояннонапрежение 12V0A0s 200ms 400ms 600ms 800msI(L_50W.G2)Time5.0V2.5VR_m=2.88 ohm0V0s 200ms 400ms 600ms 800msV(L_50W.Calc_R:R)Time3.0KVФиг. 3.26. Моделирана температурана нажежаемото тяло <strong>за</strong> ХНЛ <strong>с</strong> 2.0KVинфрачервен отразяващ <strong>с</strong>лой 50W(Т=3000K) при директно <strong>за</strong>хранване отизточник на по<strong>с</strong>тоянно напрежение12V1.0KVTnt_m=3013K120V0s 200ms 400ms 600ms 800msrms(V(L_50W_TNT))Time3.4. Избор на компютърни модели на СД източници по <strong>за</strong>дадена V-Aхарактери<strong>с</strong>тикаВ<strong>с</strong>е по-широкото приложение на <strong>с</strong>ветлодиодите в различни обла<strong>с</strong>ти и техните характернио<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти определят необходимо<strong>с</strong>тта от моделирането им в програмна <strong>с</strong>реда. За тази цел<strong>с</strong>ъвременните производители предо<strong>с</strong>тавят модели на произвежданите от тях продукти <strong>за</strong> найче<strong>с</strong>тоизползваните <strong>с</strong>тандартни програми <strong>за</strong> <strong>с</strong>имулиране на работата им в електриче<strong>с</strong>киу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва. Резултатът от прилагане на програмни модели на СД, използвани во<strong>с</strong>ветителната техника, <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>за</strong>даване на тяхната V-A характери<strong>с</strong>тика <strong>за</strong> решаване напо<strong>с</strong>тавените <strong>за</strong>дачи е даден на фиг. 3.29. Генериране на <strong>за</strong>дадена V-A характери<strong>с</strong>тика на<strong>с</strong>ветлодиоди може да <strong>с</strong>е о<strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>тви чрез въвеждане на характерни параметри в<strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващи <strong>с</strong>тандартни програмни модели на полупроводникови диоди. О<strong>с</strong>новните
параметри, които <strong>с</strong>е <strong>за</strong>дават <strong>с</strong>а: ток на на<strong>с</strong>ищане в обратна по<strong>с</strong>ока I s („мащабенкоефициент”); активно <strong>с</strong>ъпротивление R s , уча<strong>с</strong>тващо в еквивалентната <strong>за</strong>ме<strong>с</strong>тваща <strong>с</strong>хема отпо<strong>с</strong>ледователно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни рези<strong>с</strong>тор и източник на електродвижещо напрежение и N - фактор,отчитащ идеализирането на диода (държи <strong>с</strong>метка и <strong>за</strong> праговото напрежение на<strong>с</strong>ветлодиодите).1.2A1.0A0.8A0.6A0.4A0.2AФиг. 3.28. Каталожна V-A характери<strong>с</strong>тика наСД Rebel ES0A2.6V 2.8V 3.0V 3.2VI(U10:A)VdcФиг. 3.29. V-A характери<strong>с</strong>тика на СД Rebel ES,моделирана <strong>с</strong> програмен модел в <strong>с</strong>реда PSpice3.5. Разширяване на възможно<strong>с</strong>тите на <strong>с</strong>тенд <strong>за</strong> ек<strong>с</strong>периментално<strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тики на <strong>с</strong>ветлинни източнициРазширяването на възможно<strong>с</strong>тите <strong>за</strong> ек<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тиките наразлични <strong>с</strong>ветлинни източници може да доприне<strong>с</strong>е <strong>за</strong> рационално използване на<strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващата микропроце<strong>с</strong>орна <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема и въвеждането и в учебния проце<strong>с</strong>.Принципна <strong>с</strong>хема на у<strong>с</strong>ъвършен<strong>с</strong>твания <strong>с</strong>тенд е пока<strong>за</strong>на на фиг. 3.30. Изработен е челенпанел <strong>с</strong> индикация, като <strong>с</strong>а предвидени изводи <strong>за</strong> реализиране на различни електриче<strong>с</strong>ки<strong>с</strong>хеми <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване на <strong>с</strong>ветлинни източници в комплект <strong>с</strong> преобразуващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва ивключване на допълнителни измервателни уреди. Приложена е ин<strong>с</strong>трукция <strong>за</strong> ек<strong>с</strong>плоатацияна <strong>с</strong>тенда.Фиг. 3.30. Принципна <strong>с</strong>хема на <strong>с</strong>тенд <strong>за</strong> <strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тиките на СИРеализираният <strong>с</strong>тенд <strong>за</strong> измерване на характери<strong>с</strong>тиките на СИ е пока<strong>за</strong>н на фиг. 3.33.13
Фиг.3.33. Стенд <strong>за</strong> <strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тиките на СИИзводиПолучените резултати от ек<strong>с</strong>перименти показват, че <strong>с</strong>ъздадените програмни модели наба<strong>за</strong>та на балан<strong>с</strong>а на мощно<strong>с</strong>тите <strong>за</strong> ХНЛ (включително и на ни<strong>с</strong>ко напрежение), отразяватдо<strong>с</strong>товерно проце<strong>с</strong>ите, протичащи в тях, както в преходен, така и в у<strong>с</strong>тановен режим <strong>с</strong>отклонения на моделираният ток до 0,5%. Съще<strong>с</strong>твуващите програмни модели на СД иналичните данни от производители <strong>за</strong> <strong>за</strong>даване на конкретна V-A характери<strong>с</strong>тика наразлични модели (намиращи приложение в кон<strong>с</strong>трукции на <strong>с</strong>ъвременни о<strong>с</strong>ветители) <strong>с</strong>аподходящи <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване на резултантните характери<strong>с</strong>тики в проце<strong>с</strong>а на разработване на<strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва.До<strong>с</strong>товерно<strong>с</strong>тта на <strong>с</strong>ъздадените (<strong>за</strong> ХНЛ) и приложените (<strong>за</strong> СД) модели дававъзможно<strong>с</strong>т те да бъдат използвани <strong>за</strong> моделиране и из<strong>с</strong>ледване на реалнитеек<strong>с</strong>плоатационни режими на ХНЛ и СД и преминавне към разработване на <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, о<strong>с</strong>игуряващи ефективна ек<strong>с</strong>плоатация и удължаване на животът им.14
Глава четвърта - Възможно<strong>с</strong>ти <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на халогеннинажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиодиФункционални изи<strong>с</strong>квания към <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> ХНЛ и СД.Електриче<strong>с</strong>ко <strong>за</strong>хранване по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом източник на токВидът на товара и характерните му о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти на работа <strong>с</strong>а о<strong>с</strong>новните фактори, коитоопределят функционалните изи<strong>с</strong>квания към източниците <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранването му. Халогеннитенажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиодите имат различен принцип на <strong>с</strong>ветлоотдаване и диаметралнопротивоположни характери<strong>с</strong>тики. Тъй като първите <strong>с</strong>а пред<strong>с</strong>тавители на най-ни<strong>с</strong>ко<strong>ефективни</strong>те <strong>с</strong>ветлинни източници, а вторите - на най-пер<strong>с</strong>пективните, използването наединен принцип <strong>за</strong> реализиране на <strong>за</strong>хранващи и управляващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва ще вне<strong>с</strong>езначителни уле<strong>с</strong>нения при <strong>за</strong>мяната им.В<strong>с</strong>ички широко употребявани методи <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на ХНЛ предлагат <strong>с</strong>и<strong>с</strong>теми, прикоито регулираният параметър е <strong>за</strong>хранващото напрежение. Не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо по какъв начин еизпълнена <strong>с</strong>и<strong>с</strong>темата <strong>с</strong> регулиране по напрежение, тя има <strong>с</strong>ледните недо<strong>с</strong>татъци:‣ У<strong>с</strong>ложнени електронни <strong>решения</strong> <strong>с</strong> множе<strong>с</strong>тво компоненти и обратни връзки;‣ По-големи инве<strong>с</strong>тиции при използване на индивидуални пу<strong>с</strong>ково-регулиращиапарати (ПРА);‣ Отно<strong>с</strong>ително по-ни<strong>с</strong>ка ефективно<strong>с</strong>т на у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твата <strong>за</strong> ни<strong>с</strong>ко напрежение и голямток при паралелно <strong>с</strong>вързване на голям брой СИ;‣ Различен <strong>с</strong>ветлинен добив на СИ в о<strong>с</strong>ветителната уредба, който <strong>с</strong>е дължи нападовете на напрежение по <strong>за</strong>хранващата линия. Този резултат <strong>с</strong>е наблюдава по-отчетливопри групово <strong>за</strong>хранване на ХНЛ, поради по-големите дължини на тра<strong>с</strong>етата между<strong>за</strong>хранващото у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво и <strong>с</strong>ветлинните източници;‣ Промяна на параметрите на ХНЛ при дефектиране на СИ.Светлодиодите, от друга <strong>с</strong>трана, <strong>с</strong>е характеризират <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ледните о<strong>с</strong>новниелектротехниче<strong>с</strong>ки пока<strong>за</strong>тели: дей<strong>с</strong>твие <strong>с</strong> по<strong>с</strong>тоянен ток, твърдe ни<strong>с</strong>ко единично номиналнонапрежение и малки единични мощно<strong>с</strong>ти. По тази причина трябва да <strong>с</strong>е използват<strong>с</strong>ъответните токо-преобразувателни у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong> изход на по<strong>с</strong>тоянен ток.Използването на токова <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване и на ХНЛ може да доприне<strong>с</strong>е <strong>за</strong>повишаване на ефективно<strong>с</strong>тта и безпроблемната ек<strong>с</strong>плоатация на уредбата <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>воитехарактерни предим<strong>с</strong>тва:• Напрежението на клемите <strong>с</strong>е определя от броя на включените СИ и може да емногократно по-ви<strong>с</strong>око от номиналното напрежение на единичния СИ, <strong>с</strong>ледователноу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твото е <strong>за</strong> малък ток и ви<strong>с</strong>око напрежение, от което <strong>с</strong>е определят отно<strong>с</strong>ително пови<strong>с</strong>окитехниче<strong>с</strong>ки и енергетични пока<strong>за</strong>тели;• Напрежението на отделните СИ <strong>с</strong>е определя от <strong>с</strong>об<strong>с</strong>твените им характери<strong>с</strong>тики и нее <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо от отдалечено<strong>с</strong>тта им от клемите на източника;• Токът на <strong>за</strong>хранващите линии не <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>и от дължината им и е равен на номиналнияток на единичния СИ, <strong>с</strong>ледователно проводниците <strong>с</strong>а <strong>с</strong> еднакво <strong>с</strong>ечение по цялата имдължина;• Ле<strong>с</strong>но овладяване на пу<strong>с</strong>ковите проце<strong>с</strong>и;• Поддържане на неизменен ток при промяна на мощно<strong>с</strong>ттта на товара (дефектиране иотпадане на СИ).Трябва да <strong>с</strong>е има предвид, че при <strong>за</strong>хранване от източници на ток е <strong>за</strong>дължително той дабъде винаги <strong>с</strong> включен към клемите му товар. Тази о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>т не променя <strong>с</strong>хемното решениепри товар от СД, тъй-като при тях пробивът <strong>за</strong>вършва обикновено <strong>с</strong> къ<strong>с</strong>о <strong>с</strong>ъединение, изга<strong>с</strong>ва<strong>с</strong>амо повреденият. Дефектирането на ХНЛ е <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>но обаче <strong>с</strong> прекъ<strong>с</strong>ване на веригата напо<strong>с</strong>ледователно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ните СИ, което е недопу<strong>с</strong>тимо при <strong>за</strong>хранване от токова <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема. Тозипроблем може да бъде решен <strong>с</strong> елементарни преобразувания като е необходимо един<strong>с</strong>твенопаралено на в<strong>с</strong>яка ХНЛ да бъде <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>н полупроводников елемент <strong>с</strong> нелинейнахарактери<strong>с</strong>тика. По този начин при дефектиране на коя да е от ХНЛ, веригата в този уча<strong>с</strong>тъке <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>на на къ<strong>с</strong>о и токът през работещите СИ <strong>с</strong>е <strong>за</strong>пазва.15
Съще<strong>с</strong>твуващите на па<strong>за</strong>ра у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, които <strong>с</strong>е характеризират <strong>с</strong> изходнахарактери<strong>с</strong>тика на кон<strong>с</strong>тантен ток имат <strong>с</strong>равнително те<strong>с</strong>ен диапазон на поддържанатамощно<strong>с</strong>т. Използването на надеждни групови <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong> приемлива грешка на<strong>с</strong>табилизирания кон<strong>с</strong>тантен ток, не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>им от големината на товара може да доприне<strong>с</strong>е <strong>за</strong>някои удоб<strong>с</strong>тва, както при рекон<strong>с</strong>труиране на <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващи ин<strong>с</strong>талации, така и приизграждане на нови. Реализирането на такова у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво е възможно <strong>с</strong> прилагане напараметрични преобразуватели тип “Бушеро”, които <strong>с</strong>е характеризират именно <strong>с</strong> таковадей<strong>с</strong>твие.4.2.1. Из<strong>с</strong>ледване на характери<strong>с</strong>тиките на еднофазни параметрични преобразувателина източник на напрежение в източник на неизменен променлив ток (по <strong>с</strong>хеми тип“Бушеро”) <strong>с</strong> идеализирани елементиСтатични характери<strong>с</strong>тики на идеализиран преобразувател. Избор на тип на <strong>с</strong>хемата„Бушеро”При еднофазно изпълнение най-ле<strong>с</strong>но приложими <strong>с</strong>а преобразуватели <strong>с</strong> принципна <strong>с</strong>хема“Г” (фиг.4.1.) и <strong>с</strong> принципна <strong>с</strong>хема “Т” (фиг.4.2). На фигурите 4.1. и 4.2. <strong>с</strong> прекъ<strong>с</strong>ната линия еочертан преобразувателят.а) б)Фиг.4.1. Преобразуватели напрежение-ток тип „Г”Фиг.4.2. Преобразувател напрежение-ток тип „Т”Означенията на елементите <strong>с</strong>а Z 1 – конден<strong>за</strong>тор, Z 2 – дро<strong>с</strong>ел, R 0 – товар, U R – напрежениена източника, I R – ток на входа на преобразувателя (към източника), I 1 – ток на конден<strong>за</strong>тора,I 2 – ток на дро<strong>с</strong>ела, I 0 – ток на товара (по<strong>с</strong>ледователно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни ХНЛ или <strong>с</strong>ветлодиоди).Определянето на режимите на работа на товара, преобразувателя и <strong>за</strong>хранващия източникпо-нататък <strong>с</strong>е прави при <strong>с</strong>ледните у<strong>с</strong>ловия: източникът е <strong>с</strong> безкрайно голяма номиналнамощно<strong>с</strong>т: ( U R ≠ f(I R ) ); напрежението на източника U R е <strong>с</strong>ину<strong>с</strong>оидално <strong>с</strong> че<strong>с</strong>тота f=50 Hz;дро<strong>с</strong>елът е <strong>с</strong> линейна характери<strong>с</strong>тика: Z 2 ≠f(I 2 ); конден<strong>за</strong>торът е <strong>с</strong> линейна характери<strong>с</strong>тика: Z 1≠ f(I 1 ); товарът е <strong>с</strong> активно <strong>с</strong>ъпротивление и линейна характери<strong>с</strong>тика: R 0 ≠ f(I 0 ); дро<strong>с</strong>елът нафигура 4.2. е <strong>с</strong> магнитопровод и две намотки, магнитно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни <strong>с</strong> коефициент на в<strong>за</strong>имнаиндуктивно<strong>с</strong>т m.При тези у<strong>с</strong>ловия в<strong>с</strong>ички напрежения и токове <strong>с</strong>а <strong>с</strong>ину<strong>с</strong>оидални и може изчи<strong>с</strong>ленията да<strong>с</strong>е правят <strong>с</strong> използване на методи <strong>с</strong> комплек<strong>с</strong>ни чи<strong>с</strong>ла.16Преобразувател тип „Г”Токовете и напреженията <strong>с</strong>е определят чрез <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема комплек<strong>с</strong>ни уравнения.
Фиг.4.5. Характери<strong>с</strong>тики I 0 *, I R *= f (R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Г”Фиг.4.6. Характери<strong>с</strong>тики U 1 *, U 2 *, U 0 *= f (R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Г”Фиг. 4.7. Характери<strong>с</strong>тика cosφ н *=f(R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Г”Характери<strong>с</strong>тиките на така определенияизточник на ток в отно<strong>с</strong>ителни чи<strong>с</strong>ла <strong>с</strong>апред<strong>с</strong>тавени на фигури 4.5, 4.6 и 4.7, като<strong>с</strong>ъпротивлението на товара е пред<strong>с</strong>тавено <strong>с</strong>отно<strong>с</strong>ителна величина: R 0 * =R/x.Характерно <strong>за</strong> преобразователите тип„Г” е, че факторът на мощно<strong>с</strong>тта към<strong>за</strong>хранващия източник винаги е cosφ н 2,което определя използване напреобразувателя <strong>за</strong> номинално напрежениена товара U 0 >2U R . Другата характернао<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>т е, че токът на източника имаминимална <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>т, равна на<strong>с</strong>табилизираната – ток на СИ (I и_min *=1) и приувеличаване на <strong>с</strong>ъпротивлението на товара е винаги по-голям от тока на СИ.Преобразувател тип „Т”Означените на фигура 4.2 импедан<strong>с</strong>и <strong>с</strong>а:Z 1 =−jx1 ; Z 21 = jx 21 ; Z22 = jx 22[4.6]Импедан<strong>с</strong>ите Z 21 и Z 22 <strong>с</strong>а <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни <strong>с</strong> в<strong>за</strong>имна индуктивно<strong>с</strong>т <strong>с</strong> коефициент m, която <strong>с</strong>еопределя от общия им магнитопровод. В изчи<strong>с</strong>ленията в<strong>за</strong>имната индуктивно<strong>с</strong>т <strong>с</strong>е отразява <strong>с</strong>еквивалентен импедан<strong>с</strong>:x = j ωM = jωL L[4.7]M21 22Токовете и напреженията <strong>с</strong>е определят чрез <strong>с</strong>и<strong>с</strong>темата уравнения:• • • •U = jx I − jx I + jx IR21 21 1 1 M 22• • • •1 1 22 22 M 21 + 22 0− jx I = jx I + jx I I R• • •I = I + I12 122[4.8]Решенията <strong>с</strong>а:17
− jx + jx + R• •1 22 0I R = UR;x2 21( x 22 + x 12 + 2 x M) + x M − x 22 + j ( x 22 − x 1)R 0• •jx22 + jxM+ R0I1= U ;[4.9]Rx2 21( x 22 + x 12 + 2 x M) + x M − x 22 + j ( x 22 − x 1)R 0• •−jx1− jxMI0= URx2 21( x 22 + x 12 + 2 x M) + x M − x 22 + j ( x 22 − x 1)R 0У<strong>с</strong>ловието <strong>за</strong> получаване на характери<strong>с</strong>тика <strong>за</strong> източник на ток е:x21 − x 1 = 0; x21 = x1 = x ;1C =ωxПри изпълняване на [4.10] <strong>ефективни</strong>те токове и напрежения, <strong>с</strong>ъответно <strong>с</strong>а:[4.10]IR=U R∗ R 0 + (1 −m)x(1 + m) 1 + m2 2;U21∗ 2 20 + (1 − )U= RR m1 + m 1 + m;I1=∗ 2 2 20 + ( + )U RR m mx( 1+ m)1+m;U1∗ 2 2 20 + ( + )U= RR m m1 + m 1 + m;[4.11]IU0 = R;x(1 + m)U= mU22 21В [4.11] <strong>с</strong>а възприети и <strong>с</strong>ледните означения:I ∗ 0 = 1; R∗ 0 = R2x ; Mm =L L12 22;ϖ22 2 22m = ; m ;ϖ 21 x= x[4.12]където ϖ21е броят на навивките на намотката <strong>за</strong> импедан<strong>с</strong>а Z 21 , а ϖ22е броят нанавивките на намотката <strong>за</strong> импедан<strong>с</strong>а Z 22 .Факторът на мощно<strong>с</strong>тта cosφ н към <strong>за</strong>хранващия източник <strong>с</strong>е определя от комплек<strong>с</strong>ноторешение <strong>за</strong> тока I и [4.9], от където <strong>с</strong>е получава:tg ϕн2m − 1= ;R∗0cosϕ=нR∗R0∗2 2 20 + ( m −1)[4.14]при m=1, cosφ н =1 .Решенията, опи<strong>с</strong>ващи характери<strong>с</strong>тиките на преобразувателя тип “Т” при m=1 вотно<strong>с</strong>ителни единици <strong>с</strong>а илю<strong>с</strong>трирани на фигури 4.8, 4.9 и 4.10.Фиг. 4.8. Характери<strong>с</strong>тики I 0 *, I R *, I 1 *= f (R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Т”Фиг. 4.9. Характери<strong>с</strong>тики U 21 *, U 22 *, U 1 *= f (R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Т”18
Фиг. 4.10. Характери<strong>с</strong>тика cosφ н *=f(R 0 *) <strong>за</strong>преобразувател тип „Т”Те показват важен резултат: при m=1( ϖ21= ϖ22) факторът на мощно<strong>с</strong>тта къмизточника, не<strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо от<strong>с</strong>ъпротивлението на товара, е <strong>с</strong> неизменна<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>т cosφ н =1. Този резултатпредопределя използване <strong>с</strong>амо напреобразуватели тип “Т” при m=1.От из<strong>с</strong>ледването на <strong>с</strong>хема тип „Т”може да бъдат направени <strong>с</strong>ледните по<strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твениизводи:• Токът на източника епропорционален на <strong>с</strong>ъпротивлението натовара и при къ<strong>с</strong>о <strong>с</strong>ъединение на товараима нулева <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>т.• Факторът на мощно<strong>с</strong>тта към <strong>за</strong>хранващия източник <strong>за</strong> целия диапазон на изменение натоварното <strong>с</strong>ъпротивление о<strong>с</strong>тава cosφ н =1, което е без<strong>с</strong>порно предим<strong>с</strong>тво на преобразувателятип “Т” <strong>с</strong> m=1.Преобразувател <strong>с</strong> товар <strong>за</strong> по<strong>с</strong>тоянен токТовар, изи<strong>с</strong>кващ по<strong>с</strong>тоянен ток, а именно <strong>с</strong>ветлодиоди, или ХНЛ, работещи нанапрежение 12V, <strong>с</strong>е включва към преобразувателя чрез двупътен токоизправител, който е врежим на изправяне на <strong>за</strong>дължителния ток. Напрежението на изхода от токоизправителя U 0<strong>с</strong>е определя от тока и може да варира 0
Във вторият <strong>с</strong>е уточняват <strong>решения</strong>та <strong>за</strong> <strong>с</strong>ъвме<strong>с</strong>тнаработа на трите фазни преобразувателя, токоизправителяи товара.Пред<strong>с</strong>тавеното из<strong>с</strong>ледване е реализирано приу<strong>с</strong>ловие, че <strong>за</strong>хранващата трифазна <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема променливинапрежения е <strong>с</strong> безкрайна номинална мощно<strong>с</strong>т,<strong>с</strong>ледователноU = U 2sin ωt ≠ f ( R )R02π[4.22]US= U 2(sin ωt − ) ≠ f ( R0)32πUT= U 2(sin ωt + ) ≠ f ( R0)3От предварителни анализи е определено,чеизчи<strong>с</strong>лителният фазов ток <strong>с</strong>е определя по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твомвъвеждане на корекционен коефициент при <strong>за</strong>даденефективен ток на товара и при <strong>за</strong>даден <strong>с</strong>реден ток натовара, <strong>с</strong>ъответно:Фиг. 4.16. Схема на <strong>с</strong>вързванена трифазен източник <strong>с</strong>преобразовател от тип„Бушеро”2феквeff . . 0 .3 *2I = I ;ном eff k eff _ ф = ;322Iфеквeff. . = 1,11* * I <strong>с</strong>р. R0; k eff _ Ф = 1,11*33[4.27]С този ток и <strong>за</strong>хранващото напрежение <strong>с</strong>е определят необходимите фазни индуктивно<strong>с</strong>тии конден<strong>за</strong>тори от реактан<strong>с</strong>а:Uмр.eff Ux = =2Iфекв.eff 22* I 3мр0 ном.eff[4.28]Извършени <strong>с</strong>а чи<strong>с</strong>лени <strong>решения</strong> при използване на <strong>с</strong>тандартния програмен продуктORCAD. Решенията <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong> о<strong>с</strong>новен (базов) чи<strong>с</strong>лен модел <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ледните базови данни:U * =1,56; f * *=50; I0= 1; x * =1;L * =x * /2πf * =3,185*10 - 3 ; 1/ωC * =x*=1; C * =1/ωx * =3185*10 - 6[4.29]На фигура 4.20-21. <strong>с</strong>а пред<strong>с</strong>тавени в<strong>с</strong>ички изчи<strong>с</strong>лени базови величини при различни<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на отно<strong>с</strong>ителното <strong>с</strong>ъпротивление на товара R* 0 (0,5≤R 0 *=R 0 /x*≤10), <strong>с</strong> помощта накоито може да <strong>с</strong>е изберат номиналните данни на елементите при <strong>за</strong>дадени у<strong>с</strong>ловия, различниот данните на базовия модел. Изчи<strong>с</strong>ленията <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong> трите фази по еднакъв начин.20а) б)Фиг. 4.20. Характери<strong>с</strong>тики на в отно<strong>с</strong>ителни единици а) напреженията и б) токовете на елементите напреобразователя <strong>за</strong> фа<strong>за</strong> R при изменение на товара в отно<strong>с</strong>ителни единици от 0,5 до 10
в) г)Фиг. 4.21. Зави<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>ти на отно<strong>с</strong>ителните <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на а) коефициента на мощно<strong>с</strong>тта k м и б)потоко<strong>с</strong>цепленията на индуктивно<strong>с</strong>тите <strong>за</strong> фа<strong>за</strong> R при изменение на товара в отно<strong>с</strong>ителни единици от 0,5до 10ИзводиОт направения анализ <strong>с</strong>е вижда, че при <strong>за</strong>дадените у<strong>с</strong>ловия преобразувателят има изходнахарактери<strong>с</strong>тика на източник на ток при изменение на R 0 в целия разгледан диапазон натовара R 0 *. Изтъкнатите каче<strong>с</strong>тва дават о<strong>с</strong>нование <strong>за</strong> разработване, реали<strong>за</strong>ция и из<strong>с</strong>ледванена разгледаните преобразуватели като алтернатива <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване както на ХНЛ, такаи на СД.Подходящи <strong>за</strong> анализ резултати <strong>за</strong> различни режими на работа, както на товара, така и на<strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва могат да бъдат получени по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом прилагане на до<strong>с</strong>товернипрограмни модели на реални СИ (Глава трета) и елементи на из<strong>с</strong>ледваните групови<strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва (Глава четвърта) <strong>за</strong> практиче<strong>с</strong>ки приложения на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong><strong>уредби</strong> (Глава втора).ГЛАВА ПЕТА - Реални преобразуватели – източници на ток.Проектиране и изпълнениеПо<strong>с</strong>очените в глава четвърта <strong>решения</strong> <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong> преобразуватели, изградени <strong>с</strong>идеализирани градивни елементи <strong>с</strong> редица пренебрегвания, от които <strong>с</strong>е вна<strong>с</strong>ят методичнигрешки. В тази глава <strong>с</strong>а направени из<strong>с</strong>ледвания на реални <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> работапри мрежова и повишена че<strong>с</strong>тота и конкретни практиче<strong>с</strong>ки приложения в ОУ, изпълнени <strong>с</strong>ХНЛ и СД. Те <strong>с</strong>e извършват в <strong>с</strong>ледната по<strong>с</strong>ледователно<strong>с</strong>т:• По <strong>за</strong>дадени изходни величини <strong>с</strong>е оразмерява идеален фазен преобразувател по <strong>с</strong>хема„Т” <strong>за</strong> работа при <strong>за</strong>хранващо напрежение <strong>с</strong> мрежова че<strong>с</strong>тота. Избират <strong>с</strong>е реалнилабораторни образци на конден<strong>за</strong>тор и дро<strong>с</strong>ел <strong>с</strong> феромагнитен магнитопровод <strong>с</strong> минималниактивни <strong>с</strong>ъпротивления. За<strong>с</strong>немат <strong>с</strong>е ек<strong>с</strong>периментално характери<strong>с</strong>тиките на преобразувателя– изходна характери<strong>с</strong>тика при активен товар и промяна на големината му, характерниелектриче<strong>с</strong>ки величини на реалните елементи, уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемата. Дефинира <strong>с</strong>ематематиче<strong>с</strong>ка функция <strong>за</strong> характери<strong>с</strong>тиката на намагнитване на материала на дро<strong>с</strong>ела,базирана на резултати от ек<strong>с</strong>перимент. Разработва <strong>с</strong>е модел в програмна <strong>с</strong>реда на реалендро<strong>с</strong>ел <strong>с</strong> феромагнитен магнитопровод <strong>с</strong> въздушна междина, две намотки и коефициент нав<strong>за</strong>имна индукция m=1. Симулира <strong>с</strong>е работата на фазния преобразувател <strong>с</strong> реални елементи<strong>с</strong> отчетени активни <strong>с</strong>ъпротивления и характери<strong>с</strong>тика на намагнитване, като <strong>с</strong>е прави<strong>с</strong>равнение <strong>с</strong> резултатите при използване на <strong>с</strong>тандартни идеализирани елементи, моделираниреални елементи и <strong>за</strong><strong>с</strong>нети, по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом ек<strong>с</strong>перимент. Получените резултати <strong>за</strong> фазнияпреобразувател <strong>с</strong>е прилагат <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване на характери<strong>с</strong>тиките на реален трифазенпреобразувател и ек<strong>с</strong>плоатационните режими на реален товар от СД;• На ба<strong>за</strong>та на направения анализ на работата на трифазния преобразувател <strong>с</strong>е прави<strong>с</strong>интез на трифазен преобразувател <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на ХНЛ – отчитат <strong>с</strong>е теоретично получении <strong>за</strong>дадени <strong>с</strong> матеметиче<strong>с</strong>ка функция характери<strong>с</strong>тики на намагнитване на дро<strong>с</strong>ела <strong>за</strong>конкретно кон<strong>с</strong>труктивно изпълнение, данни <strong>за</strong> активното <strong>с</strong>ъпротивление на избраниконкретни елементи, характери<strong>с</strong>тики на товар от реални ХНЛ. От получените резултати <strong>с</strong>е21
по<strong>с</strong>очват характерните о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти при групово <strong>за</strong>хранване на ХНЛ от трифазенпреобразувател напрежение-ток;• Проектират <strong>с</strong>е и <strong>с</strong>е избират конкретни кон<strong>с</strong>труктивни елементи <strong>за</strong> работа на<strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва при повишена че<strong>с</strong>тота. Отчитат <strong>с</strong>е резултати <strong>за</strong> изходнитехарактери<strong>с</strong>тики на из<strong>с</strong>ледваните у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва при повишена че<strong>с</strong>тота и моделиранепо<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом еквивалентни <strong>за</strong>ме<strong>с</strong>тващи <strong>с</strong>хеми на реалните елементи по данни напроизводители.Изходните у<strong>с</strong>ловия <strong>за</strong> оразмеряване на преобразувателите <strong>с</strong>а определени в <strong>с</strong>ъответ<strong>с</strong>твие <strong>с</strong>направени <strong>с</strong>ветлотехниче<strong>с</strong>ки изчи<strong>с</strong>ления (Dialux) на ОУ <strong>за</strong> конкретно приложение.Изчи<strong>с</strong>ленията третират помещение от хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор и изпълнение на уредбата <strong>с</strong>о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong> ХНЛ и СД, пока<strong>за</strong>ли най-добри резултати по критерий „годишна кон<strong>с</strong>умация наенергия на единица площ”, фиг. 5.3.а) б)Фиг. 5.3. Варианти на изпълнение на ОУ в помещение на фоайе <strong>с</strong> о<strong>с</strong>ветители: а) <strong>с</strong>ветлодиоди 15W, η=60lm/W; б) халогенна нажежаема лампа <strong>с</strong> инфрачервен отразяващ <strong>с</strong>лой 50W, 12V, η=29,48 lm/WПредложени <strong>с</strong>а <strong>решения</strong>, които удовлетворяват необходимите изи<strong>с</strong>квания на уредбатапо<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом групови <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва и автоматизирано управление по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твомконтролери по редове в <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т от КЕО. Решенията предлагат възможно<strong>с</strong>ти както <strong>за</strong>повишаване на ефективно<strong>с</strong>тта при изпълнение <strong>с</strong> ХНЛ, така и <strong>за</strong> директна <strong>за</strong>мяна напо<strong>с</strong>ледните <strong>с</strong> о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> СД <strong>с</strong> минимизирани първоначални инве<strong>с</strong>тиции (дължащи <strong>с</strong>екакто на ефективното на<strong>с</strong>очване на <strong>с</strong>ветлинния поток към работната повърхно<strong>с</strong>т, така и напо-ни<strong>с</strong>ката <strong>с</strong>умарна инве<strong>с</strong>тиция по отношение на изпълнение <strong>с</strong> индивидуални <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> в<strong>с</strong>еки о<strong>с</strong>ветител).Изчи<strong>с</strong>лителните резултати от кон<strong>с</strong>труираните модели на реални преобразуватели при<strong>за</strong>хранване <strong>с</strong> мрежово напрежение <strong>с</strong> че<strong>с</strong>тота f=50Hz <strong>с</strong>а <strong>с</strong> очетени активни <strong>с</strong>ъпротивления наелементите, уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемата, характери<strong>с</strong>тики на намагнитване на дро<strong>с</strong>елите ихарактери<strong>с</strong>тики на товара <strong>за</strong> реални <strong>с</strong>ветлинни източници.При работа <strong>с</strong> повишена че<strong>с</strong>тота <strong>за</strong> отчитане на активното <strong>с</strong>ъпротивление на елементите <strong>с</strong>еизползват еквивалентни <strong>за</strong>ме<strong>с</strong>тващи <strong>с</strong>хеми и конкретни каталожни параметри <strong>за</strong> проектните<strong>решения</strong>.5.3. Tрифазен източник на по<strong>с</strong>тоянен ток <strong>с</strong> преобразувател тип„Бушеро” <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване на СД о<strong>с</strong>ветителиХарактери<strong>с</strong>тиките на еднофазен преобразувател, оразмерен <strong>за</strong> подходящи изходнипараметри <strong>с</strong>а <strong>за</strong><strong>с</strong>нети ек<strong>с</strong>периментално като <strong>с</strong>а отчетени характерните <strong>за</strong> елементитеелектриче<strong>с</strong>ки величини (включително активните <strong>с</strong>ъпротивления и характери<strong>с</strong>тиката нанамагнитване на дро<strong>с</strong>елите). Ек<strong>с</strong>перименталните данни <strong>с</strong>а използвани <strong>за</strong> разработване надо<strong>с</strong>товерни програмни модели <strong>за</strong> параметричен преобразувател <strong>с</strong> реални характери<strong>с</strong>тики,22
изпълнен по <strong>с</strong>хема „Т”, фиг. 4.2. Отчитането на характери<strong>с</strong>тиката на намагнитване надро<strong>с</strong>елите <strong>с</strong>е о<strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твява чрез използване на интерполационно изведена математиче<strong>с</strong>кафункция (MATLAB/Cftool) <strong>за</strong> <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>тта на потоко<strong>с</strong>цеплението от протичащия ток Ψ L (i L )– фиг. 5.7 и формула 5.4, където a, b и c <strong>с</strong>а кон<strong>с</strong>танти.Ψ L1 = Ψ L2 = f(i 2 )= a*tanh((b*x)/a)+c*x=a*tanh((b*i 2 )/a)+c*i 2 [5.4]а)10,90,80,70,60,50,40,30,20,10-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1Ia, A-6 ,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0б)Фиг.5.7. а) ек<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>нета характери<strong>с</strong>тика на дро<strong>с</strong>ела Ψ L (i L ); б) получена характери<strong>с</strong>тика Ψ L (i L )по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом математиче<strong>с</strong>ко моделиранеПолучените резултати <strong>за</strong> характери<strong>с</strong>тиките на преобразувателя и уча<strong>с</strong>тващитекомпоненти при моделиране (ORCAD) <strong>с</strong> идеализирани елементи, ек<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>нети ипрограмно реализирани реални елементи <strong>с</strong>а дадени на фиг. 5.9. до фиг. 5.13.Наблюдаваните отклонения в изходната характери<strong>с</strong>тика на <strong>с</strong>табилизирания ток напрограмно реализирания преобразувател и ек<strong>с</strong>периментално <strong>за</strong><strong>с</strong>нетите при промяна наголемината на товара <strong>с</strong>а незначителни - от 0 % <strong>за</strong> R 0 = min и +2% <strong>за</strong> R 0 = max.Получени характери<strong>с</strong>тики на преобразувателя <strong>за</strong> Фиг. 5.9. I 0eff = f (R 0 ); Фиг. 5.10. I Seff = f (R 0 ); Фиг. 5.11.U m C = f (R 0, ),Фиг. 5.12. U eff L22 = f (R 0 ) и Фиг. 5.13. B = f (R 0 ) по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>тандартниидеализирани елементи (ideal), разработени програмни модели (real modeled) и по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом ек<strong>с</strong>перимент500m 0,5500m 0,50,4I0 (R0) real modeledI0 (R0) ideal0,4Is (R0) ideal0,3250m0,20,3250m0,2Is (R0) real modeled0,10,100 50 100 150 200 250 300 350 400 450 450YatX(rms(I(R0)),6)I0 (R0) realRvarФиг.5.9.00 100 200 300 400 450YatX(rms(I(VS)),6)Is (R0) realRvarФиг.5.10.23
300300200250200200Um C (R0) ideal150Ueff L22 (R0) real modeled150Um C (R0) modeled real100Ueff L22 (R0) ideal100100505000 50 100 150 200 250 300 350 400 400 450 4500.5*(max(V(v5,v6))-min(V(v5,v6))) Um C (R0) realRvar1.51.00.51,510,50Фиг.5.11B (R0) real modeledB (R0) idealB (R0) real0 100 200 300 40000 200 400 450B1RvarФиг. 5.1300 100 200 300 400 450YatX(rms(V(v7,v12)),6)U L22 (R0) realRvarФиг.5.12Този резултат дава о<strong>с</strong>нование <strong>за</strong>прилагане на реализираните програмнимодели на фазните преобразуватели(о<strong>с</strong>новани на ек<strong>с</strong>периментални резултати) ииз<strong>с</strong>ледване на режимите на работа натрифазен преобразувател в комплект <strong>с</strong>товар от по<strong>с</strong>ледователно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни СДо<strong>с</strong>ветители. Характерните електриче<strong>с</strong>кивеличини <strong>за</strong> елементите, уча<strong>с</strong>тващи в<strong>с</strong>хемата <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 5.16 до 5.21.В<strong>с</strong>ички характери<strong>с</strong>тики <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong>у<strong>с</strong>тановен режим при мрежово <strong>за</strong>хранващонапрежение, f=50Hz и изменение на товараот 1 до 10 о<strong>с</strong>ветителя, по<strong>с</strong>очено поаб<strong>с</strong>ци<strong>с</strong>ата и обозначено <strong>с</strong> n.Получени по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>тандартни идеализирани елемeнти (ideal) и <strong>с</strong> програмни модели (realmodeled), о<strong>с</strong>новани на ек<strong>с</strong>периментални данни, характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong>:Фиг. 5.16. Напрежение на една отнамотките на дро<strong>с</strong>ела U eff L22 =f(nLED) [V] и Фиг. 5.17. Амлитудни <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на напрежение на конден<strong>за</strong>тораU m C =f(nLED) [V]220200180160140120100806040200Ueff L 22 real modeledUeff L 22 ideal0 2 4 6 8 10n220200180160140120100806040U m C real modeled20U m C idealn00 2 4 6 8 1024Фиг. 5.16 Фиг. 5.17Получени по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом моделиране <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>тандартни идеализирани елемeнти (ideal) и <strong>с</strong> програмни модели (realmodeled), о<strong>с</strong>новани на ек<strong>с</strong>периментални данни, характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong>:Фиг. 5.18. Тока на товара I eff LO =f(nLED)[A]; ]; Фиг.5.19. Тока на една от намотките на дро<strong>с</strong>ела I eff L22 =f(nLED) [A]; Фиг. 5.20. Тока към мрежатаI eff phR =f(nLED) [А] и Фиг. 5.21. Магнитната индукция B= f(nLED) [T]
110,90,9Ieff L22 real modeled0,80,8Ieff L22 ideal0,70,70,60,60,50,50,40,40,30,30,2Ieff L0 real modeled0,20,10Ieff L0 ideal0 2 4 6 8 10n0,100 2 4 6 8 10n10,90,80,70,60,50,40,30,20,10Фиг. 5.18 Фиг. 5.191Ieff R real modeledIeff R ideal0,90,8B real modeledB real modeled0,70,60,50,40,30,20,1n0n0 2 4 6 8 100 2 4 6 8 10Фиг. 5.20 Фиг. 5.21Наличието на реактивни елементи в <strong>с</strong>хемата е <strong>с</strong>ъпроводено <strong>с</strong> протичането на преходнипроце<strong>с</strong>и при прилагане на напрежение към <strong>с</strong>хемата, които <strong>с</strong>а <strong>с</strong>ъпроводени <strong>с</strong> характернипикови <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на токовете и напреженията на елементите, уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемата. Заобезпечаване на безпроблемен режим на работа, както на товара, така и на <strong>за</strong>хранващотоу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво е направено из<strong>с</strong>ледване на динамичните характери<strong>с</strong>тики при различна фа<strong>за</strong> наприлаганото <strong>за</strong>хранващо напрежение и различна големина на товара, фиг. 5.21.а) б)Фиг.5.21. Зави<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т на амллитудните <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на първоначалния ток (от 2 до 10 о<strong>с</strong>ветителя) при:а) идеализирани елементи (IDEAL) и б) реални елементи (REAL) от фа<strong>за</strong>та на прилагане на <strong>за</strong>хранващотонапрежениеЗави<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>тите показват, че при използване на идеализирани елементи <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване надинамични характери<strong>с</strong>тики <strong>с</strong>е получават недопу<strong>с</strong>тимо големи отклонения, които значително25
<strong>с</strong>е отличават от дей<strong>с</strong>твителните. Пиковите <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на тока на товара <strong>с</strong>а <strong>с</strong> малкапродължително<strong>с</strong>т (до 0,5ms), но значително надвишават номиналният работен ток, дори и внай-благоприятния <strong>с</strong>лучай. Именно <strong>за</strong> това е необходимо да <strong>с</strong>е допълни <strong>с</strong>хемното решениепо начин, който да обезпечи <strong>за</strong>хранване на товара <strong>с</strong> определено време<strong>за</strong>къ<strong>с</strong>нение <strong>с</strong>ледприлагане на <strong>за</strong>хранващо напрежение към у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твото. За периода на <strong>за</strong>къ<strong>с</strong>нение енеобходимо веригата на товара да бъде <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>на на къ<strong>с</strong>о, тъй като прекъ<strong>с</strong>ването и може дадоведе до недопу<strong>с</strong>тимо големи <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на токовете и напреженията както на елементите,уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемата, така и към мрежата. Необходимите <strong>с</strong>хемни <strong>решения</strong> <strong>за</strong> <strong>за</strong>щита натовара и елементите на преобразувателя <strong>с</strong>а обект на бъдещи из<strong>с</strong>ледвания.Из<strong>с</strong>ледвани <strong>с</strong>а <strong>с</strong>ъщо така и амплитудните <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на характерни <strong>за</strong> елементите,уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемата на преобразувателя, електриче<strong>с</strong>ки величини. Те могат да по<strong>с</strong>лужат <strong>за</strong>избор на конкретни кон<strong>с</strong>труктивни компоненти.5.4. Синтез на трифазен източник на по<strong>с</strong>тоянен ток <strong>с</strong> преобразувателтип „Бушеро” <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване на о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>с</strong>ъвременни ХНЛ,работещи на понижено напрежениеНаправеният <strong>с</strong>интез на трифазен преобразувател <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване на о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong>ХНЛ е о<strong>с</strong>нован на анали<strong>за</strong> на получените резултати при разработката на групово <strong>за</strong>хранващоу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво <strong>за</strong> СД о<strong>с</strong>ветители и разработена методика <strong>за</strong> оразмеряване на елементите наразглежданите преобразуватели.За отчитане на характери<strong>с</strong>тиката на намагнитване на дро<strong>с</strong>елите Ψ L (i L ) <strong>с</strong>е използваттеоретично определени данни по каталожни и кон<strong>с</strong>труктивни параметри <strong>за</strong> конкретнотоизпълнение. В програмните модели <strong>с</strong>е въвеждат <strong>с</strong>ъответните кон<strong>с</strong>танти като <strong>с</strong>е използваполучената математиче<strong>с</strong>ка <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т, по<strong>с</strong>очена във формула [5.4]. Активните<strong>с</strong>ъпротивления <strong>с</strong>е определят по изчи<strong>с</strong>лителен път, както <strong>за</strong> конкретното кон<strong>с</strong>туктивноизпълнение на дро<strong>с</strong>елите, така и <strong>за</strong> избраните конден<strong>за</strong>тори.Преобразувателят е оразмерен <strong>за</strong> работен обхват на у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твото – от 5 до 15 о<strong>с</strong>ветителя.О<strong>с</strong>новните <strong>с</strong>татични характери<strong>с</strong>тики, определени от <strong>с</strong>ъме<strong>с</strong>тната работа на у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твото <strong>с</strong>товар от ХНЛ <strong>с</strong>а дадени на фиг. 5.31 до фиг. 5.35. Получените резултати <strong>за</strong> магнитнатаиндукция показват, че при брой на о<strong>с</strong>ветителите над де<strong>с</strong>ет, дро<strong>с</strong>елите навли<strong>за</strong>т в на<strong>с</strong>ищане.Това определя мак<strong>с</strong>имална мощно<strong>с</strong>т <strong>за</strong> проектираното у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво 500W.Получени чи<strong>с</strong>лени характери<strong>с</strong>тики в <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т от големината на приложения товар при идеализирани иреални елементи на Фиг. 5.31 Тока на товара I eff LO =f(nХНЛ) [А]; Фиг. 5.32 Тока на една отнамотките на дро<strong>с</strong>ела I eff L11 = I eff phR =f(nХНЛ) [А]; Фиг. 5.33. Магнитната индукция B=f(nХНЛ) [T] иФиг. 5.34. напрежението на една от намотките на дро<strong>с</strong>ела U eff L22 =f(nХНЛ) [V]Ieff L0 ХНЛ,A54,543,5Ieff L0 ид3Ieff L0 ре2,521,510,5n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Ieff L11 ХНЛ,A54,543,5Ieff L11 ид3Ieff L11 ре2,521,510,5n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Фиг.5.31 Фиг. 5.3226
B ХНЛ,Т1,61,41,2B идB ре10,80,60,40,2n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Ueff L22 ХНЛ,V220200Ueff L 22 ид180Ueff L 22 ре16014012010080604020n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Фиг.5.33 Фиг. 5.34При <strong>за</strong>хранване на ХНЛ о<strong>с</strong>вен изходната характери<strong>с</strong>тика на преобразувателя, <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твенинтере<strong>с</strong> пред<strong>с</strong>тавляват преходните проце<strong>с</strong>и, протичащи при директно прилагане нанапрежение към <strong>с</strong>хемата.Um C ХНЛ,V220200180160140U m CR ид120U m CR ре10080604020n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Im_ХНЛ_ре,A250I_ХНЛ N=5I_ХНЛ N=6I_ХНЛ N=7200I_ХНЛ N=8I_ХНЛ N=9150I_ХНЛ N=10I_ХНЛ N=11I_ХНЛ N=12100I_ХНЛ N=13I_ХНЛ N=14I_ХНЛ N=1550PHASE, DEG00 30 60 90 120 150 180Фиг. 5.35. Чи<strong>с</strong>лени характери<strong>с</strong>тики в <strong>за</strong>виcимо<strong>с</strong>т отголемината на приложения товар при идеализирани иреални елементи на амлитудните <strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти нанапрежението на конден<strong>за</strong>тора U m C =f(nХНЛ) [V]Фиг.5.36. Зави<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>т на амлитудните<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на първоначалния ток на товара (от5 до 15 о<strong>с</strong>ветителя) от фа<strong>за</strong>та на прилагане на<strong>за</strong>хранващото напрежение при реални елементиПолучените динамични характери<strong>с</strong>тики <strong>за</strong> тока на товара <strong>с</strong>е обу<strong>с</strong>лавят от значително пони<strong>с</strong>ките<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти на неговото <strong>с</strong>ъпротивление в първоначалния момент и <strong>с</strong>ъвме<strong>с</strong>тнатаработа <strong>с</strong> реактивните компоненти на <strong>за</strong>хранващото у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво, фиг. 5.36. Чи<strong>с</strong>лените им<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти <strong>с</strong>а недопу<strong>с</strong>тимо големи и определят безу<strong>с</strong>ловно включване на ХНЛ <strong>с</strong>лед директноприлагане на напрежение към <strong>за</strong>хранващото у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво.Използването на елементи <strong>с</strong> нелинейни характери<strong>с</strong>тики е <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>но <strong>с</strong> наличието нахармонични <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong>тавки и в тази връзка е направен анализ на коефициента на мощно<strong>с</strong>тта (PF)на у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твата при работа <strong>с</strong> различен по характер (ХНЛ и СД) и големина товар.И в двата <strong>с</strong>лучая коефициентът на мощно<strong>с</strong>тта (PF) нара<strong>с</strong>тва <strong>с</strong> увеличаване на товара като<strong>с</strong>тойно<strong>с</strong>ти над 0,8 <strong>с</strong>е получават при работа <strong>с</strong> повече от 5 о<strong>с</strong>ветителя, фиг. 5.26 и фиг. 5.38.При <strong>за</strong>хранване на СД товар от 2 о<strong>с</strong>ветителя PF е =0,7, а при 10 - PF=0,87. При <strong>за</strong>хранване натовар от 5 о<strong>с</strong>ветителя <strong>с</strong> ХНЛ PF=0,81, а при 10 - PF=0,86. За конкретното приложение и<strong>за</strong>хранване по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом групови трифазни преобразуватели напрежение-ток <strong>с</strong>е получаваефективно<strong>с</strong>т на <strong>с</strong>и<strong>с</strong>темата (<strong>за</strong>хранващо у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тво, ин<strong>с</strong>талационни проводници, о<strong>с</strong>ветител):при <strong>за</strong>хранване на СД източници 79,7% при PF=0,87, а при <strong>за</strong>хранване на ХНЛ 81% приPF=0,85.27
10,90,80,70,60,50,40,30,2Коефициент на мощно<strong>с</strong>тта (PF) и общихармонични изкривявания (THD) при <strong>за</strong>хранванена СД0,1n01 2 3 4 5 6 7 8 9 10PFTHD10,90,80,70,60,50,40,30,2Коефициент на мощно<strong>с</strong>тта (PF) и общихармонични изкривявания (THD) при <strong>за</strong>хранванена ХНЛ0,1n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15PFTHDФиг.5.26 Фиг. 5.38Направеният анализ на работните режими на СД и ХНЛ, <strong>за</strong>хранвани от параметричнипреобразуватели на източник на напрежение в източник на кон<strong>с</strong>тантен ток <strong>с</strong>е отна<strong>с</strong>ят <strong>за</strong><strong>за</strong>хранващо напрежение <strong>с</strong> мрежова че<strong>с</strong>тота f=50Hz. Кон<strong>с</strong>труктивните размери на о<strong>с</strong>новнитеелементи (дро<strong>с</strong>ели и конден<strong>за</strong>тори), уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемите, <strong>с</strong>е определят о<strong>с</strong>вен от работнитепараметри на <strong>за</strong>хранвания товар и от че<strong>с</strong>тотата на <strong>за</strong>хранващото напрежение. Значителнонамаляване на техните размери, ре<strong>с</strong>пективно <strong>за</strong>губи на активна мощно<strong>с</strong>т, може да <strong>с</strong>епо<strong>с</strong>тигне по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом работа на <strong>с</strong>хемата при повишена че<strong>с</strong>тота.За конкретните приложения по фиг. 5.3 <strong>с</strong>а предложени проектни кон<strong>с</strong>труктивни <strong>решения</strong>.Решенията <strong>с</strong>а моделирани в програмна <strong>с</strong>реда чрез използване на еквивалентни <strong>за</strong>ме<strong>с</strong>тващи<strong>с</strong>хеми <strong>с</strong> отчитане на активните <strong>с</strong>ъпротивления на елементите. Изчи<strong>с</strong>ленията показват, че виз<strong>с</strong>ледваните приложения, използваните ферити работят в линейната ча<strong>с</strong>т на тяхнатахарактери<strong>с</strong>тика (далечe от на<strong>с</strong>ищане) и е допу<strong>с</strong>тимо използването на <strong>с</strong>тандартни програмниелементи.Получените резултати <strong>за</strong> изходната характери<strong>с</strong>тика на <strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва приработа <strong>с</strong> мрежова (50Hz) и повишена че<strong>с</strong>тота (50 kHz) <strong>с</strong>а пока<strong>за</strong>ни на фиг. 5.38 и 5.39.Съвме<strong>с</strong>тната работа на преобразувателите и <strong>с</strong> двата вида СИ (ХНЛ и СД) при моделиране<strong>с</strong> въведени реални характери<strong>с</strong>тики (на елементите на у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>твата и СИ ) показва грешка на<strong>с</strong>табилизирания ток на товара <strong>за</strong> разглежданите диапазони до 4% при <strong>за</strong>хранване на СД и до3,5% при <strong>за</strong>хранване на ХНЛ. По<strong>с</strong>очените грешки при работа <strong>с</strong> повишена че<strong>с</strong>тота <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> СДтовар <strong>с</strong>а <strong>с</strong> по-малък размах в <strong>с</strong>равнение <strong>с</strong> работата при мрежова че<strong>с</strong>тота до 1%, докато притовар от ХНЛ разликата е незначителна – 0,5%.0,80,70,60,50,40,30,20,10Ieff L0 ре LED,AIeff L0 50kHzIeff L0 50Hz1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Фиг.5.38. Изходна характери<strong>с</strong>тика на реалнитрифазни параметрични преобразуватели <strong>за</strong><strong>за</strong>хранване на СД при работа на мрежова (50Hz) иповишена (50kHz) че<strong>с</strong>тотаn54,543,532,521,51Ieff L0 ре ХНЛ,AIeff L0 50kHzIeff L0 50Hz0,5n05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Фиг.5.39. Изходна характери<strong>с</strong>тика на реалнитрифазни параметрични преобразуватели <strong>за</strong><strong>за</strong>хранване на ХНЛ при работа на мрежова (50Hz)и повишена (50kHz) че<strong>с</strong>тота28
35,0030,0025,0020,0015,0010,005,000,00Годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление на единица площпри различни варианти на изпълнение на ОУ, лв/m24321С ХНЛ ииндивидуалниелектроннитран<strong>с</strong>форматориС ХНЛ и групови<strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тваСъ<strong>с</strong> СД ииндивидуални<strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тваСъ<strong>с</strong> СД и групови<strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тваФиг.5.40. Ефект върху годишните разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветлениена единица площ от прилагане на групови <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тваЗа оценяване на ефекта от прилагане наиз<strong>с</strong>ледваните алтернативи <strong>за</strong> групово<strong>за</strong>хранване на ХНЛ и СД е направено<strong>с</strong>равнение на годишните разходи <strong>за</strong>о<strong>с</strong>ветление при изпълнение на ОУ <strong>с</strong>групови електромагнитни и <strong>с</strong>индивидуалниелектронни<strong>за</strong>храхранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, фиг. 5.40.Резултатите показват редуциранигодишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление приизползване на групови <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва. Те <strong>с</strong>е обу<strong>с</strong>лавят от пони<strong>с</strong>ката<strong>с</strong>умарна инве<strong>с</strong>тиция и помалките<strong>с</strong>умарни <strong>за</strong>губи на мощно<strong>с</strong>т отпреобразуване по отношение наизпълнение <strong>с</strong> индивидуални <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> в<strong>с</strong>еки о<strong>с</strong>ветител.За разработването на прототипи на <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва е необходимо да бъдатпроведени подробни ек<strong>с</strong>периментални из<strong>с</strong>ледвания. Обезпечаването на възможно<strong>с</strong>ти <strong>за</strong>ек<strong>с</strong>периментални из<strong>с</strong>ледвания на работата на параметрични преобразуватели и изходните имхарактери<strong>с</strong>тики при прилагане на конкретни товари е изпълнено като лабораторен макет.Практиче<strong>с</strong>ката му реали<strong>за</strong>ция е пока<strong>за</strong>на на фиг. 5.43 и 5.44. Разработеният <strong>с</strong>тенд позволяваиз<strong>с</strong>ледване на: 1. Еднофазни и трифазни параметрични преобразуватели в комплект <strong>с</strong> избрантовар; 2. Избор на режим <strong>за</strong> ток на товара; 3. Из<strong>с</strong>ледвания при к.<strong>с</strong>. във веригата на товара; 4.Из<strong>с</strong>ледване на динамични характери<strong>с</strong>тики на изхода на преобразувателя при директноприлагане на <strong>за</strong>хранващо напрежение.Фиг. 5.43.Челен панел на <strong>с</strong>тенда <strong>с</strong> изведенитепревключвател <strong>за</strong> избор на режим, ключове, външнивръзки <strong>за</strong> избор на работна <strong>с</strong>хема и <strong>с</strong>вързване наизмервателни уредиФиг. 5.44.Силови и оперативни вериги на<strong>с</strong>тенда <strong>за</strong> <strong>за</strong><strong>с</strong>немане на характери<strong>с</strong>тиките напреобразователи напрежение-токИзводиРазработените и из<strong>с</strong>ледвани лабораторни образци на преобразуватели <strong>с</strong> изход након<strong>с</strong>тантен ток, изпълнени по <strong>с</strong>хеми «Бушеро» дават възможно<strong>с</strong>т <strong>за</strong> реализиране на групово<strong>за</strong>хранване, както на ХНЛ, така и на СД.Създадените методики <strong>за</strong> оразмеряване и програмни модели на преобразуватели <strong>с</strong>отчитане на реалните характери<strong>с</strong>тики на елементите им <strong>с</strong>а полезни от гледна точка наиз<strong>с</strong>ледване и разработване на промишлени образци.29
От из<strong>с</strong>ледването на <strong>с</strong>ъвме<strong>с</strong>тната работа на преобразувателите и <strong>с</strong>ветлинни източници <strong>с</strong>разработените програмни модели <strong>с</strong> реални характери<strong>с</strong>тики, дока<strong>за</strong>ни по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твомек<strong>с</strong>перименти, <strong>с</strong>е получават добри енергийни характери<strong>с</strong>тики на <strong>уредби</strong>те. И в дватаразгледани варианта на изпълнение на о<strong>с</strong>ветителна уредба, <strong>с</strong> ХНЛ и <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> СД <strong>за</strong> избранопред<strong>с</strong>тавително помещение от хотелиер<strong>с</strong>кия <strong>с</strong>ектор при използване на разработенитеу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> групово <strong>за</strong>хранване, <strong>с</strong>е получава ефективно<strong>с</strong>т приблизително 80% при PF=0,87<strong>за</strong> СД и PF=0,86 <strong>за</strong> ХНЛ. Този резултат показва, че предложените алтернативи имат<strong>с</strong>ъизмерими пока<strong>за</strong>тели по отношение на използваните <strong>с</strong>ъвременни <strong>с</strong>и<strong>с</strong>теми <strong>с</strong> електронниу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, които по данни на водещи производители <strong>с</strong>е характеризират <strong>с</strong> ефективно<strong>с</strong>т от 62до 95%.З А К Л Ю Ч Е Н И ЕЕфективно<strong>с</strong>тта при изпълнението на една о<strong>с</strong>ветителна уредба е комплек<strong>с</strong>на <strong>за</strong>дача,която <strong>с</strong>е определя от много фактори. Направените из<strong>с</strong>ледвания и разработки обхващатопределящите фактори <strong>за</strong> реализиране на енергийно-<strong>ефективни</strong> <strong>решения</strong>:1. Анализ на ефективно<strong>с</strong>тта на ОУ от прилагане на о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong> различни <strong>с</strong>ветлинниизточници в комплект <strong>с</strong> необходимите <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва и управление,о<strong>с</strong>игуряващо минимизирано потребление на електриче<strong>с</strong>ка енергия (Глава 2);2. Разработване на алтернативи на <strong>с</strong>ъвременните <strong>за</strong>хранващи у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>за</strong> групово<strong>за</strong>хранване на ХНЛ и СД, които <strong>с</strong>е характеризират <strong>с</strong>:- благоприятни ек<strong>с</strong>плоатационни у<strong>с</strong>ловия <strong>за</strong> СИ, <strong>с</strong>по<strong>с</strong>об<strong>с</strong>тващи <strong>за</strong> <strong>с</strong>ъхраняване иудължаване на живота им;- безпроблемна работа <strong>за</strong> функциониращите СИ при дефектиране на други отверигата;- приемливи цени;- малка грешка на <strong>с</strong>табилизирания изходен параметър <strong>за</strong> широк диапазон отмощно<strong>с</strong>тта.От друга <strong>с</strong>трана, <strong>за</strong> разработване на <strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong>е преминава през в<strong>с</strong>ичкиетапи, необходими <strong>за</strong> получавана на до<strong>с</strong>товерни резултати <strong>за</strong> режимите на работа наелементите, уча<strong>с</strong>тващи в <strong>с</strong>хемите и <strong>за</strong>хранваните СИ, а именно:I. Разработване (<strong>за</strong> ХНЛ) и прилагане (<strong>за</strong> СД) на програмни модели на СИ <strong>с</strong> технитереални характери<strong>с</strong>тики (Глава 3);II. Извеждане на общи <strong>решения</strong> <strong>за</strong> електриче<strong>с</strong>ките величини, характерни <strong>за</strong> елементитена конкретни <strong>с</strong>хеми и <strong>за</strong>хранвания товар и обо<strong>с</strong>нован избор на практиче<strong>с</strong>ка <strong>с</strong>хемавъз о<strong>с</strong>нова на изведените <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>ти (Глава 4);III. Из<strong>с</strong>ледване на режимите на избраните <strong>с</strong>хеми <strong>с</strong> характери<strong>с</strong>тики на реалникон<strong>с</strong>труктивни елементи и ефекта от прилагането им (Глава 5) по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом: Проектиране и ек<strong>с</strong>периментално определяне на електриче<strong>с</strong>ките величини <strong>за</strong>избраните <strong>с</strong>хеми; Създаване на програмни модели <strong>с</strong> реални характери<strong>с</strong>тики, о<strong>с</strong>новани нааналитично определени <strong>за</strong>ви<strong>с</strong>имо<strong>с</strong>ти и ек<strong>с</strong>перименти; Моделиране на работата на <strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва и СИ <strong>с</strong> характери<strong>с</strong>тики нареални кон<strong>с</strong>труктивни елементи <strong>за</strong> конкретни практиче<strong>с</strong>ки приложения; Технико-икономиче<strong>с</strong>ко обо<strong>с</strong>новка <strong>за</strong> ефективно<strong>с</strong>тта на предложенитевъзможно<strong>с</strong>ти <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на ХНЛ и СД приложението им в практиката.Анализите показват, че предложените алтернативи <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на ХНЛ и СД може данамерят практиче<strong>с</strong>ко приложение и да доприне<strong>с</strong>ат <strong>за</strong> по<strong>с</strong>тигане на енергийно-<strong>ефективни</strong><strong>решения</strong> <strong>с</strong> тези <strong>с</strong>ветлинни източници. О<strong>с</strong>новните недо<strong>с</strong>татъци на тези у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong>а големитеим габаритни размери и ограничените възможно<strong>с</strong>ти по отношение на намаляване на <strong>за</strong>губитеот преобразуване.30
Прино<strong>с</strong>иНаучнo-приложни прино<strong>с</strong>и на труда1. Създаден е програмен модел на халогенни нажежаеми лампи в <strong>с</strong>реда MATLAB,о<strong>с</strong>нован на аналитичен математиче<strong>с</strong>ки модел <strong>за</strong> проце<strong>с</strong>ите, протичащи в този вид<strong>с</strong>ветлинни източници и балан<strong>с</strong>а на мощно<strong>с</strong>тите. До<strong>с</strong>товерно<strong>с</strong>тта на модела е дока<strong>за</strong>на(включително и по отношение на протичащите динамични проце<strong>с</strong>и) по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом отчитанена кон<strong>с</strong>труктивните о<strong>с</strong>обено<strong>с</strong>ти на лампи <strong>с</strong> различни номинални параметри, моделиране ипроведени ек<strong>с</strong>периментални из<strong>с</strong>ледвания при директно прилагане на <strong>за</strong>хранващонапрежение. Моделите <strong>с</strong>а приложими <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване на работните им режими в комплект <strong>с</strong>различни <strong>с</strong>хемни <strong>решения</strong> (Глава втора).2. Създаден е програмен модел на кон<strong>с</strong>труирания реален дро<strong>с</strong>ел, включващ двемагнитно <strong>с</strong>вър<strong>за</strong>ни намотки и нелинеен феромагнитен магнитопровод <strong>с</strong> въздушнамеждина. Моделът е о<strong>с</strong>нован на ек<strong>с</strong>периментални из<strong>с</strong>ледвания и изведена математиче<strong>с</strong>кафункция <strong>за</strong> характери<strong>с</strong>тиките на намагнитване по<strong>с</strong>ред<strong>с</strong>твом апрок<strong>с</strong>имираща крива. Моделите<strong>с</strong>а подходящи <strong>за</strong> из<strong>с</strong>ледване в комплект <strong>с</strong> различна елементна ба<strong>за</strong> (Глава трета).3. Създадени <strong>с</strong>а методики <strong>за</strong> <strong>с</strong>интез на преобразуватели на източници напроменливо напрежение в източници на променлив и на по<strong>с</strong>тоянен ток тип «Бушеро».Определени <strong>с</strong>а критерии <strong>за</strong> използване на преобразувателите, на ба<strong>за</strong>та на техникоикономиче<strong>с</strong>кипока<strong>за</strong>тели.4. Разработени <strong>с</strong>а преобразуватели напрежение-ток <strong>за</strong> ефективно групово<strong>за</strong>хранване на халогенни нажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиоди, <strong>с</strong>ъизмеримо <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong><strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуващите <strong>с</strong>ъвременни <strong>решения</strong> (Глава четвърта и пета).Инженерно-приложни прино<strong>с</strong>и на труда5. Програмно реализиране в <strong>с</strong>реда Matlab и PSpice на пу<strong>с</strong>ково-регулиращиапарати <strong>за</strong> <strong>за</strong>хранване на халогенни нажежаеми лампи и <strong>с</strong>ветлодиоди <strong>с</strong>ъ<strong>с</strong> <strong>за</strong>дадениреални характери<strong>с</strong>тики, както на елементите в <strong>за</strong>хранващите у<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва, така и на товара(Глава пета).6. Създадени <strong>с</strong>а кла<strong>с</strong>ификации по енергиийна ефективно<strong>с</strong>т и критерии“ин<strong>с</strong>талирана мощно<strong>с</strong>т на единица площ“, ре<strong>с</strong>пективно “годишна кон<strong>с</strong>умация на енергия <strong>за</strong>единица площ” при управление по КЕО и “годишни разходи <strong>за</strong> о<strong>с</strong>ветление <strong>за</strong> единица площи нормена о<strong>с</strong>ветено<strong>с</strong>т” на ба<strong>за</strong>та на многовариантно проектиране <strong>за</strong> пред<strong>с</strong>тавителнипомещения на хотели и изпълнение на <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> различни типове СИ - ХНЛ,КЛЛ и СД (Глава втора).7. Технико-икономиче<strong>с</strong>ки анализ <strong>за</strong> приложения на комбинирани <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong><strong>уредби</strong> <strong>за</strong> пешеходни зони, изпълнени <strong>с</strong> комбинация от о<strong>с</strong>ветители <strong>с</strong> ХНЛ и СД иефективно<strong>с</strong>тта им по отношение на конвенционално изпълнение <strong>с</strong> КЛЛ (Глава втора).8. Създаден е лабораторен макет <strong>за</strong> ек<strong>с</strong>периментално из<strong>с</strong>ледване на <strong>за</strong>хранващиу<strong>с</strong>трой<strong>с</strong>тва <strong>с</strong> приложение на параметрични преобразуватели на източници нанапрежение в източници на неизменен ток от тип „Бушеро” <strong>за</strong> ХНЛ и СД (Глава пета), а<strong>с</strong>ъщо така <strong>с</strong>а разширени възможно<strong>с</strong>тите на <strong>с</strong>ъще<strong>с</strong>твуваща <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема <strong>за</strong> <strong>за</strong><strong>с</strong>немане нахарактери<strong>с</strong>тиките на СИ (Глава трета). Разработени <strong>с</strong>а две лабораторни упражнения <strong>за</strong>нуждите на учебния проце<strong>с</strong> по ди<strong>с</strong>циплините ОИТ и ОУ <strong>с</strong> приложения на макетите.Публикации във връзка <strong>с</strong> труда[1] Pachamanov A.,Nikolova K., Ratz N., Matanov N., “ Modeling of Starting Regimes ofTungsten Halogen Lamp ”, ELMA 2005 15-16 sept, Vol 1, TM.6, p. 189-194;[2] Николова К., “Из<strong>с</strong>ледване на енергийната ефективно<strong>с</strong>т на типови <strong>о<strong>с</strong>ветителни</strong> <strong>уредби</strong> вхотели”, Годишник на ТУ-София, Том 59, Книга 2, 2009г., <strong>с</strong>тр. 252 – 261;[3] Трифонов Н., Пачаманов А., Николова К., Хри<strong>с</strong>тов К. „О<strong>с</strong>ветителни <strong>уредби</strong> <strong>с</strong> хибриднио<strong>с</strong>ветители, <strong>за</strong>хранвани от кла<strong>с</strong>иче<strong>с</strong>ки източници на неизменен ток”, XIV Национална31
конференция <strong>с</strong> международно уча<strong>с</strong>тие BulLight/България Светлина 2010, 10-12 Юни2010, Варна, България, Сборник доклади, <strong>с</strong>тр. VII-19 – VII -25;[4] Николова К., Трифонов Н., „Преобразувател на трифазна <strong>с</strong>и<strong>с</strong>тема променливинапрежения в източник на по<strong>с</strong>тоянен ток, изпълнен <strong>с</strong> приложение на <strong>с</strong>хема „Бушеро””,Годишник на Техниче<strong>с</strong>кия универ<strong>с</strong>итет – София, Том 60, книга 1, 2010г., <strong>с</strong>тр.183-190;[5] Nikolova K., Trifonov N., Pachamanov A., Gadjeva E., “A Real Converter of “Boucherot”Type with Ferromagnetic Core Reactor for Applications in Lighting Technology”, Lux junior2011, 23. bis 25.9.11 Dörnfeld, Germany;[6] Nikolova K., “Dynamic Characteristics of a Real Constant Current Source for Group LEDSupply”, International Scientific Conference UNITECH’11-Gabrovo, 18-19 November 2011,Volume I, Session Electrical Engeneering I, <strong>с</strong>тр. I-130 – I-134ENERGY EFFICIENT SOLUTIONS OF LIGHTING INSTALLATIONS WITH HALOGENFILAMENT LAMPS AND LIGHT EMITTING DIODESThe objective of this work consists in studying alternative energy-efficient solutions for lightinginstallations using reliable current supplying devices for halogen filament lamps (HFL), which give optimalworking conditions and compatibility with light emitting diodes (LEDs).It has been performed a review of the recent international literature for the characteristics of HFL, theirsupplying devices, performance problems and conditions for the use of LEDs compatible supplying devices.The low luminous efficacy and the short life are the main reasons which make the filament sources noneffective. The demand of more efficient lighting technologies leads to dynamic development of the productmarket. Thus, it is necessary to know both if there are suitable present-day solutions for applications of themost efficient HFL (low voltage) and if it’s suitable to use a reliable group current supplying devices forthem. The use of current supplying devices in lighting installations for HFL has some important advantages:equal current of all light sources in the branch (equal luminous flux) and LED lumaires compatibility withminimized installation expenses. The experimental research of that kind of problems is expensive and needswide potential.Adequate results for the behavior of the light sources and the supplying devices are achievable with acomprehensive study of their combined operation. The objective of this work consists of analysis of energyefficientalternatives and group current supplying devices performance both with HFL and LEDs.A study of efficiency in typical fields of application of HFL installations was made by comparison withlight sources with higher luminous efficacy – compact fluorescent lamps and LEDs. Based on the resultswere made classification of the installations with several criteria: installed power for lighting per area, yearconsumed energy for lighting with daylight control per area for an year and lighting expenses per area for anyear.Various models of HFL based on mathematical model were constructed in MATLAB(Simulink)/ORCADand validated by experimental data. A research for program models, applicable in lighting technologies anddesign was made.In the next stage it was made an approach to suitable scheme for supplying device by the use ofparametric converter with outer characteristics of current source. Based on universal solutions in relativefigures were made analyses for different types of schemes with idealized elements. The results were used fordetermination of basic parameters for constructive elements, outer characteristics of the devices and choiceof scheme.For the chosen scheme were constructed laboratory models of a current supply. The parameters andcharacteristics of all constructive elements were measured for discrete load range. The results were used forcreation of analytical and simulation models of devices with real characteristics. The models show goodconvergence and models were applied for practical solutions of lighting installations both with HFL andLEDs. Analyses of the achieved working conditions and the typical parameters of the scheme elements andlight sources were made. The research was made both for static and dynamic characteristics. Similarly weremade models for the same installations and higher then the net frequency by application of equivalentelectrical schemes for discrete constructive solutions. The results show effective and good operationconditions for lighting installations with both HFL and LEDs and will allow further studies in more aspects.32