Оптимізація параметрів електронного пускорегулюючого апарата для натрієвих ламп високого тиску

Проаналізовано однокаскадний високочастотний електронний пускорегулюючий апарат, який складається з двох почергово працюючих підвищувальних перетворювачів постійної напруги в режимі переривчастих струмів та мостового інвертора з послідовним резонансним контуром. Оптимізовано робочу частоту апарата для підтримання потужності лампи в області допустимих значень у процесі її старіння. Встановлено умову мінімізації реактивної потужності вихідного каскаду апарата.The high-frequency single-stage electronic ballast is analyzed. The ballast consist of the integration of two interleaving boost converters in discontinuous conduction mode and full-bridge series resonant inverter. The ballast operating frequency is optimized for lamp power maintaining in permitted bound area during its aging. The condition of ballast output stage reactive voltamperes minimum is established

Оптимізація параметрів електронного пускорегулюючого апарата для натрієвих ламп високого тиску

Проаналізовано однокаскадний високочастотний електронний пускорегулюючий апарат, який складається з двох почергово працюючих підвищувальних перетворювачів постійної напруги в режимі переривчастих струмів та мостового інвертора з послідовним резонансним контуром. Оптимізовано робочу частоту апарата для підтримання потужності лампи в області допустимих значень у процесі її старіння. Встановлено умову мінімізації реактивної потужності вихідного каскаду апарата.The high-frequency single-stage electronic ballast is analyzed. The ballast consist of the integration of two interleaving boost converters in discontinuous conduction mode and full-bridge series resonant inverter. The ballast operating frequency is optimized for lamp power maintaining in permitted bound area during its aging. The condition of ballast output stage reactive voltamperes minimum is established

ПІДТРИМАННЯ ПОТУЖНОСТІ НАТРІЄВОЇ ЛАМПИ ВИСОКОГО ТИСКУ В ОБЛАСТІ ДОПУСТИМИХ ЗНАЧЕНЬ

The resonant tank of voltage inverter as an output stage of electronic ballast for highpressure sodium lamps operation is analyzed. The possibilities of high pressure sodium lamp power maintenance in operation area by electronic ballast with open-loop structure is considered.Проведен анализ колебательного контура резонансного инвертора напряжения как выходного каскада электронного пускорегулирующего аппарата. Рассмотрены возможности поддержания мощности натриевой лампы высокого давления в области допустимых значений электронным пускорегулирующим аппаратом, выполненным по разомкнутой структуре

ПІДТРИМАННЯ ПОТУЖНОСТІ НАТРІЄВОЇ ЛАМПИ ВИСОКОГО ТИСКУ В ОБЛАСТІ ДОПУСТИМИХ ЗНАЧЕНЬ

The resonant tank of voltage inverter as an output stage of electronic ballast for highpressure sodium lamps operation is analyzed. The possibilities of high pressure sodium lamp power maintenance in operation area by electronic ballast with open-loop structure is considered.Проведен анализ колебательного контура резонансного инвертора напряжения как выходного каскада электронного пускорегулирующего аппарата. Рассмотрены возможности поддержания мощности натриевой лампы высокого давления в области допустимых значений электронным пускорегулирующим аппаратом, выполненным по разомкнутой структуре

Electronic ballast for high pressure sodium lamp as a power source

Проаналізовано резонансний інвертор напруги як вихідний каскад електронного пускорегулювального апарата (ЕПРА) для живлення натрієвих ламп високого тиску (НЛВТ). Розглянуто підтримання потужності НЛВТ в області допустимих значень за допомогою ЕПРА, побудованого за розімкненою структурою, впродовж усього терміну її експлуатації.The voltage resonant inverter is an output stage of electronic ballast for high-pressure sodium lamps operation is analyzed. The maintenance of power of high pressure sodium lamp in operation area during the lamp aging by electronic ballast with open-loop structure is considered

Forming of characteristic curve of high pressure sodium lamp by electronic ballast

Проаналізовано чотири варіанти формування характеристичної кривої натрієвої лампи високого тиску високочастотним електронним пускорегулювальним апаратом упродовж усього терміну її служби. Варіанти відрізняються розташуванням та значеннями максимальних додатних та від’ємних відхилень потужності відносно номінальної потужності лампи. Формування таких кривих базується на властивостях коливального контуру резонансного інвертора напруги. Запропоновано варіант характеристичної кривої, використання якої зменшить інтенсивність деградації лампи та дасть змогу забезпечити регламентований термін її служби.The problems of reducing the influence of high pressure sodium (HPS) lamp resistance variations during the lamp aging on lamp power taking advantage of electronic ballast with open-loop structure is considered. The four variants of characteristic curves forming as a «power-voltage» dependences for HPS lamp with electronic ballast are analyzed. The curves differ from each other in locations and values of positive and negative power deviations from the nominal lamp power. These characteristic curves are the following: 1) the curve with start lamp power equal to a nominal lamp power and specified power positive deviation from the nominal power; 2) the curve with start and finish powers, which are equal to the nominal lamp power; 3) the curve with start power negative deviation and equal to its maximum power positive deviation from the nominal power and finish power equal to the nominal lamp power; 4) the curve with equal start and finish power negative deviations and equal to the maximum power positive deviation from the nominal power. The forming of such curves is based on the properties of parametric power maintenance by the resonant voltage inverter operating at frequency a little higher than its resonant frequency. The resonant inverter in the power source mode as an output stage of electronic ballast is analyzed. In this mode the resonant inverter maintains the power delivered to the lamp in the limits of «power-voltage» admissible values. This analysis deals with the determination of analytical expressions, which describe the interrelations between start, nominal, maximum, finish lamp powers and corresponding values of resonant tank quality factor. On the basis of these expressions the equations for power relative deviation and parameters of resonant inverter are obtained. As the result of analysis it was found that the second characteristic curve provides the minimum lamp power positive deviation from its nominal power. The third characteristic curve decreases the lamp degradation intensity and makes possible to increase the lamp lifetime. The fourth characteristic curve provides with equal minimum power negative and positive deviations from the nominal power and can be used in some applications of resonant inverter as a power source

Modes d'Alimentation et de Commande des lampes sodium haute pression en vue d’éviter les résonances acoustiques

Grâce au développement de la technologie des semi-conducteurs, les ballasts électroniques fonctionnant en haute fréquence offrent des avantages considérables par rapport aux ballasts électromagnétiques conventionnels. Il en résulte une augmentation de la durée de vie de la lampe, une diminution du volume et du poids du système et surtout un meilleur contrôle de son fonctionnement afin de réduire notamment la consommation électrique. Parmi des lampes à décharge, la lampe sodium haute pression a une excellente efficacité lumineuse et une longue durée de vie. Pourtant, quand la lampe fonctionne en haut fréquence, des perturbations de type « résonance acoustique (RA) » peuvent entraîner l’instabilité de la décharge, son extinction ou pire, la destruction de la lampe. Cette thèse, intitulée « Modes d’Alimentation et de Commande des lampes sodium haute pression en vue d’éviter les résonances acoustiques », traite de plusieurs problèmes. Les caractéristiques de la décharge haute pression, le phénomène de RA, ses conditions d’excitation (notamment au travers d’un phénomène d’hystérésis original) et la variation des paramètres électriques due à la présence de résonances acoustiques dans la lampe, ont été étudiés. Les résultats sont issus de travaux de simulation et expérimentaux menés au sein du laboratoire LAPLACE. Grâce à ces acquis fondamentaux, plusieurs nouvelles méthodes d’alimentation par l’injection de signaux à fréquences proches ont été proposées dans nos travaux. Il s’agit d’éviter la résonance acoustique dans la lampe alimentée par un ballast de structure très réduite par rapport aux solutions classiques. Cette méthode est basée sur le choix judicieux des signaux injectés dans la lampe et leur répartition, (alimentation par deux, trois ou cinq signaux, répartition symétrique, asymétrique totale ou partielle). Le résultat est un meilleur étalement du spectre et donc une réduction de puissances harmoniques sélectionnées permettant de s’adapter, à terme aux conditions d’excitation des RA, mais aussi les limitations de ces méthodes compte tenu du facteur crête. Enfin, différents types de commande en boucle fermée sont proposés, ils permettent d’assurer la stabilité de la décharge et le contrôle des puissances imposées dans la lampe. Les études théoriques, en simulation et expérimentales qui ont été conduites nous ont permis d’aboutir à des résultats concluants. ABSTRACT : For high pressure sodium (HPS) lamps, the progress of semi-conductor technology has provided considerable advantages in the design of high frequency operated electronic ballasts, compared to conventional electromagnetic ballasts. The advantages deal with lamp lifetime improvement, ballast volume and mass reduction, and particularly with a better control of lamp operation for optimized power consumption. Among discharge lamps, high pressure sodium (HPS) lamp has excellent efficacy and long lifetime. However, when it is operated at high frequency, discharge perturbation namely “acoustic resonances (AR)” can provoke some lamp arc instabilities, extinction or, even worst, lamp destruction. The present thesis, entitled “Supply and control methods for acoustic resonances avoidance in high intensity discharge lamps” deals with several matters.  High intensity discharge (HID) characteristics, AR phenomenon, its excitation conditions (including the original features of AR hysteresis) and lamp electrical parameters variation due to AR presence, will be studied. The obtained results were provided by simulations and experimentations carried out in LAPLACE laboratory. Thanks to the acquired results of previous studies, several novel lamp supply strategies via adjacent frequency signals injection were proposed. The main concepts here consist in the avoidance of AR presented in a lamp supplied by designed electronic ballast with reduced structure, compared to classical solutions. Otherwise, the presented methods are based on pertinent choices of injected signals applied to the lamp and their frequency distributions (two, three or five signals and symmetric, partial asymmetric or total asymmetric signals). The studies actually showed better spreading of signal spectrum and power harmonic amplitudes reduction adapted to AR excitation conditions, while taking into account crest factor limitation. Finally, different control laws (PI, Hysteresis, Self-oscillation, Resonant controllers) were also proposed in order to guarantee lamp discharge stabilization and power controls. The theoretical and experimental studies including simulations were conducted to reach concluding results of our works