iluminat electric si instalatii

ILUMINAT ELECTRIC SI INSTALATII

Scurta introducere

Utilizarea frecventei inalte la alimentarea lampilor fluorescente implica o serie de avantaje tehnico-economice : eficacitate luminoasa mai mare, tensiune de amorsare mai mica, palpaire redusa (deci absenta efectului stroboscopic), amorsare usoara (fara starter), durata de functionare a lampii mai mare - comparativ cu situatia clasica a alimentarii la frecventa industriala.

Astfel, sursele in comutatie s-au impus ca solutie adecvata din punct de vedere tehnico - economica. Aceasta implementare a creat posibilitatea alimentarii lampilor fluorescente in domenii independente de reteaua de alimentare : autovehicule rutiere, vagoane de tren etc.

In cele ce urmeaza vom proiecta o sursa de inalta frecventa pentru alimentarea unei lampi fluorescente dupa cum urmeaza.

1.TEMA

Sa se proiecteze o sursa de inalta frecventa utilizand un invertor de tip "flyback" cu izolare pentru alimentarea unei lampi fluorescente avand uramtoarele caracteristici

tehnice:

Conditii de mediu umiditate 80% la ,presiune atmosferica 1 atm.

Observatie : se va considera variatia tensiunii in intervalul deoarece sursa de alimentare poate prezenta diferite nivele de incarcare.

Se va folosi tranzistor MOS FET.

Cerinte :

calculul de dimensiuni si alegerea tranzistorului de comutatie

dimensionarea radiatorului aferent tranzistorului (daca e cazul)

dimensionarea transformatorului de inalta frecventa si alegerea elementelor constructive

dimensionarea blocului de comanda al tranzistorului si alegerea corespunzatoare a elementelor componente (R,C)

simularea susrei de inalta frecventa (Pspice, Matlab, Orcad)

ansamblul tranzistorului montat pe radiator - desen ethnic

ansamblul transformatorului si fisa de bobinare - desen tehnic

Schema de comanda

Calculul dimensiunilor pentru sursa de inalta frecventa

Formele de unda ale tensiunii si curentului pentru sursa cu MOS FET :

Se calculeaza perioada :

Trebuie indeplinita conditia :

Se calculeaza dupa formula :

Pentru si se modifica dupa relatiile :

Se calculeaza valorile maxime ale tensiunii si curentului in vederea alegerii unui MOS FET adecvat pentru sursa proiectata:

In functie de valorile obtinute, se alege Mos-ul astfel incat :

se pot alege valorile astfel incat de 4 ori mai mare si curentul dublu fata de cel calculat

In urma calculelor, din catalog am ales MOS-ul IRLR 014 cu urmatoarele date:

In anexe este prezentat MOS FET-ul IRFR014 cu aceleasi caracteristici cu MOS FET-ul IRLR014.

- rezistenta termica jonctiune - colector

- rezistenta termica jonctiune - ambient

Pe baza datelor din catalog se calculeaza urmatoarele marimi:

Pentru putere se impune conditia:

Se calculeaza rezistenta :

- rezistenta jonctiune - ambient

- rezistenta jonctiune - colector

- rezistenta colector - radiator

Cu si puterea disipata se verifica daca montajul are nevoie de un radiator din anexa I (nomograma 1).

Din nomograma am determinat tipul radiatorului ce trebuie ales din catalog. Este un radiator de tip flat cu urmatoarele date :

.

Radiatorul ales este prezentat in Anexa II a proiectului.

3. Proiectarea transformatorului de inalta frecventa si alegerea elementelor componente

Pentru tranformator alegem ferite moi pentru ca temperatura sa fie mai mica, pentru a evita supraincalzirea transformatorului.

Pentru ca transformatorul sa functioneze in limitele impuse, se calculeaza :

Din anexa III se alege variatia in functie de frecventa,

Se determina inductia maxima :

In functie de inductie se aleg pierderile in ferite din anexa III in functie de inductie si frecventa:

Pierderile in ferite depind de inductie si frecventa si trebuie limitate la 10.

3.1. Calculul miezului

Se alege din Anexa IV coloana de valori cu dimensiunile tolelor folosite la dimensionarea miezului. Am ales coloana nr.2 pentru miezul E 30, MZ-6-07 cu valorile :

Cu aceste date se calculeaza dimensiunile miezului :

- sectiunea coloanei jugului magnetic

- sectiunea disponibila pentru bobinaj

- factor de bobinaj

j - densitatea de curent, se alege din intervalul (2.5.3)

Dupa cum se observa,este indeplinita relatia :

3.2. Calculul infasurarilor

Pentru primar :

Spirele se rotunjesc in jos.

Pentru secundar :

este factorul de majorare, corecteaza caracteristica cazatoare

In continuare se calculeaza dimensiunile transformatorului.

Din datele tranzistorului :

Se calculeaza :

Diametrul de izolatie depinde de densitatea de curent si in functie de se alege din Anexa V diametrul conductoarelor, cat si diametrul conductoarelor cu izolatie.

In functie de curentii din primar si secundar am ales uramtoarele valori pentru diametre :

pentru primar :

pentru secundar :

In continuare se calculeaza grosimile transformatorului, lungimile spirelor cat si numarul de spire pe strat si de straturi pentru asezarea infasurarilor in fereastra transformatorului.

- grosimea carcasei

Am ales

- grosimea izolatiei

Se impune conditia :

- inaltimea ferestrei bobinajului

- inaltimea ferestrei

- grosimea infasurarii primare pe fereastra

- grosimea infasurarii secundare pe fereastra

- lungimea spirei medii primar si secundar

Asezarea infasurarilor in fereastra transformatorului:

Numarul de spire pe strat se rotunjesc in jos.

Numarul de straturi :

Straturile se rotunjesc in sus.

3.3. Calcule de verificare

1. Geometria

2. Raportul dintre sectiunea neta a Cu si sectiunea totala a ferestrei

3. Calculul termic al transformatorului

Calculul rezistentelor si

Pierderile in bobinaj

4. Calculul supratemperaturilor (transformatorul in functionare)

Supratemperatura se calculeaza cu relatia:

Verificarea transformatorului la incalzire:

Temperatura Curie este temperature la care materialul isi pierde proprietatile.

Conditiile pentru buna functionare a transformatorului privind temperatura Curie:

, deci conditia privind temperatura Curie este indeplinita.

O alta conditie ce trebuie indeplinita privind supratemperatura este:

, temperatura maxima rezultata indeplineste si aceasta conditie, deci supratemperatura este calculata corect.

Clasa de izolatie este clasa y, a carei temperatura este 90 [grdC].

4.Dimensionarea circuitul de comanda

Circuitul de comanda este TLC 555 - un timer.

Condensatoarele din schema au urmatoarele marimi :

Circuitul se comanda intre pinii 1 si 8.

C1 se incarca la valoarea lui PS si se descarca pana la PJ si comanda blocarea tranzistorului.

V+ =4.5.18[V]

V+=9[V]

Conditia de limitare a curentului :

Din catalog se alege valoarea rezistentei :

Am ales rezistenta CMF 55-39 prezentata ca anexa, avand valoarea de

In continuare se va dimensiona circuitul de comanda, calculandu-se :

Se alege valoarea condensatorului C1 in intervalul (1-10)nF

Am ales C1=2.85nF

Se calculeaza Rb cu relatia:

Se calculeaza valoarea minima a lui Rb :

Cu valorile de ma sus se calculeaza Rvar :

Se verifica relatia :

Daca nu se indeplineste conditia,trebuie schimbata valoarea aleasa pentru condensator.

Cu valoarea lui se alege din catalog un potentiometru. Am ales potentiometrul 357 cu o plaja de la 1K.50KΏ.

Cu si calculam valorile minime si maxime ale frecventei :

Daca valorile frecventei nu sunt in jurul celei din datele de proiectare, trebuie schimbata valoarea aleasa pentru condensator.

Alegerea lampii fluorescente

Am ales lampile fluorescente de la Philips - TUV - 8W - FAM si TL - 8W/08 - FAM ale caror caracteristici se pot vedea din anexe.

Deasemenea de la ELBA am ales lampile MA - 8 - 1 si MA - 8 - 2 cu fluxurile luminoase de 620 respectiv 770 lumeni.

Concluzii

Din proiectul prezentat mai sus se poate vedea eficienta alimentarii lampii fluorescenta prin surse in comutatie : tensiune de amorsare este mai mica, pierderile sunt mici, frecventa este mai mare decat cea a retelei.

5 .Simularea sursei de inalta frecventa

Simularea sursei de inalta frecventa s-a realizat in programul Orcad dupa desenul prezentat mai jos, vizualizandu-se formele de unda din anexele 6.1 si 6.2.

6.Bibliografie

Sora Ioan : Iluminat electric, Universitatea Politehnica din Timisoara 1995

Sora Ioan : Iluminat electric si instalatii electrice interioare, Institutul Politehnic

' Traian Vuia ' din Timisoara, Facultatea de Electrotehnica, Catedra de

utilizari si masini electrice1984

Gheorghiu Nicolae : Iluminat electric, Editura Energetica de Stat 1952

Bailescu Alexandru : Iluminat electric, Editura Tehnica 1969

Lugovskoi B. I. : Iluminatul fluorescent, Editura Energetica de Stat 1953