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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ADCFPZ| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Estudo de modelos para lâmpada de vapor sódio de alta pressão com injeção de terceira harmônica aplicado ao controle de corrente |
| Authors: | Tiago de Sa Ferreira |
| First Advisor: | Lenin Martins Ferreira Morais |
| First Co-advisor: | Seleme Isaac Seleme Junior |
| First Referee: | Pedro Francisco Donoso Garcia |
| Second Referee: | Porfirio Cabaleiro Cortizo |
| Abstract: | Lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão são um tipo de lâmpada de alta intensidade de descarga. Suas características as tornam adequadas para uso em sistemas de iluminação de ambientes externos e industriais. No entanto, essas lâmpadas são dispositivos complexos, principalmente devido a seu comportamento de impedância incremental negativa. Sendo assim, modelos altamente fidedignos desses dispositivos possuem uma grande quantidade devariáveis e parâmetros a serem determinados. Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo de modelos no domínio do tempopara uma lâmpada de vapor sódio de alta pressão de 70W. Quatro circuitos equivalentes de diferentes complexidades de obtenção e construção têm suas performances comparadas para operação com injeção de terceira harmônica para evitar o fenômeno da ressonância acústica. Esses modelos são a lâmpada como uma resistência linear pura, um modelo empírico que é se constituí em uma equação derivada de um conjunto de medições de correntes e tensões eficazespara diversas potências de saída (Ferrero), um fundamentado na ideia de que uma descarga no gás se comporta aproximadamente como um resistor de coeficiente negativo de temperatura (Mader-Horn) e um que se baseia nas equações de balanço de energia do sistema e incluia queda de tensão dinâmica sobre o eletrodo e os efeitos de histerese das características V-I da lâmpada (Yan). Para validação e qualificação desses modelos, são utilizados dados experimentais da lâmpada operando em regime permanente com e sem a injeção de harmônicas.O reator eletrônico utilizado para levantar dados experimentais de corrente e tensão na lâmpada é composto por vários elementos. O filtro de entrada atua para corrigir a distorção da corrente na rede, suprimir interferência de rádio frequência e remover picos na alimentação. Oretificador, combinado com o filtro capacitivo, converte a tensão de alimentação alternada em uma tensão contínua. O inversor ressonante converte a tensão contínua em uma tensão de alta frequência e proporciona a ignição da lâmpada, além de eliminar o efeito estroboscópio de baixa frequência e o flicker. Um conversor tipo Boost é colocado como estágio intermediário entre o retificador e o inversor ressonante para correção do fator de potência. O controle do índice de modulação, realizado com o auxílio de um microprocessador, permite o uso de um pequeno indutor elevador (o equipamento fica com menores dimensões e peso). Após devidamente escrutinados, o modelo considerado de melhor performance considerando o comportamento da lâmpada tanto em baixas quanto em altas frequências foi o modeloYan. A partir desse circuito equivalente é levantado um modelo da lâmpada no domínio da frequência. Por sua vez, a partir dessa função de transferência final, é proposta uma estratégia de controle de corrente circulante em regime permanente na lâmpada composta por uma malha de potência para fornecimento da referência de corrente e uma malha de controle de corrente. O sistema em malha fechada é, então, simulado em diferentes pontos de operação para averiguação de seu desempenho e verificação do efetivo controle de corrente desejado. Uma estratégia de controle de tensão durante a fase de aquecimento da lâmpada também é proposta. |
| Abstract: | High pressure sodium lamps are a type of high intensity discharge lamp. Its qualities make them adequate to be used in external and industrial lighting systems. However, such lamps are complex devices, mostly due to their negative incremental impedance behavior. Thus, highly faithful models of these devices have a large number of variables and parameters to be determined. In this work, a comparative study of a 70W high pressure sodium lamp time domain models is presented. Four equivalent circuits of different obtainability and building complexitieshave their performance compared for operation with third harmonic injection in order to avoid the acoustic resonance phenomenon. This models are the lamp as a pure linear resistance, an empiric model constituted by an equation derived of a set of RMS current and voltage measurements for several output power values (Ferrero), one based on the idea that a discharge column in the gas behaves approximately as a negative temperature coefficient resistor (Mader-Horn) and one based in the system energy balance equations while including in its formulation the dynamic electrode voltage drop and the hysteresis effects of the V-I characteristics of the lamp (Yan). To validate and characterize these models, experimental data of the lamp operating in steady state with and without harmonic injection is used. The electronic ballast used to gather experimental lamp current and voltage data consists of numerous elements. The input filter act to correct the network current distortion, suppress radio frequency interference and remove feeding spikes. The rectifier, combined with the capacitive filter, converts the alternated feeding voltage into a continuous voltage. The resonant inverter converts the continuous voltage into a high frequency voltage and enables the lamp ignition, also eliminating the low frequency strobe effect and flicker. A boost converter is inserted as an intermediate stage between the rectifier and the resonant inverter to allow power factor correction. The modulation index control, performed with the help of a microprocessor,allows the use of a small step-up inductor (the equipment ends up smaller and lighter). After being duly scrutinized, the model considered to have shown best performance considering the lamp behavior in both low and high frequencies was the Yan model. From this equivalent circuit, a frequency domain lamp model is found. In turn, from this final transferfunction, a lamp circulating steady state current control strategy is proposed composed by a power control loop to provide current reference and a current control loop. The closed loop system is, therefore, simulated with different operation points to ascertain its performance andverify the effective desired current control. A voltage control strategy during the lamp warmup phase is also proposed. |
| Subject: | Engenharia elétrica Modelos e construção de modelos Iluminação |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ADCFPZ |
| Issue Date: | 19-Jul-2013 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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