Xây dựng mô hình đèn huỳnh quang và ballast điện tử họat động ở tần số cao

vi

MỤC LỤC

Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Cảm tạ iii
Tóm tắt iv-v
Mục lục vi-viii
Danh sách các hình ix-xi
Danh sách các bảng xii
Chương 1: Tổng quan
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1
1.1.1 Tiết kiệm điện trong chiếu sáng 1
1.1.1.1 Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất phát sáng cao 2
1.1.1.2 Sử dụng thiết bị điều khiển để nâng hiệu suất của đèn huỳnh quang 2
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 4
1.2.1 Mục tiêu 4
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 4
1.3 Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu 4
1.4 Phương pháp nghiên cứu 5
1.5 Các bước tiến hành 5
1.6 Điểm mới của luận văn 5
1.6.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 5
1.6.2 Điểm mới của luận văn 10
vii

1.7 Giá trị thực tiễn của luận văn 11
1.8 Nội dung thực hiện 11

Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy 12
2.1.1 Mối tương quan giữa hai biến ngẫu nhiên 12
2.1.2 Hệ số tương quan 12
2.1.2.1 Moment tương quan 12
2.1.2.2 Hệ số tương quan 13
2.1.2.3 Uớc lượng hệ số tương quan 13
2.1.2.4 Tính chất hệ số tương quan 14
2.1.2.5 Tỷ số tương quan 15
2.1.2.6 Hệ số xác định mẫu 15
2.1.3 Hồi quy 16
2.1.3.1 Kỳ vọng có điều kiện 16
2.1.3.2 Hàm hồi qui 16
2.1.3.3 Xác định hàm hồi qui 17
2.2 Mô hình hóa mô phỏng 20
2.2.1 Mô hình vật lý 21
2.2.2 Mô hình tương tự 21
2.2.3 Mô hình toán 22
2.3 Công cụ Matlap để phân tích mô phỏng và hồi quy 22

Chương 3 Xây dựng mô hình đèn
3.1 Phương pháp xây dựng mô hình 24
3.2 Chương trình xây dựng mô hình đèn 26
viii

3.2.1 Các lệnh hỗ trợ hồi quy 26
3.2.2 Chỉ số đánh giá hồi quy 31
3.2.3 Kết quả xây dựng mô hình 32
3.3 Công cụ cftool để xây dựng mô hình 34
3.3.1 Giới thiệu công cụ cftool 34

3.3.2 Kết quả mô hình 34
Chương 4: Mô hình Ballast điện tử
4.1 Ballast điện tử 40
4.1.1 Cấu tạo Ballast điện tử 40
4.1.2 Nguyên tắc hoạt động 42
4.1.3 Thay đổi công suất làm việc của đèn 45
4.2 Thiết kế Ballast điện tử 47
4.3 Xây dựng mô hình cho Ballast điện tử 49

Chương 5 Kết quả mô phỏng
5.1 Mô phỏng chấn lưu điện tử kết hợp đèn huỳnh quan 53
5.2 Kết quả mô phỏng 54
5.2.1 Mô phỏng với tần số thấp 47KHz 54
5.2.3 Mô phỏng với tần số trung bình 71.4Khz 58
5.2.4 Mô phỏng với tần số cao 100KHz 61

Chương 6 Kết luận 64

Tài liệu tham khảo 66
ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1: Đặc tuyến (U, P) theo C.S.Moo 6
Hình 1.2: Đặc tuyến (I, P) theo C.S.Moo 6
Hình 1.3: Đặc tuyến của đèn huỳnh quang theo T. Wu 7
Hình 1.4: Mô hình đèn huỳnh quang theo T Wu 7
Hình 1.5: Mô hình Ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quang theo T Wu 8
Hình 1.6: Đặc tuyến đèn theo Naoki Onishi 8

Hình 1.7: Mô hình Ballast điện tử theo Naoki Onishi 9
Hình1.8: Mô hình bộ nghịch lưu, Ballast điện tử 10
Hình 2.1. Công cụ cftool của Matlap hỗ trợ hồi quy 23
Hình 3.1 Thí nghiệm đo thông số đèn 24
Hình 3.2: Đặc tuyến U-I của đèn phillip 36 W 25
Hình 3.3: Phân tích đặc tuyến U-I của đèn 26
Hình 3.4: Phân tích đặc tuyến R-P 26
Hình 3.5: Công cụ Cftool tính thông số cho mô hình R-I 35
Hình 3.6: Kết quả tính toán cho mô hình R-P theo dạng hàm bậc 2 36
Hình 3.7 kết quả của mô hình R-P dạng hàm mũ bình phương 37
Hình 3.8: Chức năng tạo mã tính toán bằng công cụ Cftool 39
Hình 4.1: Cấu tạo mạch nghịch lưu bán cầu 41
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý Ballast điện tử 41
Hình 4.3: Sơ đồ tương đương của đèn và Ballast điện tử ở chế độ khởi động 42
x

Hình 4.4 Mối liên hệ giữa tỷ số điện áp trên đèn/ điện áp nguồn và tỷ số
,
,
. 43
Hình 4.5 Sơ đồ tương đương của đèn ở chế độ xác lập 44
Hình 4.6 Sơ đồ tương đương của Ballast và đèn khi xét tới ảnh hưởng của dây dẫn 45
Hình 4.7 Thí nghiệm điều khiển công suất đèn 48
Hình 4.8 Tương quan giữa Ls Và Plamp khi k2 thay đổi 48
Hình 4.9 Giá trị điện áp trên đèn hoạt động tại tầm công suất thấp theo giá trị Ls 51
Hình 5.1: Mô hình Ballast điện tử kết hợp với đèn huỳnh quan. 53
Hình 5.2: Mô hình đèn thể hiện mối liện hệ giữa R và I 53
Hình 5.3: Mô hình đèn thể hiện mối liên hệ giữa R và P bằng hàm bậc 2 54
Hình 5.4: Mô hình đèn thể hiện mối quan hệ giữa R và P theo hàm mũ 54
Hình 5.5 Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động(47KHz) 55

Hình 5.6: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
động(47KHz) 55
Hình 5.7: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ trong giai đoạn khởi
động(47KHz) 56
Hình 5.8 Tổng hợp dạng sóng dòng điện của ba mô hình (47KHz) 56
Hình 5.9 Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình (47KHz) 57
Hình 5.10: Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (47KHz) 57
Hình 5.11: Dòng điện và điện áp mô hình R-I trong giai đoạn khởi động(71.4KHz) 58
Hình 5.12: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc 2 trong giai đoạn khởi
động(71.4KHz) 58
Hình 5.13: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ trong giai đoạn khởi động
(71.4KHz) 59
Hình 5.14: Tổng hợp dạng sóng dòng điện của ba mô hình(71.4KHz) 59
Hình5.15: Tổng hợp dạng sóng điện áp của ba mô hình(71.4KHz) 60
xi

Hình 5.16: Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (71.4KHz) 60
Hình 5.17: Dòng điện và điện áp mô hình R-I khi vừa khởi động(100KHz) 61
Hình 5.18: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm bậc hai khi vừa khởi
động(100KHz) 61
Hình 5.19: Dòng điện và điện áp mô hình R-P theo hàm mũ khi vừa khởi
động(100KHz) 62
Hình 5.20: Dạng sóng điện áp tổng hợp của ba mô hình(100KHz) 62
Hình 5.21: Dạng sóng dòng điện tổng hợp của ba mô hình(100KHz) 62
Hình 5.22 Dạng sóng điện áp và dòng điện qua đèn (100KHz) 63




xii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG
Bảng 3.1: Các thông số đo đạt của đèn T8 36W Philliip 24
Bảng 3.2: Tổng hợp các thông số mô hình 37
Bảng 4.1 Thông số đèn thí nghiệm 48
Bảng 4.2 Thể hiện thông số chấn lưu điện tử của các loại đèn 49

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 1

Chương 1
TỔNG QUAN

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Sử dụng năng lượng cho chiếu sáng ngày càng chiếm tỉ trọng lớn và tăng nhanh
đáng kể trong tổng nhu cầu về năng lượng sử dụng trong các toà nhà và sự phát thải
khí nhà kính. Tại Việt Nam, hiện nay sản lượng điện cần cung cấp cho các toà nhà
(nhà hàng, khách sạn, TT, thương mại, sinh hoạt….) gần 13.924 tỷ kWh tương
đương với 48% cơ cấu điện thương phẩm. Nhu cầu sử dụng năng lượng của các toà
nhà ngày một tăng: So sánh các năm 2006 và 2009 có trên 600 toà nhà trụ sở làm
việc có mức năng lượng tiêu hao tăng so với cùng kỳ (một số đơn vị tăng 3,6 lần).
Trong toàn bộ các hệ thống kỹ thuật sử dụng năng lượng (điều hoà không khí, chiếu
sáng, thang máy, cấp nước, thiết bị khác…1) phục vụ cho hoạt động của các toà nhà
thì hệ thống chiếu sáng là một trong những hệ thống chiếm tỷ lệ sử dụng lớn trong
cơ cấu tiêu thụ năng lượng điện trong các tòa nhà. Hiện trạng sử dụng năng lượng
tại các toà nhà được khảo sát trong năm 2008 - 2009 cho thấy rằng chiếu sáng là
lĩnh vực tiêu thụ năng lượng chỉ sau lĩnh vực điều hoà không khí và tỉ lệ tiêu thụ
năng lượng cụ thể như sau: Toà nhà công sở: 11,5%; Khách sạn: 18 %; Trung tâm

thương mại: 9,11% Do vậy, nếu tiết kiệm điện cho hệ thống này đồng nghĩa với
việc tiết kiệm được điện năng tiêu thụ đáng kể trong các toà nhà công sở, tổ hợp văn
phòng thương mại, khách sạn, chung cư…
1.1.1 Tiết kiệm điện trong chiếu sáng
Giải pháp đơn giản nhất là tận dụng các nguồn sáng tự nhiên, giảm thiểu việc sử
dụng thiết bị chiếu sáng. Tuy nhiên, khi bắt buộc phải sử dụng nguồn sáng nhân tạo
thì có hai giải pháp chính cho việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng điển hình như
sau:


Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 2

1.1.1.1 Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất phát sáng cao
Giải pháp này là giải pháp thay thế các thiết bị chiếu sáng bởi các thiết bị chiếu sáng
mới có tổn thất thấp hơn nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong các thiết bị chiếu sáng
hiện đang được sử dụng thì các bóng đèn sợi đốt có hiệu suất phát sáng thấp nhất.
Nói cách khác, nó có sự tổn thất cao nhất. Nguyên nhân chính của hiệu suất phát
sáng thấp là do đèn phát sáng dựa trên nguyên tắc đốt nóng của sợi đốt ở nhiệt độ
cao nên phần lớn điện năng bị biến thành nhiệt năng. Bóng đèn sợi đốt hiện nay
được khuyến cáo là không nên sử dụng cho mục đích chiếu sáng trừ các trường hợp
có yêu cầu đặc biệt.
Giải pháp chiếu sáng được khuyến nghị hiện nay tại Việt Nam và một số nước trên
thế giới là sử dụng đèn huỳnh quang và đèn huỳnh quang compact. Trong khi hiệu
suất phát sáng thông thường của đèn sợi đốt chỉ là từ 1 tới 3% thì đèn huỳnh quang
và huỳnh quang compact là từ 15 tới 25% (thực tế do phải tiêu tán công suất cho
các thiết bị phụ nên hiệu suất của đèn huỳnh quang vào khoảng 12% và đèn huỳnh
quang compact vào khoảng 15%). Do có dải chiếu sáng rộng nên đèn huỳnh quang
được sử dụng để chiếu sáng các không gian rộng như phòng họp, hội trường, nhà

xưởng còn đèn huỳnh quang compact được sử dụng cho chiếu sáng trong không
gian hẹp hoặc làm chiếu sáng công cộng. Nhược điểm lớn nhất của đèn huỳnh
quang và đèn huỳnh quang compact là nó có chứa thủy ngân nên nó gây hại lớn cho
môi trường nên cần một chế độ thu gom và tiêu hủy đèn hỏng đặc biệt.
1.1.1.2 Sử dụng thiết bị điều khiển để nâng hiệu suất của đèn huỳnh quang
Mặc dù có sự xuất hiện của đèn huỳnh quang compact và đèn LED nhưng nhờ ưu
điểm của mình đèn huỳnh quang dạng ống đang và vẫn sẽ được sử dụng rộng rãi. Ý
tưởng phát triển các thiết bị điều khiển để nâng cao hiệu suất phát sáng là dựa trên
đặc điểm phi tuyến của đèn huỳnh quang và người ta tìm cách đưa chế độ hoạt động
của đèn về mức tối ưu nhằm tiết kiệm điện năng và kéo dài tuổi thọ của đèn. Khi
phân tích hoạt động của đèn huỳnh quang dạng ống, người ta nhận thấy tính chất
đặc biệt của đèn này sau khi khởi động là giảm điện áp cấp vào đèn sẽ làm giảm
công suất tiêu thụ nhưng cường độ phát sáng thì giảm không đáng kể. Cụ thể là khi
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 3

điện áp giảm còn 80% điện áp định mức, công suất tiêu thụ sẽ giảm còn 70% định
mức trong khi cường độ sáng của đèn chỉ giảm 5% (còn 95% cường độ sáng định
mức), có nghĩa là hiệu suất phát sáng của đèn tăng lên. Dựa vào tính chất đặc biệt
này người ta đã chế tạo ra các bộ tiết kiệm điện sử dụng cho đèn huỳnh quang. Bộ
điều khiển này sẽ thực hiện việc giảm công suất tiêu thụ của đèn sau khi đèn khởi
động xong. Có các bộ tiêu chuẩn chế tạo cho 10, 20 và 40W.
Đèn huỳnh quang, một trong loại đèn phóng điện khí áp suất thấp, đã trở thành
nguồn chiếu sáng nhân tạo phổ biến nhất kể vì chúng có hiệu suất chiếu sáng cao và
tuổi thọ dài hơn các đèn sợi đốt. Các đèn huỳnh quang có đặc tính trở kháng âm vì
thế chúng cần có một số thiết bị để hạn chế dòng được mắc nối tiếp với đèn. Chức
năng của ballast đèn là cung cấp một điện áp mồi thích hợp và kế đến là hạn chế
dòng điện chạy qua đèn trong suốt quá trình hoạt động ổn đinh. Ballast của các lại
đèn huỳnh quang có thể phân loại thành ballast điện từ có tần số dòng thông thường

và ballast điện tử có tần số cao. Ballast điện tử hoạt động ở tần số cao (trên 25kHz)
có thể đạt được một hệ số công suất cao hơn và tăng hiệu suất chiếu sáng lên 10-
20% ballast điện từ. Ngoài ra, kích thước và trọng lượng của các cuộn cảm được sử
dụng trong một ballast điện tử nhỏ hơn nhiều so với ballast điện từ.
Hoạt động ở tần số cao của đèn huỳnh quang là một kỹ thuật được sử dụng ngày
càng tăng, với mục tiêu nâng cao chất lượng hệ thống chiếu sáng huỳnh quang.
Chúng ta biết rằng đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao sẽ có hiệu quả phát sáng
cao hơn. Khi đèn huỳnh quang thể hiện một đặc tính điện trở âm, một dòng điều
khiển ballast là cần thiết, để hạn chế dòng phóng điện. các mô hình tính toán đèn
huỳnh quang, mô phỏng chính xác hành vi thực sự của đèn huỳnh quang, trở nên vô
cùng cần thiết. Những mô hình đèn huỳnh quang tần số cao này được sử dụng cho
nghiên cứu tối ưu hóa trên quan niệm về ballast điện tử.
Khi nhu cầu phát triển các ballast điện tử cho các loại đèn huỳnh quang tăng lên,
mô phỏng máy tính của mạch ballast điện tử trở nên hấp dẫn hơn cho các nhà thiết
kế mạch để giảm bớt các thủ tục thiết kế và để có được thông tin chi tiết về các hoạt
động mạch. Trong mô phỏng của ballast điện tử với tần số cao (hơn khoảng 10 kHz)
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 4

hoạt động, mô hình đèn huỳnh quang có thể được trình bày như là một điện trở
tương đương. Tuy nhiên, trở kháng tương đương đèn là khác nhau ở các cấp độ điều
chỉnh khác nhau theo đặc tính trở kháng âm của bóng đèn. Do đó, trở kháng đèn là
thấp hơn ở mức năng lượng cao và cao hơn ở mức năng lượng thấp nhất có thể điều
chỉnh được.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu
 Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
 Khảo sát đặc tuyến làm việc của một loại đèn và ballast trên thị trường.
 Xây dựng mô hình toán học cho đặc tuyến làm việc của đèn.

 Đề xuất lựa chọn thông số cho mô hình ballast điện tử.
 Thiết kế mô hình ballast cho ballast được khảo sát.
 Kiểm chứng mô hình đèn và mô hình ballast làm việc tại nhiều điều kiện
khác nhau.
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
 Xây dựng thí nghiệm khảo sát đặc tính đèn.
 Khảo sát đặc tuyến làm việc của đèn huỳnh quang T8 Phillip 36 W và ballast
TRITONIC 36W.
 Xây dựng mô hình đèn cho đèn T8 Phillip 36 W và ballast TRITONIC 36W.
 Đề xuất quy trình xác định thông số cho mô hình ballast điện tử T8 Phillip
36 W.
 Thiết kế mô hình ballast cho ballast TRITONIC 36W.
 So sánh hoạt động của mô hình so với thực nghiệm.
1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn nghiên cứu
♦ Đối tượng nghiên cứu: các loại đèn huỳnh quang và ballast thông dụng trên
thị trường.
♦ Giới hạn nghiên cứu:
Đề tài chỉ hạn chế trong việc khảo sát đèn của Philip kết hợp với ballast của
TRITONIC, các nghiên cứu sau này cần khảo sát đến các họ thiết bị trên thị
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 5

trường để đảm bảo giải thuật xây dựng mô hình ballast có thể được áp dụng cho
nhiều họ thiết bị khác nhau. Hiện nay, nhiều thế hệ đèn huỳnh quang mới đã
được phát triển như T5, T8, với nhiều đặc tuyến làm việc khác nhau. Mỗi họ
ballast điều khiển công suất đèn dựa trên những nguyên lý khác nhau. Đề tài chỉ
khảo sát phương án điều khiển công suất đèn dựa vào thay đổi tần số. Các nghiên
cứu sau này cần so sánh phương án thay đổi điện áp và phương án thay đổi tần số
để có phương pháp thiết kế ballast phù hợp.

1.4. Phương pháp nghiên cứu
♦ Phương pháp thực nghiệm: Phương pháp thực nghiệm dùng để khảo sát đặc
tuyến làm việc của đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
♦ Phương pháp xây dựng mô hình: Phương pháp xây dựng mô hình dùng để
xây dựng mô hình cho đèn huỳnh quang dựa theo các kết quả thực nghiệm.
♦ Phương pháp mô phỏng: Phương pháp mô phỏng dùng để kiểm chứng kết
quả các mô hình có được từ mô hình đèn huỳnh quang và ballast điện tử.
1.5. Các bước tiến hành
Bước 1: Xây dựng thí nghiệm khảo sát đặc tuyến làm việc của đèn huỳnh quang
Philip T8 và ballast điện tử Tritonic.
Bước 2: Dùng công cụ overfiting và các hàm hồi quy để xây dựng mô hình đèn.
Bước 3: Khảo sát nguyên lý làm việc của đèn huỳnh quang và phân tích hoạt động
của đèn ở chế độ xác lập, chế độ quá độ.
Bước 4: Dựa vào phân tích hoạt động của đèn và các số liệu thực nghiệm, đề xuất
phương pháp thiết kế mô hình ballast điện tử.
Bước 5: Tiến hành mô phỏng và so sánh với thực tế.
1.6. Điểm mới của luận văn
1.6.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Hiện nay các công trình nghiên cứu trong nước chưa tập trung vào nghiên cứu
mô hình đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số cao. Đặc biệt các loại ballast điện
tử cho phép thay đổi công suất làm việc của đèn nhằm đạt được hiệu quả thẩm
mỹ cũng như tự động điều khiển để đạt được các yêu cầu về độ chiếu sáng mà
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 6

vẫn tiết kiệm điện thì vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công
trình.
Tại nước ngoài, ballast điện tử với khả năng điều chỉnh được đang ngày càng được
sử dụng rộng rãi và đây là vấn đề được nhiều tác giả quan tâm.

C.S.Moo, Y.C.Chuang, Y.H.Huang and H.N.Chen [1] đã xây dựng mối liên hệ giữa
(U, P), (I, P).









Hình 1.1 Đặc tuyến (U, P) theo C.S.Moo.









Hình 1.2 Đặc tuyến (I, P) theo C.S.Moo.
Phương pháp này về mặt lý thuyết khá đơn giản nhưng thực tế rất khó kết hợp cùng
với các phần mềm mô phỏng khác như Pspice hay Matlap. Hơn thế nữa, nghiên cứu
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 7

này cũng chưa đề cập đến vai trò của tần số hay ảnh hưởng từ các loại ballast khác
nhau.

Để khác phục các nhược điểm trên, T. Wu, J. Hung, and T. Yu [2] đã phát triển một
mô hình dựa trên Pspice để mô tả đặc tính của đèn huỳnh quang.









Hình 1.3 Đặc tuyến của đèn huỳnh quang theo T. Wu.
Theo đó nội trở của đèn là một hằng số và là độ dốc của đường L.
Dựa trên đặc tuyến này, một mô hình cho đèn trong pspice đã được phát triển, cùng
với một đề xuất về mô hình ballast điện tử cho đèn.









Hình 1.4 Mô hình đèn huỳnh quang theo T Wu.



Nguyễn Nhật Hải Triều

Hình 1.5 Mô hình B
allast đi
Ưu điểm củ
a phương pháp
mềm Pspice, từ đó tạo ra m
ộ
Tuy nhiên nhược điểm của
công
hoạt động ở các tần số
khác nhau








Hình 1.6
Trong nghiên cứ
u này, Naoki
công suất thấp thể hiện đặ

c
đặc tính phi tuyến giữ
a U và I.
Phương trình thể hiện mố
i tươ
=
0
+
1
2
−
3
4
Luận văn thạc sỹ


ast đi
ện tử kết hợp với đèn huỳ
nh quang theo T W
pháp này là có th
ể kết hợp vớ
i các mô hình khác
ộ
t ứng dụng lớn hơn.
công trình này là không chỉ ra tính phi tuy
ế
khác nhau như trong nhi
ều nghiên cứ
u khác [3].

Hình 1.6
Đặc tuyến đèn theo Naoki Onishi.
Naoki Onishi [4] đ
ã chỉ ra đèn huỳ
nh quang khi
c tính phi tuy
ến và đưa ra một dạ
ng phương
a U và I.

i tương quan c
ủa U, I như sau:
4
(1.1)

Trang 8
T Wu.

khác c
ủa phần
ế
n của đèn khi
3].

khi làm vi
ệc ở
ươ g tr
ình thể hiện

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 9

Tuy nhiên các phần mềm mô phỏng hiện tại như Pspice hay simpowersystem tool
của Matlap thì các mô hình được đặc trương bởi tổng trở, vì vậy công thức tình tổng
trở cho đèn được đưa ra như sau:
=
0
+
1
2
3
4
(1.2)
Và theo đó V(t)= R*I(t).








Hình 1.7 Mô hình ballast điện tử theo Naoki Onishi.
Tuy chưa đưa ra được phương pháp lựa chọn ballast điện tử một cách tổng quát cho
mọi ballast nhưng Naoki Onishi đã chỉ ra được đặc tính phi tuyến của đèn và đưa ra
được một mô hình cho ballast điện tử được nhiều người chấp nhận khi tính tới điện
dung của ballast . C. Min and Q. Zhaoming [5] đã phát triển theo hướng này và đưa
ra phương trình tính điện trở đèn như sau:
ln

( )
=
( )
+ (1.3)
Kế thừa ý tưởng trên [5], C.A. Cheng, T.J. Liang[6] đã phát triển một phương pháp
thiết kế ballast điện tử có thể thay đổi công suất cho đèn dựa theo cấu trúc chuẩn ở
Hình 1.8.






Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 10










Hình1.8 Mô hình bộ nghịch lưu, ballast điện tử.
Hình 1.8 thể hiện mô hình bộ nghịch lưu, ballast điện tử khi nối với đèn, trong đó L
là điện cảm bộ nghịch lưu, Cs là điện dung bộ nghịch lưu, và Cp là điện dung của
đèn, kết hợp với dây dẫn.

Phương pháp của C.Min dựa trên giả định mối liên hệ giữa công suất và điện trở
của đèn là một hàm bậc hai như phương trình 1.4.
=
2
+ + (1.4)
Một số nhà nghiên cứu khác, M. và. E. Saraiva [7], nhận thấy rằng đặc mối tương
quan giữa R và P sẽ thể hiện tốt đặc tính của đèn nhưng dưới dạng một hàm mũ bậc
hai như phương trình 1.5.
= + (1.5)
M. and. E. Saraiva đã chứng minh phương trình của mình bằng cách thực nghiệm
với một bóng đèn 28W của General Electric và một ballast điện tử thay đổi công
suất được của QUICKTRONIC. Nhược điểm phương pháp do M. và. E. Saraiva đề
xuất là chưa chỉ ra được cách lựa chọn Ls thuyết phục cho mô hình ballast điện tử.
1.6.2. Điểm mới của luận văn
♦ Là nghiên cứu đầu tiên có sự so sánh tính tương đồng giữa các mô hình đèn
huỳnh quang với nguyên mẫu.
♦ Xây dựng mô hình Ballast điện tử trong môi trường Matlab.

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 11

1.7. Giá trị thực tiễn của luận văn
♦ Cung cấp mô hình bóng đèn huỳnh quang và ballast điện tử trong môi trường
Matlab, phục vụ các nghiên cứu liên quan đến các thiết bị này.
♦ Hỗ trợ thiết kế, sản xuất ballast điện tử. Chúng ta không cần làm mạch
ballast thật rồi kiểm tra với đèn mà chỉ cần xây dựng một mạch ballast trên máy
tính , kết hợp với mô hình đèn để kiểm tra và đưa ra các thông số cuối cùng cho
mạch ballast mới.
♦ Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho các học viên Thac sĩ ngành Kỹ

thuật điện.
1.8. Nội dung thực hiện

 Đề tài đã khảo sát đặc tuyến hoạt động của đèn huỳnh quang T8 Philip 36W
hoạt động kèm với ballast 36W Tritonic.
 Kết quả thực nghiệm được sử dụng để xây dụng ba mô hình đèn dựa theo các
mô hình được đề nghị ở các công trình khác.
 Một phương pháp xác định mô hình vật lý cho ballast Tritonic được đề nghị
dựa vào thí nghiệm thực tế.
 Mô hình đèn và ballast được mô phỏng trong môi trường Matlab và kiểm
nghiệm với thực tế trong nhiều tần số khác nhau.
 Kết quả mô phỏng đạt được độ chính xác cao.






Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 12

Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết tương quan và hàm hồi quy
2.1.1 Mối quan hệ giữa hai biến ngẫu nhiên
Khi khảo sát hai đại lượng ngẫu nhiên X và Y ta thấy giữa chúng có thể có một số
quan hệ sau:
a. X và Y độc lập với nhau, tức là việc nhận giá trị của đại lượng ngẫu nhiên này

không ảnh hưởng đến việc nhận giá trị của đại lượng ngẫu nhiên kia.
b. X và Y có mối quan hệ phụ thuộc hàm số Y= φ(X).
c. X và Y có sự phụ thuộc tương quan và phụ thuộc không tương quan.
2.1.2 Hệ số tương quan
2.1.2.1 Moment tương quan (Convarian)
♦ Định nghĩa 1:
o Moment tương quan (hiệp phương sai) của hai đại lượng ngẫu nhiên X và Y
kí hiệu coυ(X,Y) = E{[X-E(X)][Y – E(Y)]}
o Nếu coυ(X,Y) = E{[X-E(X)][Y – E(Y)]}= 0 thì ta nói hai đại lượng ngẫu
nhiên X và Y không tương quan.
coυ(X,Y) = E(XY) - E(X).E(Y)
v Chú ý
Thật vậy ta có :
coυ(XY) = E{X.Y-XE(Y) –Y.E(X) + E(X).E(Y)}
= E(XY) – E(X).E(Y) – E(X).E(Y) + E(X). E(Y)
= E(XY) –E(X). E(Y)
 Nhận xét 1:
§ Nếu (X,Y) rời rạc thì:
(
,
)
=
∑
(
,
)
−
( )
( ) (2.1)
§ Nếu (X,Y) liên tục thì:

Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 13

(
,
)
=
∫ ∫
(
,
)
−
( )
( )
∞
∞
∞
∞
(2.2)
 Nhận xét 2:
§ Nếu X và Y là hai đại lượng ngẫu nhiên độc lập thì chúng không tương quan.
§ Cov(X,X)=Var(X)
2.1.2.2 Hệ số tương quan
♦ Định nghĩa 2: Hệ số tương quan của hai đại lượng ngẫu nhiên X và Y, ký
hiệu , là số được xác định như sau:
=
(
,
)

(2.3)
Với , là độ lệch tiêu chuẩn của X, Y
 Ý nghĩa của hệ số tương quan:
Hệ số tương quan đo mức độ phụ thuộc tuyến tính giữa X và Y. Khi càng gần
1 thì mối quan hệ tuyến tính càng chặt. Khi càng gần 0 thì mối quan hệ tuyến
tính càng “ lỏng lẻo”.
2.1.2.3 Ước lượng hệ số tương quan
Lập mẫu ngẫu nhiên = [
(
,
)
,
(
,
)
… ( , )
Để ước lượng hệ số tương quan =
( ) ( ). ( )
ta dùng thống kê

=
.
(2.4)

Trong đó

̅ =
∑
=
∑

=
∑


=
∑
−( ̅ ) =
∑
−()

Ta có:
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 14

=
∑
(
∑
)
( ∑ )
(
∑
)
(∑ )
.
(
∑
)
(∑ )

(2.5)
2.1.2.4 Tính chất của hệ số tương quan
Hệ số tương quan r=
̅
.
được dùng để đánh giá mức độ chặt chẻ của sự phụ
thuộc tương quan tuyến tính giữa đại lượng ngẫu nhiên X và Y, nó có các tính chất
sau đây:

| |
≦ 1
 Nếu
| |
= 1 thì X và Y có quan hệ tuyến tính.
 Nếu r càng lớn thì sự phụ thuộc tương quan tuyến tính giữa X và Y càng chặt
chẻ.
 Nếu
| |
= 0 thì giữa X và Y có tương quan thuận ( X tang thì Y tang). Nếu
r<0 thì X và Y có tướng quan nghịch (X giảm, Y giảm).
o Ví dụ 1: Từ số liệu cho bởi bảng này, hãy xác định hệ số tương quan của Y
và X

X

1 3 4 6 8 9 11 14
Y

1 2 4 4 5 7 8 9

Ta lập bảng sau:

x
i
y
i
x
i
2

x
i
y
i
y
i
2


1 1 1 1 1
3 2 9 6 4
4 4 16 16 16
6 4 36 24 16
8 5 64 40 25
9 7 81 63 49
11 8 121 88 64
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 15

14 9 196 126 81

∑
=
56

∑
=
40

∑
=
524

∑
=
364

∑
=
256


Hệ số tương quan của X và Y là:

=
∑
(
∑
)(

∑
)
(
∑
)
(∑ )
.
(
∑
)
(∑ )

=
.
( )
.( )
√
.
.
√
.
=
.
=0.977




2.1.2.5 Tỷ số tương quan
Để đánh giá mức độ chặt chẻ của sự phụ thuộc tương quan phi tuyến, người ta dùng

tỷ số tương quan:
/ =

=
.
∑
( − ) =.
∑
(− )

Tỷ số thông thường của các tính chất sau:
 0≤ / ≤1.
 / < 0 khi và chỉ khi Y va X không có phụ thuộc tương quan.
 / =1 khi và chỉ khi Y và X phụ thuộc hàm số.
 / ≥
| |
thì sự phụ thuộc tương quan của Y và X có dạng tuyến tính.
2.1.2.6 Hệ số xác định mẫu
Trong thống kê, đánh giá chất lượng của mô hình tuyến tính, người ra còn xét hệ số
xác định mẫu = với r là hệ số tương quan. Ta có 1 ≥ ≥ 0
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 16

2.1.3 HỒI QUI
2.1.3.1 Kỳ vọng có điều kiện
♦ Đại lượng ngẫu nhiên rời rạc
o Kỳ vọng có điều kiện của đại lượng ngẫu nhiên rời rạc Y với điều kiện X=x:
=
∑

( = , = ) (2.6)
o Tương tự, kỳ vọng có điều kiện của đại lượng ngẫu nhiên X với điều kiện
Y=y là:
=
∑
( = , = ) (2.7)
♦ Đại lượng ngẫu nhiên liên tục:
=
∫
∞
∞
(2.8)

=
∫
∞
∞
(2.9)
Trong đó
f(y/x) = f(x,y) với x không đổi
f(x/y) = f(x,y) với y không đổi

2.1.3.2 Hàm hồi qui
♦ Hàm hồi qui của Y đối với X là f(x)=E(Y/x)
♦ Hàm hồi qui của X đối với Y là f(y)=E(X/y)
Trong thực tế ta thường gặp hai đại lượng ngẫu nhiên X, Y có mối quan hệ với
nhau, trong đó việc khảo sát X thì dễ còn việc khảo sát Y thì khó hơn thậm chí
không thể khảo sát được. Người ta muốn tìm mối liên hệ φ(X) nào đó giữa X và Y
để biết X ta có thể dự đoán được Y.
Giả sử biết X, nếu dự đoán Y bằng φ(X) thì sai số phạm phải là E[Y- φ(X)]

2
. Vấn
đề được đặt ra là tìm φ(X) như thế nào để E[Y- φ(X)]
2
là nhỏ nhất.
Ta sẽ chứng minh khi chọn φ(x) = E(Y/X) (với φ(x) = E(Y/x)) thi E[Y- φ(X)]
2
sẽ
nhỏ nhất. Thật vậy ta có:
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 17

E[Y- φ(X)]
2
= E{([Y-E(Y/X)] + [E(Y/X) –φ(x)])
2
}
= E{[Y- E(Y/X)]
2
}+E{[ E(Y/X)-φ(x)
2
}
+2E{[Y- E(Y/X)][ E(Y/X)-φ(x)]} (2.11)
Ta thấy E(Y/X)] chỉ phụ thuộc vào X nên có thể đặt T(X)= E(Y/X)]-φ(x).
Vì E[E(Y/X)]T(X)] = E[YT(X)] nên
2E[Y – E(Y/X)][E(Y/X) – φ(x) = 2E{Y-E(Y/X)T(X)}
= 2E[YT(X)] – 2E[E(Y/X)T(X)] = 0
Do đó:
E{[(Y-φ(X)]

2
}

= E{[Y-E(Y/X)]
2
} + E{E(E(Y/X) – φ(X)]
2
(2.10)

Nhỏ nhất khi:
E{[(Y/X)-φ(X)]
2
= 0
Ta chỉ cần chọn: φ(X) = E(Y/X) (2.11)
2.1.3.3 Xác định hàm hồi qui
a. Trường hợp ít số liệu (tương quan cặp)
Giả sử giữa hai đại lượng ngẫu nhiên X và Y có tương quan tuyến tính, tức là
E(Y/X)=AX + B
Dựa vào n cặp giá trị (x1; x2); (x2; y2); …. ; (xn; yn) của (X,Y) ta tìm hàm
= = + (∗)
Để ước lượng hàm Y=AX+B
(*) được gọi là hồi qui tuyến tính mẫu
Vì các cặp giá trị trên là xấp xỉ của x và y nên thỏa (*) một cách xấp xỉ.
Do đó = + + hay = − − .
Ta tìm a, b sao cho các sai số ( = 1, ) có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất hay hàm
(
,
)
= ( − − )
đạt cực tiểu. Phương pháp tìm này được gọi là phương pháp bình phương bé nhất.

Ta thấy S sẽ đạt được giá trị nhỏ nhất tại điểm dừng thỏa mãn:
Luận văn thạc sỹ

Nguyễn Nhật Hải Triều Trang 18

0= = −2 ( − − )
0=
= −2 ( − − )
Hay
. + . =
(2.12)
. + =
Hệ trên có định thức:
=
∑ ∑
∑
= n
∑
-(
∑
)
Vì các khác nhau nên theo bất đẳng thức Bunhiakovsky ta có (
∑
) <
n
∑
. Do đó D > 0. Suy ra hệ trên có nghiệm duy nhất:
=
∑
−

(
∑
)
(
∑
)
∑
− (
∑
)

=
(
∑
)(
∑
)
−
(
∑
)
(
∑
)
(
∑
)
− (
∑
)

Nếu đặt:
̅ = .
∑
, = .
∑
, = .
∑
, = .
∑

Thì nghiệm của hệ có thể viết dưới dạng:
=
̅

(
̅
)
=
̅

; =
̅
.
(
̅
)
=
̅
.

Tóm lại, ta có thể tìm hàm = + từ công thức
=
− ̅
=
(
∑
)
−(
∑
)(
∑
)
(
∑
)
− (
∑
)

= −̅