đồ án xây dựng bài thí nghiệm về các mạng điện chiếu sáng trong nhà (5)

Các mạng chiếu sáng là một phầnkhông thể thiếu đối với các công trình nhà ở, sau khi học về các mạng chiếusáng này, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn về các loại nguồn sáng, các sơ đồ mạch điệnch

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè vàngười thân đã động viên, khích lệ và đóng góp những ý kiến quý báu để emhoàn thành đồ án này.

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm

Sinh viên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ 2

1.1 Một số thiết bị dùng đi kèm trong mạch điện chiếu sáng 2

1.2 Một số mạch đèn thường dùng trong nhà 8

1.2.1 Mạch đèn sợi đốt 8

1.2.2 Mạch đèn compact 13

1.2.3 Mạch đèn huỳnh quang 17

1.2.4 Mạch đèn LED 23

1.3 Các hệ điều khiển chiếu sáng mới nhất 26

1.4 Các mạng chiếu sáng trong nhà thường sử dụng 36

1.4.1 Khái quát về mạng điện chiếu sáng trong nhà 36

1.4.2 Mạch một công tắc, một đèn 38

1.4.3 Mạch một công tắc, một đèn với ổ cắm được nối đất 39

1.4.4 Công tắc mạch kép với ổ cắm được nối đất 40

1.4.5 Mạch hai chiều với ổ cắm được nối đất 41

1.4.6 Mạch công tắc bốn ngả với ổ cắm được nối đất 43

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM 45

2.1 Khái quát chung về các bài thí nghiệm 45

2.2 Bài thí nghiệm số 1: Một số mạch điều khiển chiếu sáng thông dụng 45

2.2.1 Mục đích, ý nghĩa 45

2.2.2 Cơ sở lý thuyết 45

2.2.3 Nội dung 48

2.2.4 Đo đạc, xử lý số liệu và nhận xét 54

2.3 Bài thí nghiệm số 2: Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng trong nhà 57

2.3.1 Mục đích, ý nghĩa 57

2.3.2 Cơ sở lý thuyết 57

2.3.3 Nội dung 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 71

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hình dạng và ký hiệu của cầu chì hộp 3

Hình 1.2: Hình dạng và ký hiệu của cầu dao 3

Hình 1.3: Hình dạng của MCCB 4

Hình 1.4: Hình dạng của MCB 4

Hình 1.5: Hình dạng của ELCB và RCCB 4

Hình 1.6: Ký hiệu của CB 5

Hình 1.7: Hình dạng của phích cắm, ổ cắm và ký hiệu của ổ cắm 5

Hình 1.8: Hình dạng, ký hiệu của công tắc 2 cực và 3 cực 6

Hình 1.9: Hình dạng, ký hiệu của đèn sợi đốt 6

Hình 1.10: Hình dạng, ký hiệu của đèn compact 6

Hình 1.11: Hình dạng, ký hiệu của đèn huỳnh quang 7

Hình 1.12: Cấu tạo đèn sợi đốt 8

Hình 1.13: Cấu tạo của đuôi đèn và chao đèn 9

Hình 1.14: Sơ đồ mạch một đèn sợi đốt, một công tắc 10

Hình 1.15: Sơ đồ mạch hai đèn nối tiếp 11

Hình 1.16: Sơ đồ mạch hai đèn song song 12

Hình 1.17: Sơ đồ mạch hai đèn luân phiên 13

Hình 1.18: Hình dạng bóng đèn compact 14

Hình 1.19: Hình dạng bóng đèn compact 15

Hình 1.20: Sơ đồ mạch đèn compact 16

Hình 1.21: Ống đèn huỳnh quang 17

Hình 1.22: Ký hiệu của chấn lưu 18

Hình 1.23: Stắcte 18

Hình 1.24: Sơ đồ đấu nối mạch đèn huỳnh quang 19

Hình 1.25: Sơ đồ mạch đèn huỳnh quang có tụ bù cos  20

Hình 1.26: Sơ đồ mạch 2 đèn huỳnh quang 21

Hình 1.27: Sơ đồ mắc các đèn cạnh nhau ở các pha khác nhau 21

Hình 1.28: Sơ đồ mạch đèn đôi có 8 dây không cần stắcte mồi đèn, sử dụng điện áp 110V 22

Hình 1.29: Sự chuyển dời của hạt điện và lỗ qua mối nối PN và hình ảnh của LED 23

Hình 1.30: Sơ đồ mạch đèn LED 26

Hình 1.31: Điều khiển đóng cắt đơn giản 27

Hình 1.33: Hệ thống chiếu sáng của DOUGLAS 28

Hình 1.34: Hệ thống chiếu sáng của Hubbel 29

Hình 1.35: Mô hình một hệ điều khiển chiếu sáng 30

Hình 1.36: Biến tử phát hiện người PIR 33

Hình 1.37: Sensor đo độ sáng 33

Hình 1.38: Sơ đồ mạch được trình bày riêng rẽ của mạch một công tắc, một đèn 38

Hình 1.39: Sơ đồ mắc dây của mạch một công tắc, một đèn 38

Hình 1.40: Sơ đồ mạch tổng hợp của mạch một công tắc, một đèn 39

Hình 1.41: Sơ đồ mạch được trình bày riêng rẽ của mạch một công tắc, một đèn với ổ cắm được nối đất 39

Hình 1.42: Sơ đồ mắc dây của mạch một công tắc, một đèn với ổ cắm được nối đất 39

Hình 1.43: Sơ đồ mạch tổng hợp của mạch một công tắc, một đèn với ổ cắm được nối đất 40

Hình 1.44: Sơ đồ mạch riêng rẽ của công tắc mạch kép với ổ cắm được nối đất 40

Hình 1.45: Sơ đồ mắc dây của công tắc mạch kép với ổ cắm được nối đất 41

Hình 1.46: Sơ đồ mạch tổng hợp của công tắc mạch kép với ổ cắm được nối đất 41

Hình 1.47: Sơ đồ mạch được trình bày riêng rẽ của mạch hai chiều với ổ cắm được nối đất 42

Hình 1.48: Sơ đồ mắc dây của mạch hai chiều với ổ cắm được nối đất 42

Hình 1.49: Sơ đồ mạch tổng hợp của mạch hai chiều với ổ cắm được nối đất 42

Hình 1.50: Sơ đồ mạch được trình bày riêng rẽ của mạch công tắc bốn ngả với ổ cắm được nối đất 43

Hình 1.51: Sơ đồ mắc dây của mạch công tắc bốn ngả với ổ cắm được nối đất 43

Hình 1.52: Sơ đồ mạch tổng hợp của mạch công tắc bốn ngả với ổ cắm được nối đất 44

Hình 2.1: Đồ thị điện áp của điều chỉnh biên độ 46

Hình 2.2: Đồ thị điện áp của điều chỉnh pha mép sườn 47

Hình 2.3: Đồ thị điện áp của điều chỉnh pha mép đuôi 48

Hình 2.4: Bảng lắp đặt mạch dimmer 49

Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm mạch đèn sợi đốt với dimmer 50

Hình 2.6: Các mạch đèn huỳnh quang có chấn lưu điện tử điều chỉnh 50

Hình 2.7: Các mạch đèn huỳnh quang với bộ chấn lưu điện tử có điều khiển 51

Hình 2.8: Thiết bị chấn lưu điện tử 51

Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm mạch đèn compact huỳnh quang với dimmer 52

Hình 2.10: Sơ đồ nối hai đèn song song sử dụng máy biến thế điện tử 53

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý và các dạng điện áp của máy biến thế điện tử 54

Hình 2.12: Sơ đồ thí nghiệm mạch đèn halogen với dimmer 54

Hình 2.13: Mạch chuyển đổi trung gian 58

Hình 2.14: Công tắc mạch kép (hai công tắc bật tắt) 59

Hình 2.15: Công tắc mạch kép đặc trưng bởi hai công tắc hai chiều 60

Hình 2.16: Mô hình hệ thống đào tạo lắp đặt hệ thống điện lnstrain 60

Hình 2.17: Sơ đồ thí nghiệm mạch điện chuyển mạch ngay lập tức 61

Hình 2.18: Sơ đồ kiểm tra điện áp dây trung tính của đèn 62

Hình 2.19: Sơ đồ kiểm tra điện áp ở chân của công tắc hai chiều đầu tiên 62

Hình 2.20: Sơ đồ kiểm tra giữa các đường dây tương ứng tới công tắc hai chiều 63

Hình 2.21: Sơ đồ kiểm tra mối quan hệ giữa các đường dây tương ứng kết nối tới công tắc chéo 63

Hình 2.22: Sơ đồ kiểm tra điện áp trong đường dây tới bóng đèn thực tế 64

Hình 2.23: Sơ đồ thí nghiệm lắp đặt mạch điện với công tắc kép 65

Hình 2.24: Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm với máy tính 66

Hình 2.25: Sơ đồ mô phỏng lỗi không có kết nối trung tính 66

Hình 2.26: Sơ đồ kiểm tra điện áp giữa hai chân công tắc và PE khi hai công tắc tắt 67

Hình 2.27: Sơ đồ kiểm tra điện áp giữa các chân công tắc và PE và giữa trung tính và PE khi hai công tắc tắt 67

Hình 2.28: Sơ đồ kiểm tra điện áp giữa các chân công tắc và PE và giữa trung tính và PE khi hai công tắc bật 68

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Ước lượng tỉ lệ năng lượng tiết kiệm được khi dùng cảm biến phát hiện người 32 Bảng 1.2: Bảng tổng hợp hiệu quả sử dụng điều khiển chiếu sáng 36

MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành điện luôngiữ một vai trò chủ đạo trong nền kinh tế quốc dân Một trong những môn họcquan trọng của ngành hệ thống điện là “Kỹ thuật chiếu sáng” Môn học cungcấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về chiếu sáng, nguồn sáng và tínhtoán, thiết kế chiếu sáng Qua đó giúp sinh viên có thể áp dụng những kiến thứcđược học về chiếu sáng vào thực tế và một trong những áp dụng thực tiễn nhất

đó là chiếu sáng trong các công trình nhà ở Các mạng chiếu sáng là một phầnkhông thể thiếu đối với các công trình nhà ở, sau khi học về các mạng chiếusáng này, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn về các loại nguồn sáng, các sơ đồ mạch điệnchiếu sáng thường được sử dụng và cách đi dây của những mạch đó trong nhàcác công trình nhà ở Nhằm tìm hiểu rõ hơn và áp dụng những kiến thức vềchiếu sáng vào trong các công trình nhà ở thì thông qua bài thí nghiệm sẽ giúpsinh viên hiểu hơn về các mạng điện chiếu sáng trong nhà Cùng với đó, phòngthí nghiệm chiếu sáng vừa được trang bị bộ thí nghiệm về các mạng chiếu sángtrong nhà nhưng bài thí nghiệm về các mạng điện chiếu sáng trong nhà chưađược xây dựng để phuc vụ sinh viên học tập

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài:

“Xây dựng bài thí nghiệm về các mạng điện chiếu sáng trong nhà”

Quá trình thực hiện đề tài đã phần nào giúp tôi nâng cao được kĩ năng,củng cố kiến thức đã tiếp thu được trong quá trình học tập Với sự cố gắng củabản thân cũng như sự giúp đỡ của cô Nguyễn Thị Huyền Thanh và các thầy côtrong bộ môn Hệ thống điện đã giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Nội dung chính của đề tài gồm hai chương:

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀChương 2: XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG

Các mạng chiếu sáng trong nhà cung cấp cho chúng ta những thông tincần thiết về các thiết bị được sử dụng trong một mạng chiếu sáng như cấu tạo,nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật,… và hơn nữa là giúp chúng ta hiểu đượcnguyên lý hoạt động của các mạch đó, các chi tiết liên quan đến việc lắp đặt cácmạch chiếu sáng

Để hiểu được nguyên lý hoạt động của các mạng chiếu sáng trong nhà thìcần có các sơ đồ như sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp đặt

Sơ đồ nguyên lý là loại sơ đồ chỉ nói lên mối liên hệ về điện mà không

nguyên lí được dùng để nghiên cứu nguyên lí hoạt động của mạch điện và cácthiết bị điện

Sơ đồ lắp đặt là sơ đồ biểu thị vị trí lắp đặt, cách lắp ráp giữa các phần tử

Thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện,thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng.

Hình 1.1: Hình dạng và ký hiệu của cầu chì hộp

a- Hình dạng cầu chì hộp; b-Ký hiệu cầu chì hộp

b) Cầu dao

Cầu dao là một khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay, được sửdụng trong các mạch điện có nguồn dưới 500V, dòng điện định mức có thể lêntới vài kA Thường bên trong cầu dao có gắn cầu chì để bảo vệ sự cố ngắnmạch

Hình 1.2: Hình dạng và ký hiệu của cầu dao

a- Hình dạng của cầu dao; b- Ký hiệu của cầu dao 1 pha, 2 pha, 3 pha

c) CB (Circuit Breaker)

CB là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha, hai pha, ba pha);

có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp,… mạch điện CB có nhiềudạng:

 MCCB (Moulded case Circuit Breaker):

Hình 1.3: Hình dạng của MCCB

Hình 1.4: Hình dạng của MCB 1 pha, 2 pha, 3 pha

Circuit Breaker)

Ngoài chức năng bảo vệ quá tải, còn có thêm chức năng bảo vệ chốngdòng điện rò Độ nhạy từ 10mA đến 30mA (1 pha) và từ 100mA đến 300mA (3pha)

Hình 1.5: Hình dạng của ELCB và RCCB

Ký hiệu của CB:

a b

Hình 1.7: Hình dạng của phích cắm, ổ cắm và ký hiệu của ổ cắm

a- Hình dạng của phích cắm, ổ cắm; b- Ký hiệu của ổ cắm

e) Công tắc

Dùng để điều đóng cắt cung cấp điện cho mạch đèn, thường có dòng <15A, gồm có các loại công tắc 2 cực, 3 cực, 4 cực…

2 1

3

a b c

Hình 1.8: Hình dạng, ký hiệu của công tắc 2 cực và 3 cực

a- Hình dạng của công tắc; b- Ký hiệu của công tắc 2 cực; c- Ký hiệu của công tắc 3 cực

f) Đèn

Là thiết bị chính trong mạch điện chiếu sáng Các loại đèn thường được

sử dụng trong các mạng chiếu sáng trong nhà là đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang

và đèn compact

Hình 1.9: Hình dạng, ký hiệu của đèn sợi đốt

a- Hình dạng của đèn sợi đốt; b- Ký hiệu của đèn sợi đốt

a b

Hình 1.10: Hình dạng, ký hiệu của đèn compact

a- Hình dạng của đèn compact; b- Ký hiệu của đèn compact

a b

Hình 1.11: Hình dạng, ký hiệu của đèn huỳnh quang

a- Hình dạng của đèn huỳnh quang; b- Ký hiệu của đèn huỳnh quang

Để hiểu rõ được các sơ đồ mạch thì cần biết được các ký hiệu trong các

sơ đồ mạch đó Dưới đây là phần giải thích các ký hiệu trong sơ các đồ, các kýhiệu này tương đương với các ký hiệu được trình bày ở phần trên và được sửdụng trong các sơ đồ của các mạng chiếu sáng trong nhà

: công tắc hai chiều

a) Cấu tạo đèn sợi đốt

Đèn nung sáng có tim đèn làm bằng vôn-fram thường được gọi làtungstene và được đặt trong bóng thuỷ tinh chứa đầy khí trơ (azôt, argôn,krypton) ở áp suất thấp Khí trơ có tác dụng giảm bớt áp suất trong và ngoàibóng đèn và giảm sự bốc hơi của tim đèn, phía dưới đèn có đuôi đèn để lắpbóng đèn vào lưới điện

Hình 1.12: Cấu tạo đèn sợi đốt

b) Nguyên lý làm việc

Khi dòng điện đi qua đèn, do điện trở của sợi dây tóc lớn, dây tóc sẽ bị

sáng, ánh sáng phát ra kèm theo rất nhiều nhiệt, phần lớn là tia hồng ngoại nêngần giống ánh sáng tự nhiên

Hạn chế của loại đèn này là tuổi thọ ngắn và hiệu suất phát sáng thấp.Đèn nung sáng được sử dụng cho chiếu sáng dân dụng, trang trí và thương mại,hiệu suất phát sáng thay đổi tuỳ theo công suất đơn vị và loại tim đèn, nhưng cógiá trị từ 15 đến 25 lm/W Tuy nhiên, đèn nung sáng sản sinh ánh sáng ấm, cóchỉ số hoàn màu cao và không yêu cầu sử dụng kèm với cuộn chấn lưu, đènnung sáng có thể điều chỉnh độ sáng bằng thiết bị tương đối đơn giản, có nhiềuloại hình dạng khác nhau và kích thước nhỏ nên thường sử dụng cho chiếu sángnội thất

a

Hình 1.14: Sơ đồ mạch một đèn sợi đốt, một công tắc

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ lắp đặt

d) Mạch hai đèn song song, nối tiếp

Trong ngành điện dân dụng, hệ thống đèn chiếu sáng thường sử dụng cácmạch điện đèn mắc nối tiếp (hình 1.15) hoặc song song (hình 1.16) Mỗi loạimạch đều có ưu điểm và nhược điểm riêng

Trong cả hai sơ đồ đều sử dụng các phần tử sau:

- Cầu chì sử dụng để bảo vệ mạch khi xảy ra sự cố ngắn mạch

- Công tắc để điều khiển đóng cắt cho bóng đèn

- Và đèn sợi đốt là phụ tải của mạch

a

Hình 1.15: Sơ đồ mạch hai đèn nối tiếp

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ lắp đặt

b

Hình 1.16: Sơ đồ mạch hai đèn song song

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ lắp đặt

Đối với mạch điện hai đèn song song, chỉ cần chọn sao cho điện áp địnhmức của bóng đèn bằng với điện áp định mức của nguồn cung cấp Nhưng vớimạch điện hai bóng mắc nối tiếp, nếu không chọn đúng thông số thì có thể làmcác bóng sáng yếu, sáng không đều hoặc cháy hỏng

Do hai bóng mắc nối tiếp nên tổng điện áp định mức của các bóng phảibằng với điện áp hai đầu nguồn cung cấp Mặt khác dòng điện chạy qua haibóng bằng nhau do chúng mắc nối tiếp Chính vì vậy, để hai bóng làm việc hếtcông suất thì chúng phải có thông số điện áp, công suất giống nhau Như vậyđiện áp của các bóng đèn sẽ được tính như sau:

Uđèn1 = Uđèn2 = Unguồn/2

Ví dụ: Nếu điện áp nguồn bằng 220V thì điện áp định mức của hai bóng đèn sẽlà: Uđèn1 = Uđèn2 = 220/2 = 110V

e) Mạch hai đèn sáng luân phiên

Mạch hai đèn sáng luân phiên gồm một công tắc điều khiển hai đèn Khimạch được cấp nguồn sẽ có một trong hai đèn sáng Khi ta bật công tắc thì bóngnày sáng, bóng kia tắt

Mạch được sử dụng trong trường hợp lúc nào cũng có một bóng đènsáng, một bóng đèn cố định và một bóng tạm thời

a

bHình 1.17: Sơ đồ mạch hai đèn luân phiên

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ lắp đặt

1.2.2 Mạch đèn compact

Hiện nay, nền kinh tế phát triển, phụ tải điện phát sinh với số lượng lớn,việc sử dụng điện tiết kiệm là một vấn đề tối quan trọng, sử dụng điện lãng phíkhông những ảnh hưởng đến nên kinh tế mà còn có thể làm quá tải mạng điệngây mất điện Chính vì vậy, người sử dụng phải có ý thức sử dụng hợp lý và tiếtkiệm Một giải pháp quan trọng là sử dụng những thiết bị tiết kiệm điện và mộttrong các thiết bị tiết kiệm điện trong chiếu sáng đó là đèn Compact, thườngđược khuyến cáo sử dụng để thay thế đèn sợi đốt

Hình 1.18: Hình dạng bóng đèn compact

a) Cấu tạo

Đèn compact là loại đèn huỳnh quang đặt biệt có chất bột huỳnh quangmịn và tinh khiết hơn các đèn huỳnh quang thông thường nên có chất lượngmàu và hiệu quả chiếu sáng cao

Đèn compact có cấu tạo gồm đèn, chấn lưu, stắcte được tích hợp thànhmột khối Trong đui đèn thông dụng có tích hợp chấn lưu điện tử Vì thế thaythế đèn sợi đốt bằng đèn compact đơn giản Ngoài ra còn có các loại đèn cóchấn lưu rời, đui đặc biệt để tránh mắc sai vào lưới

Bóng đèn compact có đường kính ống đèn cực nhỏ được uốn cong hoặcghép nhiều ống đèn thành một bộ Có các loại bóng với kiểu dáng thông dụngnhư 1U, 2U, 3U và hình xoắn; đây chủ yếu là sự thay đổi về hình thức chứkhông ảnh hưởng đến yếu tố kỹ thuật

a b c d

Hình 1.19: Hình dạng bóng đèn compact

a- Bóng kiểu 1U; b- Bóng kiểu 2U; c- Bóng kiểu 3U; d- Bóng hình xoắn

Bóng đèn compact giảm thiểu sự nhấp nháy ánh sáng (flicker) do đượctrang bị chấn lưu điện tử so với đèn huỳnh quang ống thẳng (thường dùng chấnlưu điện từ)

Bóng đèn compact chủ yếu được dùng để thay thế cho bóng đèn sợi đốt,không thích hợp cho việc chiếu sáng chung (diện tích lớn), thích hợp cho việcchiếu sáng cục bộ trong các căn phòng có diện tích nhỏ (nhà tắm, nhà kho, cầuthang )

Với chiếu sáng đèn compact có đặc điểm sau :

- Hiệu suất phát quang lớn

- Tuổi thọ cao

b) Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của đèn compact cũng giống như nguyên lý làm việccủa đèn huỳnh quang Khi đóng công tắc, cuộn cảm, dây tóc đèn, stắc te đượcnối nối tiếp với nhau Một dòng điện chạy qua stắcte sẽ tạo ra bên trong nó mộtđám mây điện tích, thanh lưỡng kim sẽ nóng lên cho đến khi tiếp điểm của nóđóng lại, tạo ra một dòng điện lớn gấp 1,5 lần dòng điện đèn, chạy qua dây tócđèn và tạo ra trong cuộn cảm một từ trường mạch Tiếp điểm thanh lưỡng kimđóng lại, thanh lưỡng kim bị nguội và mở ra Dòng điện bị ngắt, sự thay đổi của

từ trường tạo ra một điện áp cảm ứng vào khoảng 800V và đèn được mồi sáng.Sau đó cuộn cảm đóng vai trò như một điện trở để giới hạn dòng điện chạy quađèn Do điện áp rơi trên chấn lưu nên điện áp trên đèn chỉ còn khoảng 70V, vớiđiện áp mà stắcte không hoạt động trở lại được

Chất phốt pho đặt bên trong ống thủy tinh sẽ làm biến đổi tia bức xạ cựctím của quá trình phóng điện thành các tia sáng nhận thấy được

c) Sơ đồ mạch điện

Sơ đồ mạch đèn compact đơn giản gồm có một cầu chì để bảo vệ chốngngắn mạch, một công tắc làm nhiệm vụ đóng cắt mạch và tải được sử dụng làđèn compact.

a) Cấu tạo

Đèn huỳnh quang là loại đèn phát ra ánh sáng lạnh, nhiệt độ phát nóngthấp so với các loại đèn sợi đốt Có ánh sáng trắng giống như ánh sáng banngày, có bề mặt phát quang lớn nên có cường độ sáng lớn hơn các loại đèn sợiđốt

Là một ống thuỷ tinh bên trong có chứa hơi thuỷ ngân và một ít khí hiếmneon, argon dưới áp suất thấp khoảng 1/100mm thuỷ ngân dễ dàng khơi màođèn Bên trong ống đèn được tráng một lớp bột huỳnh quang, ở hai đầu ống cócác điện cực và tim đèn làm bằng chất tungsteen có phủ lớp ôxít bazơ vàstrotium để tăng cường độ phát xạ các electron ngoài ra muốn thắp sáng đèn cầnphải có những phụ kiện như: ballast, stắcte

Hình 1.22: Ký hiệu của chấn lưu

a-Chấn lưu điện từ; b-Chấn lưu điện tử

Stắcte thực chất là loại công tắc tự động làm việc dưới điện thế thích hợp.Được cấu tạo bởi một lưỡng kim nhiệt đặt trong bóng chứa khí neon, bìnhthường hai điện cực này ở trạng thái hở mạch Để triệt từ trường sinh ra trongquá trình phóng điện gây ảnh hưởng đến các thiết bị phát thanh ở gần thì cầndùng thêm một tụ C= 0,006 µF÷ 0,02 µF mắc giữa hai điện cực

Hình 1.23: Stắcte

1-lưỡng kim nhiệt 2- điện cực 3-vỏ ống phóng điện của stắcte

b) Nguyên lý làm việc

Hình 1.24: Sơ đồ đấu nối mạch đèn huỳnh quangMuốn đèn hoạt động phải kết nối bóng đèn với các phụ kiện như hình vẽ1.24 Khi cho dòng điện chạy qua bộ đèn, dưới tác dụng của điện thế hai cựcstắcte tạo nên hồ quang điện làm lưỡng kim nhiệt giản nở nối kín mạch điện,dẫn dòng điện và tim bóng đèn được nung nóng nhằm phát xạ điện tử, ngay sau

đó do hiệu điện thế giữa hai cực của stắcte bị triệt tiêu nên lưỡng kim nhiệt colại ngắt dòng điện trong mạch đột ngột Theo nguyên lý cảm ứng điện từ sẽ cóphát sinh hiệu điện thế tự cảm rất cao tác động lên các cực làm đèn phát sáng.Sau khi đèn đã sáng thì hiệu điện thế giữa hai đầu đèn giảm xuống nên không

đủ điện thế làm cho stắcte hoạt động trở lại Thời gian khởi động đèn khoảng 2

-5 giây với điện áp định mức

c) Mạch đèn huỳnh quang

Khi bộ chấn lưu hoạt động sẽ sinh ra một thành phần công suất phảnkháng điện cảm và thành phần này sẽ sinh ra tải công suất cảm kháng bổ sungtrên mạch điện chính Bằng cách nối một tụ bù song song, công suất cảm khángnày sẽ dao động qua lại giữa thành phần cảm kháng và dung kháng và có tácdụng ngăn công suất phản kháng khỏi ảnh hưởng tới mạch chính Việc bù côngsuất phản kháng này sẽ cải thiện hệ số công suất cho mạch từ 0,3÷0,5

Hình 1.25: Sơ đồ mạch đèn huỳnh quang có tụ bù cos 

Đèn huỳnh quang tạo ra hiệu ứng hoạt nghiệm Hiệu ứng hoạt nghiệmgây nên sự sai lệch thụ cảm của thị giác con người (nhìn sai), ví dụ như khiquan sát vật đang quay, nó có thể thụ cảm bằng mắt là đang quay chậm hơnhoặc nhanh hơn so với thực tế, hoặc ngay cả khi hoàn toàn không chuyển động

Để khắc phục hiệu ứng hoạt nghiệm, người ta phải dùng sơ đồ bù đối với haiđèn (hình 1.26) Hiệu ứng hoạt nghiệm cũng có thể khắc phục được bằng cáchlần lượt mắc các đèn cạnh nhau ở các pha khác nhau của lưới điện 3 pha có góclệch 1200 (hình 1.27)

Hình 1.26: Sơ đồ mạch 2 đèn huỳnh quang

Hình 1.27: Sơ đồ mắc các đèn cạnh nhau ở các pha khác nhau

1.28):

Hình 1.28: Sơ đồ mạch đèn đôi có 8 dây không cần stắcte

mồi đèn, sử dụng điện áp 110V

Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau: Khi cấp nguồn, cuộn dây biến áp

tự ngẫu của Ballast nâng điện áp lên 220V, nạp dòng điện qua tụ C1 = 3,5F làmđèn 1 sáng Sau 1/4 chu kì, do dòng điện giảm xuống nên tụ C1 xả điện trở lại,qua tụ C2 = 0,5F, đưa dòng điện IC qua đèn 2 làm đèn này sáng Dòng qua đèn

đèn sáng lần lượt như trên và ánh sáng có liên tục trong suốt chu kì của dòngđiện

Các cuộn dây ít vòng của ballast chỉ để cung cấp điện vài vôn cho tóc đèn

để nung nóng tóc đèn để dễ phát xạ điện tử Vì vậy, với loại ballast đôi nàykhông cần stắcte để mồi đèn lúc khởi đầu

Điện trở R = 1,5k mục đích để xả dòng cho tụ khi đèn ngưng làm việc

Hệ số công suất của đèn này có thể đạt đến 0,9 Đặc điểm của bộ đèn này là khi

có một bóng, đèn vẫn hoạt động bình thường và sẽ không sáng khi điện ápnguồn giảm chỉ còn 80%

1.2.4 Mạch đèn LED

Đèn LED trong công nghệ chiếu sáng, hiện đang là chủ đề nóng bỏngđược quan tâm nhiều nhất trong bối cảnh thiếu hụt năng lượng hiện nay, đặctính tiết kiệm năng lượng của bóng đèn LED đã được đề cập nhiều trong các tàiliệu Một bộ đèn LED thông thường bao gồm các bộ phận chính sau: phần tửphát sáng LED, bộ nguồn, mạch in tỏa nhiệt, vỏ

Hình 1.29: Sự chuyển dời của hạt điện và lỗ qua mối nối PN

và hình ảnh của LED

LED (Light-emitting diode – Đi-ốt bức xạ ánh sáng)

Bản chất của LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạpchất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử,dòng điện truyền từ A-nốt (kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗtrống nó sinh ra bức xạ ánh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùythuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn LED phân thành ba loại chính theo dảicông suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn

- LED cỡ nhỏ tiêu thụ dòng điện từ 2 mA đến 20 mA điện áp đặt trên chíp

từ 1,5V đến 3V, chúng được thiết kế đơn chiếc phục vụ cho mục đích hiển thịtrạng thái của máy, chiếu sáng cục bộ

- Đèn LED cỡ trung: được thiết kế có chân cắm để hàn vào mạch in hoặcthành chíp 4 chân để giúp tản nhiệt tốt, chúng được ghép thành bảng mạch với

nhiều LED nối tiếp hoặc song song Loại đèn LED này thường sử dụng làm cácbiển báo, đèn chiếu hậu ô-tô, đèn chiếu sáng khẩn cấp, chúng tiêu thụ dòng điện

cỡ 100 mA

- LED công suất lớn hay HPLED tiêu thụ dòng điện vài trăm mA đến vàiAmpe, do tiêu thụ dòng điện lớn nên loại này nhất thiết phải gắn với một bộ tỏanhiệt tốt, nếu không HPLED sẽ hỏng sau vài giây Hiệu suất của HPLED rất cao

có thể lên tới 105 lm/W Ứng dụng của HPLED là để thay loại đèn chiếu sángtrong nhà, ngoài trời Bản thân công nghệ LED cho phép nó phát sáng đến 100.000

h nhưng có các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ bộ đèn như:

- Mạch in của bộ đèn:

Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnhhưởng lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam,nếu chất lượng của mạch in và mối hàn không tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in,không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng sau một thời gian sử dụng.Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhôm, gốmcho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình và lớn Loại mạch

in gắn liền với tản nhiệt của bóng đèn LED

- Bộ phận tản nhiệt của bóng đèn LED:

Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phátsáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết

kế đèn LED công suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này có kết cấu không phù hợpthì phần tử LED sẽ nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đáng kể

- Bộ nguồn cung cấp của bóng đèn LED:

Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện vàđiện áp ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộnguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ của LED Với loại đèncông suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết với một điện trở hạn

dòng cho LED nhưng đối với với LED công suất trung bình và lớn cần tạo mộtnguồn dòng cho LED.

- Vỏ đèn:

Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để có

độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng

Đèn LED, còn gọi là đi ốt phát quang, là loại đèn có khả năng phát ra ánhsáng hồng ngoại hoặc tử ngoại

Nguyên lý hoạt động của đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn Khối bándẫn loại P chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép vớikhối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướngchuyển động khuếch tán sang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử(điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt

lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử

và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗtrống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp vớinhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng nănglượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Sơ đồ mạch đèn LED (hình 1.30) đã được tích hợp bộ chỉnh lưu được lắpcùng với đèn nên có thể lắp trực tiếp vào mạng điện chiếu sáng trong nhà

b

Hình 1.30: Sơ đồ mạch đèn LED

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ lắp đặt

1.3 Các hệ điều khiển chiếu sáng mới nhất

Các hệ điều khiển chiếu sáng có thể được phân ra làm các loại: điềukhiển tại chỗ, điều khiển tập trung và điều khiển hai chiều Điều khiển tại chỗcho phép người sử dụng điều khiển mức độ sáng tại khu vực của mình Điềukhiển tập trung bật tắt đèn trong một khu vực rộng lớn như một tòa nhà,một tầng hoặc một khu vực ngoài trời,… Các trạng thái của đèn là không xácđịnh Đối với điều khiển 2 chiều các chấn lưu (ballast) sẽ gửi và nhận cácthông tin về trạng thái của mình tới bộ điều khiển trung tâm (có thể là máytính)

Một số hệ thống điều khiển chiếu sáng hiện đại hiện nay như DOUGLAS,LINET, Z-WAVE …

DOUGLAS cung cấp các hệ điều khiển cho phép điều khiển đóng ngắt

tự động các rơle theo lịch trình thời gian, theo giờ thiên văn học (dựa vào

thời gian mặt trời mọc, mặt trời lặn) theo độ sáng.

Hình 1.31: Điều khiển đóng cắt đơn giảnCác phụ tải chiếu sáng có thể đóng ngắt bằng một switch, switch có thể

là một công tắc gắn tường, một rơle, một đồng hồ thời gian (lịch trình), mộtsensor phát hiện người ,…

Hình 1.32: Điều khiển chiếu sáng lập trình được (dạng panel đơn)

Các bộ Relay Scanners được sử dụng để điều khiển các nhóm rơlelập trình được, các sensor trong hệ thống đo các điều kiện môi trường như độsáng, nhiệt độ, phát hiện người Các bóng đèn có thể được điều khiển bằngcông tắc tại chỗ hoặc bằng công tắc điều khiển từ xa Một hệ thống chiếusáng có thể gồm 1 panel hoặc nhiều panel cùng kết nối với máy tính thôngqua các đường tuyền tín hiệu số Dưới đây là mô hình của hệ thống điều khiểnchiếu sáng của DOUGLAS :

Hình 1.33: Hệ thống chiếu sáng của DOUGLASHubbell cung cấp một hệ điều khiển chiếu sáng đơn giản và sử dụngcác công nghệ tiên tiến, với một bộ điều khiển sử dụng màn hình điều khiểncảm ứng, thân thiện, dễ sử dụng Hệ thống cung cấp sẵn nhiều lịch trình chophép người sử dụng có thể soạn thảo theo mục đích sử dụng Hệ thống cũng

có thể hoạt động theo đồng hồ thiên văn hỗ trợ cho việc lập trình thời gian mặttrời mọc, mặt trời lặn Các rơle được phân bố trên các panel khu vực kết nốivới từng thiết bị hoặc một nhóm các thiết bị chiếu sáng Trạng thái của cácrơle trong hệ thống được quan sát thông qua các đèn LED trạng thái Dướiđây là mô hình một hệ chiếu sáng của Hubbell

ZONE 1 load 1 load 2 load 3 load 4 Breaker Panel Breaker Panel load 1 load 2 load 3 load 4 ZONE 1

load 7 load 8 load 9 load 7 load 8 load 9

(Switch Stations)

Hình 1.34: Hệ thống chiếu sáng của Hubbel

a) Cấu trúc của hệ điều khiển chiếu sáng dạng tập trung

Các hệ điều khiển chiếu sáng bao gồm các phần tử: Bộ điều khiển trungtâm, bộ điều khiển khu vực (tại chỗ), các thiết bị kết nối giữa bộ điều khiểnkhu vực với bộ điều khiển trung tâm, các phần tử chấp hành, các sensor, cáccông tắc điều khiển được, các công tắc bật tắt bằng tay, … Tùy vào từng yêucầu cụ thể mà ta có thể sử dụng các phần tử khác nhau Dưới đây là mô hìnhmột hệ thống điều khiển chiếu sáng điển hình

Hình 1.35: Mô hình một hệ điều khiển chiếu sáng

b) Các phần tử chấp hành

Các phần tử chấp hành gồm các bóng đèn, các các bộ điều chỉnh độsáng

Có rất nhiều kiểu nguồn sáng khác nhau, hầu hết có thể chia ra làm 3 loạichính: huỳnh quang, sợi đốt và nguồn sáng cường độ cao (HID) Hiệu suấtcực đại trên lý thuyết (đối với ánh sáng trắng) là 200 lm/W (lumen trên Watt),cao gấp đôi so với hiệu quả của những nguồn sáng hiện đang sử dụng

Có hai loại chấn lưu điều chỉnh độ sáng phổ biến nhất: một là digitaldimmer (điều chỉnh độ sáng số), hai là analog dimmer (điều chỉnh độ sángtương tự).

Các chấn lưu điều khiển độ sáng loại analog gồm các thành phần thựcthi các chức năng sau: lọc nhiễu điện từ, điều chỉnh hệ số công suất và điềuchỉnh lối ra nuôi tải Có một vài loại chấn lưu analog như 0-10VDC, điềukhiển hai pha, điều khiển ba pha và hồng ngoại không dây, trong đó loại 0-10VDC là loại thông dụng nhất

Loại chấn lưu số gồm các thành phần thực thi các chức năng: lọc nhiễuđiện từ, chỉnh lưu, điều chỉnh hệ số công suất, thực thi chức năng vi điều khiển,điều chỉnh lối ra nuôi tải Chức năng vi điều khiển gồm lưu trữ, nhận và gửithông tin số Vi điều khiển lưu địa chỉ ballast, nhận tín hiệu điều khiển và gửithông tin trạng thái

Các hệ điều khiển độ sáng loại analog đã trở nên thông dụng trong khicác hệ điều chỉnh độ sáng loại số còn tương đối mới trong công nhiệp Cả haiđều cung cấp các chức năng cần thiết để điều khiển tải lối ra dựa trên tín hiệulối vào từ thiết bị điều khiển

c) Các sensor (cảm biến)

Các loại sensor phát hiện người khác nhau có độ nhạy và tác độngnhanh khác nhau Hầu hết các sensor này dùng cảm biến siêu âm hoặc hồngngoại để bật và tắt ánh sáng dựa trên sự xuất hiện của người sử dụng Cácsensor hồng ngoại thụ động phát hiện chuyển động của ánh sáng hồng ngoạiphát ra từ người Các sensor này có giá thành vừa phải và đáng tin cậy khi cóngười xuất hiện trong tầm quan sát của sensor, nhưng nó không quan sát đượcchuyển động gần và xung quanh các góc Sensor siêu âm phát và nhận sóng

âm Nếu có một chuyển động sẽ làm thay đổi tần số sóng âm và sensor sẽ pháthiện được chuyển động này Sensor siêu âm có thể phát hiện được chuyển

động không nằm trên đường quan sát của chúng nhưng giá thành đắt hơn và cóthể nhạy với các tác động sai Ngoài ra cũng có nhiều loại sensor dùngmicrowave và sensor âm thanh nhưng các sensor này không hiệu quả khi dùngcho điều khiển chiếu sáng Các sensor “lai” (kết hợp giữa kỹ thuật hồng ngoại

và siêu âm) là đáng tin cậy nhất vì chúng khá chính xác và phù hợp với cácphòng có hình dáng phức tạp

Cả hai loại cảm biến dùng hồng ngoại và siêu âm đều có thể gắn trêntường hoặc trên trần nhà với các góc cảm nhận khác nhau Để tránh nhận tínhiệu giả hoặc bỏ qua tín hiệu đối với loại gắn trên trần việc xác định góc cảmnhận là rất quan trọng Thí dụ cảm biến gắn ở hành lang chỉ nên hướng góccảm nhận hẹp chứ không hướng vào các phòng làm việc, nhưng nếu gắn ở hộitrường thì phải hướng sao cho bắt được tín hiệu từ mọi chỗ Thông thường lỗicủa bộ điều khiển dùng cảm biến phát hiện người là không bao quát hết đượckhông gian mong muốn (do ít cảm biến, hoặc do các cột, các khối chắn tínhiệu) hoặc không đủ độ nhậy cho mọi ứng dụng Tại các nơi nguy hiểm như tủđiện tốt hơn hết là không sử dụng cảm biến phát hiện người Lý do là tại nhữngnơi này số lượng người thay đổi rất ít khiến hiệu quả của hệ điều khiển là rấtthấp

Cảm biến phát hiện người có hiệu quả rõ rệt khi sử dụng tại các khu vựcthương mại, hành chính, công nghiệp như các công sở kín, các kho, cácphòng họp, văn phòng, hành lang, nơi giải lao, phòng nghỉ, vùng quanh cầuthang, phòng học, phòng hội thảo, những khu vực không mái che của công sở,phòng ăn trưa, …