Các loại Chấn lưu

Không giống như các đèn sợi đốt, các đèn phóng điện không thể mắc trực tiếp vào lưới điện. Trước khi dòng điện ổn định bằng một cách nào đó thì chúng đã tăng và tăng mạnh làm đèn bị quá đốt nóng và phá hủy. Độ dài và đường kính của dây tóc trong đèn sợi đốt chính làm hạn chế dòng chạy qua nó và điều chỉnh ánh sáng phát ra. Thay vì dây tóc, đèn phóng điện dùng hiệu ứng hồ quang điện nên nó cần đến phần tử gọi là "chấn lưu" để trợ giúp cho việc phát sáng.
 

Chấn lưu có ba công dụng chính:
•    Cung cấp thế hiệu khởi động một cách chính xác bởi vì đèn cần thế hiệu khởi động lớn hơn thế hiệu làm việc
•    Làm hợp điện thế nguồn về giá trị điện thế làm việc của đèn
•    Hạn chế dòng để tránh đèn bị hỏng bởi vì khi hồ quang xuất hiện thì tổng trở của đèn sẽ giảm (hiệu ứng điện trở vi phân âm)
Đầu tiên đèn được coi như một khối khí không dẫn giữa hai điện cực. Chấn lưu cần phải cung cấp điện thế để tạo hồ quang giữa hai điện cực. Hiệu điện thế này được cấp bởi bộ biến áp nằm trong chấn lưu và đôi khi nó được sự trợ giúp của tắcte(starter) để tạo xung cao thế. Khi khí trong đèn đã bị iôn hóa, điện trở của đèn sẽ giảm rất nhanh tránh cho điện cực không bị đốt quá nóng. Khi dòng điện đã chạy qua dòng hồ quang khí sẽ nóng lên và tạo áp suất trong ống phóng điện. Áp suất này làm tăng điện trở của dòng hồ quang dẫn đến việc tiếp tục đốt nóng khí và nâng cao áp suất. Chấn lưu cần phải điều khiển thế và dòng để đèn làm việc ổn định tại công suất danh định. Thiếu việc điều khiển dòng của chấn lưu, áp suất sẽ tăng cho đến khi thế đặt vào hai điện cực sẽ giảm, iôn hóa sẽ tắt và đèn sẽ ngừng làm việc.
Nếu chấn lưu không thích hợp chúng sẽ khiến đèn làm việc trong trạng thái không tối ưu. Kết quả là đèn không làm việc tại đúng công suất và sẽ không phát đúng ánh sáng, tuổi thọ chúng sẽ giảm đi. Chấn lưu cần phải cung cấp đúng hiệu điện thế danh định để khởi động và duy trì hồ quang và cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc đúng công suất

Những đặc trưng cơ bản của chấn lưu
Để lựa chọn chấn lưu cho các ứng dụng trên thực tế cần để ý đến 3 thông tin là loại đèn, số lượng đèn mà chấn lưu phải làm việc đồng thời và hiệu điện thế lối vào của hệ thống chiếu sáng. Sau khi đã xác định 3 tham số đó thì chấn lưu sẽ được lựa chọn tiếp tục dựa trên các đặc trưng sau.
Công suất lối vào
Đó là tổng công suất cần thiết để cả chấn lưu và đèn làm việc như một thể thống nhất. Ta không thể tính công suất lối vào như tổng số học của công suất chấn lưu cộng công suất đèn bởỉ vì đa số chấn lưu không điều khiển đèn làm việc hết công suất danh định. Do vậy công suất lối vào là một đại lượng cần đo chính xác sau khi xác định đúng công suất của đèn đang làm việc.
Mất mát công suất của chấn lưu là phần công suất tổn hao riêng của chấn lưu. Nếu tổn hao này xác định được thì công suất lối vào là tổng của tổn hao này cộng với công suất đèn. Tuy nhiên việc tính này có thể dẫn đén sai phạm nếu ta không chắc chắn rằng đèn làm việc hết công suất danh định.
Điện thế lối vào
Mỗi chấn lưu làm việc với điện thế danh định ghi trên nhãn của chấn lưu. Nếu dùng không đúng thế danh định này có thể gây hỏng chấn lưu hoặc đèn hoặc cả chấn lưu và đèn. Khuyến cáo một khoảng hạn chế của thế hiệu lối vào xung quanh giá trị thế hiệu danh định như sau:

Dòng điện lối vào
Đó là dòng điện tiêu thụ danh định của chấn lưu và đèn. Đối với đa số chấn lưu chỉ có một giá trị dòng điện lối vào được chỉ định. Đối với một số chấn lưu khác, ví dụ như chấn lưu điện từ dùng cho đèn huỳnh quang thu gọn có dòng làm việc, dòng khởi động, dòng hở mạch. Có khả năng là dòng khởi động và dòng mạch hở lớn hơn dòng làm việc. Dòng lớn nhất phải được chú ý để thiết kế đúng mạch của hệ thống chiếu sáng, của mạch khởi động, của cầu chì bảo vệ… ngược lại có thể gây hỏng cho hệ thống.

Hệ số công suất PF
Hệ số công suất xác định tương quan giữa hai loại công suất: hữu công và vô công. Hữu công đo bằng kilowatts (KW). Đó là công mà hệ thống thực hiện chuyển động, sản ra nhiệt hoặc những thứ tương tự. Vô công đo bằng kilovolt- amperes vô công (KVAR). Hai loại công này chung lại tạo ra công biểu kiến đo trong đơn vị kilovolt-amperes (KVA). Cuối cùng hệ số công suất chính là tỷ số giữa hữu công và công biểu kiến, KW/KVA.
Hệ số công suất của chấn lưu xác định hiệu quả chuyển hóa của thế hiệu và dòng điện của nguồn điện thành công suất tiêu thụ của chấn lưu và đèn. Sự tận dụng hiệu quả dòng điện khiến hệ số công suất đạt giá trị 100%. Hệ số công suất không phải là chỉ số xác định khả năng của chấn lưu tạo ra ánh sáng của đèn.
Chấn lưu được thiết kế có hệ số PF cao hoặc thường (nghĩa là thấp) hoặc có PF thích ứng. Loại có PF cao dùng trong các chiếu sáng thương mại có giá trị lớn hơn 90%. Chấn lưu loại PF cao dùng dòng khởi động thấp hơn loại có PF thấp, do vậy cùng một chỗ có thể lắp đặt nhiều chóa đèn hơn. Loại chấn lưu có PF thấp thường có dòng khởi động lớn gấp đôi loại có PF cao. Chúng đòi hỏi phí tổn dây nối nhiều hơn vì trong cùng một nhánh đèn số chóa đèn lắp đặt được ít hơn, do vậy có thể gây quá tải đối với toàn mạng và có thể bị các nhà cung cấp điện bắt phạt.

Hệ số chấn lưu
Do chấn lưu là một phần tử tích hợp của hệ thống chiếu sáng nên chúng có ảnh hưởng trực tiếp lên thông lượng ánh sáng phát ra. Hệ số chấn lưu BF là đại lượng đánh giá khả năng của chấn lưu tạo ra ánh sáng từ đèn. Đó là tỷ số giữa thông lượng của cùng một đèn phát ra khi dùng chấn lưu đang quan tâm và khi dùng chấn lưu chuẩn theo tiêu chuẩn của ANSI.
BF khi nhân với lumen của một đèn và số lượng đèn sẽ thành số lumen tổng cộng mà hệ thống gồm chấn lưu và các đèn đó phát ra. Một chấn lưu có thể có nhiều giá trị BF khác nhau cho những đèn khác nhau. Thí dụ chấn lưu điện từ dùng với đèn tiêu chuẩn có BF bằng 95% trong khi dùng với đèn tiết kiệm năng lượng có BF bằng 88%.
Nói chung BF của chấn lưu nhỏ hơn 1, chấn lưu loại đặc biệt có BF lớn hơn 1. Để tiết kiệm năng lượng thường chọn chấn lưu với BF thấp nhất. Tuy nhiên nếu chọn như vậy thì mức ánh sáng phát ra sẽ thấp. Do vậy phải xuất phát chọn BF trên cơ sở đảm bảo độ chiếu sáng, sử dụng những lời khuyên của nhà sản xuất để chọn BF tối ưu.

Hệ số hiệu suất của chấn lưu
Hệ số hiệu suất của chấn lưu là tỷ số giữa hệ số chấn lưu BF (tương ứng với khả năng của chấn lưu trong việc phát ánh sáng) và công suất lối vào của chấn lưu. Đại lượng này dược dùng để so sánh các chấn lưu khác nhau khi sử dụng chúng chung cùng với một loại đèn. Hệ số này càng cao thì chấn lưu càng hiệu suất. Nếu lấy hệ số này nhân với lumen của một đèn và nhân với số đèn ta nhận được hiệu suất lumen trên watt.
LPW càng cao thì hệ đèn và chấn lưu càng hiệu suất. Đại lượng này có thể dùng để so sánh các loại hệ thống đèn và chấn lưu khác nhau, thí dụ hệ thống chiếu sáng dùng đèn F32T8 và F40T12.

Hệ số đỉnh
Hệ số đỉnh trong mạch xoay chiều là tỷ số giữa gía trị đỉnh của sóng và giá trị hiệu dụng của nó (căn của trung bình bình phương). Đèn và chấn lưu có các đặc trưng không tuyến tính là nguyên nhân làm biến dạng dòng điện. Hệ số này là một trong các tiêu chí mà các nhà sản xuất dùng để bảo đảm tuổi thọ của đèn. Các nhà sản xuất và Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ yêu cầu hệ số đỉnh khoảng 1.7 hoặc nhỏ hơn đối với chấn lưu điện tử để đảm bảo tuổi thọ của đèn mà nó cùng làm việc. Đối với chấn lưu điện từ hệ số này là 1.7 cho các đèn loại khởi động nhanh và 1.85 cho khởi động tức thời. Dòng có hệ số đỉnh cao gây ra xói mòn vật liệu điện cực và làm giảm tuổi thọ của đèn.
Chống nóng
Tất cả các chóa đèn trong nhà và ngoài trời cần phải được chống nóng để hạn chế nhiệt độ của chấn lưu để bảo vệ chúng khỏi bị quá nóng. Những chấn lưu có toả nhiệt tốt được dánh dấu “loại P”.
Chấn lưu sắt từ và chấn lưu lai sử dụng bộ chống nóng (TP) như một phần của thiêt kế nằm ngay trong hộp của chấn lưu. Nếu chấn lưu quá nóng thì TP sẽ mở và ngắt nguồn điện vào chấn lưu cho đến khi nó nguội hẳn thì lại tự động nối nguồn điện lại.
EMI/RFI (Nhiếu giao thoa điện từ/ Giao thoa tần số radio)
Chấn lưu điện tử làm việc tại tần số cao có thể gây ảnh hưởng lên hoạt động của các thiết bị phát bức xạ vùng hồng ngoại, các dây dẫn trực tuyến và các thiết bị truyền thông. Có trường hợp không thể chống được nhiếu trong một số trường hợp khiến phải thay đổi chấn lưu có tần số thấp hơn. Do vậy cần phải cẩn thận khi quyết định lắp đặt những hệ thống chiếu sáng mới.

Tạp âm của chấn lưu
Những tiếng rè của các hệ thống chiếu sáng dùng đèn phóng điện được tạo bởi những dao động của cuộn dây và lõi sắt từ của chấn lưu.
Tạp âm này được khuyếch đại theo 3 cách:
• Do cách gắn chấn lưu lên chóa đèn.
• Có phần tử nào đó trong chóa đèn bị lỏng.
• Do trần nhà, tường, nền nhà và các đồ đạc gây ra.

Việc lựa chọn chấn lưu của đèn phóng điện phải được tiến hành trên cơ sở gây tiếng ồn ít nhất cho khu vực quanh nó. Chấn lưu được phân theo tiếng ồn ra thành các loại ký hiệu từ A đến F. Vì chấn lưu điện tử không có những phần tử gây dao động và làm việc tại tần số cao nên chúng gây ít tiếng ồn hơn.
Để lựa chọn chấn lưu cho tốt ta cần để ý đến hiệu quả sử dụng. Nhớ rằng tiến ồn của chấn lưu ở trong các gia đình quan trọng hơn ở các công sở.
Điều khiển thế hiệu lối ra của chấn lưu
Đây là sự điều khiển thay đổi công suất lối ra của đèn như một hàm của thế hiệu lưới điện. Chấn lưu nào điều khiển tốt mối quan hệ này thì có thể sử dụng được trong khoảng thế hiệu rộng của lưới điện. Độ điều khiển này càng cao thì giá của chấn lưu càng đắt. Thông thường thông lượng ánh sáng phát ra thay đổi nhiều hơn là thay đổi của công suất của đèn HID. Thông lượng của HPS thay đổi gấp 1.2 lần so với thay đổi của công suất. Tương tự đối với đèn halide là 1.8. Điều này có nghĩa là đối với đèn halide cứ 10% thay đổi công suất đèn thì gây ra 18% thay đổi của thông lượng ánh sáng phát ra.
Nhiệt độ làm việc
Chấn lưu là nguồn phát nhiệt, cùng với nhiệt do đèn phát ra và các điều kiện của môi trường xung quanh khiến chấn lưu và tụ điện nằm trong vỏ của nó nóng lên. Tất cả các chấn lưu tiết kiệm năng lượng hiện nay được chế tạo dùng dây dẫn và cách điện chịu đưọc nhiệt độ 180°C.
Nhiệt độ của các phần tử tăng khiến tuổi thọ của chúng giảm đi. 10°C tăng của nhiệt độ làm việc có thể dẫn đến làm giảm một nửa tuổi thọ của phần tử. Nhiệt độ làm việc của lớp cách điện của chấn lưu là 180°C và của tụ điện là 90°C là những giá trị thí dụ cần để ý.
Việc dùng các lớp cách điện chịu được 180°C cùng với việc định vị chấn lưu tại vị trí thoát nhiệt và đặt tụ điện cách xa vùng nhiệt cực đại khiến hệ thống có thể làm việc tại nhiệt độ cao, thí dụ tại 40°C, 55°C và 65°C và duy trì được tuổi thọ của các phần tử của choá đèn HID.
Bộ tắc te có bảo vệ
Trong những điều kiện làm việc bình thường bộ tắc te của đèn HPS làm việc chỉ trong thời gian ngắn để khởi động đèn. Tuy nhiên nếu đèn làm việc tồi tắc te có thể phải làm việc suốt 24 tiếng trong một ngày. Nếu đèn không được thay đúng lúc thì tuổi thọ của chấn lưu và tắc te sẽ giảm. Điều này ảnh hưởng đến tất cả các chấn lưu và tắc te của tất cả các nhà sản xuất như nhau bởi vì mọi nhà sản xuất đều dùng một mạch khởi động và một hệ thống cách điện tương tự.
Bộ tắc te có bảo vệ được khuyến cáo làm việc trong điều kiện khi mà khó có thể thay đèn đúng lúc, chúng sẽ nhận ra đèn hỏng và tự ngắt xung trong vòng 3 đến 10 phút sau khi đèn được bật.

Phân loại chấn lưu
- Chấn lưu sắt từ

Chấn lưu sắt từ có những loại sau:
• Kiểu cuộn và lõi tiêu chuẩn
• Kiểu cuộn và lõi hiệu suất cao
• Kiểu cắt bỏ điện cực hay kiểu lai
Kiểu cuộn và lõi tiêu chuẩn
Bởi vì chấn lưu là bộ phận thiết yếu cho hoạt động của đèn, chúng phải có tuổi thọ lâu dài như đèn mà chúng khởi động và duy trì hoạt động. Trong một thời gian dài, chấn lưu của đèn huỳnh quang thuộc loại sắt từ. Do thiết kế của mình, những chấn lưu này được gọi là chấn lưu "cuộn & lõi".
Phần tử đầu tiên của chấn lưu sắt từ là lõi gồm nhiếu lá săt từ được quấn quanh mình bởi các dây đồng hoặc nhôm có tẩm lớp cách điện. Cuộn và lõi có chức năng làm việc như biến thế và hạn chế dòng (cuộn cảm). Nhiệt tỏa ra trong khi chấn lưu làm việc có thể làm thủng lớp cách điện và làm hỏng chấn lưu, do vậy cuộn và lõi được tẩm chất nhựa cách điện để tải nhiệt khỏi các cuộn dây. Tất cả các bộ phận này được đặt trong một hộp sắt.
Một phần tử khác của chấn lưu sắt từ là tụ điện. Tụ điện cho phép chấn lưu sử dụng năng lượng của nguồn điện một cách hiệu quả hơn. Những chấn lưu có tụ điện được gọi là chấn lưu "hệ số công suất cao" hoặc chấn lưu có "hệ số công suất hiệu chỉnh".
Chấn lưu sắt từ kiểu cuộn lõi hiệu suất cao
Chấn lưu hiệu suât cao dùng dây đồng thay dây nhôm và lá sắt từ thay lá thép chất lượng thấp làm tăng 10% hiệu suất. Tuy nhiên cần nhấn mạnh rằng những chấn lưu "hiệu suât cao" này là những chấn lưu hiệu suất thấp của đèn huỳnh quang ống dài. Những chấn lưu hiệu suất cao hơn được xem xét dưới đây.

- Chấn lưu lai (hoặc chấn lưu cắt điện cực)
Thiết kế của chấn lưu lai phối hợp những đặc trưng khởi động và làm việc của chấn lưu sắt từ với mạch điện tử tiết kiệm năng lượng tạo ra những cách khác nhau để vận hành loại đèn khởi động nhanh. Cấu trúc của loại chấn lưu lai này cũng giống như loại sắt từ – cả hai đều có cuộn và lõi, tụ điện và vỏ, nhưng chúng có thêm mạch điện tử dùng để ngắt cuộn đốt nóng điện cực sau khi đèn được khởi động.
Phương pháp khởi động của chấn lưu lai giống như chấn lưu sắt từ khởi động nhanh. Sự khác biệt xảy ra trong quá trình làm việc ổn định khi mà điện cực nóng được ngắt và năng lượng tiêu thụ giảm được 3 watts trên một đèn.
Chấn lưu điện tử
Giống như chấn lưu sắt từ, chấn lưu điện tử cung cấp thế hiệu cần thiết để khởi động đèn và điều khiển dòng qua đèn sau khi đèn đã khởi động. Tuy nhiên chấn lưu điện tử làm việc tại tần số cao khoảng 20 KHz hoặc hơn (xem hình H. III.11), lớn hơn rất nhiều so với tần số 60 Hz của chấn lưu sắt từ và chấn lưu lai. Đèn làm việc tại tần số cao sẽ phát cùng một thông lượng ánh sáng trong khi công suất tiêu thụ giảm được từ 12 đến 25%.

- Chấn lưu điện tử còn có những ưu điểm khác như sau:
• Tiêu thụ công suất ít hơn
• Làm việc không ồn
• Làm việc ít nóng hơn
• Hệ số công suất cao
• Trọng lượng nhẹ hơn
• Làm tuổi thọ của đèn lớn hơn
• Có khả năng điều khiển sáng tối của đèn (dùng những loại chấn lưu chuyên dụng)