Las luminarias fluorescentes se basan en el brillo de una descarga de gas de vapor de mercurio. La radiación se encuentra en la gama ultravioleta y la bombilla está recubierta de un fósforo para convertirla en luz visible.
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Principio de funcionamiento de una lámpara fluorescente
Las luminarias fluorescentes tienen la particularidad de que no pueden conectarse directamente a la red eléctrica. La resistencia al frío entre los electrodos es alta y la corriente que fluye entre ellos es insuficiente para generar una descarga. Se requiere un impulso de alto voltaje para la ignición.
La lámpara con descarga encendida se caracteriza por una baja resistencia que tiene un componente reactivo. Para compensar la componente reactiva y limitar el flujo de corriente, se conecta una reactancia en serie con la fuente de luz fluorescente.
Mucha gente no entiende para qué sirve un cebador en las lámparas fluorescentes. Una reactancia incluida en el circuito de alimentación junto con el arrancador forma un impulso de alta tensión para iniciar la descarga entre los electrodos. Esto se debe a que el pulso de autoinducción de hasta 1kV está presente en los terminales de los choques cuando se abren los contactos del arrancador.
Para qué se utiliza el estrangulador
El uso de una reactancia para lámparas fluorescentes (balasto) en los circuitos de alimentación es necesario por dos razones:
- Para formar la tensión de arranque;
- Para limitar la corriente a través de los electrodos.
El principio de la reactancia se basa en la reactancia de la bobina de inductancia que es la reactancia. La resistencia de la inductancia introduce un desplazamiento de fase de 90º entre la tensión y la corriente.
Como la resistencia inductiva es la magnitud que limita la corriente, se deduce que las reactancias diseñadas para lámparas de la misma potencia no pueden utilizarse para conectar aparatos más o menos potentes.
Dentro de ciertos límites, las tolerancias son posibles. En el pasado, por ejemplo, la industria nacional producía luminarias fluorescentes con una potencia de 40W. Una reactancia de 36W para lámparas fluorescentes de producción moderna puede utilizarse sin miedo en circuitos de alimentación de luminarias obsoletas y viceversa.
Diferencias entre estranguladores y EBs
El circuito de estrangulación para la conmutación de fuentes de luz fluorescentes es sencillo y muy fiable. La excepción es la sustitución periódica de los arrancadores, ya que incluyen un grupo de contactos de apertura para formar impulsos de arranque.
Al mismo tiempo, el circuito presenta importantes desventajas, que han obligado a buscar nuevas soluciones para el encendido de las lámparas:
- Largos tiempos de arranque, que aumentan a medida que la lámpara se desgasta o la tensión de alimentación disminuye;
- altas distorsiones de la forma de onda de la tensión de alimentación (cosf<0,5);
- parpadeo al doble de la frecuencia de la red debido a la baja inercia de la luminosidad de la descarga de gas;
- características de alto dimensionamiento de la masa;
- zumbido de baja frecuencia debido a la vibración de las placas del sistema de reactancia magnética;
- baja fiabilidad de arranque a temperaturas negativas.
La comprobación del estrangulamiento de las lámparas fluorescentes se complica por el hecho de que los dispositivos para determinar los cortocircuitos no están muy extendidos, y con los dispositivos estándar sólo se puede afirmar el hecho de la presencia o ausencia de rotura.
Los balastos electrónicos (EB) se han desarrollado para resolver estas deficiencias. Los circuitos electrónicos funcionan con un principio diferente de generación de alta tensión de arranque y mantenimiento de la combustión.
El impulso de alta tensión se genera electrónicamente y se utiliza una tensión de alta frecuencia (25-100 kHz) para apoyar la descarga. El ECG puede funcionar en dos modos:
- con precalentamiento del electrodo;
- con arranque en frío.
En el primer modo, se aplica una tensión baja a los electrodos durante 0,5-1 segundos para el calentamiento inicial. Una vez transcurrido el tiempo, se aplica un impulso de alta tensión que provoca la ignición de la descarga entre los electrodos. Este modo es técnicamente más complicado, pero aumenta la vida de las lámparas.
El modo de arranque en frío es diferente, ya que la tensión de arranque se aplica a los electrodos no calentados, provocando un arranque rápido. Este modo de arranque no se recomienda para un uso frecuente porque reduce drásticamente la vida útil, pero puede utilizarse incluso con lámparas con electrodos defectuosos (filamentos fundidos).
Los circuitos con balasto electrónico tienen las siguientes ventajas
- Ausencia total de parpadeo;
- amplio rango de temperatura de uso;
- bajas distorsiones de la forma de la tensión de la red;
- ausencia de ruido acústico;
- aumento de la vida útil de las fuentes de luz;
- Tamaño y peso reducidos, posibilidad de diseño en miniatura;
- posibilidad de atenuación: cambio de la luminosidad mediante el control de la anchura de los impulsos de los electrodos.
Conexión clásica mediante balasto electromagnético - estrangulador
El esquema de conexión más común para una lámpara fluorescente consiste en un cebador y un arrancador, que se denominan balastos electromagnéticos (EMB). El circuito está formado por una serie de circuitos: estrangulador - filamento - arranque.
En el momento inicial del encendido, la corriente fluye a través de los elementos del circuito, calentando el filamento de la lámpara y al mismo tiempo el grupo de contactos del arrancador. Una vez que los contactos se calientan, se abren, provocando un EMF de autoinducción en los extremos del bobinado del balasto electromagnético. La alta tensión hace que se rompa el espacio de gas entre los electrodos.
Un condensador de baja capacidad conectado en paralelo a los contactos del arrancador forma un circuito oscilante con la reactancia. Esta solución aumenta el valor de la tensión de impulso de arranque y reduce la quema de los contactos de arranque.
Cuando se produce una descarga estable, la resistencia entre los electrodos de los extremos opuestos de la bombilla desciende y la corriente fluye en el circuito electrodo-estrangulador. La corriente en este momento está limitada por la resistencia inductiva de la reactancia. El electrodo del arrancador se cierra, el arrancador ya no está en funcionamiento en este momento.
Si no se produce una descarga en la bombilla, el proceso de calentamiento y encendido se repite varias veces. La lámpara puede parpadear durante este tiempo. Si la lámpara fluorescente parpadea pero no se enciende, puede indicar un fallo de la lámpara debido a una reducción de la emisividad de los electrodos o a una caída de la tensión de red.
La conexión de lámparas fluorescentes con reactancia puede complementarse con un condensador para reducir la distorsión de la red. También se instala un condensador en las luminarias gemelas para el desplazamiento mutuo de los faros entre las lámparas vecinas para reducir visualmente el efecto de parpadeo.
Conexión a través de un moderno balasto electrónico
En las luminarias con balastos electrónicos, el esquema de conexión de las lámparas fluorescentes figura en la carcasa del balasto electrónico. Para encenderlo correctamente, hay que seguir exactamente las instrucciones. No se requiere ningún ajuste. Un circuito correctamente ensamblado, con componentes reparables, empezará a funcionar inmediatamente.
Esquema del circuito para conectar dos lámparas en serie
Los tubos fluorescentes pueden conectarse en serie con dos luminarias en las siguientes condiciones:
- uso de dos fuentes de luz idénticas;
- balasto electromagnético diseñado para un circuito similar;
- un estrangulador diseñado para el doble de potencia.
La ventaja del circuito en serie es que sólo se utiliza una pesada reactancia, pero en caso de avería en una de las bombillas o en el cebador, la luminaria queda completamente inutilizada.
Las EB modernas sólo pueden conmutarse según este diagrama, pero muchos diseños están pensados para incorporar dos lámparas. El circuito cuenta con dos canales independientes de conformación de la tensión, de modo que el doble balasto electrónico garantiza el funcionamiento de una lámpara si la otra falla o está ausente.
Conexión sin arranque
Se han desarrollado varias opciones de conexión para las lámparas fluorescentes sin cebador ni arrancador. Todos utilizan el principio de crear una alta tensión de arranque mediante un multiplicador de tensión.
Muchos de los circuitos permiten el funcionamiento con filamentos fundidos, lo que permite utilizar lámparas defectuosas. Algunas soluciones utilizan una fuente de alimentación de corriente continua. Esto hace que no haya ningún parpadeo, pero los electrodos se desgastan de forma desigual. Esto se puede notar por la presencia de manchas oscuras de fósforo en un lado de la bombilla.
Algunos electricistas instalan un botón de encendido independiente en lugar de un arrancador, pero esto implica controlar la conmutación de la lámpara a través de un interruptor y un botón, lo que resulta incómodo y puede dañar la lámpara si se pulsa el botón demasiado tiempo debido al sobrecalentamiento de los electrodos.
No existen diseños industriales para el encendido de luminarias fluorescentes sin cebador, excepto el ECG. Esto se debe a su baja fiabilidad, el impacto negativo en la vida de la lámpara, el gran tamaño debido a los condensadores de alta capacitancia.
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