Gli apparecchi fluorescenti si basano sul bagliore di una scarica di gas a vapori di mercurio. La radiazione è nella gamma ultravioletta e la lampadina è rivestita con un fosforo per convertirla in luce visibile.
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Principio di funzionamento di una lampada fluorescente
Gli apparecchi fluorescenti hanno la particolarità di non poter essere collegati direttamente alla rete. La resistenza a freddo tra gli elettrodi è alta e la corrente che scorre tra loro è insufficiente per generare una scarica. Per l'accensione è necessario un impulso di alta tensione.
La lampada a scarica accesa è caratterizzata da una bassa resistenza che ha una componente reattiva. Per compensare la componente reattiva e limitare il flusso di corrente, un'induttanza (ballast) è collegata in serie alla sorgente luminosa fluorescente.
Molte persone non capiscono a cosa serve uno starter nelle lampade fluorescenti. Una bobina inclusa nel circuito di alimentazione insieme allo starter forma un impulso di alta tensione per avviare la scarica tra gli elettrodi. Lo fa perché un impulso autoinduttivo fino a 1kV è presente ai terminali delle bobine quando i contatti dell'avviatore si aprono.
A cosa serve lo starter
L'uso di un'induttanza per le lampade fluorescenti (ballast) nei circuiti di alimentazione è necessario per due motivi:
- Per formare la tensione di partenza;
- Per limitare la corrente attraverso gli elettrodi.
Il principio dell'induttanza si basa sulla reattanza della bobina di induttanza che costituisce l'induttanza. La resistenza di induttanza introduce uno spostamento di fase di 90º tra la tensione e la corrente.
Poiché il valore di limitazione della corrente è una resistenza di induttanza, ne consegue che le bobine progettate per lampade dello stesso wattaggio non possono essere utilizzate per il collegamento di dispositivi più o meno potenti.
Entro certi limiti, le tolleranze sono possibili. In passato, per esempio, l'industria nazionale produceva apparecchi fluorescenti con una potenza di 40W. Una bobina da 36W per lampade fluorescenti di produzione moderna può essere utilizzata senza paura nei circuiti di alimentazione di apparecchi obsoleti e viceversa.
Differenze tra strozzatori e EB
Il circuito choke per la commutazione delle sorgenti luminose fluorescenti è semplice e altamente affidabile. L'eccezione è la sostituzione regolare degli avviatori, poiché comprendono un gruppo di contatti di apertura per formare impulsi di avvio.
Allo stesso tempo, il circuito ha svantaggi significativi, che hanno costretto la ricerca di nuove soluzioni per l'accensione delle lampade:
- Tempi di avviamento lunghi, che aumentano con l'usura della lampada o la diminuzione della tensione di alimentazione;
- elevate distorsioni della forma d'onda della tensione di alimentazione (cosf<0,5);
- sfarfallio al doppio della frequenza di rete a causa della bassa inerzia della luminosità della scarica di gas;
- elevate caratteristiche di dimensionamento della massa;
- ronzio a bassa frequenza dovuto alla vibrazione delle piastre del sistema a bobina magnetica;
- bassa affidabilità di avviamento a temperature negative.
Controllare l'induttanza delle lampade fluorescenti è complicato dal fatto che i dispositivi per determinare i cortocircuiti non sono diffusi, e con i dispositivi standard può solo affermare il fatto della presenza o assenza di rottura.
I reattori elettronici (EB) sono stati sviluppati per risolvere queste carenze. I circuiti elettronici lavorano su un principio diverso di generazione di alta tensione per avviare e mantenere la combustione.
L'impulso di alta tensione è generato elettronicamente, e una tensione ad alta frequenza (25-100 kHz) è usata per sostenere la scarica. L'ECG può essere utilizzato in due modalità:
- con preriscaldamento dell'elettrodo;
- con partenza a freddo.
Nella prima modalità, una bassa tensione viene applicata agli elettrodi per 0,5-1 secondi per il riscaldamento iniziale. Dopo che il tempo è trascorso, viene applicato un impulso di alta tensione che provoca l'accensione della scarica tra gli elettrodi. Questa modalità è tecnicamente più complicata, ma aumenta la durata delle lampade.
La modalità di avviamento a freddo è diversa in quanto la tensione di avviamento viene applicata agli elettrodi non riscaldati, causando un avvio rapido. Questa modalità di avviamento non è raccomandata per un uso frequente perché riduce drasticamente la vita operativa, ma può essere utilizzata anche con lampade con elettrodi difettosi (filamenti bruciati).
I circuiti con un alimentatore elettronico hanno i seguenti vantaggi
- Completa assenza di sfarfallio;
- ampia gamma di temperature di utilizzo;
- basse distorsioni della forma della tensione di rete;
- assenza di rumore acustico;
- aumento della durata di vita delle sorgenti luminose;
- Dimensioni e peso ridotti, possibilità di design in miniatura;
- possibilità di dimming - cambiare la luminosità controllando la larghezza degli impulsi degli elettrodi.
Collegamento classico tramite reattore elettromagnetico - bobina
Lo schema di collegamento più comune per una lampada fluorescente consiste in un'induttanza e un avviatore, che sono chiamati reattori elettromagnetici (EMB). Il circuito consiste in una serie di circuiti: bobina - filamento - starter.
Nel momento iniziale dell'accensione, la corrente scorre attraverso gli elementi del circuito, riscaldando il filamento della lampada e allo stesso tempo il gruppo di contatto dello starter. Una volta riscaldati, i contatti si aprono, provocando un EMF di autoinduzione alle estremità dell'avvolgimento del ballast elettromagnetico. L'alta tensione provoca la rottura del gap di gas tra gli elettrodi.
Un condensatore di bassa capacità collegato in parallelo ai contatti dell'avviatore forma un circuito oscillante con l'induttanza. Questa soluzione aumenta il valore della tensione dell'impulso di avviamento e riduce la bruciatura dei contatti di avviamento.
Quando si verifica una scarica stabile, la resistenza tra gli elettrodi alle estremità opposte del bulbo scende e la corrente scorre nel circuito bobina-elettrodo. La corrente in questo momento è limitata dalla resistenza induttiva dell'induttanza. L'elettrodo nello starter si chiude, lo starter non è più in funzione in questo momento.
Se non si verifica alcuna scarica nel bulbo, il processo di riscaldamento e accensione viene ripetuto più volte. La lampada può sfarfallare durante questo periodo. Se la lampada fluorescente sfarfalla ma non si accende, questo può indicare un guasto della lampada dovuto a una riduzione dell'emissività degli elettrodi o a una caduta della tensione di rete.
Il collegamento di lampade fluorescenti con bobina può essere completato con un condensatore per ridurre la distorsione di rete. Anche un condensatore è installato negli apparecchi gemelli per lo spostamento reciproco dei fari tra lampade vicine per ridurre visivamente l'effetto flicker.
Collegamento tramite un moderno reattore elettronico
Negli apparecchi con reattori elettronici, lo schema di collegamento per le lampade fluorescenti è riportato sull'involucro dell'ECG. Per accenderlo correttamente, le istruzioni devono essere seguite esattamente. Non è necessaria alcuna regolazione. Un circuito correttamente assemblato, con componenti riparabili, inizierà a funzionare immediatamente.
Schema elettrico per collegare due lampade in serie
I tubi fluorescenti possono essere collegati in serie con due apparecchi alle seguenti condizioni:
- uso di due fonti di luce identiche;
- reattore elettromagnetico progettato per un circuito simile;
- uno starter progettato per il doppio della potenza.
Il vantaggio del circuito in serie è che viene utilizzata una sola bobina pesante, ma in caso di guasto a una delle lampadine o all'avviatore, l'apparecchio è reso completamente inutilizzabile.
Gli EB moderni possono essere commutati solo secondo questo schema, ma molti progetti sono progettati per incorporare due lampade. Il circuito ha due canali indipendenti di formazione della tensione, in modo che il doppio reattore elettronico assicura che una lampada funzioni se l'altra si guasta o è assente.
Collegamento senza starter
Diverse opzioni di connessione sono state sviluppate per le lampade fluorescenti senza starter e starter. Tutti usano il principio di creare un'alta tensione di partenza per mezzo di un moltiplicatore di tensione.
Molti dei circuiti permettono il funzionamento con filamenti bruciati, permettendo l'uso di lampade difettose. Alcune soluzioni utilizzano un'alimentazione in corrente continua. In questo modo non c'è nessun sfarfallio, ma gli elettrodi si consumano in modo irregolare. Questo può essere notato dalla presenza di macchie scure di fosforo su un lato della lampadina.
Alcuni elettricisti installano un pulsante di avvio separato invece di uno starter, ma questo implica il controllo dell'accensione della lampada tramite un interruttore e un pulsante, che è scomodo e può danneggiare la lampada se il pulsante viene premuto troppo a lungo a causa del surriscaldamento degli elettrodi.
Non esistono progetti industriali per l'accensione di apparecchi fluorescenti senza starter, tranne l'ECG. Questo è dovuto alla loro bassa affidabilità, l'impatto negativo sulla vita della lampada, le grandi dimensioni dovute ai condensatori ad alta capacità.
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