As luminárias fluorescentes são baseadas no brilho de uma descarga de gás de vapor de mercúrio. A radiação está na gama ultravioleta e a lâmpada é revestida com um fósforo para a converter em luz visível.
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Princípio de funcionamento de uma lâmpada fluorescente
As luminárias fluorescentes têm a peculiaridade de não poderem ser directamente ligadas à rede eléctrica. A resistência ao frio entre os eléctrodos é elevada e a corrente que flui entre eles é insuficiente para gerar uma descarga. É necessário um impulso de alta voltagem para a ignição.
A lâmpada com descarga inflamada caracteriza-se por uma baixa resistência que tem um componente reactivo. Para compensar o componente reactivo e para limitar o fluxo de corrente, um estrangulamento (lastro) é ligado em série com a fonte de luz fluorescente.
Muitas pessoas não compreendem para que serve um motor de arranque em lâmpadas fluorescentes. Um estrangulamento incluído no circuito de alimentação em conjunto com o arrancador forma um pulso de alta tensão para iniciar a descarga entre os eléctrodos. Faz isto porque um pulso auto-indutor de até 1kV está presente nos terminais dos estrangulamentos quando os contactos iniciais se abrem.
Para que é usado o estrangulamento
A utilização de um estrangulamento para lâmpadas fluorescentes (balastro) nos circuitos de potência é necessária por duas razões:
- Para formar a tensão de partida;
- Para limitar a corrente através dos eléctrodos.
O princípio do engasgamento baseia-se na reactância da bobina de indutância que é o engasgamento. A resistência de indutância introduz uma mudança de fase de 90º entre tensão e corrente.
Uma vez que o valor limite de corrente é uma resistência de indutância, conclui-se que os estrangulamentos concebidos para lâmpadas da mesma potência não podem ser utilizados para a ligação de dispositivos mais ou menos potentes.
Dentro de certos limites, são possíveis tolerâncias. No passado, por exemplo, a indústria nacional produzia luminárias fluorescentes com uma potência de 40W. Um estrangulamento de 36W para lâmpadas fluorescentes de produção moderna pode ser utilizado sem medo nos circuitos de potência de luminárias obsoletas e vice versa.
Diferenças entre estrangulamentos e EBs
O circuito de asfixia para comutação de fontes de luz fluorescente é simples e altamente fiável. A excepção é a substituição regular dos arrancadores, pois incluem um grupo de contactos de abertura para formar impulsos de arranque.
Ao mesmo tempo, o circuito tem desvantagens significativas, que forçaram a procura de novas soluções para ligar as lâmpadas:
- Longos tempos de arranque, que aumentam à medida que a lâmpada se desgasta ou que a tensão de alimentação diminui;
- altas distorções da forma de onda da tensão de alimentação (cosf<0,5);
- cintilação com o dobro da frequência da rede devido à baixa inércia da luminosidade da descarga de gás;
- características de grande dimensão de massa;
- hum de baixa frequência devido à vibração das placas do sistema de asfixia magnética;
- baixa fiabilidade inicial a temperaturas negativas.
A verificação do estrangulamento das lâmpadas fluorescentes é complicada pelo facto de os dispositivos para determinar os curto-circuitos não estarem generalizados, e com os dispositivos padrão só podem afirmar o facto da presença ou ausência de ruptura.
Os balastros electrónicos (EBs) foram desenvolvidos para resolver estas deficiências. Os circuitos electrónicos funcionam com base num princípio diferente de geração de arranque em alta tensão e de manutenção da combustão.
O pulso de alta tensão é gerado electronicamente, e uma tensão de alta frequência (25-100 kHz) é utilizada para suportar a descarga. O ECG pode ser operado em dois modos:
- com pré-aquecimento do eléctrodo;
- com arranque a frio.
No primeiro modo, aplica-se uma baixa voltagem aos eléctrodos durante 0,5-1 segundos para o aquecimento inicial. Depois de decorrido o tempo, é aplicado um pulso de alta tensão, que provoca a descarga entre os eléctrodos para a ignição. Este modo é tecnicamente mais complicado, mas aumenta a vida útil das lâmpadas.
O modo de arranque a frio é diferente na medida em que a tensão de arranque é aplicada aos eléctrodos não aquecidos, provocando um arranque rápido. Este modo de arranque não é recomendado para uso frequente porque reduz drasticamente a vida operacional, mas pode ser usado mesmo com lâmpadas com eléctrodos defeituosos (filamentos soprados).
Os circuitos com balastro electrónico têm as seguintes vantagens
- Ausência total de cintilação;
- vasta gama de temperaturas de utilização;
- baixa distorção da forma da tensão de rede;
- ausência de ruído acústico;
- aumento da vida útil das fontes de luz;
- Pequeno tamanho e peso, possibilidade de desenho em miniatura;
- possibilidade de escurecimento - alterar o brilho através do controlo da largura do pulso dos eléctrodos.
Ligação clássica via balastro electromagnético - asfixiar
O diagrama de ligação mais comum para uma lâmpada fluorescente consiste num estrangulamento e num arrancador, que são chamados balastros electromagnéticos (EMBs). O circuito é composto por uma série de circuitos: estrangulamento - filamento - arrancador.
No momento inicial de ligar, a corrente flui através dos elementos do circuito, aquecendo o filamento da lâmpada e ao mesmo tempo o grupo de contacto do arrancador. Uma vez aquecidos, os contactos abrem-se, provocando uma auto-indução de CEM nas extremidades do enrolamento do balastro electromagnético. A alta voltagem faz com que o fosso de gás entre os eléctrodos se parta.
Um condensador de baixa capacidade ligado em paralelo aos contactos de arranque forma um circuito oscilante com o estrangulamento. Esta solução aumenta o valor da tensão do pulso de arranque e reduz a queima dos contactos de arranque.
Quando ocorre uma descarga estável, a resistência entre os eléctrodos em extremidades opostas do bulbo cai e a corrente flui no circuito estrangulador-electrodo. A corrente, neste momento, é limitada pela resistência indutiva do estrangulamento. O eléctrodo no arrancador fecha, o arrancador já não está em funcionamento neste momento.
Se não ocorrer qualquer descarga na lâmpada, o processo de aquecimento e ignição é repetido várias vezes. A lâmpada pode cintilar durante este tempo. Se a lâmpada fluorescente cintilar mas não acender, isto pode indicar uma falha da lâmpada devido a uma redução da emissividade dos eléctrodos ou a uma baixa tensão na rede de alimentação.
A ligação de lâmpadas fluorescentes com um estrangulamento pode ser complementada com um condensador para reduzir a distorção da rede. Também é instalado um condensador em luminárias duplas para a deslocação mútua dos faróis entre as lâmpadas vizinhas para reduzir visualmente o efeito de cintilação.
Ligação via balastro electrónico moderno
Em luminárias com balastros electrónicos, o diagrama de ligação das lâmpadas fluorescentes é apresentado no invólucro do ECG. Para o ligar correctamente, as instruções devem ser seguidas exactamente. Não é necessário qualquer ajustamento. Um circuito correctamente montado, com componentes reparáveis, começará a funcionar imediatamente.
Diagrama de circuito para ligar duas lâmpadas em série
Os tubos fluorescentes podem ser ligados em série com duas luminárias sob as seguintes condições:
- utilização de duas fontes de luz idênticas;
- balastro electromagnético concebido para um circuito semelhante;
- um engasgador concebido para o dobro da potência.
A vantagem do circuito de série é que só é utilizado um estrangulamento pesado, mas em caso de falha numa das lâmpadas ou no arrancador, a luminária ficará completamente inoperante.
Os EB modernos só podem ser comutados de acordo com este diagrama, mas muitos desenhos são concebidos para incorporar duas lâmpadas. O circuito tem dois canais independentes de formação de tensão, de modo que o balastro electrónico duplo assegura que uma lâmpada funcionará se a outra falhar ou estiver ausente.
Ligação sem motor de arranque
Foram desenvolvidas várias opções de ligação para lâmpadas fluorescentes sem asfixia e arranque. Todos utilizam o princípio de criar uma alta tensão de arranque por meio de um multiplicador de tensão.
Muitos dos circuitos permitem o funcionamento com filamentos soprados, permitindo a utilização de lâmpadas avariadas. Algumas soluções utilizam fonte de alimentação DC. Isto resulta em nenhuma cintilação, mas os eléctrodos desgastam-se de forma desigual. Isto pode ser notado pela presença de manchas escuras de fósforo num dos lados do bulbo.
Alguns electricistas instalam um botão de arranque separado em vez de um arrancador, mas isto implica controlar a ligação da lâmpada através de um interruptor e botão, o que é inconveniente e pode danificar a lâmpada se o botão for premido demasiado tempo devido ao sobreaquecimento dos eléctrodos.
Não há desenhos industriais para ligar luminárias fluorescentes sem um motor de arranque, excepto para o ECG. Isto deve-se à sua baixa fiabilidade, ao impacto negativo na vida da lâmpada, ao grande tamanho devido aos condensadores de alta capacitância.
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