Lámparas fluorescentes: definición, funcionamiento y aplicación
¿Qué son las lámparas fluorescentes?
Las lámparas fluorescentes son lámparas en las que la luz se produce como resultado de un flujo de electrones e iones libres en el interior de un gas. Una lámpara fluorescente típica consta de un tubo de vidrio recubierto con fósforo y que contiene un par de electrodos en cada extremo. Está lleno de un gas inerte típicamente argón que actúa como conductor y también está compuesto de mercurio líquido.
¿Cómo funciona una lámpara fluorescente?
Cuando se suministra electricidad al tubo a través de los electrodos, la corriente pasa a través del conductor de gas, en forma de iones y electrones libres, y vaporiza el mercurio. Cuando los electrones chocan con los átomos de mercurio gaseoso, liberan electrones libres que saltan a niveles más altos y cuando vuelven a su nivel original, se emiten fotones de luz. Esta energía de luz emitida está en forma de luz ultravioleta, que no es visible para los humanos. Cuando esta luz golpea el fósforo revestido en el tubo, excita los electrones en el fósforo a un nivel más alto y cuando estos electrones vuelven a su nivel original, se emiten fotones y esta energía luminosa ahora está en forma de luz visible.
Encender una lámpara fluorescente
En las lámparas fluorescentes, la corriente fluye a través de un conductor gaseoso, en lugar de un conductor de estado sólido donde los electrones simplemente fluyen desde el extremo negativo al positivo. Debe haber abundancia de electrones e iones libres para permitir el flujo de carga a través del gas. Normalmente hay muy pocos electrones e iones libres en el gas. Por esta razón, se necesita un mecanismo de arranque especial para introducir más electrones libres en el gas.
Dos mecanismos de arranque para una lámpara fluorescente.
1. Un método es utilizar un interruptor de arranque y un balasto magnético para suministrar el flujo de corriente CA a la lámpara. El interruptor de arranque es necesario para precalentar la lámpara, por lo que se necesita una cantidad de voltaje considerablemente menor para iniciar la producción de electrones de los electrodos de la lámpara. El balasto se usa para limitar la cantidad de corriente que fluye a través de la lámpara. Sin un interruptor de arranque y balasto, una gran cantidad de corriente fluiría directamente hacia la lámpara, lo que reduciría la resistencia de la lámpara y eventualmente la calentaría y la destruiría.
El interruptor de arranque utilizado es una bombilla típica que consta de dos electrodos de modo que se forma un arco eléctrico entre ellos cuando la corriente fluye a través de la bombilla. El balasto utilizado es un balasto magnético que consta de una bobina de transformador. Cuando la corriente alterna pasa a través de la bobina, se produce un campo magnético. A medida que aumenta la corriente, aumenta el campo magnético y esto eventualmente se opone al flujo de corriente. Por lo tanto, la corriente alterna es limitada.
Inicialmente, por cada medio ciclo de la señal de CA, la corriente fluye a través del balasto (bobina), desarrollando un campo magnético a su alrededor. Esta corriente que atraviesa los filamentos del tubo los calienta lentamente para provocar la producción de electrones libres. Cuando la corriente pasa a través del filamento hacia los electrodos de la bombilla (que se utiliza como interruptor de arranque), se forma un arco eléctrico entre los dos electrodos de la bombilla. Como uno de los electrodos es una tira bimetálica, se dobla cuando se calienta y, finalmente, el arco se elimina por completo y, como no fluye corriente a través del arrancador, actúa como un interruptor abierto. Esto hace que el campo magnético colapse a lo largo de la bobina y, como resultado, se produce un alto voltaje que proporciona el disparador necesario para calentar la lámpara y producir la cantidad correcta de electrones libres a través del gas inerte y, finalmente, la lámpara brilla.
6 razones por las que el balasto magnético no se considera práctico
- El consumo de energía es bastante alto, alrededor de 55 Watt.
- son grandes y pesados
- Causan parpadeo porque operan a frecuencias más bajas.
- No duran más.
- La pérdida es de unos 13 a 15 vatios.
2. Uso de un balasto electrónico para encender lámparas fluorescentes
Los balastros electrónicos, a diferencia de los balastros magnéticos, suministran corriente alterna a la lámpara después de aumentar la frecuencia de la línea de aproximadamente 50 Hz a 20 KHz.
Un circuito de balasto electrónico típico consta de un convertidor CA-CC formado por puentes y condensadores que rectifican la señal de CA a CC y filtran las ondas de CA para producir energía de CC. Este voltaje de CC se convierte luego en voltaje de onda cuadrada de CA de alta frecuencia utilizando un conjunto de interruptores. Este voltaje impulsa un circuito de tanque LC resonante para producir una señal de CA sinusoidal filtrada que se aplica a la lámpara. A medida que la corriente fluye a través de la lámpara de alta frecuencia, actúa como una resistencia que forma un circuito RC paralelo al circuito del depósito. Inicialmente, la frecuencia de conmutación de los interruptores se reduce mediante un circuito de control, lo que hace que la lámpara se precaliente, lo que hace que aumente el voltaje a través de la lámpara. Eventualmente, cuando el voltaje de la lámpara aumenta lo suficiente, se enciende y comienza a brillar. Hay una disposición de detección de corriente que puede detectar la cantidad de corriente a través de la lámpara y ajustar la frecuencia de conmutación en consecuencia.
6 razones por las que se prefieren más los balastos electrónicos
- Tienen bajo consumo de energía, menos de 40W
- La pérdida es insignificante.
- Se elimina el parpadeo
- Son más ligeros y encajan mejor en lugares
- Duran más
Una aplicación típica que involucra una lámpara fluorescente: una luz que cambia automáticamente
Aquí hay un circuito casero útil para usted. Este sistema de iluminación automática se puede instalar en su vivienda para iluminar el local mediante lámparas fluorescentes o fluorescentes compactas. La lámpara se enciende automáticamente alrededor de las 6 p. m. y se apaga por la mañana. Por lo tanto, este circuito sin interruptor es muy útil para iluminar los locales de la casa incluso si los presos no están en casa. Por lo general, las luces automáticas basadas en LDR parpadean a medida que cambia la intensidad de la luz al amanecer o al anochecer. Por lo tanto, las lámparas fluorescentes compactas no se pueden utilizar en tales circuitos. En las luces automáticas controladas por Triac, solo es posible la bombilla incandescente porque el parpadeo puede dañar el circuito dentro de la CFL. Este circuito supera todos estos inconvenientes y se enciende/apaga instantáneamente cuando cambia el nivel de luz preestablecido.
¿Cómo funciona?
IC1 (NE555) es el popular temporizador IC que se utiliza en el circuito como disparador Schmitt para lograr una acción biestable. Las actividades de configuración y reinicio de IC se utilizan para encender/apagar la lámpara. Dentro del IC, hay dos comparadores. El comparador de umbral superior se dispara a 2/3 V CC, mientras que el comparador de disparo inferior se dispara a 1/3 V CC. Las entradas de estos dos comparadores están unidas entre sí y conectadas a la unión del LDR y el VR1. Así, el voltaje suministrado por el LDR a las entradas depende de la intensidad de la luz.
LDR es un tipo de resistencia variable y su resistencia varía según la intensidad de la luz que cae sobre él. En la oscuridad, LDR ofrece una resistencia muy alta de hasta 10 megaohmios, pero se reduce a 100 ohmios o menos con luz intensa. Por lo tanto, el LDR es un sensor de luz ideal para sistemas de iluminación automáticos.
Durante el día, el LDR tiene menos resistencia y la corriente atraviesa las entradas de umbral (pin 6) y disparador (pin 2) del IC. Como resultado, el voltaje en la entrada de umbral supera los 2/3 Vcc, lo que restablece el Flip-Flop interno y la salida permanece baja. Al mismo tiempo, la entrada del disparador recibe más de 1/3 V CC. Ambas condiciones mantienen baja la salida de IC1 durante el día. El transistor del controlador de relé está conectado a la salida de IC1 para que el relé permanezca apagado durante el día.
Al atardecer, la resistencia del LDR aumenta y la cantidad de corriente que fluye a través de él cesa. Como resultado, el voltaje en la entrada del comparador de umbral (pin 6) cae por debajo de 2/3 Vdc y el voltaje en la entrada del comparador de disparo (pin 2) está por debajo de 1/3 Vdc. Estas dos condiciones hacen que la salida de los comparadores aumente mucho, lo que define la conmutación. Esto hace que la salida de IC1 suba y active T1. El LED indica la salida alta de IC1. Cuando T1 conduce, el relé se energiza y completa el circuito de la lámpara a través de los contactos Común (Comunicación) y NO (Normalmente Abierto) del Relé. Este estado continúa hasta la mañana y el IC se reinicia cuando el LDR se vuelve a exponer a la luz.
El condensador C3 se agrega a la base de T1 para una conmutación limpia del relé. El diodo D3 protege a T1 de EMF posterior cuando T1 se apaga.
¿Cómo asentarse?
Ensamble el circuito en un PCB común y enciérrelo en una caja a prueba de golpes. Una caja adaptadora de tipo enchufable es una buena opción para encerrar el transformador y el circuito. Coloque la unidad donde la luz del sol esté disponible durante el día, preferiblemente fuera de la casa. Antes de conectar el relé, verifique la salida usando el indicador LED. Ajuste VR1 para encender el LED a un nivel de luz particular, digamos a las 6 p.m. Si todo está bien, conecte el relé y las conexiones de CA. La fase y el neutro se pueden tomar del primario del transformador. Tome los cables vivos y neutros y conéctelos a un portalámparas. Puede utilizar cualquier número de lámparas en función de la corriente nominal de los contactos del relé. La luz de la lámpara no debe caer sobre el LDR, así que coloque la lámpara en consecuencia.
Precaución: Hay 230 voltios a través de los contactos del relé cuando están cargados. No toque el circuito cuando esté enchufado a la red eléctrica. Utilice una buena funda para los contactos del relé para evitar descargas.
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