Com primer e reatância
É um sistema operacional que está caindo em desuso desde o surgimento de dispositivos eletrônicos que desempenham melhor a mesma função e com menor consumo de energia. É descrito, no entanto, porque muitas luminárias deste tipo ainda existem e continuarão a existir durante algum tempo, embora raramente sejam instaladas novas luminárias. A União Europeia, promovendo a poupança de energia, exige que os balastros destas luminárias sejam cada dia mais eficientes, e isso só pode ser conseguido com balastros eletrónicos. O Regulamento (CE) n.º 245/2009 da comissão de 18 de março de 2009 previa a proibição total deste tipo de balastro, e mesmo de alguns dos eletrónicos menos eficientes, a partir de 2017,[4] mas no regulamento 347/2010[5] limitou esta disposição à proibição dos modelos menos eficientes.
Na figura acima, além da própria lâmpada, distinguem-se dois elementos fundamentais: o “starter” (também chamado de “starter” ou “splitter”) e a “reatância” ou “reator”, que fornece reatância indutiva. Em alguns países de língua espanhola, seus sinônimos em inglês starter e ballast ainda são usados.
O primer, splitter ou starter é formado por uma pequena ampola de vidro que contém gases de baixa pressão (gás néon, argônio e mercúrio) e dentro da qual existe um contato formado por uma lâmina bimetálica dobrada em “U”. Paralelamente a este contato existe um capacitor "Condensador (elétrico)") destinado ao duplo efeito de atuar como absorvedor de faíscas ou supressor de faíscas e absorver radiações de radiofrequência que possam interferir em receptores de rádio, TV ou comunicações. A presença deste capacitor não é essencial para o funcionamento da lâmpada fluorescente, mas ajuda muito a aumentar a vida útil do contato do par bimetálico quando este é submetido a trabalhos com altas correntes e altas tensões. Tanto o starter quanto a luminária encurtam sua vida útil quanto mais vezes são ligados, por isso recomenda-se a utilização de iluminação fluorescente em regime contínuo e não como iluminação intermitente.
O elemento que fornece reatância indutiva é denominado "lastro" ou "lastro", embora em alguns países seja incorretamente denominado "reatância", que na verdade é o nome da grandeza elétrica que fornece, não do elemento. Tecnicamente, é um reator composto por uma bobina de fio de cobre esmaltado, enrolada em um núcleo de ferro ou chapas de aço elétrico. O termo lastro não deve ser confundido com seu homônimo, material utilizado na construção de trilhos ferroviários.
Quando a tensão de alimentação é aplicada, os gases contidos no bulbo primer são ionizados, aumentando assim sua temperatura o suficiente para que a folha bimetálica se deforme, faça contato, fechando o circuito, o que fará com que os filamentos "Filamento (eletricidade)") nas extremidades do tubo fiquem em brasa, e isso inicia a ionização dos gases nas proximidades dos filamentos. Quando o contato fecha, o primer desliga e seus gases esfriam novamente, então, alguns segundos depois, o contato abre novamente. Essa abertura faz com que o campo magnético criado na reatância indutiva desapareça abruptamente, o que resulta, de acordo com a lei da indução de Faraday,[6] na geração de um pico de alta tensão (autoindução) que finaliza a ionização dos gases. Dentro de todo o tubo fluorescente se forma um plasma condutor e, por isso, passa por ele uma corrente de elétrons que interage com os átomos de Hg, Ar e Ne, excitando-os, que emitirão luz quando desexcitados, principalmente na região ultravioleta (UV).
A diferença de potencial aplicada aos filamentos e ao tubo é pulsante, pois a tensão elétrica que alimenta o circuito é uma corrente alternada de 50 Hz (na Europa,...) ou 60 Hz (nos EUA, Japão,...). Os filamentos têm inércia térmica, mas o plasma não, o que produz uma rápida oscilação na luz emitida, o que pode incomodar algumas pessoas, produzir dores de cabeça e até convulsões para quem sofre de epilepsia. Este fenômeno é minimizado pela disposição dos tubos em grupos, cada tubo alimentado por diferentes fases e com grades de dispersão estroboscópicas. Este efeito é eliminado com reatores eletrônicos modernos.
Os filamentos, ao serem aquecidos, liberam elétrons que, juntamente com o pico de autoindução, ionizam os gases que preenchem o tubo; Forma-se assim um plasma "Plasma (estado da matéria)") que conduz eletricidade. Este plasma excita os átomos de vapor de mercúrio que, quando desexcitados, emitem luz visível e ultravioleta. Esses filamentos são revestidos com um tipo de pó denominado TRIPLECARBONATO, este é utilizado para promover o salto de elétrons entre o cátodo e o ânodo e cada vez que o tubo fluorescente é energizado, uma pequena quantidade do filamento é liberada, formando a mancha preta que se vê nas fluorescentes quando estão próximas de atingir sua vida útil. Uma vez esgotado o triplocarbonato dos filamentos, não há como ocorrer o salto de elétrons e, portanto, o tubo fluorescente deixa de funcionar, mesmo que todas as outras partes do tubo estejam em perfeitas condições. É por isso que o uso desta tecnologia não é recomendado em locais onde ela fica constantemente ligada e desligada.
O revestimento interno da lâmpada tem a função de filtrar e converter a luz ultravioleta em luz visível. A coloração da luz emitida pela lâmpada depende do material desse revestimento interno. O material do tubo, vidro comum, ajuda a reduzir a luz UV que poderia escapar para fora da luminária.
Lâmpadas fluorescentes são dispositivos com inclinação negativa de sua resistência elétrica em relação à tensão elétrica. Isso significa que quanto maior for a corrente que passa por eles, maior será o grau de ionização do gás e, portanto, menor será a resistência que ele opõe à passagem da referida corrente. Assim, se a lâmpada for ligada diretamente a uma fonte de tensão praticamente constante, como a fornecida pela rede elétrica, a intensidade tenderá a valores muito elevados, e a lâmpada será destruída em poucos segundos. Para evitar isso, está sempre conectado através de um elemento limitador de corrente para mantê-lo dentro dos seus limites de trabalho. Este elemento limitador, no caso da instalação da Figura 1, é o reator que fornece relutância indutiva, que absorverá a diferença entre a tensão de alimentação e a tensão de trabalho do tubo.
Por fim, a diminuição da resistência interna do tubo ao ser ligado, faz com que a tensão entre os terminais do primer seja insuficiente para ionizar o gás contido em sua ampola e portanto o contato metálico permanece inativo quando o tubo está ligado.
Até cerca de 1975, o fornecimento de eletricidade às residências por meio de corrente alternada e corrente contínua, ambas de 220 volts, coexistia na Argentina. Por isso, neste país foi inventado por volta de 1950 uma espécie de reator para corrente contínua que aproveitava a resistência negativa dos gases ionizados da luminária para gerar uma oscilação por relaxamento de uma frequência de alguns kHz. O efeito iniciador ou iniciador foi obtido com um sistema ruidoso de contatos vibratórios que parava assim que o tubo era aceso. A sua desvantagem era que a polaridade tinha que ser invertida de vez em quando para que o desgaste da luminária fosse igual em ambos os filamentos.
O conjunto tubo fluorescente-reator-primer possui elementos reativos (bobina e capacitores) que consomem e emitem potência reativa respectivamente (a bobina é consumida pelos capacitores e distribuída). Muitas vezes, um capacitor é colocado entre os terminais de entrada para permitir que o fator de potência do dispositivo fique próximo de 1. Esse tipo de compensação é chamado de "compensação paralela" devido a esse arranjo.
O cálculo a seguir nos permite saber o valor (em pico ou nanofarads) do capacitor que deve ser inserido, pois se for colocado um com valor maior que o necessário, a corrente e seu consumo aumentarão, por isso é importante encontrar o ideal.
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Exemplo: Se uma válvula for de 18 W, com f = 50 Hz, V = 230 V (CA) e com fatores de potência final de 0,85 e fatores de potência iniciais de 0,226, o capacitor a ser utilizado deverá ser de 4 μF (microfarads).