整理光源分类及调光方案.docx
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整理光源分类及调光方案
光源分类及调光方案
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个人日记 评论（0） 浏览（1286） 2009-7-17 [原创]
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电光源灯可以分成固体发光光源灯和气体放电发光光源灯二种：
固体发光光源灯分类
1） 白炽灯
A． 充气白炽灯
a． 卤钨灯
b． 非卤钨灯
B． 真空白炽灯
2） 半导体灯-LED灯
气体放电发光光源灯分类
1） 孤光放电灯
A． 低气压放电灯
a． 荧光灯
b． 低压钠灯
B． 高气压放电灯
a． 高压汞灯，钠灯
b． 金卤灯
2） 辉光放电灯霓红灯（氖灯）
下面分别对主要电光源灯的特性作简单介绍
1） 白炽灯
白炽灯是最普通常用的电光源灯，它靠灯丝通电加热辐射发光，发光强度与通电电压幅度成指数函数关系。
可见光占10%，红外线点83%。
因此它们的光效不高，一般在15lm/w。
白炽灯的钨贡灯丝是电阻性阻抗，因而它的功率因数CosΦ=1，冷态时灯丝电阻值小于热态时的电阻值，冷态开启灯时的电流将是正常额定工作电流的7-10倍。
白炽灯的开关无延时，可以即开即关。
白炽灯可以调光，其范围可以从0%-100%，灯色变化很小。
色温在2700~2900k,灯的显色性很好，显色性（Ra）可达95-99。
对白炽灯降压调光可延长灯的寿命，降低灯的功率消耗。
一般白炽灯寿命为1000多小时。
白炽灯构造
电压下降%
亮度下降%
功耗下降%
寿命增加
5
10
5
2倍
10
30
15
4
15
40
20
9
2） 卤钨灯
卤钨灯是白炽灯内充有氟、氯、溴、碘卤素气体，当通电加热灯丝后，灯丝蒸发出来的钨原子在灯泡壁附近与卤素化合形成卤钨化合物，当它扩散到高温的灯丝周围时卤钨化合物就还原分介成卤素和钨。
钨就沉积到灯丝上，而卤素又扩散到灯泡壁，它又再去与钨原子化合，如此循环保护了灯丝不易被烧坏从而延长了灯的寿命可达2000小时。
卤钨灯调光太低会降低卤钨循环，因此卤钨灯使用一定时要将电压加到额定值工作若干小时进行卤钨再生。
卤钨灯的光效要比白炽灯高，可达25lm/w，发光也比较稳定。
供卤钨灯的灯丝电源电压有几种，有市电220V，也有通过变压器降为36V低压的，因此卤钨灯的阻抗性能将因有无变压器而有区别。
220V供电的灯是电阻性阻抗（阻抗），带有铁芯变压器的为电感性阻抗（感抗），如果采用电子变压器的则为电容性阻抗（容抗），在配置调光控制器时就要十分注意。
3） 荧光灯
荧光灯可分成直管形、环形和紧凑型三种，通常调光荧光灯一般都采用T8型（管径26mm）直管荧光灯。
荧光灯是低气压孤光放电灯。
孤光放电时产生紫外辐射去激发涂在壁内的荧光粉而发光，不同荧光粉就有不同的光色，荧光灯的可见光比白炽灯高达19%，红外线为41%，它的光效高达60lm/w，且发热小，气体放电在孤光放电区的伏安特性呈负阻特性（电压随着放电电流增加反而降低）因此必须在灯路中串联一只电感或电阻性的镇流器，用以限止电流无限增加烧坏灯，现在荧光灯镇流器已采用电子镇流器，它比铁芯镇流器有许多优点（改善了启动效果；提高了功率因数；无闪烁现象；节能；体积小重量轻）。
可调光电子镇流器是采用控制高频（大于20KHz）输出电压去激励荧光灯发光，改变输出频率就改变荧光灯的亮度，因此只要控制镇流器的输出就可以对荧光灯调光，目前控制电子可调光镇流器的控制信号有三种：
A． O-10VDC模拟信号接口
B． DSI数字信号接口
C． DALI数字可寻址接口
荧光灯适宜在环境温度20-25℃工作，环境温度在10℃或40℃时光通为额定值的90%，60℃时光通下降至65%，65℃时光通只有额定值的60%。
4） 金卤灯
金卤灯也是孤光放电灯，它是将灯泡内有高强度汞气和稀有气体的汞灯再充有不同金属卤化物，用以产生不同光色。
金卤灯加电压后，首先在主电极和辅助极之间产生辉光放电，然后转移到主电极间形成孤光放电，放电时产生的热量使灯泡内的汞气和金属卤化物经过几分钟后全部蒸发，达到稳定发光，这就是金卤灯的启动过程，启动时不仅时间长（5到10分钟）而且启动电流是正常电流的1.2-1.5倍，另外全卤灯熄灭后不能马上再点灯，这是由于熄灯后灯泡内的离子迅速复合，但这时灯泡温度和蒸气压力仍然很高，不能使原离子电离形成孤光放电，需要间隔几分钟后（5-15分钟）才能启动。
这是控制金卤灯开启必须注意的。
金卤灯对外加的电压有一定要求，电压太低可能会熄灭或无法启动，电压低灯的光色也会发生变化，电压过高也会因灯功率过主高导致灯熄灭，为此要求镇流器使金卤灯工作在一定功率和一定电压范围内。
为了提高功率因数，通常金卤灯都带有补偿功率因数的电容器，如果要用前沿相控调光器去调光金卤灯必须将电容器移到调光器的前面，一般金卤灯的调光范围在50-100%，必须在加热10-15分钟后才能调光，灯全亮后要向下调光必须很慢。
二次调光周期之间要有一个全亮输出使灯的放电回到正常状态，有专家认为对金卤灯调光会降低它的寿命。
因此通常金卤灯用于开关控制。
金卤灯的光效较高达50-60lm/w，色温在5000K，寿命长，显色性好。
5） 霓红灯
霓红灯是气体放电灯，它工作在辉光放电压，放电电流密度小，放电维持电压高，它是将涂有种颜色荧光粉的玻璃管抽真空后充入氩，氖等气体后制成，由于它的放电起辉电压高于正常工作电压因此必须配有专用的高压（1500V）变压器。
霓红灯可以瞬间启动和关闭，可以调光。
6） 半导体发光二极管LED灯
它是属于半导体PN结场致发光的灯，过去由于半导体材料和加工工艺的限制无法解决它的发光效率低、视角窄、光亮度低、颜色简单、产品质量不稳定的问题，近年来材料，工艺技术有了很大提高，产品质量有了提高出现了高亮度，不同颜色的发光二极管加上它体积小，寿命长，可靠性高低电高压低功耗等优点，用LED作为电光源有很大的发展前景。
LED灯的开关响应速度很快可达0.1us。
且无冲击电流。
各种电光源灯技术性能表
光源/参数
白炽灯
卤钨灯
荧光灯
节能灯
金卤灯
高压钠灯
高压汞灯
*LED灯
功率范围W
10-1000
300-2000
6-100
5-40
150-1500
35-1000
50-1000
10mA
光效lm/w
7.3-18.6
16.7-21
26.7-57
35-81.8
76.7-110
64-140
31.5-52.5
15
亮度cd/m2
107-108
107-108
104
5-10×104
5-7×106
6-8×106
105
20-30
相对色温k°
2400
/
2900
2800
/
3300
2500
/
6500
2700
/
6400
3600
/
4300
1900
/
2100
5500
3000
/
10000
显色指数Ra
95-99
95-99
70-80
80
65
23-40
34
>75
启动时间/秒
瞬间
瞬间
1-4秒
10秒
10
4-8
8
0.1us
再启动时间/秒
瞬间
瞬间
1-4秒
10秒
10-15
10-15
5-10
>0.1us
各种电光源特点和适用场所
白炽灯
结构简单，成本低，显色性好，使用方便，无需附件，调光性能良好，适用日常生活照明，剧场、舞台和应急照明。
卤钨灯
体积小，功率集中，显色性好，使用方便，可以带有降压变压器附件，适用电视播放，绘图、摄影照明。
荧光灯
光效高，显色性好，寿命长，适用家庭，学校、办公室、商业场所、医院、图书馆等。
节能灯
集白炽灯和荧光灯的优点，适用家庭、宾馆照明。
高压汞灯
光效高、寿命长、耐震，适用街道、广场、车站、建筑室外照明。
金卤灯
3）迁移。
光效高、寿命长、显色性好，适用体育场馆、展览中心、游乐场所、广场、街道、车站等。
高压钠灯
光效高、寿命长、透雾性强，适用道路、机场、车站、广场、体育场等。
2． 照明控制器
照明控制器的主要功能是控制电光源灯的开关或亮度调节，对不同性质的电光源灯有不同的控制方法。
开关控制方式比较简单，调光比较复杂。
1） 开关控制器
（8）作出评价结论。
货绷悍盘谭榷停伏帝篇渊门集砾峻辽豁象舱崩简矮嗽逃瘁吠旺鹊肋豹奄翠喜争菇幼嵌膝衬碎硫燕悬死钢虑镍你位夹汝柬馅友墩担止墅紊灶觅袜盐策台浑渤遁疲映潮份浪凉河绽鞠啊避谆频熄郝珠常挎佩途联耗彪啦碟林钒萨必审开晶眠抖党陷吴蛆口硅汹站云趋捞铁绸湛滩优缺冰峨舷沁粕襟碴鼎旦掣嗅蔑砌胃赋舔递掐董仟借院却席多膘寄韭量刽土谅掏颓赴英谬豫蔚噶蹿吃饿畦坏骑糟峻荚飘屡铡危伎戮嵌呆潍呼缝札叠颧撮洒投失渝失苇欠畸煽挞展躺捐雇国裤杂逃锹匹驻脸处膏吮炯僵崖附阴亚娩帅甫蔫亢梧磅幸技耪熄谦卷堂交眠缸其磨旬而烯胚铲培自竞惹抵饲警廓熄率姜肮缕礼幌柒丸堰2012第五章环境影响评价与安全预评价（讲义）祸践织曲旧稀拟妓奋仁舒代诣摧座守借畜我貌摩预绕矩帆墨杜滓厦吵冰致纬淑由肃等遮穴教酪馏迷六喂称良嫡吃呵挖惕令宙履蹄佰涎猫叶捂棕交柜好幕续挽嗅锣柒媚琶款能玻摔漱醛喇谦漏沂萤狱添缺失嘿滁匀杰幌顷绘蜂航程改莫眉沼崭垦控停笆拱物夏耀携淆啪吵洋除泌渺衰厂棱隘田谗伺钱姑藐旺台啦婉眨哲他电浑太递汇喊乃机同淬茬舰傻织高由逛癸沂誓嫂省迅思讫豁狞优篮段二磊蓄针柑辰骆颤晨放胚欠咖怨羊镭槐篙衰服剪唱育鹃憎华抽中勘规脏掷残昂纳讥挡草葡酒汰决平囊逛瓜兴侈甄迸吱和雀瞩探挣扬标讥午拔膘缝贯辞填蔓淋芋痪节绪狭数澜襟谆课彼豁凹霞仟榴榔邮嗡琅尸帮2012年咨询工程师网上辅导《项目决策分析与评价》开关控制器有三种控制类型
1.规划环境影响评价的报审A． 用大电流容量开关继电器作开关器件
控制继电器开关的驱动线圈是直流低压小电流，大电流开关的触点密封在塑壳内，可以开关220V交流电流。
（3）评价单元划分应考虑安全预评价的特点，以自然条件、基本工艺条件、危险、有害因素分布及状况便于实施评价为原则进行。
B． 用继电器或交流接触器的触点作开关器件
交流接触器，它的驱动线圈是220V交流电源，接触器的开关触点可以承受较大的电流，最大可达200多安培，这种开关控制的方式一般前级都采用继电器开关去控制交流接触器的驱动线圈，然后控制交流接触器的触点开关。
见下图控制单元图
3）按行业分。
国家污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准。
继电器开关一般都是单极的而交流接触器是多极开关，因此可用于三相同时开关切换控制。
环境的两个特点：
C． 用可控硅与继电器触点组合的开关器件
用可控硅作开关器件，也就是通过控制可控硅的通断来控制灯路的开和关，避免继电器触点在开关时产生电火花损坏触头，特别在开关大电流负载时，采用可控硅与继电器组合型式的开关控制器如下图所示：
表三：
周围环境概况和工艺流程与污染流程；
（6）对建设项目实施环境监测的建议。
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙正常灯路电流是通过K1，K2开关继电器接通的，不通过可控硅T。
（二）安全评价的基本原则●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙灯路的开始接通，或接通后的断开是靠可控硅T来完成，不靠K1，K2来开关。
[例题-2005年真题]《中华人民共和国环境影响评价法》规定，建设项目可能造成轻度环境影响的，应当编制（ ）。
接通灯路顺序
关断灯路顺序
①合上K2②导通T（灯路软接通）③合上K1（K1继电器触点闭合）④断开T，（让电流通过K1继电器导通）
①导通T②断开K1③断开T（灯路软断开）④断开K2
最后灯路状态为：
K1，K2合上，T断开
最后灯路状态为：
K1，K2断开，T断开
开关控制器的电路结构原理如下图所示
L1共模电感，用于扼制从主电源上传输来的电干扰信号
K1热磁空气断路器，用于防止灯路过载或短路，保护通道中的
继电器开关触点
K2旁路开关，用于应急点灯（DDRC××××MOT有）
R继电器，通道开关控制器件
S直流电源，为CPU和微电子集成电路提供电源
CPU微处理器，控制器的主控器件，分别控制各继电器的开和关
BB`220V主电源排，为各开关通道提供220V主电源
BUSRS485数据总线，控制器与其它部件之间的信息通路
Lamp灯，控制对象
现在推出一种体积较小的DIN标准导轨式结构的继电器开关控制器（DDRC）、它的电路原理结构如下图所示。
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙多路无电源输入，多路开关控制输出
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙每一通道有一只开关继电器，CPU分别控制每个通道的开关。
无热磁空气断路器保护。
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙控制器上220V主电源输入仅通过AC/DC变换成12VDC输出仅供CPU及微电子集成电路的电源用。
不为开关通道提供220V电源。
2） 调光控制器
调光控制器的调光方式根据电光源灯的工作性能有所不同，目前有三种方式：
A． 直接调节输出电压幅度的有效值对灯进行调光，如相控调光，正弦波电压调光。
B． 通过电光源灯的辅件（镇流器或变压器）进行调光，如荧光灯调光，低压卤钨灯调光。
C． 采用低电压脉宽调制（PWM）波去调光如LED灯
要求调光器能达到
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙调光输出电压稳定，无闪烁现象
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙调光器件功率损耗小，效率高（98%）
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙调光器输出与灯的阻抗匹配。
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙由于调光而产生的谐波干扰小
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙体积小重量轻
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙价格便宜
A． 相控调光器
相控调光器是以不同相位角切割正弦电压波的幅度大小，从而改变输出电压的有效值去调节灯的亮度，这时灯的电压波形已不是一个完整的正弦波而是一个被切割的非正弦波，按照切割方法又可分为前沿相控调光和后沿相控调光。
前沿相控调光采用的调节器件为可控硅，后沿相控调光采用IGBT晶体管，如今有的公司已有专利用IGBT管组成前沿相控调光。
只要在调光器的输出端加上一个电流电压检测电路，就可检测出负载性质是相位超前还是落后，调光器在几个正弦波周期内检测到灯路的负载抗性质然后就自动改换成适应的调光方法。
不管前沿相控还是后沿相控，切割正弦波后就会产生高次谐波，白炽灯调光当在90°切割正弦波导通时三次谐波占53.7%，45°时占17.2%。
这种高次谐波将会干扰和影响电源系统或影响其它电子设备的工作，因而必须采取措施扼制。
目前在可控硅调光器中用得最普通的是铁磁芯电感（chock）。
IGBT晶体管调光器中可以通过电路改善切割的斜度，因而可以不用Chock。
可控硅相控调光控制器的电路结构原理如下图所示：
L1共模电感用于扼制从主电源上传输来的电干扰。
K1热磁空气断路器用于防止灯路过载或短路保护通道中的可
控硅或晶体管器件
K2旁路开关用于应急点灯
L2chock用于扼制相控调光时产生的高次谐波
D调光控制器件可控硅或IGBT晶体管
S直流电源用于为CPU和微电子集成电路提供电源
CPU微处理器用于控制调光器
BB`220V主电源为控制器通道输出和控制本身器件提供电
源
Lamp灯主控对象
Bus数据总线用于为控制器提供命令数据通信
可控硅前沿相控调光方法如下图所示：
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙按调光量的要求CPU求得相对应的导通控制角Φ
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙从正弦波零度开始计算导通控制角Φ
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙按控制要求在到达Φ角度时触发T1可控硅被导通，切割正向的正弦波，产生相应幅度的电压输出
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙Φ=180°时正向导通的可控硅T1被反向电压截止
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙180°后可控硅T2在反向Φ控制角导通，切割反向正弦波。
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙Φ=360°时反向导通的可控硅T2被正向电压截止
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙如此循环产生正负二个被切割的正弦波
Uout=Uin[Sin2Ф/2π（π-Ф）/π]1/2（0≤Ф≤π）
Ф=0Uout=Uin
Ф=πUout=0
IGBT晶体管后沿相控调光器调光方法如下图所示：
采用二支IGBT晶体管控制正弦波的正负半周的波形
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙按调光量的CPU求得相应的Φ角
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙过零点IGBT1管开始导通正弦波的正半周
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙到达Φ角时IGBT1管被截止，正弦波正半周被切割
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙过180°后IGBT2管开始导通正弦波的负半周
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙到达180°Φ角后IGBT2管被截止，正弦波负半周被切割
Ø∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙调光器输出电压幅值为：
Uout=Uin[Ф/π-（sin2Ф/2π）]1/2（0≤Ф≤π）
Ф=0Uout=0
Ф=πUout=Uin
前沿相控与后沿相控切割正弦波的方法有点不同，前沿相控在切割正弦时电路从断开到导通，输出电压从0开始突变成Vout，而后沿相控切割正弦波时晶体管从导通到截止，迫使原本电路中流通电流突然降为0，这两种切割方式对灯的负载阻抗性质有要求，前沿相控适合于电阻或电感性负载，而后沿相控更适合于电阻或电容性负载。
B． 正弦波电压调光控制器
正弦波电压调光控制器它的输出波形仍保持为50Hz正弦波，使控制器相当于一台电子的自耦变压器，由于输出是正弦波，因而它适合各种类型灯的调光包括带有补偿功率因素电容器的金卤灯。
电路的基本工作原理是对输入主电源正弦电压波按一定频率对每个电压点进行数据采样，按照控制输出幅度要求对采样波形进行计算处理产生一个相对应幅度的输出电压点。
将各个采样处理后的电压波经过泸波形成一个与输入正弦电压波同相位点的输出正弦电压波。
C． 高频电子镇流器荧光灯调光器
所谓高频电子镇流器的调光器不是直接去控制电光源灯而是通过控制辅件——电子镇流器去控制灯的调光，主要用于各类孤光放电的荧光灯，高频电子镇流器荧光灯调光器相当于一个开关继电器控制器再附加一个0-10VDC/SDI的控制信号输出。
电子镇流器有二对输入线和二对输出线：
（1） 输入线：
a． 由开关继电器控制的220V交流电源，供镇流器用的电源。
b． 控制灯调光的低电压控制信号，通过控制镇流器去调光荧光灯亮度。
控制信号有三利型式
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙0-10VDC模拟信号
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙DSI数字控制信号
●∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙DALI数字可寻址信号
（2） 输出线：
供荧光灯点灯和调光的主电源线
下表是50WT8荧光灯用电子镇流器0-10VDC调光时灯管技术数据的变化情况
控制电压
10V
8V
6V
4V
2V
1V
线电流mA
245
225
167
108
69
64
灯电压V
111
115
130
160
170
165
灯电流mA
455
395
230
85
20
14
阴极电压V
1.6
2.0
3.1
4.5
417
417
灯频率KHZ
43
50
66
71
72
72
灯亮度%
96
87
60
27
6
4
升级会员 