第二章昭明电光源.docx
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第二章昭明电光源
第二章照明电光源
第一节照明电光源的分类及性能指标
一、电光源的分类
1、分类
2、气体放电的伏安特性
★OC段：
非自持放电,电流约在10－6A以下
★D点：
着火点,可自持放电
★E点：
稳定的自持放电点
★自持放电分为辉光放电和弧光放电
3、气体放电光源的电气附件
1）镇流器
★功能：
防止电流失控、保证放电灯在正常电特性下工作
★常用镇流器：
电感、节能型电感、电子、电子调光
2）启辉器
★功能：
预热灯的电极,并与串联的镇流器
一起产生脉冲电压使灯启动
3）补偿电容器
★功能：
提高功率因数cosj,减少线路损耗
2、照明电光源的主要性能指标
1.额定电压（V）
光源及其附件组成的回路所需电源电压的额定值
2.额定功率（W）
灯泡（灯管）的设计功率值
3.光通量（lm）
灯泡（灯管）额定工作时所发出的光通量（额定光通量）
4.发光效率（lm/W）
灯泡（灯管）在额定状态下消耗单位电功率所发出的光通量—简称光效
5.寿命（h）
累积点燃的小时数
全寿命:
从第1次点燃起到损坏止累计点燃的小时数
平均寿命:
同一组光源试样从一同点燃起到50%损坏止累计点燃的小时数
有效寿命:
从点燃起到光通量衰减为初始值的某一百分数时累计点燃的小时数
6.颜色特性（光色指标）
显色性取决于光源的光谱能量分布，用显色指数描述
色表取决于光源的色温分暖、中间、冷色
7.启（点）燃时间与再启（点）燃时间（min）
启燃时间：
从光源接通电源起到光通量达稳定值所需的时间
再启燃时间：
正常工作的光源熄灭后将其重新点燃所需的时间
8.闪烁与频闪效应
★闪烁
交流供电的光源点燃时,其光通量随电流的增减发生周期性明暗变化的现象
★频闪效应
在以一定频率变化的光线照射下,观察到的物体运动呈现静止或不同于实际运动状态的现象
★消除频闪效应的方法
移相、使用电子镇流器
3、光源型号命名
1.白炽光源的型号命名
第1部分：
字母，表征光源名称特征的汉语拼音首字母
第2、3部分：
数字，表征电光源的光电特性
2.气体放电光源的型号命名
第1部分：
字母，表征光源名称特征的汉语拼音首字母
第2部分：
数字，表征电光源的光电特性
注意：
1）型号的各部分应直接连写
2）当相邻的两部分同为字母（数字）时，则需要用“－”分开
第二节白炽灯
1.灯丝
★白炽灯泡的发光体
★材料：
钨丝
直径和长度：
由灯泡的规格决定
形状：
螺旋型（单螺旋、双螺旋、三螺旋）
2.玻壳
★用透明玻璃吹制或压制成对称或不对称形状
★表面处理：
彩色、磨砂或乳白
3.灯头—是灯的电连接和机械连接部分
★作用：
固定灯泡、接通电源
★种类：
螺口式E—普通灯泡
卡（插）口式B—普通灯泡
聚焦式P—光通分布或灯丝的位置有严格要求
机械夹紧式—大功率灯泡
双金属插脚式—体积大、功率大灯泡
4.灯内成分
★作用：
防止钨丝蒸发，提高光效，延长寿命
★氮气体：
光效为11lm/W（单螺旋）
氩氮混合气体：
光效为12.5lm/W（单）或13.5lm/W（双螺旋）
特别强调发光效率时充氪气体：
光效为15lm/W（双螺旋）
2、主要类别
1.普通照明用白炽灯
用于民用建筑（住宅、宾馆、餐厅、商店等场所）
2.装饰用白炽灯
与建筑灯具相配，形成多种艺术
风格（蜡烛形灯泡与节日彩泡）
3.反射型灯泡
用于商店橱窗照明、物品展示照明等需要光线集中的场合
4.局部照明灯泡（俗称低压灯泡）
用于便携式手提灯、机床照明灯等
3、光电参数及特性
1.光电参数
光效：
低，约为10～15lm/W（8～21.5lm/W）
寿命：
低，平均寿命约为1000h
启燃时间：
短，瞬时启燃/再启燃
色表：
暖，约2400～2900K（2700～3000K）
显色性：
好，Ra达99～100（接近太阳光）
2.特性
电压特性：
端电压＞额定值→寿命降低
端电压＜额定值→光通量降低
调光特性：
可在0～100%范围内即时连续均匀反复调光
开关性能：
开启瞬间产生很大的脉冲电流
但开关次数对寿命影响很小
第三节卤钨灯
一、卤钨循环
1.卤钨循环反应
低温时产生化合反应
高温时产生分解反应
2.卤钨循环过程
钨丝通电其温度↑→蒸发钨→钨朝泡壁方向扩散，并与卤素反应产生卤化钨→卤化物扩散到灯丝周围并分解→钨沉积在灯丝上，卤素再扩散到泡壁区参与下一轮循环
3.卤钨循环温度
钨和多种卤素成分生成无色卤化钨的玻壳温度范围不同
碘钨灯：
250～600℃
溴钨灯：
200～1100℃
二、卤钨灯的结构特点
1.泡壳尺寸小，机械强度高
★充分的卤钨循环反应要求玻壳温度高，因此灯内气体压强高
玻壳采用耐高温石英玻璃或低碱硬质玻璃——成本高
2.灯丝密且较长
要用支架托住灯丝，不致产生下垂
★泡壳尺寸较小，机械强度高，一般为细管形或小球形
灯的体积缩小到同功率白炽灯的0.5%～3%
3.灯管封接要求高
要采用高稳定性的钼箔作为导电体
3、主要类型及其光电参数
1.主要类型
市电型：
工作电压为100～240V
低电压型:
工作电压有6、12、36V
★双端管形卤钨灯——市电型
特点：
发光体呈线状
功率：
100～2000W
应用：
泛光照明
★单端卤钨灯——市电型
特点：
点状或面状
功率：
75～250W
应用：
影视/舞台/剧场照明
展示照明
台灯、落地灯
小型射灯
★反射型卤钨灯——低电压型
功率：
5～300W
应用：
聚光、泛光和定向照明
2.光电参数
色温：
2700～3200K
光效：
15～30lm/W
寿命：
1500～2000h（双端）、1000～3500h（低电压冷光束）
注意：
电压特性：
与白炽灯相似，但电压变化→色温变化明显
可调光性：
调光范围大，但频繁调光时应注意灯的热学特性，保证管壁温度处于黑化范
围之上
寿命特性：
影响寿命因素较多，从使用角度来说以震动为主
第四节荧光灯
一、结构及工作原理
1.玻管
形状：
细长管型玻管
长度：
约每英尺10W
管径：
T12、T8、T5
2.荧光粉
将紫外辐射转换成可见光
3.电极
发射电子
4.汞和惰性气体
汞：
放电介质
惰性气体：
抑制电极上电子发射材料的蒸发与溅散
2、主要类型
1.直管型荧光灯
T12（管径38mm）
T8（管径25mm）
T5（管径16mm）
2.环形荧光灯
3.紧凑型荧光灯
3、参数及工作特性
1.灯管电压和灯管功率
灯管电压：
工作电流在灯管上产生的电压降
灯管功率：
灯管在额定电流下消耗的功率
2.颜色特性
荧光灯的颜色特性取决于荧光粉的配方
色温：
常用三种标准白色
暖白光（2900K）、冷白光（4300K）、日光（6500K）
Ra：
卤粉（50～70）、三基色（80～85）、三基色多谱带（＞90）
3.光通量和发光效率
额定光通量指点燃100h后的输出光通量
光效：
一般在27～82lm/W
4.寿命
平均寿命：
3000～5000h（国产）
注意：
使用寿命与其启动的频繁程度有关
启动越频繁，使用寿命越短
5.电压特性
★电压↑→灯管电流↑→电极过
热→电子发射物消耗↑→寿命↓
★电压↓→灯管电流↓→电极温度↓→需多次启动→电子发射
物消耗↑→寿命↓
★调光较困难
6.温湿度对灯性能的影响
★温度的影响
温度变→蒸气压强变→光通量输出变→影响光效
最佳点灯环境温度:
20～35℃
★湿度的影响
湿度过高（75%～80%）会使
灯具启动困难、缩短寿命
相对湿度在60%以下对荧光
灯工作有利
7.频闪效应
★频闪效应较明显
第五节高强度气体放电灯（HID灯）
一、荧光高压汞灯
1.结构
★灯头：
一般为螺口灯头
★放电管：
封装有主、辅电极
充有汞和氩气
★玻璃外壳：
减少放电管的热量损失，且内壁涂有荧光粉以提高
光效或改善光色
2.类型及应用
★普通型：
道路/广场照明
★反射型：
聚光/泛光照明
★自镇流型：
一般不用
3.基本性能
★启燃时间：
4～8min，再启燃时间:
5～10min
★发光效率：
普通/反射型——40～60lm/W
自镇流型——12～30lm/W
★颜色特性：
色温——5000～5400K，显色指数——30～40
★有效寿命：
普通/反射型——5000h，自镇流型——3000h
★电压特性：
电压过低→不启动/自熄
电压过高→寿命降低
2、金属卤化物灯
1.结构
2.主要类型及参数
与汞灯相似，但放电管内充有金属卤化物，以提高光效、改善光色
★钠铊铟灯：
80lm/W、5500K、Ra＝60～70
★镝灯：
75lm/W、色温接近日光、Ra＝90
★钪钠灯：
80lm/W、Ra＝60～70
3.基本性能
★启燃时间：
4～15min，再启燃时间：
10min左右
★电压特性：
电压变化10%→色温将降低500K或升高1000K
电压突降→自熄
三、高压钠灯
1.结构
2.主要类型
与汞灯相似，但属于高
压钠蒸气放电光源
★普通：
色温2000～2100K，显色指数约20～25
光效约90～150lm/W,平均寿命约28500h
★改显：
色温约2300～2500K,显色指数约60左右
★高显：
色温约2500～3000K,显色指数约80左右
3.基本特性
★启燃时间:
4～8min,再启燃时间:
10～15min
★电源电压变化主要影响光通量输出和灯的稳定工作
第六节低压钠灯
一、结构
1.放电管
直径约14～18mm的U形管
2.电极
封装在U形放电管的两端，多为三螺旋钨丝电极
3.外管
抽真空，内壁涂上透明红外线反射膜，以维持放电管的温度
二、特点及应用
1.特点
发出的光主要是589nm和589.6nm两条谐振谱线
色温很低（黄光）,显色性很差,但光效很高（达150lm/W）
2.应用
特别适用于铁路、高架路、隧道和交叉路口等能见度要求高而对显色性要求不高的场所的照明
第七节场致发光灯和半导体灯
一、场致发光灯
1.构成
★组合成平板状——场致发光屏（EL）
★由玻璃板、透明导电膜、荧光粉层、高介电常数反射层、铝
箔等迭合而成
2.特点
★光效：
低于15lm/W、寿命：
超过5000h
★耗电省、响应快、发光条件要求不高、便于控制
★通过电极的分割使电源分开，做成图案与文字
3.应用
指示照明或飞机、轮船仪表的夜间显示
2、半导体灯
1.构成
P-N结：
当PN结加正向偏压，电子和空穴克服PN结的势垒，
分别迁入P层和N层，电子与空穴结合时其能量差以光子的形式
释放出来
2.特点
体积小、重量轻、耗电省、寿命长、亮度高、响应快
3.发展
★20世纪60年代：
0.1lm/W，红色光（650nm）
★20世纪70年代：
1lm/W，颜色扩大到红色至绿～黄色
★20世纪80年代：
10lm/W
★20世纪90年代：
红黄光、绿蓝光、白光
4.白色发光二极管与白炽灯泡的特性比较
结论：
★寿命长，达到白炽灯的10倍以上
★光效较高，可以与白炽灯媲美
★单只LED的光通量太小，若达到60W白炽灯的光通量
需1500只发光二极管组合在一起
★价格昂贵
灯种类
光通
量（lm）
发光效率（lm/W）
色温
（K）
显色指
数（Ra）
价格
（美元）
寿命
（h）
灯寿命一半时光衰
白炽灯
（普灯60W）
900
15
2800
100
1.36
1000
＞90%
白色LED
（5mm）
0.6
10
＞6000
85
1
10000
（50%Φ）
75%
5.现状
作为照明光源，LED不具备替换白炽灯的可能性，但高效率、长寿命的LED发展成为普通照明光源已不是梦想。
6.应用
★显示器：
图像与文字显示器，广泛用于广告行业
★指示灯：
各种电器的指示灯或双色、三色、多色指示器
★交通信号灯：
18只LED组成一个12英寸、14W的交通信号灯
★标志灯
★景观照明灯：
地埋灯、墙灯、草坪灯
★汽车灯：
大功率发光二极管用于汽车的刹车/尾/转向灯
第8节照明电光源性能比较和选用
一、电光源性能比较
光源种类
光效（lm/W）
显色指数（Ra）
色温（K）
平均寿命（h）
普通照明
15
100
2800
1000
卤钨灯
25
100
3000
2000～5000
普通荧光灯
70
70
全系列
10000
三基色荧光灯
93
80～98
全系列
12000
紧凑型荧光灯
60
85
全系列
8000
高压汞灯
50
45
3300～4300
6000
金属卤化物灯
75～95
65～92
3000/4500/5600
6000～20000
高压钠灯
100～200
23/60/85
1950/2200/2500
24000
低压钠灯
200
很差
1750
28000
1.选择原则
①选用的光源应符合国家现行相关标准的有关规定
②按照明设施的目的和用途选择光源
主要应满足显色性、启动时间、频闪等条件
③按环境要求选择
主要考虑光源的温度特性和湿度特性
④按投资与运行费用选择
在满足显色性、启动时间等要求条件下，根据光源及镇流器等的效率、寿命和价格在进行综合技术经济分析比较后确定。
2.选择举例
选光源时，不能只比较其价格，更应进行全寿命期的综合经济分析比较。
因为一些高效、长寿命光源，虽价格较高，但使用数量减少，运行维护费用降低，经济上和技术上可能时合理的。
①高度较低房间,如办公/教室等宜采用细管径直管形荧光灯
②营业厅宜采用细管直管或紧凑荧光灯或小功率金卤灯
③高度较高的工业厂房宜采用金卤灯或高压钠灯，亦可采用大功
率细管荧光灯
⑤一般情况下，室内外照明不应采用普通照明白炽灯；在特殊情
况下需采用时，其额定功率不应超过100W
④一般照明场所不宜用荧光高压汞灯,不应用自镇流荧光高压汞灯
细管径：
≤26mm（T8、T5）
⑥下列工作场所可采用白炽灯
★要求瞬时启动和连续调光的场所,使用其它光源技术经济不合理时
★对防止电磁干扰要求严格的场所
★开关灯频繁的场所
★照度要求不高，且照明时间较短的场所
★对装饰有特殊要求的场所
⑦应急照明应选用能快速点燃的光源
⑧应根据识别颜色要求和场所特点,选用相应显色指数的光源
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