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照明工程. 信电学院:谢秀颖 电话: 13853117665 邮箱: [email protected] 照明工程. 第二章 照明电光源. 第一节 照明电光源的分类及性能指标. 第二节 白炽灯. 第三节 卤钨灯. 第四节 荧光灯. 第五节 高强度气体放电灯. 第六节 低压钠灯. 第七节 场致发光灯和半导体灯. 第八节 照明电光源性能比较和选用. 第二章. 第一节 照明电光源的分类及性能指标. 主要介绍 :. 一、 电光源的分类. 二、 照明电光源的主要性能指标. 三、 光源型号命名. 小 结. 2-1.

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照明工程

信电学院:谢秀颖

电话:13853117665

邮箱:[email protected]

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照明工程

第二章 照明电光源

第一节照明电光源的分类及性能指标

第二节 白炽灯

第三节 卤钨灯

第四节 荧光灯

第五节 高强度气体放电灯

第六节 低压钠灯

第七节 场致发光灯和半导体灯

第八节 照明电光源性能比较和选用

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第二章

第一节 照明电光源的分类及性能指标

主要介绍:

一、电光源的分类

二、照明电光源的主要性能指标

三、光源型号命名

小 结

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2-1

一、电光源的分类(3-1)

1、分类

热辐射光源:白炽灯、卤钨灯

固体发

光光源

电致发光光源:半导体灯(发光二极管)

电光源

辉光放电光源:霓虹灯

气体放

电光源

低压:低压汞灯/钠灯

弧光放电光源

高压:高压汞灯/钠灯、金卤灯

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2-1

一、电光源的分类(3-2)

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

辉光放电

★自持放电

弧光放电

具有负的伏安特性

单独接电源时无法稳定工作

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2-1

一、电光源的分类(3-3)

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cos , 减少线路损耗

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两种定义形式

新光源刚开始点燃时的光通量(初始光通量)

新光源点燃100h以后的光通量

2-1

二、照明电光源的主要性能指标(3-1)

保证电光源正常工作、经济运行

——光源能产生额定的光通量

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)

光源在额定电压下工作时所具有的有功功率值

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

光源供电电压是额定的、电功率是额定的、且光源在使用的有效寿命期内

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寿命的定义

2-1

二、照明电光源的主要性能指标(3-2)

5. 寿命(h)

全寿命:从第1次点燃起到损坏止累计点燃的小时数

累积点燃的小时数

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

6. 颜色特性

(光色指标)

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

色表和显色性

是指保证光通量额定值的损耗≮20%~30%的时间

取决于光源的色温

分暖、中间、冷色

取决于光源的光谱能量分布,用显色指数描述

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

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2-1

二、照明电光源的主要性能指标(3-3)

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

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2-1

三、光源型号命名(1-1)

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:

型号的各部分应直接连写

当相邻的两部分同为字母(数字)时,则需要用“-”分开

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第二章

第一节 照明电光源的分类及性能指标

本节小结:

一、电光源的分类:熟悉各类光源原理及常用光源

二、照明电光源的主要性能指标:掌握含义

三、光源型号命名:熟悉方法

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第二章

第二节 白炽灯

主要内容:

一、构造特点

二、主要类别

三、光电参数及特性

小 结

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2-2

一、构造特点(1-1)

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)

多用于40W以上的充气灯泡中

2. 玻壳

减少气体热传导引起的热损,提高灯的发光效率

★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

在反光镜部位蒸镀反射铝层或介质膜反射面

避免由灯丝引起的眩光

采用彩色玻璃或在玻璃内壁/外壳敷涂上彩色涂层

光利用率高、集光性好,能使光束定向发射

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2-2

一、构造特点(1-1)

——是灯的电连接和机械连接部分

3. 灯头

★作用:固定灯泡、接通电源

★种类:螺口式E

卡(插)口式B

聚焦式P

机械夹紧式

双金属插脚式

普通灯泡

光通分布或灯丝的位置有严格要求

大功率灯泡

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11 lm/W(单螺旋)

氩氮混合气体:光效为12.5 lm/W(单)或13.5 lm/W(双螺旋)

特别强调发光效率时充氪气体:光效为15 lm/W(双螺旋)

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2-2

二、主要类别(1-1)

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

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2-2

三、光电参数及特性(1-1)

1. 光电参数

光 效:低,约为10~15 lm/W(8~21.5 lm/W)

寿 命:低,平均寿命约为1000 h

启燃时间:短,瞬时启燃/再启燃

色 表:暖,约2400~2900 K(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

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第二章

第二节 白炽灯

本节小结:

一、构造特点:灯丝、玻壳、灯头及灯内成分的作用

二、主要类别:各类灯的特点及应用场所

三、光电参数及特性:主要参数

电压特性

调光特性

开关性能

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第二章

第三节 卤钨灯

主要内容:

一、卤钨循环

二、卤钨灯的结构特点

三、主要类型及其光电参数

小 结

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2-3

一、卤钨循环(1-1)

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

碘钨灯:250~600℃

溴钨灯:200~1100℃

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

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2-3

二、卤钨灯的结构特点(1-1)

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

★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%

2. 灯丝密且较长

要用支架托住灯丝,不致产生下垂

3. 灯管封接要求高

要采用高稳定性的钼箔作为导电体

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2-3

三、主要类型及其光电参数(1-1)

市电型:工作电压为100~240V

1. 主要类型

低电压型:工作电压有6、12、36V

★双端管形卤钨灯——市电型

★单端卤钨灯——市电型

特点:发光体呈线状

功率:100~2000W

应用:泛光照明

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

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2-3

三、主要类型及光电参数(1-1)

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

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第二章

第三节 卤钨灯

本节小结:

一、卤钨循环:原理

二、卤钨灯的结构特点:尺寸、强度、封接

三、主要类型及其光电参数:应用

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第二章

第四节 荧光灯

主要内容:

一、结构及工作原理

二、主要类型

三、参数及其工作特性

小 结

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2-4

一、结构及工作原理(1-1)

T代表1/8英寸(3.175mm)

管径约为T后面的数乘3.175mm

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

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2-4

二、主要类型(1-1)

1. 直管型荧光灯

T12(管径38mm)

T8(管径25mm)

T5(管径16mm)

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2-4

二、主要类型(1-1)

2. 环形荧光灯

分体式环形荧光灯

一体化环形荧光灯

slide28

2-4

二、主要类型(1-1)

2. 紧凑型荧光灯

一体化紧凑型荧光灯

插拔式紧凑型荧光灯

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2-4

三、参数及工作特性(1-1)

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

卤磷酸钙荧光粉

三基色荧光粉

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

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2-4

三、参数及工作特性(1-1)

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

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2-4

三、参数及工作特性(1-1)

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

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第二章

第四节 荧光灯

本节小结:

一、结构及工作原理:结构特点(电极、荧光粉)

工作原理(预热式)

二、主要类型:直管式、环形、紧凑型

三、参数及其工作特性

参数:功率、光效、颜色、寿命

工作特性:电压、温度、湿度、寿命、频闪

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第二章

第五节 高强度气体放电灯(HID灯)

主要内容:

一、荧光高压汞灯

二、金属卤化物灯

三、高压钠灯

小 结

slide34

2-5

一、荧光高压汞灯(2-1)

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

★自镇流型:一般不用

主要用于室外照明

★反射型:聚光/泛光照明

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2-5

一、荧光高压汞灯(2-2)

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

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2-5

二、金属卤化物灯(1-1)

1. 结构

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

2. 主要类型及参数

★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

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2-5

三、高压钠灯(1-1)

1. 结构

与汞灯相似,但属于高

压钠蒸气放电光源

2. 主要类型

★普通:色温2000~2100K,显色指数约20~25

光效约90~150lm/W,平均寿命约28500 h

★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

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第二章

第五节 高强度气体放电灯(HID灯)

本节小结:

一、荧光高压汞灯

二、金属卤化物灯

特点和应用

三、高压钠灯

slide39

第二章

第六节 低压钠灯

主要内容:

一、结构

二、特点及应用

小 结

slide40

2-6

一、结构(1-1)

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

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2-6

二、特点及应用(1-1)

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

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第二章

第六节 低压钠灯

本节小结:

低压钠灯的特点及应用

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第二章

第七节 场致发光灯和半导体灯

主要内容:

一、场致发光灯

二、半导体灯

小 结

slide44

2-7

一、场致发光灯(1-1)

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15 lm/W、寿命:超过5000 h

★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

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2-7

二、半导体灯(3-1)

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

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2-7

二、半导体灯(3-2)

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

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2-7

二、半导体灯(3-3)

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

相当于加红/黄/绿色滤色片的140W白炽灯

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第二章

第七节 场致发光灯和半导体灯

本节小结:

半导体灯的特点、应用及发展前景

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第二章

第八节 照明电光源性能比较和选用

主要内容:

一、电光源性能比较

二、电光源的选用

小 结

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2-8

一、电光源性能比较(1-1)

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2-8

二、电光源的选用(3-1)

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、启动时间等条件

③按环境要求选择

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

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2-8

二、电光源的选用(3-2)

2. 选择举例

①高度较低房间,如办公/教室等宜采用细管直管荧光灯

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

④一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯,不应采用自镇流荧光

高压汞灯

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

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2-8

二、电光源的选用(3-3)

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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第二章

第八节 照明电光源性能比较和选用

本节小结:

一、电光源性能比较:各类光源的主要光电参数

——性能和特点

二、电光源的选用:选择原则(注意结合工程实际加

强对国家标准和规范的理解)

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