燈具的基本概念

1、燈具的基本概念燈具的基本概念章海驄一一.概述概述1.人與光人與光 精彩的世界靠人的視覺來感受, 世上萬物靠眼睛來觀察/創(chuàng)造; 我們周圍80%以上的信息來自視覺, 眼睛是最重要的感覺器官! 眼睛感受的是光光. 有光就有大千世界.2.自然和光自然和光 地球的一半是黑的.太陽光-日出而作 日落而息太陽光給出的照度:露天:照度(lx):地面上幾萬, 亮度(cd/m2):光地:幾萬,綠地:7000, 云彩:10000;(太亮,刺眼)樹蔭下:照度(lx):地面上幾千, 亮度(cd/m2):幾百.(最舒服：100 cd/m2萬歲)月光下:地面照度1-2lx; 亮度:10-2-10-1 cd/m2,太暗,看不

2、清楚.縱觀從亮到暗的整個(gè)范圍,人眼能接受的亮人眼能接受的亮度范圍度范圍,跨越了跨越了6個(gè)數(shù)量級個(gè)數(shù)量級:但不能在一個(gè)視場內(nèi)同時(shí)接受該跨度值.在同一視場內(nèi)能接受的亮度范圍,僅為3個(gè)數(shù)量級,例如:明暗跨度過小明暗跨度過小,顯得平淡和朦朧顯得平淡和朦朧;明暗跨度過大明暗跨度過大,產(chǎn)生眩光或藝術(shù)要求產(chǎn)生眩光或藝術(shù)要求.明暗跨度較小的例子辦公室的辦公室的間接照明間接照明明暗跨度大的例子立面照明立面照明眩光的亮度范圍3.人的活動(dòng)需要合適的光線人的活動(dòng)需要合適的光線 早期早期的活動(dòng)是直接謀生存,在自然光和火光下. 他們只需要光。他們只需要光。 現(xiàn)在現(xiàn)在的活動(dòng)是間接謀生存,工作和學(xué)習(xí)-創(chuàng)造財(cái)富.必須在合適的照

3、明環(huán)境中,進(jìn)行各種各樣的活動(dòng). 他們不僅需要光，更需要光的強(qiáng)弱他們不僅需要光，更需要光的強(qiáng)弱 分分布和方向。布和方向。4.人造光人造光-電氣光源提供了光電氣光源提供了光人造光的作用人造光的作用:1)把黑夜變白晝;2)創(chuàng)造無窗的工作條件;人造光的特點(diǎn)人造光的特點(diǎn):光通量小,光強(qiáng)變化少。但不能形成合適的照度與亮度，須組合,達(dá)到：1）與人眼需要的數(shù)值吻合；2) 靈活性和多樣性的滿足;3）恰如其分，節(jié)約能源。 但是,無法直接用光源的光線來照明,因?yàn)? 1)亮度太高,大多有強(qiáng)烈的眩光(白熾燈和HID燈的亮度在106cd/m2),少數(shù)如熒光燈(104 cd/m2)也有刺目的感覺. 2)配光曲線簡單,無法適

4、合多變的實(shí)際環(huán)境. 3)大多數(shù)情況下,燈向某一方向照明,直接使用的話,光線的利用率太低. 4)溫度和電器安全上的問題溫度和電器安全上的問題. 5)配套電器要安裝/使用十分方便. 因此必須配上燈具后才能使用.5.燈具的基本功能和相關(guān)說明燈具的基本功能和相關(guān)說明: 燈具安全要求涵蓋的內(nèi)容讓光源發(fā)出的光線好好地接過來讓光源發(fā)出的光線好好地接過來,如如: 1.光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng):包容角包容角 2.光源燃點(diǎn)方向光源燃點(diǎn)方向 3.弧管支架放置位置弧管支架放置位置讓光源有盡可能長的壽命讓光源有盡可能長的壽命 電氣配合供電電壓,電器附件環(huán)境溫度封接處溫度,燈頭處溫度, MHL的外殼溫度環(huán)境溫度環(huán)境氣氛粉塵,危險(xiǎn)

5、氣體,振動(dòng)電氣配合電氣配合1.供電電壓與燈的壽命供電電壓與燈的壽命 白熾燈的經(jīng)驗(yàn)公式: 鹵鎢燈不能降壓,鹵鎢循環(huán)需要管壁溫度(2500C)供電電壓對燈的顏色的變化供電電壓對燈的顏色的變化 對金鹵燈,供電電壓的變化10%就會(huì)引起顏色變化,還會(huì)縮短壽命. 原因原因:冷端溫度變化冷端溫度變化 鹵化物循環(huán)不利鹵化物循環(huán)不利2.電器附件電器附件 1)燈座燈座 以前是使用白熾燈和高壓汞燈的以前是使用白熾燈和高壓汞燈的. 現(xiàn)在現(xiàn)在,HID光源光源的出現(xiàn)帶來的諸多變化: (1)啟動(dòng)電流; (2)溫度; (3)觸發(fā)電壓; (4)潮濕環(huán)境-外墻照明,貼地使用. 石英玻璃用鉬箔封接處的溫度(過高要氧化) 2000h

6、的話,要3500C燈管端點(diǎn)80實(shí)測值(裸光源,ta=250C) 4000K65-703)在熒光燈具中的類似問題 在不等于250C環(huán)境溫度下測試密封燈具的話,燈具效率是有問題的. 來源于環(huán)境溫度對燈管光通量的影響太大. 3.將遮擋光線的位置藏匿起來將遮擋光線的位置藏匿起來 白熾燈在燃點(diǎn)過程中,隨著鎢的蒸發(fā),泡殼壁上會(huì)沉積有蒸發(fā)的鎢而影響光輸出,在設(shè)計(jì)燈具時(shí)應(yīng)注意這方面的影響.4.電源頻率和光源電源頻率和光源光通量的關(guān)系光通量的關(guān)系1)提高熒光燈的光通量;2)減少陰極暗區(qū)的位降造成的功耗;3)陰極暗區(qū)減少了光通量.頻率與HID燈的光通量關(guān)系不大.高頻帶來了許多好處: 1) 在用電子元件得到的高頻電

7、源下,利用功率因素校正電路(PFC)可輕而易舉地得到0.99的高功率因素; 2)在高頻下低頻燈和高頻燈高頻燈,光源的電參數(shù)與工頻下大不同,頻率Hz額定功率(W)額定燈電壓(V)額定燈電流(A)兩個(gè)串聯(lián)的陰極電阻()額定予熱電流(A)鎮(zhèn)流器的電壓/電流()50361030.430400.65039020K321020.3204020-26K321280.25515+155018570.370500.550270 20K16550.2903)在高頻下,光源的壽命延長(原原因因1)波幅因波幅因數(shù)數(shù)CRF小小,陰極濺射小陰極濺射小;2)燈管壓高燈管壓高,燈管電燈管電流小流小,陰極發(fā)射電子需要量少陰極發(fā)

8、射電子需要量少);4)細(xì)管徑的燈,因其燈管電壓高,燈管電流小,無法在工頻下(不能用電感鎮(zhèn)流器點(diǎn)亮和工作)工作,如T5 28W燈管必須用高頻,高頻時(shí)的管電壓:168V,管電流170mA.與T8 36W低頻參數(shù)103V 430mA相差甚遠(yuǎn).(高陰極電阻20). 北美的F32WT8燈管也屬于這類,燈管電壓137V,燈管電流265mA.(低陰極電阻7.6).5)高頻電源的內(nèi)阻可做得很小,以至可適合短路電流(啟動(dòng)時(shí))遠(yuǎn)大于工作電流的情況.如:充氙金鹵燈(汽車前大燈)兩者為4 : 1左右,而工頻下電感鎮(zhèn)流的只能適合2 : 1左右的水平.6)在工頻和高頻下熒光燈的比較：電源頻率光通量(相對)功率因數(shù)費(fèi)用(相

9、對)資源再生循環(huán)工頻1.00.85(用補(bǔ)償電容) 1好高頻1.1-1.12 0.992-6差7)高頻下光源工作的四大特點(diǎn): a.恒功率的工作狀態(tài): 不同鎮(zhèn)流方式下電源電壓變化時(shí)的燈功率的變化（HID光源）: b.光色穩(wěn)定 得益于光源的功率變化很小的緣故.電壓變化(%)燈功率變化(%)一般鎮(zhèn)流1020CWA 1010電子鎮(zhèn)流15恒定c.流明維持率提高20-30%（指HID光源）.d.燈的壽命提高將近一倍.來源于燈功率的恒定.5。2-3KW單泡殼大功率金鹵燈的管壓單泡殼大功率金鹵燈的管壓 大功率金鹵燈的管壓為100V級,電流20-30A，充汞少,蒸汽密度低,玻殼碎裂后危及玻璃和燈具.應(yīng)換成200V

10、級電流10-15A的燈泡,充汞量為7.7-9.9mg,蒸發(fā)的鹵素是充入量的25-100%.碎裂后也不危及燈具。充汞量M(mg/cc)和蒸發(fā)后過剩鹵素X(%)的關(guān)系如下：表格M(mg/cc)X(%)前面玻璃情況點(diǎn)燈狀態(tài)結(jié)果6.6138不能測量熄滅X7.1118好不穩(wěn)定X7.7100好維持亮好8.281好好8.862好好9.343好好9.925好好10.413破損X11.57破損X12.50破損X環(huán)境氣氛環(huán)境氣氛: 振動(dòng) 防沖擊 耐候性和符合相應(yīng)氣氛要求都是保證光源長壽命的基本要求. 防松燈座: 防松固圈:防沖擊: 有多種沖擊方式: 手持沖擊錘-適合圓滑表面; 單擺沖擊錘-適合燈座等; 落球沖擊-

11、危險(xiǎn)場所的燈具; 沖擊機(jī)-船用燈具(模擬船只的運(yùn)動(dòng)).危險(xiǎn)氣氛中的燈具-防爆燈 隔爆型(隔爆腔和間隙) 增安型(采取措施)-I和I I類場所; 本安型(小電流)-各類場所; 隔爆型 增安型 本安型 充氣型場所 0類 I和I I類 各類場所讓光源發(fā)出的光線全部送到需要的地方讓光源發(fā)出的光線全部送到需要的地方: 高的燈具效率高的燈具效率: 光源的光線送出來. 在光學(xué)系統(tǒng)中的損失少. 反射比高; 透射比高. 高的照明效率高的照明效率:讓光線送到需要的地方 照明效率高就節(jié)能 燈具設(shè)計(jì)和照明設(shè)計(jì)都有很大影響.必須了解現(xiàn)代人的一些活動(dòng)：隧道照明 體育活動(dòng) 讀寫學(xué)習(xí)班 電腦學(xué)習(xí)6.燈具的定義和功能 使光源可

12、靠地發(fā)出光線,以滿足人類從事各種活動(dòng)時(shí)對光線需求的一種照明設(shè)備.現(xiàn)代的電氣燈具除電光源部分外,還包括光光學(xué)部件學(xué)部件 電氣部件和機(jī)械部件三部分電氣部件和機(jī)械部件三部分. 燈具可有照明照明 顯示顯示和效果效果功能中的任一種功能. 照明照明:發(fā)出光線用來照明對象發(fā)出光線用來照明對象,眼看物 顯示顯示:發(fā)的光線起信號或顯示用發(fā)的光線起信號或顯示用,眼看光 效果效果:光線得到氣氛或效果光線得到氣氛或效果,眼看光 燈具改變了光源的光分布，滿足實(shí)用需要的幾個(gè)實(shí)例: 遠(yuǎn)射的：工廠用： 道路用：學(xué)習(xí)用：總結(jié): 光光是涂料涂料 來源于光源來源于光源, 光源有自然光源和人工光源; 人造光是人工涂料人造光是人工涂料

13、(優(yōu)于/多于天然涂料) 來源于人工光源,即現(xiàn)代的電光源; 燈具是畫筆燈具是畫筆 提供畫家作畫; 照明設(shè)計(jì)照明設(shè)計(jì)就是畫家(照明設(shè)計(jì)師)創(chuàng)作的過程.二.燈具的幾個(gè)基本要素 1）構(gòu)造:光源 光學(xué)系統(tǒng) 電器附件 結(jié)構(gòu)件和調(diào)節(jié)件.2）性能 (1)電氣安全指標(biāo): 分類:外殼防護(hù) 防觸電 安裝面材料; 內(nèi)容:結(jié)構(gòu)(電器間隙和爬電距離 強(qiáng)度等) 絕緣材料 溫度 耐久性等; 試驗(yàn):按照GB7000(IEC60598)進(jìn)行. (2) 功能指標(biāo): 分類:室內(nèi)燈 透光燈和路燈分類; 光度學(xué)參數(shù):光強(qiáng)分布曲線 光束角 效率; 照明用參數(shù):距高比 照度分布 利用系數(shù)等 其余功能:活動(dòng)功能:調(diào)節(jié) 變色等等; 電器配件功能

14、:光控 譯碼等三.燈具的光學(xué)特性 分燈具的光度學(xué)特性和照明性能兩方面:名稱光度學(xué)特性照明性能對象一個(gè)燈具數(shù)個(gè)相同燈具一起使用后的光度特性內(nèi)涵表述該單燈具的特性多燈具效果內(nèi)容光強(qiáng)分布(配光)曲線燈具效率(光輸出比) 各環(huán)帶光通量安裝距高比 利用系數(shù)等照/亮度分布曲線 眩光數(shù)據(jù)來由實(shí)驗(yàn)室測量光強(qiáng)后計(jì)算從單燈數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際情況后計(jì)算得來作用供選擇燈具用供照明設(shè)計(jì)用1.燈具的空間光強(qiáng)分布曲線 1)立體分布形態(tài)表示:燈具射向空間個(gè)方向上的光強(qiáng)大小不同,得到的空間光分布的形態(tài)也不同,下面是它的立體形態(tài). 一個(gè)只有下半球有光線,另一個(gè)上下半球都有.優(yōu)點(diǎn):有形態(tài).缺點(diǎn):無數(shù)值(角度和大小).2)立體分布的平面表

15、示(1)特征平面上(過光軸)的分布表示,用于光分布對稱性好的燈具. 直角坐標(biāo)表示優(yōu)點(diǎn):表述很細(xì);缺點(diǎn):形象化差適用:窄角度配光 極坐標(biāo)表示優(yōu)點(diǎn):形象化好,缺點(diǎn):表述不細(xì),適用:寬角度配光(2)立體分布的平面表示a.C-坐標(biāo)系統(tǒng) 用于道路燈具和室內(nèi)燈具 圓形網(wǎng)圖 正弦網(wǎng)圖室內(nèi)燈具使用C-系統(tǒng)的說明b.H-V系統(tǒng) 用于投光燈具和泛光照明，也稱B-系統(tǒng)。為什么要用該系統(tǒng)，因?yàn)檎{(diào)節(jié)燈具角度時(shí)，對應(yīng)的V（B）平面在地面上是一條線，即地面上的一條線是網(wǎng)圖上的一條經(jīng)度線。2.燈具的效率(光輸出比)定義：問題在：光源在燈具內(nèi)和燈具外發(fā)出的光線不相同，即光源的光通量和環(huán)境溫度有關(guān)，有些光源的關(guān)系還很大，如：熒光

16、燈和高壓鈉燈。3.燈具的安裝距高比(S/H) 一個(gè)場所的照明都需要由若干個(gè)燈的光線迭加后才能完成. 例如:一個(gè)5000m2照度500lx的商場,需要2500000lm,如此大的光通量只能大量小光通量的燈來提供. 一個(gè)36W的熒光燈具給出1600lm,就要1563只; 一個(gè)400W的HID燈具給出26000lm,就要96只. 問題是怎樣布置采納使受照面上的照度均勻?燈具的配光曲線決定了兩個(gè)燈具之間的安裝距離:安裝得太遠(yuǎn),兩燈之間有暗區(qū);安裝得太近,兩燈之間有亮區(qū);距高比(S/H)的確定 1)用計(jì)算配光曲線上1/2照度角的方法, 適合于鉛垂線方向上光強(qiáng)大而其他方向上小的燈具.2)用1/4照度角的方

17、法確定適用于鉛垂線方向小而兩側(cè)大的蝙蝠翼配光曲線.4.燈具的利用系數(shù) 燈具的利用系數(shù)(CU)=從燈具中發(fā)出并最后落在工作面上的光通量工作面與燈具內(nèi)光源額定光通量光源之比. 工作面=燈具直接射向工作面的光通量 DR+室內(nèi)的多次反射光射向工作面的光通量R.CU的圖示5.燈具的等照度(平面照度)曲線1)旋轉(zhuǎn)對稱配光的燈具用-空間等照度曲線 來自空間一個(gè)過光軸平面上的計(jì)算結(jié)果.2)非旋轉(zhuǎn)對稱配光用-平面相對等照度曲線四,燈具的配光曲線及其分類 1.室內(nèi)照明燈具的CIE分類 分類名稱燈具下半球光通/燈具全光通燈具上半球光通/燈具全光通圖例直接照明型90-100%0-10%半直接照明型60-90%10-4

18、0%中間照明型或直接-間接照明型40-60%40-60%半間接照明型10-40%60-90%間接照明型0-10%90-100%2.直接照明型燈具的分類 僅對下半球空間光線而言.分類名稱安裝距高比S/H照度角1/2圖例特窄照明型S/H 0.5 1/2 140窄照明型0.5S/H 0.7 1401/2 190中間照明型0.7S/H 1.0 1901/2 270寬照明型1.0S/H 1.5 2701/2 370特寬照明型1.5S/H 370 1/23.投光照明燈具的擴(kuò)散角的定義 1/2:用于確定燈具間距 1/10:用于計(jì)算燈具數(shù)量.4.投光燈具的NEMA分類 美國電氣制造商聯(lián)合會(huì)的分類:NEMA分類

19、光束角范圍(指全角:1/10+1/10)測量或表示時(shí)的角度間隔1100V,H180102180 V,H290203 290 V,H 460304 460 V,H 700505 700 V,H 1000806 1000 V,H 13001007130040.6.1道路燈具的IESNA分類 Imax光強(qiáng)分布的形狀和位置6.2道路燈具的CIE分類投射擴(kuò)散控制近 max60o窄 90o55o不嚴(yán)格SLI70o寬 90o55o嚴(yán)格 SLI46.3國標(biāo)上的分類*不管光源發(fā)出多少光通量,光強(qiáng)最大值不得超過1000cd.燈具類型最大光強(qiáng)方向在制定的角度方向上所發(fā)出的光強(qiáng)最大允許值90o80o截光型0o65o1

20、0cd/1000lm* 30cd/1000lm半截光型0o75o50cd/1000lm* 100cd/1000lm非截光型/1000cd/五.燈具的功能分類 各種不同的場所,人有不同的要求,照明光線的方式就不同,需要的燈具自然也不相同.1.可移動(dòng)式燈具 以下只是臺燈的示例.2.裝在家具上的燈具3.下射式燈具 熒光燈和HID燈.4.吸頂燈 有熒光燈和HID燈等.5.各種不同類型的洗墻燈6.各種各樣的加強(qiáng)照明燈7.軌道燈8.各種間接燈9.線腳(槽)燈10.舞臺燈11.工廠燈(熒光燈管)12.簡式工廠燈13.高天棚工廠照明燈14.低層高工廠照明燈15.應(yīng)急照明燈和誘導(dǎo)燈16.體育用燈17.道路燈18

21、.步道燈和行人道燈19.停車場燈和車庫燈20.安保燈21.景觀燈22.投光燈五.確定防觸電保護(hù)等級和方法 防觸電保護(hù)型式有: 0類燈具類燈具:基本絕緣 I類燈具類燈具:基本絕緣+金屬外殼保護(hù)接地 II類燈具類燈具:雙重絕緣或基本絕緣+加強(qiáng)絕緣 III類燈具類燈具:電源電壓為安全特低電壓(SELV) 原來我國允許采用0類燈具,但僅適用于普通燈具(IP20的燈具),即無特殊的防塵防固體和防水措施的燈具.2002年的標(biāo)準(zhǔn)公布后已不允許使用了。各種絕緣類別的圖示:絕緣 基本絕緣基本絕緣 雙重絕緣雙重絕緣 加強(qiáng)絕緣加強(qiáng)絕緣名稱 基本絕緣+ 補(bǔ)充絕緣電氣 2U+1000 4U+2750 4U+2750強(qiáng)度

22、 2U+1000 2U+1750絕緣 2 4 4電阻(M) 2+3各種類別防觸電保護(hù)等級的燈具圖示:0類燈具類燈具 I類燈具類燈具 II類燈具類燈具 III類燈具類燈具依靠基 基本絕 雙重絕緣 電源電壓本絕緣 緣加外 或加強(qiáng)絕 50V 殼保護(hù) 緣 (R.M.S) 接地防觸電保護(hù)等級圖示 綠色綠色:絕緣體(基本絕緣材料);黑色框黑色框:易觸及部件或外殼, 紅色紅色:帶電體; 藍(lán)色:接地.六.確定支承面材料的分類定義:普通可燃材料普通可燃材料:引燃溫度引燃溫度2000C,此時(shí)不變形和強(qiáng)度不下降.非可燃材料:不助燃的材料.易燃材料:除此之外的材料.分類:適宜安裝于普通可燃材料表面的固定式燈具適宜安裝

23、于普通可燃材料表面的固定式燈具.只能安裝于非可燃材料表面的固定式燈具只能安裝于非可燃材料表面的固定式燈具.可移式燈具和手提燈具(無符號規(guī)定).意義:明確燈具的可安裝位置.七.燈具的外殼防護(hù)等級分類IEC規(guī)定的IP等級的表示方式 用IP后緊跟的兩個(gè)特征數(shù)字XX表示,表為IPXX的形式.第一個(gè)特征數(shù)字表示防固體物的能力,有1,2,3,4,5,6六個(gè)數(shù)字表示.第二個(gè)特征數(shù)字表示防液體的能力,有1,2,3,4,5,6,7,8八個(gè)數(shù)字表示.注意: 1)任何一個(gè)電器(不管是室內(nèi)用的還是室外用的)都有一個(gè)IP等級與之對應(yīng),供照明設(shè)計(jì)選擇時(shí)參考;2)一個(gè)電器中不同部位采用了不同的措施后可有不同的IP等級表示其能力;3)IP是英文ingression protection的縮寫;4)應(yīng)該選用或設(shè)計(jì)適用于使用場所的最經(jīng)濟(jì)的外殼形式,并非越高越好,做到恰如其分. IPXX等級的意義 第一位特征數(shù)字所代表的防護(hù)等級第一位特征數(shù)字 防護(hù)等級簡要說明不能進(jìn)入外殼的說明0無防護(hù)沒有專門的防護(hù)1防大于50mm的固體異物人體的一部分,如手(不能防止有意識的接近)直徑大于50mm的固體2防大于12mm的固體異物手指或類似物體長度不超過12mm,直徑大于