電氣照明03第二章電光源

第一節(jié)白熾發(fā)光和熱輻射第二節(jié)氣體放電第三節(jié)白熾燈和鹵鎢燈第四節(jié)熒光燈第五節(jié)高強氣體放電燈第六節(jié)場致發(fā)光第七節(jié)性能比較和選用第三章電光源電光源發(fā)展簡史1802年英國科學家Humphry

Davy顯示了白熾現(xiàn)象1879年美國科學家愛迪生發(fā)明了第一只白熾燈1906年研制成功高壓汞燈,1930年應用于照明1938年熒光燈問世60年代金屬鹵化物燈研制成功70年代發(fā)明了鋁酸鹽系列三基色熒光粉1979年PHILIPS發(fā)明了第一只節(jié)能燈電光源發(fā)展簡史光源分三類熱輻射電光源：白熾燈（1879年）、鹵鎢燈（1959年）氣體放電光源：低氣壓放電燈：低壓鈉燈(1931年)、T12熒光燈(1936年)、三基色熒光燈(1973年)、緊湊型熒光燈(1980年)、T5熒光燈(1995年)

、無極燈(2003年)

高強度氣體放電燈：高壓汞燈(1936)、高壓鈉燈(1965年)、金屬鹵化物燈(1964年)

固體電致發(fā)光光源：主要有半導體發(fā)光二極管(LED)，但替代目前常見照明產(chǎn)品仍需很長時間。

電光源發(fā)展簡史第二代和第三代電光源

20世紀30-40年代，人類又相續(xù)發(fā)明了直管熒光燈、低壓鈉燈、高壓汞燈（第二代電光源）。到本世紀70年代細管徑熒光燈、緊湊型熒光燈、高壓鈉燈、金鹵燈也相續(xù)被人類發(fā)明（第三代電光源），此時期電光源產(chǎn)品得到了快速的發(fā)展，已成為人類不可或缺的產(chǎn)品。電光源發(fā)展簡史第四代光源-無極燈無極燈屬于第四代照明產(chǎn)品，無燈絲，無電極，是無電極氣體放電熒光燈的簡稱。無極燈是綜合應用光學、功率電子學、等離子體學、磁性材料學等領域最新科技成果研制開發(fā)出來的高新技術產(chǎn)品，是一種高光效、長壽命、高顯色性，代表照明技術未來發(fā)展方向的新型光源。無極燈分內(nèi)耦合無級燈和外耦合無級燈。電光源發(fā)展簡史第四代光源-LED

同樣為第四代電光源的LED也經(jīng)過了一個相當長的歷史過程。

1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。二十世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的實驗中使用半導體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。

20世紀90年代后期，研制出通過藍光激發(fā)YAG熒光粉產(chǎn)生白光的LED，但色澤不均，使用壽命短，價格高。隨著技術的不斷進步，近年來白光LED的發(fā)展相當迅速，白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過100lm/W，實驗室研究成果可以達到230lm/W，大大超過白熾燈。電光源固體發(fā)光光源氣體放電光源熱輻射光源：白熾燈、鹵鎢燈電致發(fā)光光源：半導體燈（發(fā)光二極管）輝光放電光源：霓虹燈弧光放電光源低壓：低壓汞燈/鈉燈高壓：高壓汞燈/鈉燈、金鹵燈電光源的分類白熾體的重要特征：隨著輻射體的溫度升高，輻射的色表從暗紅，經(jīng)過橘黃，發(fā)白，然后是熾藍。即色溫隨著輻射體的溫度升高而提高。熱輻射發(fā)光光源是利用電流將燈絲加熱到白熾程度而產(chǎn)生熱輻射發(fā)光的一種光源。例如白熾燈和鹵鎢燈，它們都是以鎢絲作為輻射體，通電后使之達到白熾程度時產(chǎn)生熱輻射。（白熾狀態(tài)：物體溫度達到1700℃以上就發(fā)白光，這種狀態(tài)叫白熾狀態(tài)。）鎢絲輻射的范圍很廣，可見光占很少比例，紫外線也很少，絕大部分是紅外線，輻射隨溫度升高而增加，可見光增加更快，工作溫度越高，燈的光效率越高。第一節(jié)白熾發(fā)光和熱輻射1、氣體放電的伏安特性★OC段：非自持放電,電流約在

10－6A以下具有負的伏安特性

★D點：著火點,可自持放電★E點：穩(wěn)定的自持放電點★自持放電輝光放電弧光放電單獨接電源時無法穩(wěn)定工作

二、氣體放電★常用鎮(zhèn)流器：

電感、節(jié)能型電感、電子、電子調(diào)光2、氣體放電光源的電氣附件1)鎮(zhèn)流器★功能：防止電流失控、保證放電燈在正常電特性下工作2)啟輝器★功能：預熱燈的電極,并與串聯(lián)的鎮(zhèn)流器一起產(chǎn)生脈沖電壓使燈啟動3)補償電容器★功能：提高功率因數(shù)cos,減少線路損耗二、氣體放電1.額定電壓(V)光源及其附件組成的回路所需電源電壓的額定值燈泡(燈管)的設計功率值2.額定功率(W)三、照明電光源的主要性能指標兩種定義形式新光源剛開始點燃時的光通量(初始光通量)新光源點燃100h以后的光通量保證電光源正常工作、經(jīng)濟運行——光源能產(chǎn)生額定的光通量光源在額定電壓下工作時所具有的有功功率值三、照明電光源的主要性能指標燈泡(燈管)額定工作時所發(fā)出的光通量(額定光通量)3.光通量(lm)燈泡(燈管)在額定狀態(tài)下消耗單位電功率所發(fā)出的光通量——簡稱光效4.發(fā)光效率(lm/W)兩種定義形式新光源剛開始點燃時的光通量(初始光通量)新光源點燃100h以后的光通量光源供電電壓是額定的、電功率是額定的、且光源在使用的有效壽命期內(nèi)累積點燃的小時數(shù)

5.壽命(h)三、照明電光源的主要性能指標壽命的定義全壽命:從第1次點燃起到損壞止累計點燃的小時數(shù)平均壽命:同一組光源試樣從一同點燃起到50%損壞止累計點燃的小時數(shù)有效壽命:從點燃起到光通量衰減為初始值的某一百分數(shù)時累計點燃的小時數(shù)色表和顯色性6.顏色特性

(光色指標)取決于光源的光譜能量分布，用顯色指數(shù)描述

取決于光源的色溫分暖、中間、冷色7.啟(點)燃時間與再啟(點)燃時間(min)啟燃時間：從光源接通電源起到光通量達穩(wěn)定值所需的時間再啟燃時間：正常工作的光源熄滅后將其重新點燃所需的時間是指保證光通量額定值的損耗≮20%～30%的時間★閃爍交流供電的光源點燃時,其光通量隨電流的增減發(fā)生周期性明暗變化的現(xiàn)象

8.閃爍與頻閃效應★頻閃效應在以一定頻率變化的光線照射下,觀察到的物體運動呈現(xiàn)靜止或不同于實際運動狀態(tài)的現(xiàn)象★消除頻閃效應的方法移相、使用電子鎮(zhèn)流器三、照明電光源的主要性能指標1.白熾光源的型號命名

2.氣體放電光源的型號命名

第1部分：字母，表征光源名稱特征的漢語拼音首字母第2、3部分：數(shù)字，表征電光源的光電特性

第1部分：字母，表征光源名稱特征的漢語拼音首字母第2部分：數(shù)字，表征電光源的光電特性注意：

型號的各部分應直接連寫當相鄰的兩部分同為字母（數(shù)字）時，則需要用“－”分開四、光源型號命名四、光源型號命名主要內(nèi)容:一、構造特點二、主要類別三、光電參數(shù)及特性第二節(jié)白熾燈特點：曲線柔美、外形小巧；極低的初始成本令人愉悅的暖色光；優(yōu)異的顯色性多樣的外形和涂層；簡便的安裝特性1.燈絲★白熾燈泡的發(fā)光體★材料：鎢絲直徑和長度：由燈泡的規(guī)格決定

形狀：螺旋型(單螺旋、雙螺旋、三螺旋)

一、構造特點減少氣體熱傳導引起的熱損，提高燈的發(fā)光效率多用于40W以上的充氣燈泡中

2.玻殼★用透明玻璃吹制或壓制成對稱或不對稱形狀

★表面處理：彩色、磨砂或乳白在反光鏡部位蒸鍍反射鋁層或介質膜反射面

一、構造特點采用彩色玻璃或在玻璃內(nèi)壁/外殼敷涂上彩色涂層

避免由燈絲引起的眩光光利用率高、集光性好，能使光束定向發(fā)射3.燈頭

★作用：固定燈泡、接通電源

★種類：螺口式E

卡(插)口式B

聚焦式P

機械夾緊式雙金屬插腳式

普通燈泡大功率燈泡體積大、功率大燈泡4.燈內(nèi)成分★作用：防止鎢絲蒸發(fā)，提高光效，延長壽命

★氮氣體：光效為11lm/W(單螺旋)

氬氮混合氣體：光效為12.5lm/W(單)或13.5lm/W(雙螺旋)

特別強調(diào)發(fā)光效率時充氪氣體：光效為15lm/W(雙螺旋)一、構造特點——是燈的電連接和機械連接部分

光通分布或燈絲的位置有嚴格要求1.普通照明用白熾燈用于民用建筑(住宅、賓館、餐廳、商店等場所)2.裝飾用白熾燈與建筑燈具相配，形成多種藝術風格(蠟燭形燈泡與節(jié)日彩泡)

3.反射型燈泡用于商店櫥窗照明、物品展示照明等需要光線集中的場合4.局部照明燈泡(俗稱低壓燈泡)用于便攜式手提燈、機床照明燈等

二、主要類別1.光電參數(shù)光效：低，約為10～15lm/W（8～21.5lm/W）壽命：低，平均壽命約為1000h啟燃時間：短，瞬時啟燃/再啟燃色表：暖，約2400～2900K（2700～3000K）顯色性：好，Ra達99～100（接近太陽光）2.特性電壓特性：端電壓＞額定值→壽命降低端電壓＜額定值→光通量降低調(diào)光特性：可在0～100%范圍內(nèi)即時連續(xù)均勻反復調(diào)光開關性能：開啟瞬間產(chǎn)生很大的脈沖電流但開關次數(shù)對壽命影響很小三、光電參數(shù)及特性主要內(nèi)容:一、鹵鎢循環(huán)二、鹵鎢燈的結構特點三、主要類型及其光電參數(shù)第三節(jié)鹵鎢燈一、鹵鎢循環(huán)（1-1）1.鹵鎢循環(huán)反應低溫時產(chǎn)生化合反應高溫時產(chǎn)生分解反應2.鹵鎢循環(huán)過程

鎢絲通電其溫度↑→蒸發(fā)鎢→鎢朝泡壁方向擴散，并與鹵素反應產(chǎn)生鹵化鎢→鹵化物擴散到燈絲周圍并分解→鎢沉積在燈絲上，鹵素再擴散到泡壁區(qū)參與下一輪循環(huán)3.鹵鎢循環(huán)溫度

鎢和多種鹵素成分生成無色鹵化鎢的玻殼溫度范圍不同碘鎢燈：250～600℃溴鎢燈：200～1100℃1.泡殼尺寸小，機械強度高

★充分的鹵鎢循環(huán)反應要求玻殼溫度高，因此燈內(nèi)氣體壓強高玻殼采用耐高溫石英玻璃或低堿硬質玻璃——成本高2.燈絲密且較長

要用支架托住燈絲，不致產(chǎn)生下垂

★泡殼尺寸較小，機械強度高，一般為細管形或小球形燈的體積縮小到同功率白熾燈的0.5%～3%3.燈管封接要求高

要采用高穩(wěn)定性的鉬箔作為導電體二、鹵鎢燈的結構特點1.主要類型

★雙端管形鹵鎢燈——市電型特點：發(fā)光體呈線狀功率：100～2000W應用：泛光照明★單端鹵鎢燈——市電型特點：點狀或面狀功率：75～250W應用：影視/舞臺/劇場照明展示照明臺燈、落地燈小型射燈

三、主要類型及其光電參數(shù)★反射型鹵鎢燈——低電壓型功率：5～300W

應用：聚光、泛光和定向照明市電型：工作電壓為100～240V低電壓型:工作電壓有6、12、36V

色溫：2700～3200K

光效：15～30lm/W

壽命：1500～2000h(雙端)、1000～3500h(低電壓冷光束)2.光電參數(shù)

注意：電壓特性：與白熾燈相似，但電壓變化→色溫變化明顯可調(diào)光性：調(diào)光范圍大，但頻繁調(diào)光時應注意燈的熱學特性，保證管壁溫度處于黑化范圍之上壽命特性：影響壽命因素較多，從使用角度來說以震動為主三、主要類型及光電參數(shù)四、鹵鎢燈的型號LZJ

光束角

額定功率

額定電壓

介質膜反光鏡

照明

鹵鎢燈主要內(nèi)容:一、結構及工作原理二、主要類型三、參數(shù)及其工作特性第四節(jié)熒光燈特點：高光效、發(fā)光均勻、光色柔和、結構簡單、安裝方便一、結構及工作原理1.玻管形狀：細長管型玻管長度：約每英尺10W管徑：T12、T8、T5T代表1/8英寸(3.175mm)管徑約為T后面的數(shù)乘3.175mm一、結構及工作原理2.熒光粉3.電極4.汞和惰性氣體將紫外輻射轉換成可見光發(fā)射電子汞：放電介質惰性氣體：抑制電極上電子發(fā)射材料的蒸發(fā)與濺散

1.直管型熒光燈

T12（管徑38mm）T8（管徑25mm）T5（管徑16mm）趨勢二、主要類型2.環(huán)形熒光燈

分體式環(huán)形熒光燈

一體化環(huán)形熒光燈

二、主要類型2.緊湊型熒光燈

一體化緊湊型熒光燈

插拔式緊湊型熒光燈

二、主要類型1.燈管電壓和燈管功率

燈管電壓：工作電流在燈管上產(chǎn)生的電壓降燈管功率：燈管在額定電流下消耗的功率2.顏色特性

熒光燈的顏色特性取決于熒光粉的配方色溫：常用三種標準白色暖白光(2900K)、冷白光(4300K)、日光(6500K)Ra：鹵粉(50～70)、三基色(80～85)、三基色多譜帶(＞90)三、參數(shù)及工作特性鹵磷酸鈣熒光粉三基色熒光粉3.光通量和發(fā)光效率額定光通量指點燃100h后的輸出光通量光效：一般在27～82lm/W4.壽命平均壽命：3000～5000h（國產(chǎn)）

注意：使用壽命與其啟動的頻繁程度有關

啟動越頻繁，使用壽命越短三、參數(shù)及工作特性5.電壓特性★電壓↑→燈管電流↑→電極過熱→電子發(fā)射物消耗↑→壽命↓★電壓↓→燈管電流↓→電極溫度↓→需多次啟動→電子發(fā)射物消耗↑→壽命↓★調(diào)光較困難6.溫濕度對燈性能的影響★溫度的影響溫度變→蒸氣壓強變→光通量輸出變→影響光效最佳點燈環(huán)境溫度:20～35℃★濕度的影響濕度過高(75%～80%)會使燈具啟動困難、縮短壽命相對濕度在60%以下對熒光燈工作有利7.頻閃效應★頻閃效應較明顯三、參數(shù)及工作特性四、熒光燈的種類和變形熒光燈按其材料和功能來分類，有以下一些種類：普通鹵粉熒光燈（普通照明用）三基色熒光燈（普通照明用）紫外熒光燈（保健、消毒用）彩色熒光燈（裝飾用）其它特殊熒光燈（如暗室膠片沖洗用、生物生長用等）主要內(nèi)容:一、熒光高壓汞燈二、金屬鹵化物燈三、高壓鈉燈第五節(jié)高強度氣體放電燈(HID燈)1.結構2.類型及應用★燈頭：一般為螺口燈頭★放電管：封裝有主、輔電極充有汞和氬氣★玻璃外殼：減少放電管的熱量損失，且內(nèi)壁涂有熒光粉以提高光效或改善光色★普通型：道路/廣場照明

★反射型：聚光/泛光照明

★自鎮(zhèn)流型：一般不用一、熒光高壓汞燈主要用于室外照明

3.基本性能★啟燃時間：4～8min，再啟燃時間:5～10min★發(fā)光效率：普通/反射型——40～60lm/W

自鎮(zhèn)流型——12～30lm/W★顏色特性：色溫——5000～5400K，顯色指數(shù)——30～40★有效壽命：普通/反射型——

5000h，自鎮(zhèn)流型——3000h★電壓特性：電壓過低→不啟動/自熄電壓過高→壽命降低一、熒光高壓汞燈4.高壓鈉燈的應用

高壓鈉燈光效高，但顯色指數(shù)偏低，光色偏黃，所以常用于對光色要求不是太高，但亮度要求高的場所。高壓鈉燈適用于：道路、廣場、停車場、碼頭、大型工場、礦區(qū)照明等。一、熒光高壓汞燈1.結構2.主要類型及參數(shù)

與汞燈相似，但放電管內(nèi)充有金屬鹵化物，以提高光效、改善光色★鈉鉈銦燈：80lm/W、5500K、Ra＝60～70★鏑燈：75lm/W、色溫接近日光、Ra＝90★鈧鈉燈：80lm/W、Ra＝60～70

二、金屬鹵化物燈二、金屬鹵化物燈3.基本性能★啟燃時間：4～15min，再啟燃時間：10min左右★電壓特性：電壓變化10%→色溫將降低500K或升高1000K

電壓突降→自熄4.特點發(fā)光效率高(60-90Lm/W);顯色性好(Ra:70－90);壽命長(10000-20000H);功率范圍寬(35-2000w);二、金屬鹵化物燈3.應用金鹵燈光效高、壽命長、顯色指數(shù)高、除了常歸照明用途外，還可以制成多種彩色燈，因此，應用十分廣泛。金鹵燈常用于以下場所如：道路、廣場、體育場館、商場、廣告標牌、建筑物立面照明、園林景觀裝飾照明等等。1.結構2.主要類型

與汞燈相似，但屬于高壓鈉蒸氣放電光源★普通：色溫2000～2100K，顯色指數(shù)約20～25

光效約90～150lm/W,平均壽命約28500h

★改顯：色溫約2300～2500K,顯色指數(shù)約60左右

★高顯：色溫約2500～3000K,顯色指數(shù)約80左右三、高壓鈉燈高光效（120LM/W）；功率范圍寬（從35W-1000W）結構簡單緊湊；壽命長（15000-20000h）；光色金白色。3.基本特性★啟燃時間:4～8min,再啟燃時間:10～15min

★電源電壓變化主要影響光通量輸出和燈的穩(wěn)定工作

三、高壓鈉燈主要內(nèi)容:一、結構二、特點及應用第六節(jié)低壓鈉燈1.放電管直徑約14～18mm的U形管2.電極封裝在U形放電管的兩端，多為三螺旋鎢絲電極3.外管抽真空，內(nèi)壁涂上透明紅外線反射膜，以維持放電管的溫度

一、結構1.特點發(fā)出的光主要是589nm和589.6nm兩條諧振譜線色溫很低(黃光),顯色性很差,但光效很高(達150lm/W)特別適用于鐵路、高架路、隧道和交叉路口等能見度要求高而對顯色性要求不高的場所的照明2.應用二、特點及應用主要內(nèi)容:一、場致發(fā)光燈二、半導體燈第七節(jié)場致發(fā)光燈和半導體燈1.構成★組合成平板狀——場致發(fā)光屏（EL）★由玻璃板、透明導電膜、熒光粉層、高介電常數(shù)反射層、鋁箔等迭合而成一、場致發(fā)光燈某些材料(熒光粉)在電場中直接把電磁場能轉化為光能.

粉質場致發(fā)光屏：如平面顯示器(ELP)

場致發(fā)光膜：如數(shù)字指示器(FEL)2.特點★光效：低于15lm/W、壽命：超過5000h★耗電省、響應快、發(fā)光條件要求不高、便于控制★通過電極的分割使電源分開，做成圖案與文字3.應用指示照明或飛機、輪船儀表的夜間顯示

一、場致發(fā)光燈1.構成

P-N結：當PN結加正向偏壓，電子和空穴克服PN結的勢壘，分別遷入P層和N層，電子與空穴結合時其能量差以光子的形式釋放出來2.特點

體積小、重量輕、耗電省、壽命長、亮度高、響應快3.發(fā)展

★20世紀60年代：0.1lm/W，紅色光（650nm）★20世紀70年代：1lm/W，顏色擴大到紅色至綠～黃色★20世紀80年代：10lm/W★20世紀90年代：紅黃光、綠藍光、白光二、半導體燈4.白色發(fā)光二極管與白熾燈泡的特性比較

結論：★壽命長，達到白熾燈的10倍以上

★光效較高，可以與白熾燈媲美★單只LED的光通量太小，若達到60W白熾燈的光通量

需1500只發(fā)光二極管組合在一起

★價格昂貴燈種類光通量(lm)發(fā)光效率(lm/W)色溫(K)顯色指數(shù)(Ra)價格(美元)壽命(h)燈壽命一半時光衰白熾燈(普燈60W)9001528001001.361000＞90%白色LED(5mm)0.610＞600085110000(50%Φ)75%二、半導體燈5.現(xiàn)狀

作為照明光源，LED不具備替換白熾燈的可能性，但高效率、長壽命的LED發(fā)展成為普通照明光源已不是夢想6.應用

★顯示器：圖像與文字顯示器，廣泛用于廣告行業(yè)★指示燈：各種電器的指示燈或雙色、三色、多色指示器★交通信