照明基本知识培训

1第一章 照明基本知识 1-1、概述1-1、照明的意义：什么是照明？单纯的光源并不等于照明，照明是能给周围各种对象以适宜的光分布，通过视觉达到以下两方面的要求。1）易正确识别人们所欲知的对象。 2）易确切了解人们所处的周围的状况。照明大致可分为：以功能为主的明视照明和以舒适感为主的气氛照明。作为照明的目的，明视固然重要，而舒适感、高兴、心情舒畅也是非常重要的。前者和视觉工作对象关系密切而后者与环境关系大。从照明的属性看，可分为生理照明和心理照明。当然，属于何种照明，不能简单决定，而是要看各种照明所给的比重大小，照明对象和照明技术的关系列于表一照明对象与照明技术关系 （表一）照明对象 照明技术 照明要求的属性视觉工作对象 明视照明 生理照明环境 气氛照明 心理照明1-2对照明技术的要求：综合以上的叙述，可见对照明技术有如下四方面的要求1）满足照明质量的要求（照度、均匀度、防眩光、显色性等）2）实用，灵活3）节约用电，安全可靠4）便于维护和保养1-3简述照明发展史远古时期，人类祖先发现了火，这完全是生理照明的需求，以便于生存，取暖直至狩猎煮食、打仗，于是火就成为社会发展的一个重要因素，直至十八世纪前，煤油和气灯是电灯发明以前的主要照明。近、现代照明是从电能的被发现和利用开始的。从此照明工程学也随之诞生。照明的发展是随着光源的发展而发展的，人们首先发明白炽灯，在白炽灯基础上研2制成卤钨灯。随着荧光灯的发明，标志着电致发光的出现，作为低压放电灯在荧光灯之后又研制出低压钠灯及氖灯，高压放电灯最先研制出来的是汞灯，随之面市的是高压钠灯，金卤灯、氙灯、镝灯作为光源的新品种场致发光也在 20 世纪后期研制出来，这就是发光二极管，LED的大功率已进入实用阶段。1-4照明的组成1、光源的实用分类 白炽灯-热幅射 白炽发光 卤钨灯汞灯金卤灯高压放电灯 高压钠灯氙灯光源 -电致发光 荧光灯低压放电灯 低压钠灯- 场致发光LED-激光发光 激光2、灯具：从光束角来分有窄光束，中光束和宽光束从反射器的进步是从搪瓷，高纯铝氧化到玻璃镀膜直到现在的棱形玻璃以增加局部的漫反射和折射而减少眩光增加均匀度。3、 电器：镇流器有电感式（L） 型，漏磁式（CWA）型和电子镇流器三种4、 照明系统工程：主要包括照明设计和灯具设计两大部分 1-2 基本照明术语2-1、光的本质光是什么，光是一种电磁波，是一种幅射。作为幅射，我们可以将光看成是直线传播，作为电磁波，我们可以将光看成是一种波动传播，当波长在 380760nm 范围内，我们人眼的视觉神经就会对此种波长的电磁波产生反应，并将信号传递到大脑，就是我们称之为光的感觉。如下图所示：3紫外 可见光 红外0 380 760 nm波长小于 380nm 的称为紫外，波长大于 760mm 的称为红外2-2 照明术语1光通量：单位时间内所发出的光的多少或单位时间内所接收的光的多少符号： 单位：LM2光强：单位立体角内所包含的光通量的多少，称为光强。符号：I 单位：cd I=d/d 公式 1-11cd=1lm/sr 式中：: 立体角 sr：球面度3照度：单位面积内所通过的光通量的多少符号：E 单位：lx E=d/dA 公式 1-21lx=1 lm/m2 式中: A: 面积4亮度：光线照射到被照面后，人眼接收到光的多少符号：L 单位：nt L=dE/d= dI/dAcos 公式 1-31nt=1cd/m2 5.距离平方反比定律： E=I/d 2 公式 1-4A1 A2从图中可知： d: 距离1m A：面积2m面积 A2是 A1的 4 倍，而光强相等。A 2单位面积上的照度就只能是 A1的 1/4，很明显就能反映出 E=I/d2的关系2-3 各光量之间的关系举例例一：一只投光灯，反射器包角为 120，光源光强为各向均等 200cd，反射器反射率为=0.7，试求反射光的光通量。解： = 2I=3.142x200=1884(lm) 反=x=0.7x1884=1318.8(lm)4解析：整球的表面积为 4R 2，120包角的球冠表面积为 ar而 a=sin60r=0.866r 120则 4-0.866=3.14= 2120 ar例二：求离一只发光强度为 60cd 的灯泡,1.5m 处的垂直投射面上的照度E=I/d2=60/1.52=26.7lxI 1.5m1-3 光和视觉：3-1视觉： 光线射入眼睛后产生的视觉包括看见明暗的光觉，看见物体形状的形态觉，看见颜色的色觉，看见物体运动的动态觉，看见物体远近的深浅的深度觉或立体觉的综合3-2 视觉能力人眼的亮度阈限在 10-6cd/m2106cd/m2对比灵敏度：被识别对象与背景的亮度之差和背景亮度之比称为对比灵敏度，对比灵敏度影响物体的可见度，对比通常按下式表示：C= A-B 公式：1-5A式中：C ：对比度 A：背景亮度； B：物体亮度C 值越大，越容易识别物体；C 值越小，分辨物体越困难5第二章 光源2-1 各种光源的介绍：1、白炽灯，是将灯丝（W）加热到白炽的温度，利用热幅射（温度幅射）而幅射出可见光的光源。2、卤钨灯：在白炽灯内充入一定的卤素元素化合物，形成卤钨循环，以保护灯丝，提高光效，缩小体积，延长寿命。3、荧光灯：是靠热阴极弧光放电，使管内充填的汞被电离激发，在激发的汞原子和电子的共同作用下，使灯管内敷的荧光粉被激发发光。4、高压气体放电灯种类很多，如高压汞灯、高压钠灯、镝灯、氙灯、碘镓灯，铟灯，金卤灯等等，所有的气体放电灯都是对金属加热，使之蒸发气化，放电发光。谈到高压气体放电灯，不能不谈到汞，汞是一种能在常态下呈液态的金属，它还有一种特性，就是在常温下就具有一定的蒸气压，温度升高，蒸气压可达到 104 乇左右，中心部分可达 6000K，汞原子中的电子在能级跃迁过程中释放能量，发出光和热，这就是高压汞灯的发光原理。2-2 光学专用词汇介绍1、灯功率：是指灯管的视在功率。 （W）2、光源光通：灯管所能发出光的多少（LM）3、灯管压：实际加在电极两端的电压（V）4、灯电流：流经灯管的电流（A）5、光效：每瓦的光通量（lm/w）6、色温：灯管所发出光的颜色和标准黑体加热至和灯管光色一致时或相近时的温度，规定为该光源的色温。用绝对温度 K 表示。7、显色指数：光源对物体本身颜色的呈现程度称为显色性，用显色指数表示符号Ra（% ）6常用金卤灯电参数 表 2-1美标 欧规格管压 V 管电流 A 管压 V 管电流 A400W 135 3.25 100 4.6250W 130 2.13 100 3.0色温与感觉对照表 表 2-2色温（K） 感觉 光源5000 清冷 日光灯、汞灯、高色温节能灯各种光源光参数对照表 表 2-3光源种类 光 效 色 温 k 显色指数 Ra 寿 命 h白炽灯 713 19002100 100 1000卤钨灯 1321 21002300 100 2000汞灯 6070 6500 3050 10000金卤灯 90110 4000 65 20000高压钠灯 100110 17002100 30 以下 20000荧光灯 5080 27006500 6070 10000 2-3 金卤灯3-1 金属卤化物灯有好几种系列主要有：Sc-Na 系列、Na-In-Ti 系列，而使用最多的是Sc-Na 系列。金属卤化物灯和汞灯相似，除充填汞和惰性气体外还充填能发光的金属的卤化物（以碘化物为主）将发光金属制成卤化物形式有如下优点：1、要使金属发光，就需要高的金属蒸气压，而一般来讲金属卤化物的蒸气压比单金属高。72、能保护金属，使其在高温下尽可能少的和石英玻璃起反应，卤化物能抑制这种反应。3-2 金卤灯结构金卤灯分为欧标和美标，其结构也有不同如图 图 2-1内灯管均采用石英玻璃制成，内充填金属卤化物。电极为钍钨制成。外灯壳内充填惰性气体以保护金属支架美标金卤灯和欧标金卤灯在结构上不同点是：有一辅助触发电极3-3 金卤灯的光学特性1）NaI-InI-T:I 系列 2）Sc-Na 系列图 2-2Na：589nm Na：589nmTi：535nm Sc：在整个可见光部分有连续弱谱线In：411 451nm 各种类型的金卤灯其紫外幅射都比高压汞灯弱， ，而发光效率都要高很多，这是因为金卤灯辐射能量主要集中在可见光部分，另外金卤灯在可见光部分辐射连续性强且较均匀，因而显色指数也比汞灯高很多。电极电极引线内灯管外泡壳灯头电极内灯管外泡壳电阻灯头辅助电极双金属片8金卤灯色温和平均显色指数 （表 24）34 金卤灯的启动特性金卤竹比汞灯的启动电压高，这是因为1) 金属卤化物的吸潮性较强，潮气分解后的氢和氧使灯更难启动。2) 金属卤化物分解后的游离卤元素对启动造成一定困难。对此，金卤灯的启动器较汞灯有很大改进。配置能产生宽脉冲的高压启动器，标准为不小于 500us，而实际上制成的启动器均在 700us 以上，脉冲幅度为 700800v，同时为使灯易启动，在灯管内用氖氩混合气替代汞灯中的氩气作启动气体，镇流器的二次空载电压也要比汞灯高。3-5 点灯位置金卤灯一般来讲，点灯位置对光电特性影响较大，所以在使用中应注意使用位置和光源型号相匹配。2-3 美标金卤灯和欧标金卤灯的比较 (表 25)项目 美标 欧标管电压(v) 135 100管电流(A) 3.25 4.6结构 有辅助触发电极 无对电器要求 (CWA)型可不配触发器 L 型配 1Kv 触发器要配 35Kv 触发器比较 触发电压低 540v 左右,对灯管损坏小触发电压高,对灯管损伤大。触发电压在 3000v规 格 色 温 K 显色指数 RaNaInTi 42005500 6570ScNa 38004200 65709左右寿命 长 短 2-4 光源的评价1光量特性：总光通,光效,寿命,紫外幅射,热幅射.2光质特性：光色,色温,显色性，闪烁3电气特性：输入功率，管电压，管电流，电压特性，启动特性，再启动特性，电磁干扰，噪声等。4机械特性：形状尺寸，结构，灯头，重量,机械强度,抗震性，耐冲击性5经济特性：初始价珞，设备费用，经济效率，寿命。6心理特性：舒适性、装饰性，美观性，气氛性，特殊显示性，调和性7和使用有关的其他特性：安装，维护简易性，配件互换性。在对光源进行评价时要特别重视a) 光效，这是能否节能的主要指标b) 色温，在各种不同场合和地区应选择不同色温的光源c) 显色性，商业照明应选择高显色性光源，而道路照明等对显色性要求就低。d) 寿命，这是重要的经济指标之一。10第三章 电器3-1 灯具专用电器的一般原理。所有气体放电灯，包括荧光灯，汞灯,金卤灯都需要配备镇流器才能正常工作。镇流器是由铁芯和线圈组成,一种是制成变压器形式的,我们一般称为 CWA 型,另一种是制成电感式的我们称为 L 型对于放电灯有如下图的伏安恃性图 3-1从图中可以看到当电流增加 I 时,灯电压就会下降 V，但此时供电电压仍然为Vo,而此时电流己保持在 I+I 的水平上,这样就会引起电流呈加速度增长，从而达到使灯破坏的程度。所以为了限制电流的增长，使灯管的工作点始终保持在 V0这样一个合适的位置上，就必须要设镇流器。镇流器有两个作用，即供给灯适当的电流和功率。由于电压波形畸变成不规则的矩形或梯形，而电感的滞后效应，使电流的响应会有一定的相位差，在交流电中，电压电流的波形如图 3-2。而在灯管中电压电流波形如图 3-3。图 3-2 图 3-3灯管工作时，必须达到额定的设计功率，由于灯管电流对电压的滞后，会发生相位差，11以及畸变造成的双重影响，就需要增大电流的幅值以换取功率的稳定，这样就要从电网中抽取更大的电流以满足灯的正常工作。这样一来，灯管内流经的电流虽然还是标定值，但从电网中抽取的电流将会增加。这是纯电感镇流器的一个弱点，也就是电感式镇流器功率因数低的原因。为了能弥补由于相位差引起的功率损耗，提高回路的功率因数，在回路中并接一个合适的补偿电容来作为功率因数的补偿，没有补偿电容时功率因数大约为 5060%，增加补偿电容后能达到 90%，好的配置能达到 95%。图 3-4触发器，由于金卤灯蒸气压较高，启动较困难，所以启动都需要增加一个启动器，也就是触发器，触发器的作用是给灯管一个高压脉冲，以激发电极产生辉光放电，才有可能产生热电子幅射。3-2 电器铬牌解释：除厂名、厂址外，有关的技术参数应注明；一、镇流器1、 用于什么灯2、 功率：W3、 输出电流：A4、 所配电容（f）及配电容后功率因数 PF=0.95、 镇流器本身相位角或功率因数 COS=0.50.66、 最高使用温度 tw 及温升 t二、电容：a、 在电感式镇流器回路中使用1、250V/50HZ 2、容量：uf5% 3、允许使用温度电压波形电流波形12b、 在漏磁式镇流器回路中使用1、540V/50HZ 2、容量：uf5% 3、允许使用温度三、触发器1、适用功率及灯种：ForHPI 1751000w2、在什么电网中使用：AC220v240v/ 5060HZ3、使用环境温度：ta=-20+90 ，在零下 20到 90都能使用。4、触发能量：0.61kv 3-3 金卤灯的点灯回路主要介绍两种：一、纯电感回路（以美标金卤灯为例）在此回路中，光源为 HPI400W 金卤灯触发器为 0.61kv 图 3-5电容为 28f 补偿电容。如光源为欧标，则触发器为 35KV 触发器，这里还要强调一下电容的作用，有些厂商为降低成本，不使用补偿电容，此时灯管仍能点亮，但耗用电流加大。这样用户计算配用电缆时就有很大差异。以 1mm2 线能承受 6A 电流计，如广告牌上装 24 盏灯，每相接 8 盏灯，则有补偿电容可用 3*3mm2 线是足够了。而无补偿电容,则需 3*8mm2 线,否则就会因为线路不堪承受而引发火灾,以往由于没有补偿电容而引发火灾之事时有发生.厂家为一已之利,恶意竞争,灯是卖出去了,但造成客户费用升高甚至重大损失. 表 3-1项 目 启动电流 A 工作电流 A 功率因数 COS有补偿电容 3.5 2.04 0.9无补偿电容 5.2 3.25 0.6二、超前顶峰式漏滋变压器回路（CWA 型）图 3-613在此回路中由于采用超前顶峰漏滋变压器，因而镇流器输出的二次电压，本身就较高，再加上电容的瞬间充放电，峰值脉冲电压能达到 560V 即能将美标金卤灯点亮并能保持较高的开路电压，以维持灯管工作，由于次级受网路电压波动较小，因而抗电网波动能力也强，这种回路是美标金卤灯的最好回路，但镇流器耗材多，成本高。 3-4 配线工程前面我们提到 1mm2 线可流经 6A 电流，在用户欲购买灯具时，往往会提出该如何选配外接电缆，这里简单介绍一些配线注意事项。1、配线以采用 3 相 4 芯线为好，这是因为对配电柜的负荷平衡有好处，不至于造成某一相超负荷而另一相却吃不饱的现象。2、要注意灯具是否配有补偿电容，如没配补偿电容要客户加粗配线线经，否则会发生危险，以 400W 为例，有补偿电容以每盏灯 2A 电流计算，无补偿电容要按3.5A/盏计算配线线经。3、尽可能将灯具平均接驳在 3 相线上。A 图 3-7BC014第四章 照明灯具 4-1 照明灯具的定义种类一、调整光源发出的光以得到舒适的照明环境的照明器具，称为照明灯具照明灯具在保证总效率的要求下把必要的光量分配到必要的位置。这个功能叫调整配光。实际上除调整配光外，灯具还具有保护光源，装饰作用和保证电器安装的作用。虽然电器的功能是次要的，但是为了完成灯具的主要功能，这些次要功能却是不可缺少的。二、灯具的作用：1、 改善光的分布灯具的光学设计2、 固定和保护光源灯具的结构设计3、 启动和限流设计灯具的电器设计4、 达到装饰效果美学和造型设计5、 寿命的恰到好处灯具的经济指标设计三、灯具的评价：对灯具的评价主要有三方面1、 灯具的配光：指灯具在空间各方面的光强分布以广告灯为例，我们很想让灯具发出的光通尽可能多的投向广告牌，所以本公司的 GML 系列灯具的配光为图 4-1 所示 图 4-1而以 Z 轴旋转 90方向的配光的光强分布则如图 4-2 所示Z图 4-2152灯具效率：是指灯具幅射出的光通和光源固有光通之比= 灯具/ 光源*100%灯具效率受几方面因素影响1）反射器的设计2）反射器的光洁度3）灯罩的设计3灯具的寿命：是指包括灯具所有零配件在内的综合寿命。对于金卤灯主要是指灯具外壳的耐腐蚀寿命、光源的寿命、电器的寿命及防护材料的寿命。4-2 灯具的分类按使用场所可分为室内灯具和室外灯具按使用情况可分为建筑装饰照明及工矿灯具按功能可分为应急照明、泛光照明、水下照明、混光照明、信号照明、投光照明按配光特性可分为：1）按光通量上下半球空间比例可分为五种 （表 4-1）配光曲线上半球 010% 1040% 4060% 6090% 90100%下半球 90100% 6090% 4060% 1040% 010%直接型 半直接型 漫射型 半间接型 间接型162）按配光曲线形状可分为六种 表 4-2光强曲线 灯具种类 特 性 适用场合7560451530特深型光通和最大光强值集中在015范围内探照灯，手电筒，搜索灯7560451530深照型 光通量和最大光强值集中在 030范围内投光灯（远照灯）7560451530配照型又称余弦配光型=0 时光强值最大I=I。COS卖场灯、加油站灯7560451530漫射型 各方面光强值一样 裸灯7560451530广照型最大光强分布在较大范围内可以获得较大范围内均匀照度JCL 及 KML7560451530正弦配光型=90时光强值最大I=I90*Sin4-3 照明灯具结构照明灯具一般需要四大部分1、壳体，固定电器、保护光源，同时是复杂灯具光路系统的载体2、电器，前面已作过介绍3、反射器，一般采用旋转抛物面，旋转椭球面、球面等，或者是几种曲面的组合。17反射器重要作用在于用各种曲面来实现人们所需要的配光曲线。4、灯罩，灯罩的作用一方面保护光源，另一方面对光强进行再次分配，更满足人们对配光的需求。同时防止和消除眩光，使人们更有舒适感。当然对复杂的灯具还有一套较为复杂的光路系统。在设计照明灯具结构时，有以下四点是要认真研究和加以注意解决的。1、 要符合有关法律和标准，例如国家强制性产品论证标准，即 3C 论证，GB7000.1灯具一般安全标准，固定式灯具安全标准、防爆灯具的有关规定和标准2、 要注意散热问题3、 要注意安装，维护安全便捷4、 要注意造型美观，操作方便18第五章 照明设计5-1 配光和光通计算：1-1 配光： 光源在空间各方向光强分布称为配光配光曲线；表现配光分布的曲线称为配光曲线1-2直射照度计算在光源尺寸和光源到被照面距离相比足够小时，可将光源称为点光源，这样在计算时将极大的方便，此时受照面上某点的照度应符合Eh=Icos/d2 公式 5-1式中：E h：为受照面某点照度I：为指向该点的光强d：为光源到该点的距离该点和光源连线方向的照度为法向照度 En=I/ d2 En Eh 图 5-1和被照面垂直方向测得的照度为水平照度Eh=Icos/d2 我们通常测得的照度为水平照度5-2 室内照度计算利用系数法计算N=E*A/*K 公式 5-2式中：N：灯具数量 A：受照面积E：设计照度值 ：利用系数K：灯具维护系数而 =。* 公式 5-3式中：灯具利用系数。：固有利用系数 ：灯具效率19。一般查表求得 表中：fc： 地面反射率 cc： 屋顶反射比wc 墙面反射比 RCR：室内空间比室空间比 RCR=5hRc(L+W)/L*W 公式 5-4式中：RCR：室空间比 hRc：室空间高度L：室空间长度 W：室空间宽度根据各种材料的反射率 可求得 cc， fc， wc举例：厂房面积 23*30m2 灯具安装高度为 8.5m，设计照度为 200LX，地面反射率为fc=20%墙面反射率为 wc=0.5，屋顶反射率为 cc=50%，求厂房装灯数解： cc=0.7 wc=0.3 fc=0.2RCR= 5*8.5(23+30) =3.2623*300 查表得 0.58=0*=0.58*0.9=0.522N= E *A =200*(23*30) =7.348*K 36000*0.522例 2：某加油站面积为 23*20m2,灯具安装高度为 6.5m，设计平均照度为 204lx，有二次吊顶，本公司 JCL 灯具配光适用 bz型，求装灯数cc=0.7 wc=0.3 fc=0.2RCR= 5x6.5(23+20) =3.0323x200=0.48 =0*=0.48*0.9=0.432N= 204*23*20 =6.0336000*0.4325-3 室外照度计算作为广告照明，我们已经比较熟悉，这里仅给出配灯的参考值，目前标准广告牌为18*6m,一般采用 6 盏灯,平均照度能达到 700lux,经验告诉我们,广告牌长度每增加 3 米,需增加一盏灯,700lx 的平均照度在背景照度不高的情况下 ,广告牌已很醒目了,如果背景照度20较高就需要提高广告牌的平均照度,每提高广告牌上平均照度 100lux 需增加一盏灯。对于远照灯计算方法如下首先要知道灯具安装倾斜度和光利用率的关系表 5-1光中心斜角 流明利用率75 95%65 94%45 90%30 88%15 87%其次要会查综合利用系数表,利用综合系数表及安装斜角可用公式d= *u*angEp*W 公式 5-4求出两盏灯之间距,同时利用公式 5-5 可计算出受照面平均照度Ep= *u*ang*n 公式 5-5L*w式中:d：灯间距 ：光源光通u：综合系数 G：角度系数Ep：设计平均照度 W：受照面宽度L：受照面总长度 n：灯具数量例：某广告牌宽 10m,高 20m,设计照度为 800lx,求配灯数解：设灯具倾角 70,安装位置为：外 3m，高 2m则灯具向下角度为 70+arctg=70+33.7=103.7灯具光束向上角度为 arctg-70=10.5=0.35+0.16=0.51 查表得 G=0.87求得：d=110000*0.51*0.87/800*200=3.05表 5-22120m 图 5-22m3m第六章:灯具常见故障的检测及分析 6-1 灯具安装流程1、 客户和本公司签合同并付款后，本公司委托货运公司将灯具运往客户指定地点。用户应该而且必须和货运公司送货人员一起，对灯具开箱检查是否有破损，主要是指灯罩玻璃是否有破损，如无破损，在货运单上签收放行。我公司对所有灯具均进行了运输投保，不检就签收，货运公司将不再承担损失，这样会由于用户的疏忽而造成不必要的损失。2、 将灯具光源装上接线做通电试验，是否能在三分钟内点亮灯管，并在 15 分钟内达到全功率输出，如无问题就可以安装灯具了，如有问题应及时和本公司联系。3、 按照说明书所规定的程序对灯具进行现场安装，注意高空作业的安全保护。在灯具固定牢固后在接驳电源时一定要慎之又慎，特别要注意以下几点：1）检查外配电缆的线径容量是否足够2）如是三相四芯线更要严格将灯具接在相线和零线之间，而不可接在相线之间。3）相与相之间安装的灯具数量尽可能平均4、 接线，要严格按照说明书上规定将接线，确定接线无误后接通电源试灯。 6-2 常见故障及原因作为灯具，最主要的故障就是灯不亮，在开箱检测时灯就不亮的可能性微乎其微，倘若不亮，一种可能是运输震动使灯管破碎或焊点脱落，另一种可能是灯具内部线路松脱。在使用几十分钟或几十小时后灯管就不亮了，也有