照明电光源的分类及其结构.pdf

第二篇 照明电光源的 分类及其结构 第六章电光源的物理性质 及其命名方法 第一节光源的光学特性分析 一、 光谱能量分布的定义 一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成， 其中各个波长的辐射能 量 （功率） 也不同。光源的光谱辐射能量 （功率） 按波长的分布称为光谱能量 （功 率） 分布。用任意值表示的光谱能量分布称为相对光谱能量分布。图 ! “ # 表示 常用照明电光源的相对光谱能量 （功率） 分布。 二、 灯具的色温度 一个黑体被加热， 其表面按单位面积辐射的光谱能量的大小以及分布， 完全 取决于它的温度。不同温度黑体的光色变化， 在 $%： 是温度约为 !“) 是色温为 !“)( 显色性优良， !:? #. ( 显色性一般， !:a ( 显色性较差。表 “ b = 列出我国生产的部分电光源的显色指数、 色温及 色坐标。 (+-照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 表 ! “ #电光源的颜色指标 光源名称$% ! ! ! ! 混光光源 第二篇照明电光源的分类及其结构 四、 各种光源的主要用途 各种主要光源的特征和用途， 见表 ! “ ! 所列。 #$%照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 第七章常用电光源的类型及其选用标准 第一节常用照明电光源 目前， 广泛应用于照明的电光源有两类： 一类是热辐射光源， 是利用某一物 质通电加热而辐射发光的原理制成的， 诸如白炽灯、 卤钨灯等； 另一类是气体放 电光源， 是利用气体放电时发光的原理制成的， 诸如荧光灯和高强度气体放电 灯。 这里， 主要讨论在民用建筑电气照明中使用最多的白炽灯、 卤钨灯、 荧光灯、 高压汞灯和高压钠灯。 一、 白炽灯 白炽灯是靠电流加热灯丝至白炽状态而发光的， 光效随着灯丝工作温度的 升高而提高， 但随之而来的是钨丝的蒸发加快， 寿命缩短。普通白炽灯的结构如 图 ! “ # 所示。目前大部分白炽灯内部充有氩、 氮或氩氮混合气体， 只有少数小 功率 （$% #(） -=） -=/# “ 8$ （） # 143242223 （$） 插脚 插脚距 （$） 插脚尺寸 （$） 光通量 （)$） 平均寿命 （*） 参考色温 （+） #“(332 0 .22? #“(332 0 .229 #“(332 0 722? #“(332 0 7229 #“(332 0 572? #“(332 0 5729 #“(332 0 4222? #“(332 0 42229 332 .22 722 572 4222 :3 :7 32 34 64#7 !#44 $4 #$ ; 7（5） ,1=#4 “ 644#46445444 6454 !#56 77 5#8 ; #3（3） ,1=#4 “ #444#4#4445#6455 !#56 77 534 ; 34（3） ,1=#4 “ 3444#434445#64$4 !#!4 #48 $33 ; 3$（3） ,1=#4 “ 5444#454445#6466 !364 #$6 636 ; 5#（#） ,1=#4 “ 6444#464445#64#4484 !384 #$6 654 ; 56（#） ,1=#4 “ #4444#4#44445#64!6 !556 #?4 658 ; 64（#） ,1=#4 “ 64433464454445? !#56 77 5#$ ; #$（3） ,1=334 “ #444334#444546455 !#56 77 534 ; 34（3） ,1=334 “ 344433434445464$4 !#!4 #48 $33 ; 33（3） ,1=334 “ 544433454445#4466 !364 #$6 636 ; 53（#） ,1=334 “ 644433464445#4484 !384 #$6 65# ; 56（#） 三、 聚光卤钨灯 在单端卤钨灯泡上固定安装各种类型的反光镜， 即构成聚光卤钨灯。常见 的如微型聚光卤钨灯、 组合式聚光卤钨灯和冷光束卤钨灯等。其外形结构见图 ! “ 6， 其型号、 规格和技术参数见表 ! “ #5、 表 ! “ #$ 和表 ! “ #6。聚光卤钨灯适 用于幻灯、 放映和各种装饰照明， 特别适用于商店橱窗、 柜台、 吧台等作展示照明 58#第二篇照明电光源的分类及其结构 的光源， 亦适合作台灯和落地灯， 极具现代风格和豪华气派。 图 ! “ # 聚光卤钨灯 $% （*） 插脚 中心距 , （*） 反光镜 直径 + （*） 平均 寿命 （/） 参考色温 （0） 83% =%663%$7%3$% 83% #88%7$743$% 83% #%8%7$743$% 83% #%8%7$743$% 83% 788663%$#3!%3$% 83% 7%8663%$#3!%3$% 83% $88663%$743$% 83% %8 %88$#88 %88$8%8 %8$688 %8$%8 %8$88 83%4%$8$%8 83%4%$8$%8 %4#第二篇照明电光源的分类及其结构 续表 型号 电压 （!） 功率 （“） 最大全长 # （$） 焦点距离 % （$） 插脚 中心距 ） 光强 （距离 2$ 处） （:21/2/233112701211101?053,0 +%21/22,/1112701211101?053,0 +21/234,412701211101?053,0 %8a30/2/2b,113111211101?053,0 %8!30/22,21113111211101?053,0 %8“30/234/3013111211101?053,0 =a01/2/3-1113101211101?053,0 =*01/22,31113101211101?053,0 =c01/23-/0113101211101?053,0 =d%b0/2/,/1113101211101?053,0 =deb0/22,0113101211101?053,0 =dfb0/23-22013101211101?053,0 %a+21/2/232-12701211130?,1 %af21/2/-7/02701211130?,1 %a21/2344202701211130?,1 %a=30/2/202013111211130?,1 %a%30/2/-/4,1 ?30/234/,1 44/照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 冷光束卤钨灯， 又名冷反射定向照明卤钨灯， 是单端卤钨灯配上特殊的反光 镜组合而成。冷反射定向照明卤钨灯能在较小的立体角范围内获得较高的光 强， 其品种甚多， 电压从 !“#$、%“9、 $(;?“ab“ / 01#441;3 “ 1;10#;1 9 1;12320#11;553;15 / 21#431;20 “ 1;1#;:1 9 1;#1313#1;0#;4: / #30#2#;30 “ 1;#1#;21 9 1;#30#:5301;00#;03 / #40 / 301 #01 #;0 “ 1;#33;:1 9 1;#0#113 3;#0 “ 1;#0:;41 9 1;3041:2 / 511#5:;30 “ 1;300;41 9 1;55051 1;#;: / 411#550;50 “ 1;50#1;1 9 1;411;5411;5#;3 / #111#:!4;01 “ 1;1#:;4 9 #;1#2;0#111;4#;# ./6 511#5:;30 “ 1;300;41 9 1;550511;#;: ./7 301 ./7 501 ./7 401 无外接镇流器1;!1;52 2#照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 荧光高压汞灯的突出优点是光效高， 达 !“ # $“%） 为高显型， 它 的 !% 8 (， “ 8 . “9， # 8 !2 “4+， !8 # 4+56。 高显色高压钠灯光色和显色可与白炽灯相比美， 但高显色高压钠灯的光效 与高压钠灯相比要低一半， 使用寿命也缩短一半。中显灯是光效与显色二者兼 顾的一种光源。普通高压钠灯光效很高， 但光色和显色性很差， 因而限制了它的 使用范围。通常， 它不宜用于室内照明， 但可用于室外大面积照明， 如货场、 码 头、 广场、 立交桥、 道路等。在室内， 它只适用于对显色性要求较低的场所， 如仓 库等。光色和显色都有所改善、 效率又较高的中显灯， 不仅可用在已有普通高压 钠灯照明的货场， 以进一步提高光环境质量， 同时也可用在有一定显色要求的室 /)!第二篇照明电光源的分类及其结构 内照明， 如车间、 船厂、 铁路、 矿山。它作为混光照明可成功地应用在体育馆场等 有显色性要求的场所。中显灯把高压钠灯由室外引向室内， 深受用户的好评。 但是， 由于它的光色偏黄， 室内照明应用得很少。 图 !“ # $三种高压钠灯的光谱分布和一般特性 （%） &()“ 普通型 （*） &+()“ 中显型 （,） &()“ 高显型 高压钠灯按泡壳分为普通型和漫射椭球型两种。后者在灯泡壳体上涂以白 色漫射层， 以使光线柔和。按触发方式， 高压钠灯分为内启动和外触发式两种。 内启动型不需触发器， 目前大部分采用外触发式。 安装在高杆和灯塔上的高压钠灯更换和维修都比较困难。为解决这一问 题， 制成了双芯高压钠灯。双芯是指在一个玻壳内装有两支特性相近的发光管， 且并联连接。由于两支发光管的启动性能存在差异， 因此通电后只有一支管芯 点亮。一支灯管点亮后灯两端的电压下降， 另一根管因此不能点火， 处于待启动 状态， 这样就大大提高了灯管的寿命。双管芯高压钠灯的另一支管总是处于备 用状态， 遇到瞬时停电时， 来电后立即点亮， 克服了单管热启动困难的缺点。单 管芯灯遇到瞬间停电后， 由于发光管内钠汞气压较高， 热态难以启动， 一般需冷 却 ! -./ 左右才能重新点燃。此外， 单管芯高压钠灯快到寿终时， 常产生间断自 熄或不亮。在这些情况下， 电子启动器产生脉冲高压常使镇流器击穿短路， 灯头 $0!照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 或导线绝缘体损坏， 最后导致启动器本身损坏。而双管芯灯不会出现上述故障， 可靠性较高。 !“ 高压钠灯的线路及工作特性 图 #$ % & 为外触发式高压钠灯线路图， 要求触发器、 镇流器至灯的引线长度 小于或等于 !$， 并尽量避免使用绞合线、 护套线。如为远距离触发， 可采用 () % *+ 型高压钠灯远距离启动器镇流器组件箱。最大传输距离小于 ,$ 即可。 该产品触发能量大、 启跳迅速、 传输距离远、 寿命长。其接线图见图 #$ % #$。 图 #$ % &外触发高压钠灯接线图 图 #$ % #$远距离触发启动器线路 图 #$ % # 为高压钠灯的工作特性。高压钠灯充入钠汞齐， 而且钠汞齐总是 过量的， 因此电源电压变化所引起的灯管压降和光通变化比汞灯为大， 抗电压波 动性能较差。 高压钠灯为高强气体放电灯， 在用交流供电时， 电流和电压的波形会发生畸 变， 电流和电压间存在相位差， 再加上镇流器为电感性， 所以线路功率因数较低， 一般为 $“- . $“/。为减少损耗， 应加补偿电容器。单灯电容器补偿的优点是可 降低线路电流， 减少线路损耗， 并提高末端电压， 因而改善照明质量。安装补偿 电容器还可提高线路的供电能力， 降低设备费用， 减少运行费用等。补偿电容的 规格见表 #$ % #。 &#第二篇照明电光源的分类及其结构 表 !“ # !高压钠灯补偿电容器规格与补偿效果 钠灯规格 （$）补偿电容 （! %） 功率因数 &(“ )“* + !“,*- + “,./ /“!“ + !0“,* + “,./ !“!0 + !)“,*- + “,./ !)“!) + 0“,*) + “,* 0)“-“ + -)“,*- + “,* 1“)“ + )“,*) + “,./ 图 !“ # !高压钠灯的光电特性与电源电压的关系 -, 高压钠灯特点及应用范围 高压钠灯特点如下： #高压钠灯发光效率高达 )1,. + !/,!234$， 节能效果显著； $高压钠灯的灯光透雾性好， 灯泡寿命长， 达 !5 “ + 01 “6； %高压钠灯缺点是光色偏黄和显色性差 （!7为 0- + 0)） ， 电源电压变化时， 光通变化较大， 不适于室内照明； &中显钠灯光效较高， 为 50,! + *-234$， 是汞灯的一倍， 是白炽灯的 ) + 5 倍； “0照明灯饰 （器材） 设计、 生产制造与技术标准实用手册 !寿命较高， 达 !“ #$， 是汞灯的一倍以上， 是白炽灯的 !# 倍以上； “中显钠灯的显色性已大大改善， %& 达到 #， 使中显钠灯可用于有一定显 色要求的室内照明。 高压钠灯适用场所如下： #高压钠灯广泛用于道路、 广场、 铁路、 港口、 工矿、 隧道等场所的室外照明， 室内照明仅用在对显色性没有要求的仓库等处； $中显钠灯广泛用于车间、 厂矿、 铁路枢纽等场所； %广泛用于夜景照明工程、 庭院照明等。 二、 荧光高压汞灯及金属卤化物灯 !( 荧光高压汞灯 高压汞灯光谱能量的分布和发光效率主要取决于汞蒸气压力。汞蒸气压力 低时， 放射短波紫外线强， 可见光较弱； 当气压增高时， 可见光变强， 光效率随之 提高； 当气压进一步提高时， 线状光谱以外又有带状光谱出现。医疗用紫外线灯 汞蒸气压力为 #() * !#)+&， 照明用灯为 “ * !#), * !#) +&。 高压汞灯的光色呈蓝绿色， 缺少红光成分。为了改善光色， 在汞灯外壳涂以 增加红光成分的荧光粉 （如氟锗酸镁、 磷酸锌锶、 钒磷酸钇等） ， 红光成分由 !(-.提高到 ). , !#.， 改善了光色。 环境温度的变化对高压汞灯的启动特性有显著影响。当气温过低时， 汞蒸 气压力下降， 使启动电压增高 （图 !# / !“） 。在低温下改善启动特性时， 可采用 两个辅助极， 或者使放电管充入混合气体， 或使用降低限流电阻来增加启动电流 等。 高压汞灯熄灭后不能立即启动， 因为此时管内保持着较高的汞蒸气压力， 需 要较高的启动电压。冷却 ) , !#012 汞蒸气压力下降后才能再次启动。 高压汞灯的工作特性见图 !# / !3。 “( 金属卤化物灯 与高压汞灯类似， 金属卤化物灯的放电管中除充有汞和氩气以外还充有金 属卤化物， 如碘化钠、 碘化铊、 碘化铟、 碘化钪和碘化镝等。当放电管工作时， 管 壁温度很高 （-# , ! #4） ， 管内金属卤化物被气化， 并向电弧中心扩散。在接 !#“第二篇照明电光源的分类及其结构 近电弧中心高温处 （约 ! “#） 被分解成金属和卤素原子。因金属原子的激发电 位和电离电位 （$%） 比汞原子的激发电位 （&(%） 低得多， 所以金属原子被激发并 辐射出特征谱线远远超过汞的谱线， 因此可大大提高光效， 光谱能量分布也大为 改进。金属原子和卤素原子向温度较低的管壁扩散时， 又重新化合成金属卤化 物。在这种光源内， 虽然汞也提供部分光， 但光主要由这些添加金属产生。 图 )“ * )+高压汞灯启动电压与环境温度的关系 图 )“ * ),高压汞灯的特性与电源电压的关系 使用不同金属卤化物和利用金属共振辐射谱线， 还可以获得纯度很高的各 种颜色的灯， 以适用于某些特殊场所， 如碘化铊汞灯发出的光为绿色。 金属卤化物灯的启动特性和温