照明工程

1. 照明工程 信电学院：谢秀颖 电话：13853117665 邮箱：xiexy@sdjzu.edu.cn

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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)

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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）

27. 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

28. 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

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

38. 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

39. 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

40. 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

41. 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

42. 第二章 第六节 低压钠灯 本节小结: 低压钠灯的特点及应用

43. 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

44. 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

45. 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

46. 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

47. 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

48. 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

49. 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

50. 2-8 一、电光源性能比较（1-1）