《照明及光源S》PPT课件

照明基础知识,照明有什么作用.,照明的目的,满足视觉需要 感知空间结构 表达空间用途 强调重点/引导活动 营造特定的环境气氛 修饰空间表现,照明基础知识,光通量： 单位时间内光源发出可见光的总能量。 初始光通量： 灯燃点100小时时测得的光通量。 单位:流明(lm),照明基础知识,光通维持率： 灯在寿命中特定时间的光通量 与该灯初始光通量的百分比. 时间 光通维持率 白炽灯 750小时 =80% 荧光灯 2000小时 =78% 节能灯 2000小时 =78%,照明基础知识,发光强度： 光源向一定方向单位 立体角内发出的光通量. 单位:坎德拉(cd),照明基础知识,中心光强： 射灯类中轴线方向射出的发光强度称中心光强. 通常灯的功率越高, 聚光越好,中心光强就越大. 型号 光束角 中心光强(cd) MR-16/35W 10o 6000 MR-16/50W10o 7800 MR-16/50W 38o1450 PAR20/50W10o 3000 PAR20/50W30o 1000,照明基础知识,光束角： 射灯发射光的空间分布,以中心最强, 向四周逐渐减弱到中心光强50%强 度的圆锥角为光束角，但用平面角 来表示. 分类定义例 聚光=36o36o,40o,60o,照明基础知识,照度：入射于被照物体单位面积上的光通量. 单位:勒克斯(lux,简写为lx) E= 照度是客观存在的,与被照物和人的感受无关.,d,dS,照明基础知识,照度要求 (工作8小时),12岁 200lux 40岁 600lux 60岁3000lux,夏天,照明基础知识,3-30 lux,20 - 30 lux,200 - 300 lux,400 - 500 lux,亮度(Luminance) 发光体或受光体单位面积上发出 (或反射出)的发光强度. 单位:坎/平方米(cd/m2),亮度 物体 165000000太阳表面 7000000白炽灯丝 10000荧光管 2500满月表面 1500晴天沙滩 1夜晚公路,L(亮度) =d I /d S 它直接影响人眼的主观感觉.照度一定时,物体的反射率越大,亮度越高. L=k E,照明基础知识,色温Tc 用黑体的开氏温度(单位K)表示光源的颜色, 开氏温度为摄氏温度加上273.,如: 2700K 暖色 3000K 暖白色 3500K 白色 4000K 冷白色 5000K 日光色 6500K 冷日光色,照明基础知识,不同色温的感觉,颜色 色温(K) 色表 感觉 暖白色 5000 偏蓝 清冷,照明基础知识,显色指数 Ra 灯发射的光谱特性对于被照物体 表面的颜色的真实度的反映。 显色指数反映被照物体颜色的真实度. 以符合太阳光显色性的指数称为100.,照明基础知识,用8种标准色块比较待测光源的显色和太阳光下的显色差异度 的平均值，称为平均显色指数Ra.,特殊显色指数:如R912分别表示红,黄,绿,蓝标准色彩;R13表示皮肤色; R14表示植物色.,照明基础知识,Ra,灯泡类型,白炽灯,100,荧光灯 33系列,荧光灯 54系列,荧光灯 84系列,荧光灯 94系列,高压钠灯(SON),高压汞灯(HPL),低压钠灯(SOX),66,77,85,93,26,45,(-44),典型灯泡的显色性,照明基础知识,光效： 光源每瓦所发出的光通量.单位(lm/W) 光效是衡量光源节能的重要指标.,光效(lm/W) 光源 200低压钠灯 130高压钠灯 10080 荧光灯 90金卤灯 85节能灯 70标准荧光灯 65汞灯 25卤钨灯 15 白炽灯,照明基础知识,光源寿命的定义: 有效寿命: 灯到不能工作(不亮/不起动/颜色失效)的时间; 经济寿命:灯的光通量衰减到一定比例(室内80,室外70） 所用的时间; 一组灯中50失效的工作时间称为平均寿命.,照明基础知识,光源基础知识,电光源,固体发光光源,气体放电 发光光源,白炽灯,真空灯,充气灯,卤钨灯,场致发光灯 半导体发光器件,弧光放电灯,辉光放电灯,低气压灯,高气压灯,荧光灯 紧凑型荧光灯 低压钠灯,高压汞灯 高压钠灯 高压氙灯 金卤灯 碳弧灯,霓虹灯 氖灯,热辐射光源,充气白炽灯,常见光源的分类,白炽灯,光源基础知识,白炽灯的工作原理：,当灯接入电路中，电流流过灯丝，因为电流的热效应，使白炽灯发出连续的可见光和红外线。,光源基础知识,白炽灯的工作特性： 发光效率：8 20lm/W 显色性Ra ：98 100 色温范围：Tc= 2500K 2800K 平均寿命：1000Hr 无需辅助电气元件，可调光 电源电压变化对光源寿命影响较大 白炽灯的应用场合：宾馆、饭店、娱乐场所、家居,光源基础知识,白炽灯电源电压变化时其他参数的变化:,光电参数的变化,寿命的变化,光源基础知识,白炽灯应用比较,安装工作容易简单; 无需辅助电气元件; 初期投入较少; 显色性较好Ra = 100; 产生暖色调光环境; 色温Tc= 2800K; 调光方便.,灯的光效较差: 15流明/瓦; 平均寿命较短( 1000 hrs); 产生大量 的热; 灯寿命易受电压波动影响; 存在不够明亮的可能.,优点:,缺点:,光源基础知识,螺口灯头E,插口灯头B,聚焦灯头,特种灯头,几种灯头外形,光源基础知识,卤钨灯工作原理,工作原理:光产生原理与白炽灯一致 电流流过钨丝使钨丝加热产生白炽光 外壳为石英材料,外形小巧 管内充有卤化物(溴化物或碘化物) 卤钨循环:延长灯管寿命 钨2 卤素 卤化钨 W + 2 Br = W Br 2,光源基础知识,发光原理图,灯丝,管壁,卤钨灯的基本性能 光效: 15-25 lm/ W 色温: 2900 - 3200K,暖色调 显色性: 100 最大功率: 10000W 平均寿命: 2000 - 5000小时 亮度: 可调节 低压: 配变压器一起使用,光源基础知识,双端灯: 泛光照明等室外照明 单端灯: 室内应用领域,象商场,酒店,旅馆, 家居等的重点和装饰照明,办公室,阅览室的局部照明,这些地方主要考虑较高显色性和暖色调。,卤钨灯的应用,光源基础知识,荧光灯,光源基础知识,荧光灯(低压汞蒸气放电灯)工作原理,在玻管内壁涂有荧光粉,两端各装有电极,在电极上涂有钡锶 钙氧化物等电子发射材料; 热阴极发射电子,在管内形成等离子体,激发汞原子产生紫外辐射照射到管壁荧光粉上发出可见光; 负反特性,必须与辅助电器一起使用,才能正常工作.,光源基础知识,fluorescent powder,mercury atom,electrons,electrode,紫外辐射,可见光,荧光粉,汞蒸汽,电子流,电极,发光原理图,注:本图未画出电极环,气体放电灯: 放电特性,负阻特性 限流装置 - 补偿负阻特性 启动装置 -克服启动时气体较冷条件下的高电阻,光源基础知识,镇流器、起动器和电容或电子镇流器,荧光灯电路图,-影响灯管效果和寿命的重要因素,电容,光源基础知识,普通荧光灯总体基本性能,光效: 70104 lm/ W 色温:27006500K 显色:5198 功率范围: 48W,15,18,30,36,58W,70W 平均寿命:800012000 小时(普通镇流器) 1200016000 小时(电子镇流器) 亮度:可调节(通过专门的电子镇流器),光源基础知识,荧光灯范畴,T12,T8,T5,普通荧光灯,标准直管 标准环管 80直管 80环管 90直管,特殊荧光灯,80直管 环管,防爆 反射 低温 专用 紫外 红外 其它,光源基础知识,荧光灯发展过程,第一代T12直管38mm直径-12/8=1.5英寸 (1939年)环管31mm直径 第二代T8直管26mm直径-8/8=1英寸 (1978年)环管28mm直径 标准管(经济型) /29,/33,/54 80(三基色超色彩) /827,/830,/835,/840,/850,/865 90(多窄带日光色) /927,/930,/935,/940,/950,/965 80HF(高频电子专用管) /827,/830,/835,/840,/850,/865 第三代T5直管16mm直径-5/8英寸 (1995年)环管18mm直径 /827,/830,/835,/840,/850,/865,光源基础知识,光效:6981lm/W 色温:2700K6500K 显色:80 功率:5W55W 平均寿命:8000小时,是白炽灯的 310倍 亮度:在用可调光高频电子镇流器时,亮度能调节 节电:比白炽灯节电 80 电压范围宽：可170V低电压启动,250V以下高压下正常运行,节能灯总体性能,光源基础知识,非一体化紧凑型荧光灯(插拔管),无外泡壳,2P/2针配电感镇流器;4P/4针配电子镇流器; 比白炽灯效率高5倍(节能80%); 寿命比白炽灯长8倍(一般8000小时),光衰慢; 发热量小,配多种灯具; 宽电压设计(170250V). 功率: 5/7/9/11W,13W,18W,26W,32W 外形: 单U,2U,3U, 色温: 827/840/865,光源基础知识,一体化紧凑型荧光灯（节能灯）,颜色:暖白色2700K,冷日光色6500K; 特点:三基色稀土荧光粉, 宽电压(170V-250V)工作; 不带外罩的一体节能灯,重量轻,体积小,瞬间启动,无闪烁,E27; 汞齐设计,光衰小,2000小时后,不到3%; 内置电子镇流器,节电80%; 适用于各应用场合,价廉物美; 功率:7W,9W,11W,13W,15W,18W, 20W,25W,45W,65W,85W; 灯头: E27; 外形：2U,3U,螺旋 寿命一般6000Hr12000Hr;,光源基础知识,颜色:暖白色2700K,冷白色4000K,冷日光色6500K; 特点:宽电压(170V-250V)工作, 汞齐设计,光衰小,2000小时后衰减不到3%,显色性大于80; 三基色稀土荧光粉特殊配方,瞬间启动,无闪烁,E27; 内置电子镇流器,节电80%; 应用:宾馆,家居,庭院,商场及公共照明等场所. 种类：圆柱型，棱晶型/舒适型; 球型 功率: 4W,5W,7W,9W,11W,15W,20W;,一体化带外泡壳紧凑型荧光灯,光源基础知识,荧光灯和节能灯的用途： 家居酒店照明:客厅,卫生间,走廊; 办公区照明:写字楼,机关,学校; 商业照明:商场,医院; 工业照明:车间,仓库; 其他照明:隧道,广告灯箱.,光源基础知识,光源基础知识-金属卤化物灯,小功率金卤灯,陶瓷金卤灯,MHN-T MHW-T,CDM-R,反射型,管型,CDM-T CDM-TC CDM-TP CDM-TT CDM-TD,中大功率金卤灯,单端,双端,HPI HPI BU HPI BUS HPI BU-P HPI BUS-P HPI-T,MHD MHD-TD MHN-TD,工作原理 金卤灯的电弧管中充入汞和一些金属卤化物，在最初点燃时只有汞蒸气参与放电，放电时产生的热量使管壁温度逐渐升高，低电压放电向高气压放电过渡，卤化物开始熔化并蒸发，分解成卤素原子和金属原子，金属原子受激发产生光谱辐射。 从启动到正常工作一般需要4-10min左右。 常用的金属卤化物为钠钪,钠铟铊, 稀土(镝)等的卤化物.,光源基础知识-金属卤化物灯,气体放电灯的结构示意图 B为泡壳,A和C为电极,G为填充气体 A为阳极,C为阴极,放电灯工作电路示意图,光源基础知识,添加物为金属卤化物和汞 提高颜色特性 金属离子产生辐射 汞元素调节电弧电压和温度,光源基础知识,分类： 大功率金卤灯 紧凑型金卤灯（小于150 W） 用途： 大功率灯 ：体育场、展览中心、大型商场、游乐场 和街道广场的投光照明和建筑物外墙的泛光照明 紧凑型灯 ：商店、橱窗照明和建筑物、雕塑泛光照明 影响金卤灯正常工作的因素： 易受电源电压波动影响的 : 光色漂移 灯温度上升将导致颜色漂移 燃点位置受到严格限制,光源基础知识,单泡壳双端型 双泡壳双端型 双泡壳单端型 陶瓷电弧管金属卤化物灯,金属卤化物灯的主要类型,陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长,光源基础知识,陶瓷金卤灯 CDM:技术创新,在现有的石英金卤灯基础上对机械、电气和光学性能方面进行了改进 相对普通金卤灯而言: - 有较好的光色稳定性(200K at 5000 hr) - 初始光色发散最小(150K at 100 hr) - 较高的显色指数 (Ra 81 to 85) - 光输出较高 (10 到 50 % more) - 较长 (15 到 20 mm) 防紫外,光源基础知识,陶瓷金卤灯结构,PCA,电极,金属复合物,封接玻璃,铌金属过渡,光源基础知识,寿命期间光色的稳定性,色温趋向红色色温,色温趋向兰绿色色温,Colour temperature (癒),普通金卤灯,光源基础知识,陶瓷金卤灯CDM:色温 Tc 对电源电压变化的敏感性较石英管MH灯的弱,注意: 要想得到灯满意的特性,则电源电压的偏差不能超过正常值的+/- 3%,Tc in %,电源电压 (常规镇流器),CDM-TD 70W,MHW-TD 70W,CDM-TC35W/830,光源基础知识,Tc3000K 4200K 类型 CDM-TC CDM-TCDM-TD CDM-R CDM-R CDM-T CDM-TD PAR20 PAR30L /830 /830 /830/830 /830 /942 /942 35W 39W 70W 150W,10?40,10?30,10?30,陶瓷金卤灯分类,光源基础知识,影响光源寿命的因素,使用方 环境温度 工作电压 开关频率 振动冲击 燃点位置 镇流启动装置,制造方 制灯材料 发射电子物质 充气及气压 制灯工艺,光源基础知识,光通量 光效 色温 显色性 寿命 产品中产生有害物质的含量少 价格,选择光源的因素,光源基础知识,照明电器基础,卤 钨 灯 用 变 压 器,低电压(通常为12V )卤钨灯是卤钨灯的主流, 需要配用电子变压器把220V 变为12V. 有电感和电子两种,照明电器基础知识,短路保护 过载保护 过热保护,变压器决不会超过1100C,当发生短路,变压器自动停止工作,变压器限制高功率,使其满足额定输出,150W 负载,短路,1100,照明电器基础知识,气体放电灯为什么要使用电器装置 ? 提供启动电压 限制灯电流 提供灯重复着火电压 同时 控制灯电压变化 控制灯的启动特性 提高功率因数,电压,电流,气体放电灯,照明电器基础知识,气体放电灯电器组成元件,镇流器 触发器或其它启动辅助器件 完整的、安全的、合理的、优化的导电回路,照明电器基础知识,高强度气体放电灯系统包括：,照明电器基础知识,照明电器的主要功能,镇流器 - 产生高压，启辉气体放电灯 - 灯点燃后，对灯进行限流(镇流),触发器 - 产生高压，辅助镇流器点燃灯,电容 - 进行功率因数校正，提高电能使用效率,照明电器基础知识,电感镇流器的两项重要参数指标 Tw和t,Tw 保证镇流器工作寿命(通常是10年)所允许的镇流器线圈的最高温度。 如：95 ，105 ，120 及130 等 线圈每升高10 ，则镇流器寿命降低一半；关键在于采用高温度等级的绝缘漆包线，含浸漆及绝缘材料,照明电器基础知识,t 是特定温度与环境条件下，实测线圈温度与环境温度之差值, 即t =Tw - Ta ,通常叫做温升。通常标识如55 K，70 K等 低温升即允许较高的环境温度,是镇流器寿命和安全的保证,电感镇流器的两项重要参数指标 Tw和t,照明电器基础知识,电感镇流器的两项重要参数指标Tw和 t,Tw=130C, t =70K 的镇流器表示: Ta=Tw- t = 130 - 70 = 60 C,照明电器基础知识,功率因数,输入系统的有功功率 (W) 功率因数 = - 提供系统的视在功率 (VA) 有功功率要付费 视在功率要补偿 例如 功率因数 有功功率 视在功率 1 100 W 100 VA 0.90 100 W 111 VA 0.50 100 W 200 VA 典型的电感镇流器功率因数为0.5. 可以增加电容来修正低功率因数，修正后一般能达到0.8,照明电器基础知识,荧 光 灯 镇 流 器,电子镇流器是用电子元器件装配成的高频 (20K 100KHz)镇流器,不必配合启动器和电容器.,照明电器基础知识,电子镇流器的原理图,照明电器基础知识,CF（Crest Factor）波峰系数 在额定电源电压下，镇流器与灯配套工作时，当灯达到稳定工作状态之后。流过灯管的电流状态输出电流的峰值与均方根值的比值CF=PK/rms。 通俗的讲CF值越小，流过灯管的电流越稳定，灯管寿命越长。IEC/GB的标准为CF1.7,照明电器基础知识,THD（Total Harmonic Distortion） 总谐波失真 镇流器与灯在额定电源电压下工作时， 灯达到稳定工作状态之后，输入电源 电流中奇次谐波各分量之和。 一般我们在大规模使用电子镇流器时 选择THD在15%-25%之间的性能价格比会较合适。,照明电器基础知识,电磁干扰(EMI) 荧光灯等气体放电灯照明设备在使用过程中,通过辐射、传导等方式产生的电磁噪音. 电磁干扰可能使周围电器工作异常甚至失控. 设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。 在欧美有不同的执行标准。,照明电器基础知识,电子镇流器最大优点： 1. 节能 绿色照明器件 电子镇流器系统比电感镇流器系统 节能 20%以上 电子镇流器由于自身温升比电感镇流器低，在有空调的建筑内还可降低制冷能量消耗 2. 舒适 光输出稳定，无闪烁，保护视力 3. 省维护 省去容易损坏的启辉器并大幅度延长灯管寿命, 长期使用节省大量的维修费用,照明电器基础知识,电感镇流器 电子镇流器 频率: 50-60HZ 20KHZ 系统的发光效率 低 高于电感式 10% 自身功耗 大 小 (再可节电10%以上) 发热 量 大 小 噪音 大 小 频闪 有 无 可调光及智能控制 不能 能 安装 三件安装复杂 单件安装简单,电子镇流器与电感镇流器性能比较:,照明电器基础知识,使用一年中的失效率不大于 0.5% 预热型启动 灯电流波峰系数 1.7 功率因数大于 0.98 谐波失真为 L 级 或总谐波失真( THD)20% 电磁干扰 ( EMI )符合 CISPR15等国际标准 能效等级符合国标 GB 17896,高性能电子镇流器的基本要求：,照明电器基础知识,我 的,路,