第11章 电光源课件

1、第第11 11章章 电光源电光源1 1、照明器的特性、照明器的特性2 2、照明器的分类、照明器的分类3 3、照明器的选用、照明器的选用4 4、照明器输出光通量的计算、照明器输出光通量的计算本节基础：照明器光学特性、分类本节基础：照明器光学特性、分类本节重点：照明器光强分布和照明器输出本节重点：照明器光强分布和照明器输出 光通量计算方法。光通量计算方法。 第第11 11章章 电光源电光源照明器照明器是由光源、照明灯具及其附件共同是由光源、照明灯具及其附件共同组成的。组成的。 照明器的照明器的作用作用: 固定光源和保护光源，使之与电源安全固定光源和保护光源，使之与电源安全可靠地连接。可靠地连接。美

2、化环境美化环境对光源产生的光通量进行再分配、定向对光源产生的光通量进行再分配、定向控制以及防止光源产生眩光。控制以及防止光源产生眩光。1 照明器的特性照明器的特性光强分布配光曲线光强分布配光曲线照明器发光效率照明器发光效率遮光角保护角遮光角保护角一、照明器的配光曲线一、照明器的配光曲线 配光曲线配光曲线 定义定义照明器在空间各个方向上的照明器在空间各个方向上的光强光强的分布的分布曲线称曲线称配光曲线配光曲线。 配光曲线是衡量照明器光学特性的重要配光曲线是衡量照明器光学特性的重要指标，是进行照度计算和决定照明器布置方指标，是进行照度计算和决定照明器布置方案的重要依据。案的重要依据。1 照明器的特

3、性照明器的特性光轴光轴：通过光中心的竖垂线称为：通过光中心的竖垂线称为光轴光轴。光中心：光中心：把一个有一定尺寸的光源（照明器）把一个有一定尺寸的光源（照明器）看作一个点，它的光认为就是从该点发出，看作一个点，它的光认为就是从该点发出，该点所在的位该点所在的位 置就是置就是光中心光中心。 光中心其实就光中心其实就 是指的出光口是指的出光口 的中心。的中心。1 照明器的特性照明器的特性光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面图图4-1配光术语配光术语垂直垂直(投光投光)角与垂直面角与垂直面： 观察光中心的观察光中心的方向与光轴向下方向方向与光轴向下方向所形成夹角称所形成夹角称垂直角垂直角，用

4、用表示。表示。 包含光轴的任何包含光轴的任何平面为平面为垂直面垂直面。1 照明器的特性照明器的特性c光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面图图4-1配光术语配光术语水平角与水平面水平角与水平面： 如果选某一垂直如果选某一垂直面为基准面，那么观面为基准面，那么观察方向所在的垂直面察方向所在的垂直面与基准面之间形成的与基准面之间形成的夹角称为夹角称为水平角水平角，常，常用用C表示。表示。 垂直于光轴的任垂直于光轴的任意面为意面为水平面水平面。1 照明器的特性照明器的特性c光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面图图4-1配光术语配光术语配光曲线分类配光曲线分类 极坐标配光曲线极坐标配光曲

5、线 对称配光曲线对称配光曲线 非对称配光曲线非对称配光曲线 直角坐标配光曲线直角坐标配光曲线 等光强配光曲线等光强配光曲线圆形配光曲线圆形配光曲线矩形配光曲线矩形配光曲线1 照明器的特性照明器的特性( (一一) ) 极坐标配光曲线极坐标配光曲线定义：定义：以极坐标原点为光以极坐标原点为光中心，以极坐标角度表示中心，以极坐标角度表示灯具的垂直角，以极坐标灯具的垂直角，以极坐标矢量长度表示光强的大小，矢量长度表示光强的大小，以一定比例的光强值为半以一定比例的光强值为半径作一系列同心圆表示等径作一系列同心圆表示等光强线。光强线。 通过光中心作该通过光中心作该灯具在一个垂直平面内不同垂直角的光强有向灯

6、具在一个垂直平面内不同垂直角的光强有向线段，把线段末端连接起来，得到该灯具的配线段，把线段末端连接起来，得到该灯具的配光极坐标曲线。光极坐标曲线。1 照明器的特性照明器的特性图图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线1. 对称配光曲线对称配光曲线 适用于具有旋转对称适用于具有旋转对称配光特性的照明器。配光特性的照明器。 旋转对称配光特性指旋转对称配光特性指照明器的光强空间分布相照明器的光强空间分布相对于光轴呈旋转对称形式。对于光轴呈旋转对称形式。 一般，只要照明器形一般，只要照明器形状具有旋转对称性，则灯状具有旋转对称性，则灯具的配光就具有旋转对称具的配光就具有旋转对

7、称性，如装有普通白炽灯、性，如装有普通白炽灯、高压钠灯、高压汞灯及部高压钠灯、高压汞灯及部分金属卤化物灯的照明器分金属卤化物灯的照明器等。等。1 照明器的特性照明器的特性图图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线1 照明器的特性照明器的特性图图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线要求要求45方向方向上的光强。上的光强。在配光曲线上在配光曲线上作作45的射线，与的射线，与配光曲线交于一配光曲线交于一点，从原点到交点点，从原点到交点的长度为该方向的的长度为该方向的光强，即光强，即75cd。2. 非对称配光曲线非对称配光曲线 光源和照明器的形状是

8、非对称的（如光源和照明器的形状是非对称的（如普通直管荧光灯、管形卤钨灯组成的照明普通直管荧光灯、管形卤钨灯组成的照明器）。器）。 就每个垂直面而言，其光强分布相当就每个垂直面而言，其光强分布相当于光轴是于光轴是对称的对称的，但各个垂直面上的配光，但各个垂直面上的配光特性不同。采用多个不同测光垂直平面的特性不同。采用多个不同测光垂直平面的配光曲线表示。配光曲线表示。 由直管荧光灯组成的照明器，其光强由直管荧光灯组成的照明器，其光强空间分布不再对光轴呈旋转对称。空间分布不再对光轴呈旋转对称。 1 照明器的特性照明器的特性A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CC(C45平面平面)*资料不同，水

9、平角有差异资料不同，水平角有差异1 照明器的特性照明器的特性图图4-3 简式单管荧光灯照明器的配光曲线简式单管荧光灯照明器的配光曲线 如取垂直于灯管轴线的垂直面为基准面，如取垂直于灯管轴线的垂直面为基准面，其水平角为其水平角为0，标注，标注。(A-A) 包含灯管轴线的垂直面，水平角为包含灯管轴线的垂直面，水平角为90 ,标注标注。(B-B) 水平角为水平角为45 的配光曲线。的配光曲线。(C-C)1 照明器的特性照明器的特性图图4-3 简式单管荧光灯照明器的配光曲线简式单管荧光灯照明器的配光曲线A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CB(C45平面平面) 配光曲线上的每一点表示配光曲线上的

10、每一点表示照明器在该方向上的光强。如照明器在该方向上的光强。如已知照明器计算点的垂直角，已知照明器计算点的垂直角，可在配光曲线上查到照明器在可在配光曲线上查到照明器在该点上对应的光强该点上对应的光强I。1 照明器的特性照明器的特性 在照明计算中，图解法在照明计算中，图解法精确度精确度不易保证，不易保证，将极坐标曲线用将极坐标曲线用列表方式列表方式表示，能获得较为表示，能获得较为精确的光强值。精确的光强值。 051525354555657585I I(cd)(cd)7576808286755745444395105115125135145155165175180I I(cd)(cd)434445

11、44423834292422 表中列出的垂直角下的光强值在表中直接查得，表中列出的垂直角下的光强值在表中直接查得，表中未列出的垂直角可根据前后相邻的两个垂直角表中未列出的垂直角可根据前后相邻的两个垂直角下的光强值用下的光强值用内差法内差法求得。求得。1 照明器的特性照明器的特性1 照明器的特性照明器的特性1 照明器的特性照明器的特性1 照明器的特性照明器的特性10001000SII 若实际光源的光通量不是若实际光源的光通量不是1000lm，光，光强可根据下面公式换算：强可根据下面公式换算：)()()(10001000cdIlmcdlmIS垂直角方向的光强照明器在实际光源时通量照明器中实际光源的

12、光角方向上的光强时垂直角为照明器中光源为 如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换算时算时s s取它们的光通量取它们的光通量之和之和。( (二二) ) 直角坐标配光曲线直角坐标配光曲线对于聚光型照明器，光束角很小（对于聚光型照明器，光束角很小（光束集中光束集中在狭小的立体角在狭小的立体角），用极坐标表示光强读数困），用极坐标表示光强读数困难。难。图图4-4 冷反射卤钨灯的配光曲线冷反射卤钨灯的配光曲线1 照明器的特性照明器的特性图图4-5 直角坐标配光曲线直角坐标配光曲线1 照明器的特性照明器的特性( (三三) ) 等光强配光曲线等光强配光曲线对于光

13、强分布不对称的照明器，需要用许对于光强分布不对称的照明器，需要用许多平面上的配光曲线才能表示空间分布，可采多平面上的配光曲线才能表示空间分布，可采用用等光强配光曲线等光强配光曲线表示光强。表示光强。1、圆形等光强图：、圆形等光强图：用极坐标表示用极坐标表示1 照明器的特性照明器的特性图图4-6 等面积天顶投影等光强曲线等面积天顶投影等光强曲线1 照明器的特性照明器的特性 围绕灯具围绕灯具的球表面上的的球表面上的一个平面内，一个平面内，将等光强点连将等光强点连接成圆形等光接成圆形等光强配光曲线，强配光曲线，并以相等的投并以相等的投影面积表示相影面积表示相等的包围灯具等的包围灯具德威球面面积德威球

14、面面积。1 照明器的特性照明器的特性图图4-7 道路灯中的光线坐标道路灯中的光线坐标 在街道照明中应在街道照明中应用较多。用较多。 将照明器放在球将照明器放在球的中间，极轴取上下的中间，极轴取上下方向。方向。沿水平中心线沿水平中心线( (赤道赤道) )上的角度为水平上的角度为水平角角C C，定义为路轴方位，定义为路轴方位角。角。C=0C=0表示与道表示与道路同方向，路同方向， C=90C=90表表示与道路垂直。示与道路垂直。沿周围角度沿周围角度 表示表示垂直角，垂直角， =0 =0 表示表示灯具垂直向下。灯具垂直向下。 2、矩形等光强图：、矩形等光强图：用直角坐标表示用直角坐标表示在泛光灯应用

15、较多。泛光灯的光分布在泛光灯应用较多。泛光灯的光分布通常是窄光束，用矩形等光强图表示。通常是窄光束，用矩形等光强图表示。横坐标表示水平角，纵坐标表示垂直横坐标表示水平角，纵坐标表示垂直角。角。1 照明器的特性照明器的特性1 照明器的特性照明器的特性图图4-8 泛光照明等光强泛光照明等光强与区域光通量与区域光通量左半部：在等光左半部：在等光强图中，可以计算出垂强图中，可以计算出垂直和水平网格线所包围直和水平网格线所包围的每个矩形内的光通量的每个矩形内的光通量右半部：功率为右半部：功率为400W管形高压钠灯作管形高压钠灯作泛光灯时球带光通量曲泛光灯时球带光通量曲线的一半，在小方格所线的一半，在小方

16、格所确定的球带里，可以计确定的球带里，可以计算出每千流明的光通量算出每千流明的光通量二遮光角二遮光角照明器的保护角照明器的保护角 用以衡量灯具保护人眼不受光源耀眼，用以衡量灯具保护人眼不受光源耀眼，又可保证工作面照度的一个指标，根据光又可保证工作面照度的一个指标，根据光源产生的眩光与人视线角度的关系而设计。源产生的眩光与人视线角度的关系而设计。 照明器的遮光角照明器的遮光角是指灯具出光口遮蔽是指灯具出光口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角。用线的夹角。用表示。表示。1 照明器的特性照明器的特性 1) 一般照明器，指的是发光体一般照明器，指的是发

17、光体(灯丝灯丝)最边缘最边缘点点(最低最低)与灯具沿口的连线，与出光沿口水与灯具沿口的连线，与出光沿口水平线的夹角。平线的夹角。 1 照明器的特性照明器的特性arctanh/rh 光源发光体中心至照明器光源发光体中心至照明器出光沿口平面的垂直距离，出光沿口平面的垂直距离，单位为单位为mmr照明器的出光沿口平面的照明器的出光沿口平面的半径或宽度的一半，单位为半径或宽度的一半，单位为mm照明器的遮光角照明器的遮光角图图4-9 一般型照明器的遮光角一般型照明器的遮光角照明器的保护角越大，照明器的保护角越大，光分布就越窄，效率也光分布就越窄，效率也越低。由于照明器保护越低。由于照明器保护角的实际意义在

18、于限制角的实际意义在于限制光源的直射光，从而防光源的直射光，从而防止或限制直接眩光。一止或限制直接眩光。一般照明器应选取般照明器应选取15 30保护角保护角 。1 照明器的特性照明器的特性图图4-9 一般型照明器的遮光角一般型照明器的遮光角荧光灯，它本身的表面亮度低，不宜采荧光灯，它本身的表面亮度低，不宜采用半透明的扩散材料做成灯罩来限制眩用半透明的扩散材料做成灯罩来限制眩光，而采用铝合金光，而采用铝合金(或不锈钢或不锈钢) 格栅来限制格栅来限制眩光。眩光。 格栅的遮光角：格栅的遮光角： 定义为一个格片底定义为一个格片底 边看到下一格片顶边看到下一格片顶 部的连线与水平线部的连线与水平线 之间

19、的夹角。之间的夹角。1 照明器的特性照明器的特性图图4-10 格栅型照明器的遮光角格栅型照明器的遮光角1 照明器的特性照明器的特性a 格栅开口的长度，格栅开口的长度，单位单位mmb格栅开口的宽度，格栅开口的宽度，单位为单位为mmh格栅的高度，单位格栅的高度，单位为为mm图图4-10 格栅型照明器的遮光角格栅型照明器的遮光角) ( )(/arctan)( /arctan)( /arctan22方向沿对角线沿宽度方向沿长度方向bahbhah长方形格栅三个遮光角长方形格栅三个遮光角1 照明器的特性照明器的特性图图4-10 格栅型照明器的遮光角格栅型照明器的遮光角 格栅的遮光角越大，光强分布越窄，效率

20、格栅的遮光角越大，光强分布越窄，效率越低；格栅的遮光角越小，光强分布越宽，越低；格栅的遮光角越小，光强分布越宽，效率越高，但防止眩光的效率越高，但防止眩光的 作用变弱。作用变弱。 办公室照明，格栅办公室照明，格栅 遮光角的横轴方向遮光角的横轴方向 (垂直灯管垂直灯管)为为45， 纵轴方向纵轴方向(沿灯管沿灯管 方向方向)为为30。 商店照明的格栅遮光商店照明的格栅遮光 角横轴方向成角横轴方向成25， 纵轴方向成纵轴方向成15。三、照明器效率三、照明器效率1、定义：、定义： 从一个照明器输出的光通量从一个照明器输出的光通量L与照明与照明器内含有的全部光源在无约束条件下点燃器内含有的全部光源在无约

21、束条件下点燃时输出的总光通量时输出的总光通量S之比，称为照明器效之比，称为照明器效率。用率。用L表示，也称为表示，也称为光通量输出比光通量输出比。SLL1 照明器的特性照明器的特性2、上射输出比、下射输出比、上射输出比、下射输出比 上射输出比上射输出比 下射输出比下射输出比 SUU1 照明器的特性照明器的特性SDDL L= =D+ U3、照明器各部分对效率的影响、照明器各部分对效率的影响 1 照明器的特性照明器的特性图图4-11 照明器各部分对效率的影响照明器各部分对效率的影响区域区域1：光线能从高：光线能从高压经玻璃板压经玻璃板B 直接射出灯直接射出灯具的部分，称为具的部分，称为直接出射直接

22、出射光光。区域区域2：光线射向灯壳：光线射向灯壳内部壳体产生的内部壳体产生的杂散光杂散光，无法起到有效照明作用。无法起到有效照明作用。区域区域3：高压光线射向：高压光线射向反射器反射器R，经反射器，经反射器反射反射后，通过前面玻璃板后，通过前面玻璃板B再射再射出。出。4、提高照明器效率注意事项、提高照明器效率注意事项 1 照明器的特性照明器的特性图图4-11 照明器各部分对照明器各部分对效率的影响效率的影响 1) 尽量减少区域尽量减少区域2，不使光，不使光线浪费在壳体上。线浪费在壳体上。2) 处理好玻璃板处理好玻璃板B与光线的与光线的相互位置，一般使光线对玻璃的相互位置，一般使光线对玻璃的入射

23、角小于入射角小于45，以增强光线的，以增强光线的透过率。透过率。3) 增加区域增加区域1减少区域减少区域3，增，增加直接出射光部分。加直接出射光部分。 4) 减少区域减少区域2至零时，区域至零时，区域3内的光线全部反射向区域内的光线全部反射向区域1中，中，当反射出来光线的角度与区域当反射出来光线的角度与区域1的直接出射光角度完全吻合时，的直接出射光角度完全吻合时，可获得高的效率。可获得高的效率。5、应用、应用 1) 敞口式照明器的照明效率较高。取决于敞口式照明器的照明效率较高。取决于三个因素三个因素: 敞口面积与灯具控照器敞口面积与灯具控照器(灯罩灯罩)内表面面内表面面积之比，比值越高，效率越

24、高；积之比，比值越高，效率越高； 控照器内表面反射比越大，效率越高；控照器内表面反射比越大，效率越高； 灯具形状造成光在照明器内多次反射，灯具形状造成光在照明器内多次反射，效率降低。效率降低。2) 格栅式灯具采用大网孔高格片的格栅，材格栅式灯具采用大网孔高格片的格栅，材料采用抛光的铝合金或不锈钢，效率可高料采用抛光的铝合金或不锈钢，效率可高于于70%。 1 照明器的特性照明器的特性一、按照明器结构特点分类一、按照明器结构特点分类2 照明器的分类照明器的分类结构结构特点特点开启开启型型光源与外界空间光源与外界空间直接接触直接接触( (无罩无罩) )闭合闭合型型透明罩将光源包合起来，但内外空气仍能

25、透明罩将光源包合起来，但内外空气仍能自由流通自由流通密闭密闭型型透明罩固定处加严密封闭，与外界隔绝相当可靠，内外空气透明罩固定处加严密封闭，与外界隔绝相当可靠，内外空气不能自由流通不能自由流通防爆防爆型型符合符合防爆电气设备制造检验规程防爆电气设备制造检验规程的要求，能安全地在有爆炸危险性介的要求，能安全地在有爆炸危险性介质的场所使用。质的场所使用。有：有：1 1）安全型安全型 ；2 2）隔爆型隔爆型。安全型安全型在正常运行时不产生火化电弧；或把正常运行时产生的火化电弧的在正常运行时不产生火化电弧；或把正常运行时产生的火化电弧的部件放在独立的隔爆室内部件放在独立的隔爆室内隔爆型隔爆型在照明器的

26、内部产生爆炸时，火焰通过一定间隙的防爆面后，不会在照明器的内部产生爆炸时，火焰通过一定间隙的防爆面后，不会引起外部的爆炸引起外部的爆炸防震防震型型照明器采取防震措施，安装在有震动的设施上照明器采取防震措施，安装在有震动的设施上二、按照明器安装方式分类二、按照明器安装方式分类1）悬吊灯）悬吊灯2 照明器的分类照明器的分类2）吸顶灯）吸顶灯2 照明器的分类照明器的分类3）壁灯）壁灯2 照明器的分类照明器的分类4)4)嵌入式、半嵌入式嵌入式、半嵌入式2 照明器的分类照明器的分类5 5）落地式）落地式 2 照明器的分类照明器的分类6）台式）台式2 照明器的分类照明器的分类7 7）庭院式）庭院式2 照明

27、器的分类照明器的分类8 8）道路广场式）道路广场式2 照明器的分类照明器的分类三、按照明器的三、按照明器的配光曲线配光曲线分类分类（1） 正弦分布型正弦分布型光强是角度的正弦函数。光强是角度的正弦函数。（2） 广照型广照型 最大光强分布在较大的角度内，可在较广阔的面积上形成均匀的最大光强分布在较大的角度内，可在较广阔的面积上形成均匀的照度。照度。（3）均匀配照型）均匀配照型 各个角度的光强基本一致。各个角度的光强基本一致。（4）配照型）配照型 光强是角度的余弦函数。光强是角度的余弦函数。（5）深照型）深照型 光通量和最大光强都集中在光通量和最大光强都集中在030度的立体角内。度的立体角内。（6

28、）特深照型）特深照型 光通量和最大光强都集中在光通量和最大光强都集中在030度的立体角内。度的立体角内。2 照明器的分类照明器的分类四、按照明器四、按照明器光通量在空间的分布光通量在空间的分布分类分类 又称又称CIE(照明学会照明学会)配光分类配光分类2 照明器的分类照明器的分类五、按照明器五、按照明器防触电保护方式防触电保护方式分类分类2 照明器的分类照明器的分类照明器照明器等级等级照明器主要性能照明器主要性能应用说明应用说明0 0类类 依赖依赖基本绝缘基本绝缘防止触电，一旦绝防止触电，一旦绝缘失效，靠周围环境提供保护，否缘失效，靠周围环境提供保护，否则，易触及部分和外壳会带电则，易触及部分

29、和外壳会带电 安全程度不高安全程度不高，适用于安全程度，适用于安全程度好的场合，如空气干燥、尘埃少、好的场合，如空气干燥、尘埃少、木地板等条件下的吊灯、吸顶灯木地板等条件下的吊灯、吸顶灯类类 除除基本绝缘基本绝缘外，易触及部分和外外，易触及部分和外壳有壳有接地装置接地装置，一旦基本绝缘失效，一旦基本绝缘失效时，不致有危险时，不致有危险 用于金属外壳的照明器，如投光用于金属外壳的照明器，如投光灯、路灯、家庭灯等，灯、路灯、家庭灯等，安全度较高安全度较高。类类 采用采用双重绝缘双重绝缘或或加强绝缘加强绝缘作为安作为安全防护，无保护导线全防护，无保护导线( (地线地线) ) 绝缘性好，绝缘性好，安全

30、程度高安全程度高，适用于，适用于环境差、人经常触摸的照明器，如环境差、人经常触摸的照明器，如台灯、手提灯等台灯、手提灯等类类 利用利用特低安全电压特低安全电压（交流有效值（交流有效值不超过不超过50V50V）, ,灯内不会产生高于此灯内不会产生高于此值的电压值的电压 安全程度最高安全程度最高，可用于恶劣环境，可用于恶劣环境，如机床工作灯、儿童用灯等如机床工作灯、儿童用灯等七、直接型照明器按距高比分类七、直接型照明器按距高比分类1 1、照明器的距高比、照明器的距高比 照明器的距高比照明器的距高比是指相邻照明器之间的距是指相邻照明器之间的距离离s与照明器到工作面的距离与照明器到工作面的距离h(即照明器计算高即照明器计算高度度)之比，用之比，用表示：表示： s/h2 2、照明器的允许距高比、照明器的允许距高比 指照明器间距指照明器间距s与照明器计算高度与照明器计算高度h之比之比的最大允许值。的最大允许值。 2 照明器的分类照明器的分类21ShACBhS2tan21图图4-12 半照度角与距高比半照度角与距高比2 照明器的分类照明器的分类 布置照明器时使其距高比不布置照