灯具的基本概念

灯具的基本概念章海骢一.概述1.人与光精彩的世界靠人的视觉来感受,

世上万物靠眼睛来观察/创造;

我们周围80%以上的信息来自视觉,

眼睛是最重要的感觉器官!!!

眼睛感受的是光.

有光就有大千世界.2.自然和光地球的一半是黑的.太阳光---日出而作日落而息太阳光给出的照度:露天:照度(lx):地面上几万,

亮度(cd/m2):光地:几万,绿地:~7000,

云彩:~10000;(太亮,刺眼)树荫下:照度(lx):地面上几千,

亮度(cd/m2):几百.(最舒服：100cd/m2万岁)月光下:地面照度1-2lx;

亮度:10-2-10-1

cd/m2,太暗,看不清楚.纵观从亮到暗的整个范围,人眼能接受的亮度范围,跨越了6个数量级:但不能在一个视场内同时接受该跨度值.在同一视场内能接受的亮度范围,仅为3个数量级,例如:明暗跨度过小,显得平淡和朦胧;明暗跨度过大,产生眩光或艺术要求.明暗跨度较小的例子办公室的间接照明明暗跨度大的例子立面照明眩光的亮度范围3.人的活动需要合适的光线

早期的活动是直接谋生存,在自然光和火光下.

他们只需要光。

现在的活动是间接谋生存,工作和学习---创造财富.必须在合适的照明环境中,进行各种各样的活动.

他们不仅需要光，更需要光的强弱､分布和方向。4.人造光----电气光源提供了光人造光的作用:1)把黑夜变白昼;2)创造无窗的工作条件;人造光的特点:光通量小,光强变化少。但不能形成合适的照度与亮度，须组合,达到：1）与人眼需要的数值吻合；2)灵活性和多样性的满足;3）恰如其分，节约能源。

但是,无法直接用光源的光线来照明,因为:1)亮度太高,大多有强烈的眩光(白炽灯和HID灯的亮度在106cd/m2),少数如荧光灯(104cd/m2)也有刺目的感觉.2)配光曲线简单,无法适合多变的实际环境.3)大多数情况下,灯向某一方向照明,直接使用的话,光线的利用率太低.4)温度和电器安全上的问题.5)配套电器要安装/使用十分方便.

因此必须配上灯具后才能使用.5.灯具的基本功能和相关说明:

灯具安全要求涵盖的内容让光源发出的光线好好地接过来,如:

1.光学系统:包容角

2.光源燃点方向

3.弧管支架放置位置让光源有尽可能长的寿命

电气配合供电电压,电器附件环境温度封接处温度,灯头处温度,MHL的外壳温度环境温度环境气氛粉尘,危险气体,振动电气配合1.供电电压与灯的寿命白炽灯的经验公式:

卤钨灯不能降压,卤钨循环需要管壁温度(≥2500C)供电电压对灯的颜色的变化对金卤灯,供电电压的变化10%就会引起颜色变化,还会缩短寿命.

原因:冷端温度变化卤化物循环不利2.电器附件

1)灯座以前是使用白炽灯和高压汞灯的.

现在,HID光源的出现带来的诸多变化:(1)启动电流;(2)温度;(3)触发电压;(4)潮湿环境---外墙照明,贴地使用.

石英玻璃用钼箔封接处的温度(过高要氧化)2000h的话,要<3500C灯管端点<2800C.不能将光线聚焦在封接处

螺口温度的限制(未标T的):E14:1350C,E27:1650C,E40:2250C.2)镇流器

(1)V-A特性曲线的线性问题.(1)保证光源电参数正常,处于良好的工作状态(工作点);(2)电压升高时不损害光源

HPS的V-W限制曲线线性差的镇流器就超出平行四边形(2)整流效应与相应的要求

低压荧光灯和HID临近寿终前的灯管电流都会因波形不对称而产生直流分量,导致镇流器过热.整流效应中的直流分量是电流增加而致过热.现对所有的HID镇流器都有要求,试验电流下≤1800C的线圈温度.一般无法达到.现都采用加热保护器的方法.3)触发器:

触发电压:1-3kv(HPS用),3-5kv(MHL用)

触发形式:

触发负载:20pf:光源电器一体化的灯具.1000pf:远距离(灯杆上下两端).

tc:1050C,光源电器一体化的灯具.让光源把光线全部发出来

1.提高电弧管温度(HID的保护套)

2.

环境温度的生成和控制(T5T8)3.将遮住光线的地方隐匿起来(白炽灯发黑)4.高频对荧光灯来说至关重要1.提高管壁温度放电管的保护套的功能:1)防止爆炸,用于敞开式灯具,如敞开式工厂灯;无保护套的如直泡,用于封闭式灯具2)提高放电管的环境温度,提高光效,改进色温.

带防爆套不带防爆套2.环境温度与光源光通量

CFL灯的ta与W､

Φ､η的关系:

在筒灯中应了解的数据,是何种燃点位置适合工作又将灯的光通量发挥出来.

T5和T8直管型荧光灯的光通量随环境温度的变化:

T8:250C,T5:350C.T8宜用敞开式灯具,

T5宜用封闭式灯具.环境温度引伸出来的问题---大问题､不知晓几个例子:1)HPS路灯的效率问题

(1)HPS的寿命曲线管压越高,越近寿终;

管压越来越高.

(2)高的环境温度促使灯管的管压升

IEC规定的HPS在灯具内的管压升限值造成管压升的原因图示必须防止这种现象的发生功率(W)1502504001000管压升限值(V)7101225(3)反映该现象的一个参数不少路灯中存在这个现象:2)在1~2KW大功率金卤灯具中的问题用于运动照明的光源,问题见表:

相关色温(CCT)显色指数(Ra)样本值5500K>80实测值(裸光源,ta=250C)~4000K65-703)在荧光灯具中的类似问题在不等于250C环境温度下测试密封灯具的话,灯具效率是有问题的.

来源于环境温度对灯管光通量的影响太大.3.将遮挡光线的位置藏匿起来白炽灯在燃点过程中,随着钨的蒸发,泡壳壁上会沉积有蒸发的钨而影响光输出,在设计灯具时应注意这方面的影响.4.电源频率和光源光通量的关系1)提高荧光灯的光通量;2)减少阴极暗区的位降造成的功耗;3)阴极暗区减少了光通量.频率与HID灯的光通量关系不大.高频带来了许多好处:

1)在用电子元件得到的高频电源下,利用功率因素校正电路(PFC)可轻而易举地得到0.99的高功率因素;2)在高频下低频灯和高频灯,光源的电参数与工频下大不同,频率Hz额定功率(W)额定灯电压(V)额定灯电流(A)两个串联的阴极电阻(Ώ)额定予热电流(A)镇流器的电压/电流(Ώ)50361030.430400.650390≥20K321020.3204020-26K321280.25515+155018570.370500.550270≥20K16550.2903)在高频下,光源的寿命延长(原因1)波幅因数CRF小,阴极溅射小;2)灯管压高,灯管电流小,阴极发射电子需要量少);4)细管径的灯,因其灯管电压高,灯管电流小,无法在工频下(不能用电感镇流器点亮和工作)工作,如T528W灯管必须用高频,高频时的管电压:168V,管电流170mA.与T836W低频参数103V､430mA相差甚远.(高阴极电阻20Ω).

北美的F32WT8灯管也属于这类,灯管电压137V,灯管电流265mA.(低阴极电阻7.6Ω).5)高频电源的内阻可做得很小,以至可适合短路电流(启动时)远大于工作电流的情况.如:充氙金卤灯(汽车前大灯)两者为4:1左右,而工频下电感镇流的只能适合2:1左右的水平.6)在工频和高频下荧光灯的比较：电源频率光通量(相对)功率因数费用(相对)资源再生循环工频1.00.85(用补偿电容)1好高频1.1-1.120.992-6差7)高频下光源工作的四大特点:

a.恒功率的工作状态:

不同镇流方式下电源电压变化时的灯功率的变化（HID光源）:

b.光色稳定得益于光源的功率变化很小的缘故.电压变化(%)灯功率变化(%)一般镇流±10≥20CWA±10~10电子镇流±15恒定c.流明维持率提高20-30%（指HID光源）.d.灯的寿命提高将近一倍.来源于灯功率的恒定.5。2-3KW单泡壳大功率金卤灯的管压大功率金卤灯的管压为100V级,电流20-30A，充汞少,蒸汽密度低,玻壳碎裂后危及玻璃和灯具.应换成200V级电流10-15A的灯泡,充汞量为7.7-9.9mg,蒸发的卤素是充入量的25-100%.碎裂后也不危及灯具。充汞量M(mg/cc)和蒸发后过剩卤素X(%)的关系如下：表格M(mg/cc)X(%)前面玻璃情况点灯状态结果6.6138不能测量熄灭X7.1118好不稳定X7.7100好维持亮好8.281好好8.862好好9.343好好9.925好好10.413破损X11.57破损X12.50破损X环境气氛:

振动､防冲击､耐候性和符合相应气氛要求都是保证光源长寿命的基本要求.

防松灯座:

防松固圈:防冲击:

有多种冲击方式:

手持冲击锤---适合圆滑表面;

单摆冲击锤---适合灯座等;

落球冲击---危险场所的灯具;

冲击机---船用灯具(模拟船只的运动).危险气氛中的灯具---防爆灯隔爆型(隔爆腔和间隙)

增安型(采取措施)---I和II类场所;

本安型(小电流)---各类场所;

隔爆型增安型本安型充气型场所0类I和II类各类场所让光源发出的光线全部送到需要的地方:

高的灯具效率:

光源的光线送出来.

在光学系统中的损失少.

反射比高;

透射比高.

高的照明效率:让光线送到需要的地方

照明效率高就节能灯具设计和照明设计都有很大影响.必须了解现代人的一些活动：隧道照明体育活动

读写学习班电脑学习6.灯具的定义和功能使光源可靠地发出光线,以满足人类从事各种活动时对光线需求的一种照明设备.现代的电气灯具除电光源部分外,还包括光学部件､电气部件和机械部件三部分.

灯具可有照明､显示和效果功能中的任一种功能.

照明:发出光线用来照明对象,眼看物

显示:发的光线起信号或显示用,眼看光

效果:光线得到气氛或效果,眼看光灯具改变了光源的光分布，满足实用需要的几个实例:

远射的：工厂用：道路用：学习用：总结:

光是涂料

来源于光源,

光源有自然光源和人工光源;

人造光是人工涂料(优于/多于天然涂料)

来源于人工光源,即现代的电光源;

灯具是画笔提供画家作画;

照明设计就是画家(照明设计师)创作的过程.二.灯具的几个基本要素

1）构造:光源､光学系统､电器附件､结构件和调节件.2）性能

(1)电气安全指标:

分类:外壳防护､防触电､安装面材料;

内容:结构(电器间隙和爬电距离､强度等)､绝缘材料､温度､耐久性等;

试验:按照GB7000(IEC60598)进行.

(2)

功能指标:

分类:室内灯､透光灯和路灯分类;

光度学参数:光强分布曲线､光束角､效率;

照明用参数:距高比､照度分布､利用系数等其余功能:活动功能:调节､变色等等;

电器配件功能:光控､译码等三.灯具的光学特性分灯具的光度学特性和照明性能两方面:名称光度学特性照明性能对象一个灯具数个相同灯具一起使用后的光度特性内涵表述该单灯具的特性多灯具效果内容光强分布(配光)曲线､灯具效率(光输出比)､各环带光通量安装距高比､利用系数､等照/亮度分布曲线､眩光数据来由实验室测量光强后计算从单灯数据结合实际情况后计算得来作用供选择灯具用供照明设计用1.灯具的空间光强分布曲线

1)立体分布形态表示:灯具射向空间个方向上的光强大小不同,得到的空间光分布的形态也不同,下面是它的立体形态.

一个只有下半球有光线,另一个上下半球都有.优点:有形态.缺点:无数值(角度和大小).2)立体分布的平面表示(1)特征平面上(过光轴)的分布表示,用于光分布对称性好的灯具.

直角坐标表示优点:表述很细;缺点:形象化差适用:窄角度配光

极坐标表示优点:形象化好,缺点:表述不细,适用:宽角度配光(2)立体分布的平面表示a.C-γ坐标系统用于道路灯具和室内灯具圆形网图正弦网图室内灯具使用C-γ系统的说明b.H-V系统用于投光灯具和泛光照明，也称B-β系统。为什么要用该系统，因为调节灯具角度时，对应的V（B）平面在地面上是一条线，即地面上的一条线是网图上的一条经度线。2.灯具的效率(光输出比)定义：问题在：光源在灯具内和灯具外发出的光线不相同，即光源的光通量和环境温度有关，有些光源的关系还很大，如：荧光灯和高压钠灯。3.灯具的安装距高比(S/H)

一个场所的照明都需要由若干个灯的光线迭加后才能完成.

例如:一个5000m2照度500lx的商场,需要2500000lm,如此大的光通量只能大量小光通量的灯来提供.

一个36W的荧光灯具给出1600lm,就要1563只;

一个400W的HID灯具给出26000lm,就要96只.

问题是怎样布置采纳使受照面上的照度均匀?灯具的配光曲线决定了两个灯具之间的安装距离:安装得太远,两灯之间有暗区;安装得太近,两灯之间有亮区;距高比(S/H)的确定

1)用计算配光曲线上1/2照度角的方法,

适合于铅垂线方向上光强大而其他方向上小的灯具.2)用1/4照度角的方法确定适用于铅垂线方向小而两侧大的蝙蝠翼配光曲线.4.灯具的利用系数灯具的利用系数(CU)=从灯具中发出并最后落在工作面上的光通量Ф工作面与灯具内光源额定光通量Ф光源之比.

Ф工作面=灯具直接射向工作面的光通量Ф

DR+室内的多次反射光射向工作面的光通量ФR.CU的图示5.灯具的等照度(平面照度)曲线1)旋转对称配光的灯具用-----空间等照度曲线来自空间一个过光轴平面上的计算结果.2)非旋转对称配光用----平面相对等照度曲线四,灯具的配光曲线及其分类

1.室内照明灯具的CIE分类

分类名称灯具下半球光通/灯具全光通灯具上半球光通/灯具全光通图例直接照明型90-100%0-10%半直接照明型60-90%10-40%中间照明型或直接-间接照明型40-60%40-60%半间接照明型10-40%60-90%间接照明型0-10%90-100%2.直接照明型灯具的分类仅对下半球空间光线而言.分类名称安装距高比S/H½照度角θ1/2图例特窄照明型S/H≤0.5θ1/2≤140窄照明型0.5<S/H≤0.7140<θ1/2≤190中间照明型0.7<S/H≤1.0190<θ1/2≤270宽照明型1.0<S/H≤1.5270<θ1/2≤370特宽照明型1.5<S/H370<θ1/23.投光照明灯具的扩散角的定义

δ1/2:用于确定灯具间距

δ1/10:用于计算灯具数量.4.投光灯具的NEMA分类美国电气制造商联合会的分类:NEMA分类光束角范围(指全角:δ1/10+δ’1/10)测量或表示时的角度间隔1100<V,H≤180102180<V,H≤290203

290<V,H≤460304

460<V,H≤700505

700<V,H≤10008061000<V,H≤130010071300<V,H≤18001005.投光灯具的CIE分类仅为测量光度参数用:

第一类:包含最大光强在内的任一平面内的δ1/2≤40,但必须大于20,小于20的称探照灯.

第二类:包含最大光强在内的任一平面内的δ1/2>40.6.1道路灯具的IESNA分类½Imax光强分布的形状和位置6.2道路灯具的CIE分类投射扩散控制近γmax<60o窄γ90o<55o不严格SLI<2中60o≤γmax≤

60o中45o≤γ90o≤55o中等2≤SLI≤4远γmax>70o宽γ90o>55o严格SLI>46.3国标上的分类*不管光源发出多少光通量,光强最大值不得超过1000cd.灯具类型最大光强方向在制定的角度方向上所发出的光强最大允许值90o80o截光型0o~65o10cd/1000lm*30cd/1000lm半截光型0o~75o50cd/1000lm*100cd/1000lm非截光型/1000cd/五.灯具的功能分类各种不同的场所,人有不同的要求,照明光线的方式就不同,需要的灯具自然也不相同.1.可移动式灯具以下只是台灯的示例.2.装在家具上的灯具3.下射式灯具荧光灯和HID灯.4.吸顶灯有荧光灯和HID灯等.5.各种不同类型的洗墙灯6.各种各样的加强照明灯7.轨道灯8.各种间接灯9.线脚(槽)灯10.舞台灯11.工厂灯(荧光灯管)12.简式工厂灯13.高天棚工厂照明灯14.低层高工厂照明灯15.应急照明灯和诱导灯16.体育用灯17.道路灯18.步道灯和行人道灯19.停车场灯和车库灯20.安保灯21.景观灯22.投光灯五.确定防触电保护等级和方法防触电保护型式有:

0类灯具:基本绝缘

I类灯具:基本绝缘+金属外壳保护接地

II类灯具:双重绝缘或基本绝缘+加强绝缘

III类灯具:电源电压为安全特低电压(SELV)

原来我国允许采用0类灯具,但仅适用于普通灯具(IP20的灯具),即无特殊的防尘防固体和防水措施的灯具.2002年的标准公布后已不允许使用了。各种绝缘类别的图示:绝缘

基本绝缘双重绝缘加强绝缘名称基本绝缘+

补充绝缘电气

2U+10004U+2750

4U+2750强度2U+1000

2U+1750绝缘

244电阻(MΩ)2+3各种类别防触电保护等级的灯具图示:0类灯具I类灯具II类灯具III类灯具依靠基基本绝双重绝缘电源电压本绝缘缘加外或加强绝≤50V

壳保护缘(R.M.S)

接地防触电保护等级图示

绿色:绝缘体(基本绝缘材料);黑色框:易触及部件或外壳,

红色:带电体;蓝色:接地.六.确定支承面材料的分类定义:普通可燃材料:引燃温度≥2000C,此时不变形和强度不下降.非可燃材料:不助燃的材料.易燃材料:除此之外的材料.分类:适宜安装于普通可燃材料表面的固定式灯具.只能安装于非可燃材料表面的固定式灯具.可移式灯具和手提灯具(无符号规定).意义:明确灯具的可安装位置.七.灯具的外壳防护等级分类IEC规定的IP等级的表示方式用IP后紧跟的两个特征数字XX表示,表为IPXX的形式.第一个特征数字表示防固体物的能力,有1,2,3,4,5,6六个数字表示.第二个特征数字表示防液体的能力,有1,2,3,4,5,6,7,8八个数字表示.注意:1)任何一个电器(不管是室内用的还是室外用的)都有一个IP等级与之对应,供照明设计选择时参考;2)一个电器中不同部位采用了不同的措施后可有不同的IP等级表示其能力;3)IP是英文ingressionprotection的缩写;4)应该选用或设计适用于使用场所的最经济的外壳形式,并非越高越