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照明


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照明基础知识

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内容概要 ? ? ? ? 光源 照明 照明应用 照明术语集

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上海宏源照明电

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光源
? ? ? ? ? ? ? 可见光是什么? 光源种类 主要技术指标 其它技术指标 光源发光原理 不同类别的光源 小结

光源

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光-电磁辐射波谱

光源

光是电磁波辐射到人的眼睛,经视觉神经转换为可见光线,即能被肉眼看见的那部份光谱。

1nm=10-6 mm
可以传递的波段 ? 长波无线传输(波长长达2000公尺); ? AM与FM短波无线广播; ? 电视广播与雷达传输(1公尺或更小的波长); ? 火红煤炉的红外线,其红外线波长更远低于千分之一毫米 ? ……
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光源种类
? 按照光源发光形式可分成三类
– 热辐射电光源:白炽灯(1879年)、卤钨灯(1959年) – 气体放电光源:

光源

? 低气压放电灯:低压钠灯(1931年)、T12荧光灯(1936年)、三基色荧光灯 (1973年)、紧凑型荧光灯(1980年)、T5荧光灯(1995年) 、无极灯(2003年) ? 高强度气体放电灯:高压汞灯(1936)、高压钠灯(1965年)、金属卤化物灯 (1964年)

– 固体电致发光光源:主要有半导体发光二极管(LED),但替代目前常见 照明产品仍需很长时间。

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LED
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主要技术指标(1)
? 寿命

光源

– 平均寿命:一批灯有50%的数量损坏不亮时的小时数。 – 使用(经济)寿命:在同时考虑灯泡的损坏以及光通量输出衰减的状 况下,考虑到光源照明功能失效的危险,其综合光通量输出至一特定比 例(即光通维持率)的小时数,也即用户替换(所有)光源的最佳时间。 (有时光源还可以工作,但是初始亮度已经下降到用户觉得不再舒服的 程度。 )
? 此光通量维持率比例用于室外的光源为70%,用于室内的光源如日光灯则为 80%。

– 照明系统的寿命主要决定于:
? 灯的寿命; ? 元件的寿命:启动器、变压器和镇流器等。

– 照明系统的寿命是重要的购买标准之一,因为其决定着系统的运营成本。 – 照明系统运营成本:
? 光源替换成本(购买新灯和更换旧灯的成本);
– 当光源不易接近或者在换灯会制造麻烦(道路、隧道、工作环境、工业生产过 程,商场等等)的情况下,替换光源的成本可能很高。

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? 能耗成本; ? 光源处理费用。
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主要技术指标(2)
? 色温
(Color Temperature)

光源

– 单位:开尔文[Kelvin] – 定义:
? 当光源所发出的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色 相同时,“黑体”的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温 度越高,光谱中蓝色的成份则越多,而红色的成份则越 少。 ? 是衡量一种光源 “有多么热”或者“有多么冷”的指标。 ? 是表示一种光源“白得程度”、“黄得程度”或者“蓝得程度” 的指标。 ? 暖色<3300K;中间色3300至5000K;冷色>5000K。

– 实例:
? ? ? ? 白炽灯的光色是暖白色,其色温表示为2700K; 日光色荧光灯的色温则是6000K; 蜡烛光的色温为2200K; 日光的色温为5500K。

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主要技术指标(3)
? 显色性

光源

– 定义:指事物的真实颜色(其自身的色泽)在某一被测光源照射下与某一标准 光源下所显示的颜色关系。 – 测定方法:CRI值的确定,是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源 和被测试光源下做比较,色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。 – 实例:CRI值为100的光源表示,事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源 下一致。

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显色性指数CRI (Color Rendering Index)
– 单位:Ra (Rendition absolute) – 原则上,人造光线应与自然光线相同,使人的肉眼能正确辨别事物的颜色; – 光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性,即呈现颜色逼真的程度,常以“显色 性指数CRI”来度量; – CRI数值越高,则光源对颜色的再现越好、越自然、颜色显示越饱满,所看到 的颜色也就越接近物体的自然原色,否则颜色偏差也越大 ; – 最大数值为100。

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CIE的八种标准色样是用来 比对光源的显色性指数
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主要技术指标(3)
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光源

显色性-如何影响色彩呈现
有相同色温的光源将会显示相同的色彩,但这并不表示所看见相同色彩的物体其表面 是相同的色彩。 低压钠灯的纯黄光与白炽灯的黄光加黄色过滤罩,两种光源在显色上是一样的,但在 白炽灯下眼睛辨识色彩效果远远高于低压钠灯,而低压钠灯是绝对无法达到白炽灯那 种效果。

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白炽灯的黄光(左),可完美地展现色彩;而低压钠灯的纯黄光(右),就无法清楚辨识各种色彩。

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主要技术指标(4)
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光源

光效 h (Luminous Efficacy)
单位:流明每瓦[lm/W]; 定义:光效是指电能转换成光能的效率。

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主要光源的主要技术特性指标
色温 (K)
2800 3000 全系列 全系列 3300/4300 1700 1950/2200/2500 3000/4500/5600 全系列

光源

光源种类
白炽灯泡 石英卤素灯 普通日光灯 三基色日光灯 高压汞灯 低压钠灯 高压钠灯 金属卤化物灯 LVD无极灯

显色性指数 CRI (Ra)
100 100 70 80-98 45 44 23/60/90 65-92 >80

光效 (Lm/W)
15 15 70 96 50 200 120 75-95 70~80

使用寿命 (小时)
1,000 2,000-3,000 8,000 10,000 6,000 28,000 24,000 6,000-20,000 紧凑型:60,000 分体型:100,000

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其它技术指标(1)
? 镇流器的功率因素PF (Power Factor)
– 定义:有功功率与视在功率的比值
? 视在功率:就是输入的交流电压与交流电流的乘积; ? 有功功率:是直接做功的部分,表示电阻对电的消耗。 – 功率因数是省电多少的指标
? 功率因数越高,表示作用于电路的比率越高,无效功越小,越省电; ? 功率因数越低,无效功越大,总用电量就相对提高,越耗电;

光源

– 功率因数的节电意义在于那些有电感、电容的设备
? 虽然电加热器和白炽灯泡等线性负载的功率因素为1,但是并不省电; ? 对容性设备如带镇流器的照明设备等,则需要考虑其有功功率与视在功率的差值即功 率因素的大小。

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其它技术指标(2)
? 谐波含量(Harmonic Content)

光源

– 定义:谐波含量(电压或电流)即为从周期性交流量中减去基波分量后 的量。
? 基波(分量) fundamental (component):对周期性交流量进行傅立叶级数分 解,得到的频率与工频相同的分量。 ? 凡是具有非线性电流波形的电子电气设备都将因谐波对交流供电产生许多有 害的影响。

– 当大量地使用会产生谐波的电子电气装置时,将对公共交流电网造成下 列危害:
过量的谐波电流会使发电机和电动机产生附加的功耗引起发热; 对无功补偿电容器组谐波电流过大可能导致电力电容器过载而损坏; 谐波电流会增加变压器和电网的损耗,浪费能源; 对电网继电保护、自控装置和电器产生干扰或造成误动作; 对计量检测仪器引入较大的误差,不能保证计量和检测正确度; 过量的谐波电流会在三相Y形供电系统中使中性线电流急剧增大,远远高于 相电流,引起中性线超负荷,并使设备损坏; ? 由于谐波电流与供电系统阻抗相互作用而引起严重的电压失真,可使接到相 同分支电路上的设备不能正常工作。 ? ? ? ? ? ?

– 谐波含量有二个限制等级 版 权 所 有
? L级为低谐波含量; ? H级为高谐波含量。
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其它技术指标(3)
? 电磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility)


光源

定义:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不 能承受的电磁骚扰的能力。
? ? ? 电磁骚扰的可限制性。电磁骚扰是普遍存在的,但可以技术手段限制它的危害性。 电磁骚扰的豁免性。产品在规定电磁骚扰强度的电磁环境下应能正常工作而不应降低 其性能指标。 电磁环境的规范性和兼容性。对电磁骚扰采取任何措施都不能使自身或使处于同一电 磁环境的其它产品或系统性能下降,只能友好地“和平”共处。 对其向外界发送的电磁骚扰强度进行测试,以便确认是否符合有关标准规定的限制值 要求; 对其在规定电磁骚扰强度的电磁环境条件下进行敏感度测试以便确认是否符合有关标 准规定的抗扰度要求。 电磁干扰(Electromagnetic Interference); 电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance); 抗扰度(Immunity to a Disturbance),是为了保证设备或系统的工作可靠性 。



EMC测试应当包括两大方面内容:
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EMC测试项目
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EMC是电工、电子产品重要的一项质量指标。

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其它技术指标(4)
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光谱 (Spectrum)
光谱能量分布曲线-Spectral Power Distribution Curves (SPD)
– 定义:表示光源发出可见光线的每个波长或波段的辐射能量多少的分布特征 – 是光源颜色特征的表示方法。

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其它技术指标(4)
户外日光Outdoor Daylight

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其它技术指标(4)
LVD无极灯发出的“白光”具有完整光谱,类似日光。

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3500K色温

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4100K色温

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其它技术指标(4)
HID灯光(1)
Clear Mercury 汞灯

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Low Pressure Sodium (LPS) 低压钠灯

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其它技术指标(4)
HID灯光(2)
HPS 高压钠灯

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HID灯光(3)
Metal Halide 金卤灯

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Ceramic Metal Halide 陶瓷金卤灯

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光源发光原理
? 热辐射发光:

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? 白炽灯一般是由钨灯丝、导丝、玻璃壳体、排气管和灯头等组成的; ? 发光过程:当接入额定电压时,电流就通过钨丝,并在灯丝上消耗一定的电功率,由 电能转换成热能,使灯丝发热至白炽状态而发光; ? 一般来讲,灯丝的温度越高,灯丝就越白炽,辐射的光色也就越白; ? 白炽灯具有光线柔和、目感舒适、观察物体的色差小、成本低、使用方便的优点,但 美中不足的是它的发光效率比较低,而且寿命比较短。

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气体放电发光:
– 低压气体放电发光: ? 荧光灯的发光过程是:通过镇流器给灯管灯丝加热,大约在1160K温度时,灯丝就开 始发射电子(因为在灯丝上涂了一些电子粉),电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞,氩 原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子,汞原子在吸收能量后跃迁产生电离,发出 253.7nm的紫外线,紫外线激发荧光粉发光; ? 是由灯丝、荧光粉、玻璃管、灯头、灯脚等组成; ? 具有发光效率高和灯管寿命长的优势,在亮度相等的情况下,要比白炽灯节省电能。 高强气体放电发光: ? 发光过程:在发光管内的电极间施加电压,在起动用气体(氩气及氙气)内开始放电, 产生的放电弧光高温约数千度,致使添加物(金属)蒸发而产生气体,蒸发的气体与添 加物原子内之电子相互碰撞,添加物的固有波长会被激发而发光。 ? 水银、钠、铊、锢、钪等金属卤化物被激发分别会发出青、橘、绿、青、白色的光。 ? 半导体电场发光(LED固态光源):是利用固体半导体芯片作为发光材料。当两端加 上正向电压,半导体中的少数截流子和多数截流子发生复合,放出过剩的能量而引起 光子发射,直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。



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固体电致发光:

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白炽灯
? ? ? ? 外形 灯头 类别 应用场合

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卤钨灯
? ? ? ? 类别 外形 应用场合 比较白炽灯

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直管荧光灯FL
? ? ? ? 外形 构造 镇流器 应用场合

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紧凑型荧光灯-节能灯CFL
? ? ? ? 外形 类别 特点 应用场合

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高压气体发电灯-HID(1)
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