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第二章照明电光源概述通电后能发光的器件称电光源，用作照明的叫照明电光源。已有100多年的历史。主要有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高强气体放电灯用作照明领域，场致发光灯、半导体灯主要用作指示照明灯或作为显示器件。本章内容介绍电光源的种类、性能指标，常用电光源的结构特点、光电参数及其特性。第一节照明电光源的分类及性能指标电光源的分类按工作原理分为固体发光光源和气体发光光源两大类。1、固体发光光源包括热辐射光源和电致发光光源（1）热辐射光源是以热辐射作为辐射的电光源，包括白炽灯、卤钨灯，它们是以钨丝为辐射体，通电后达到白炽温度，产生光辐射。（2）电致发光光源直接把电能转换成光能的电光源，包括场致发光灯、半导体灯。2、气体放电光源利用电流通过气体而发光的光源，它们主要以原子辐射形式产生光辐射。按放电形式分辉光放电、弧光放电灯。（1）辉光放电灯的特点工作时需要很高的电压，放电电流很小一般在10-6~10-1A霓虹灯属于辉光放电灯。（2）弧光放电灯的特点是放电电流大，在10-1A以上，照明工程主要用的是弧光灯弧光放电灯的分类按压力分低气压、高气压高气压弧光放电灯包括高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯低气压弧光放电灯包括荧光灯、低压钠灯高压弧光放电灯表面积小而功率很大，因此管壁负荷很高达3W/CM2，又叫高强度气体放电灯，简称HID灯。气体放电的全伏安特性通过改变电源电压来测量不同电流时灯管电压，可得到气体放电灯的全伏安特性。图中OC段是非自持放电去掉外电离，电流停止，电流值在10-6A以下。当电荷积累后，达到着火点D就可自持放电。稳定的自持放电从E点开始。自持放电包括辉光放电与弧光放电G点之后是弧光放电具有负伏安特性，它是不稳定的工作特性，单独接到电源上，会导致电流无限增大或减小。灯管熄灭或被电流击穿，因此必须用具有正伏安特性的限流装置抵消负伏安特性，才能稳定工作。气体放电光源主要附件镇流器具有正的伏安特性，回路电流增大其电压降增大，作用早灯管上的电压减小，电流就能稳定。可分为电阻、电感、电容、电子镇流器。电阻镇流器用于直流电源供电的气体放电灯，功率损耗较大，一般不使用在交流情况下。电感镇流器用于工频交流供电的气体放电灯，起限流作用还在启动时产生高压脉冲，使灯管胜利启动。但功率因素低建议线路末端补偿功率因素。电容镇流器一般用于高频交流而不适用工频电源，否则会使灯的光通输出具有脉冲性质。电子镇流器80年代引进，具有节能环保特点，优点：在150~250V下可正常工作，，一次性快速启动，损耗小，寿命长，效率高。功率因素高，对设备无干扰，外形美观，结构紧凑，重量轻，安装方便，安全可靠，无闪烁，无噪音。(2)启辉器用作灯丝自动接通断开，采用双金属片自动通断加热电路。补偿电容电感性镇流器功率因素低，利用电容可将它得到有效提高。HID灯的电气附件不能随意调换，否则将影响光源的启动特性，工作特长，使用寿命。二、照明电光源的主要性能指标是选择和使用光源的依据1、额定电压光源及其附件组成的贿赂所需电源电压的额定值。2、灯管功率是灯泡的设计功率值，灯泡在工作时消耗的功率。是在额定电流下消耗的功率。3、光通量输出灯泡在工作时小发出的光通。光源在额定电压、额定功率下的光通量输出，主要与点燃时间有关。在前100小时衰减多，之后衰减慢。4、发光效率消耗单位电功率发出的光通量，灯泡的光通量输出与它取用的电功率之比，简称光效。单位LM/W。5、寿命用点燃的小时数表示。（1）平均寿命取一组样品，同时点燃到50%样品损坏，累计时间的平均值。光通衰减小的光源采用。（2）有效寿命从点燃到光通衰减为70%~80%额定值累计的小时数。一般光通衰减显著的光源采用。6、颜色特性包括色表和显色性。色表取决于色温，可以分暖色调光源、中间色调光源、冷色调光源。显色性取决于光谱功率分布，用显色指数表示。7、启燃、再启燃时间启燃时间接通电源到光通量输出达额定值需要的时间。再启燃时间熄灭后再点燃需要的时间，HID灯的比启燃时间长。频繁开关的光源场所不用，应急照明用的光源选用瞬时启燃短的光源。闪烁与频闪效应闪烁光源的光通随电流的增减周期变化的现象。频闪效应在一定频率变化的光线照射下，运动物体呈现静止或不同于实际运动状态的现象。三、光源型号命名白炽灯由三部分组成第一部分由表征光源名称特征的首字母组成，如“普通照明灯泡”用“PZ”；第二部分和第三部分由表征光源的光电特性额定电压、额定功率，两数字间用小横线隔开。荧光灯由两部分组成，表示的意义同上，有时增加第三部分如颜色特征，不同结构形式的顺序号。举例：PZ220-100,YZ36RR表示的意义？第二节白炽灯是第一代光源，19世纪60年代发明，经历了100多年的历程，，它结构简单、成本低廉、使用方便、显色性好、点燃迅速、容易调光，因此应用广泛。一、构造特点由玻壳、灯丝、支架、引线、灯头组成。灯丝灯的关键部分，是灯的发光体，形状和尺寸很关键，直接影响寿命光效光利用率。一般把灯丝绕成单、双、三螺旋减少灯丝的长度，减少热损耗。如40W普通白炽灯双螺旋比单螺旋光效高20%。玻壳用一般玻璃做成不同形状。有透明的磨砂的乳白玻璃的或反射型的（蒸镀反光铝膜）。为提高寿命防止钨丝氧化燃烧，充惰性气体氩氮混合气体，60W以上重氪氙，这样吧蒸发的钨带到灯头部分，减少沉积增加亮度。灯头固定灯泡接通电源用。螺口插口、聚焦灯头特种灯头。螺口用于大功率，插口用于小功率具有防震动。交通工具中采用。二、主要类别依据结构不同分1、普通照明用白炽灯用于工业、民用建筑照明。一般以利梨形透明玻璃灯泡。特点是：结构简单、价格低廉、亮度大容易产生眩光。派生系列磨砂、乳白玻璃灯泡光线柔和。蘑菇形可增强装饰性，乳白灯泡是发展趋势。2、装饰白炽灯特点：外形多样、彩色多变与建筑相配。国内较多的是烛光形灯泡，彩色玻璃制作的节日彩泡，水下用彩色灯泡（承受高气压）。3、反射型灯泡内壁镀发射层，光速定向发射，用在灯光广告、橱窗、展览馆需要光线集中的场合。4、局部照明灯泡（低压灯泡）外形相似，额定电压低。主要用于采用安全电压的场所，便携式手提灯、机床照明，工厂车间的台灯。三、白炽灯的光电参数及其特性白炽灯的光电参数及其特性取决于结构1.额定电压、额定功率额定电压普通和反射型额定电压一般：220、110V；局部照明灯泡为：36、12、6V;船用灯泡等级为：24、110、220V。额定功率普通灯泡在15~1000W；局部照明灯泡和船用灯泡在10~100W；反射型在几十至几百W。2.光通量、发光效率光通量是在点燃100小时后的光通量，在几十到1100流明。发光效率75%以上以红外线方式辐射而产生热能，光效只有10~13LM/W。3、寿命、启燃时间寿命平均寿命一般为1000H，影响寿命的原因是钨丝蒸发变细，导致断丝。启燃时间0.07~0.38S是瞬时燃和再启燃。4、色温、显色指数色温取决于工作温度，钨的熔点约为3680K，实际使用的普通灯达到的色温不超过3000K，在2400~2900K，白炽灯属于低色温、暖色调光源。显色指数取决于光谱能量分布，白炽灯具有与黑体一样的连续光谱，显色性好，显色指数达99.5、光电参数与电压电压的关系电压变化将影响寿命和光通量电压变化影响光通量输出但不会突然熄灭，具有良好的调光性能。，一般局部照明调光灯，影剧院调光灯均采用。第三节卤钨灯1881年理论证明通过卤素的再生循环（卤钨循环）会大幅度提高寿命。1959年第一只碘钨灯诞生。灯泡内除了充惰性气体，还充卤素或卤化物，防止钨沉积玻壳，从而保持透明度。卤钨循环在一定的温度下，从灯丝蒸发出来的钨蒸汽向泡壁方向扩散，并与卤素反应形成挥发性的卤钨化合物，当卤钨化合物扩散到灯丝周围遇到高温重新分解成卤素和钨，钨沉积在灯丝上，分解后的卤素扩散到温度低的泡壁区域与钨化合，参加下一轮循环反应。根据灯内充入的卤素不同，有氟钨灯、氯钨灯、碘钨灯、溴钨灯。它们的区别是发生卤钨化学反应所需要的温度不同。碘钨灯最线推广使用，溴钨灯也已经得到使用，另两种氟氯对灯丝具有腐蚀作用没有得到广泛应用。上图就是一种单端碘钨灯。工作温度在2359~3150度，灯管温度高压250度。从灯丝到泡壁分三个区域如上图：区域三WI2+A+I2区域二A+WI2=A+W+2I区域一WI2+A+I2二、卤钨灯的结构特点卤钨循环是卤钨灯的一大特点，必须使管壁处卤化钨是气态，所以管壁温度比普通白炽灯高很多（碘钨灯大于250度，溴钨灯大于200度）。与白炽灯比结构特点：（1）体积小，采用耐高温而膨胀系数小的石英玻璃或硬质玻璃，500W的灯泡体积仅是白炽灯的1%。（2）灯管的机械强度很大，可充入压力较大的惰性气体，进一步抑制钨的蒸发，提高灯泡的质量。（3）工作温度高，单位面积光通量大，灯丝绕成细长的单螺旋或双螺旋，设置钨质支架固定灯丝。（4）引出端采用高稳定性的钼箔做导电体。结构、工艺、材料比白炽灯复杂，价格高几倍至几十倍。三、主要类型及光电参数两类：管形卤钨灯（双端引出），单端卤钨灯（两端密封在同一端）。管形卤钨灯（1）大功率（500W以上）做成管状。（2）管径8~10MM，长度80~330MM，功率100~2000W，色温2700~3200W，光效15~22LM，寿命1500H。（3）使用在体育场馆，建筑工地广场，厂房车间，大型会场，歌舞厅照明。管形卤钨灯使用注意事项：（1）需要水平安装，倾角不大于正负4度，否则卤化物向一端集中，破坏卤钨循环，寿命大大缩短。（2）工作管壁温度达200度以上，不能与易燃物接近，灯脚引入线应采用耐高温导线。（3）引线封口是全灯最薄弱的环节，使用时避免弯折、扭曲或过大压力，否则造成管子爆裂漏气或引线折断。（4）灯丝细长又脆，避免震动和撞击。单端卤钨灯（1）特点是：体积小，定向性好，装饰性强，安装方便。（2）使用场所：仪器，电影，电视，摄影，舞台，歌舞厅，家庭住宅（新型台灯，射灯，落地灯，聚光卤钨灯）。（３）参数是功率１０～几千瓦，色温３０００Ｋ，额定电压６＼１２＼２４＼３６＼１１０＼２２０Ｖ，选择和适应方便。综述：（１）卤钨循环以及充入的惰性气体抑制钨蒸发，避免玻壳黑化。（2）寿命期间光通量不变，寿命1500~200H为白炽灯的1.5倍；光效10~30LM是白炽灯的两倍。（3）显色性好和色温适应电视播放剧场，绘画摄影建筑物投光照明。（4）缺点是价格高，灯丝耐震性差，玻壳温度高，不适用振动易燃易爆灰尘多，移动的场合。第四节荧光灯是第二代光源，1936年产生属于低气压汞蒸气弧光放电灯，优点是光效为白炽灯的4倍，寿命为白炽灯的2~3倍，光色好。成为主要的一般照明光源。一、结构工作原理结构特点组成：灯头、热阴极、涂荧光粉的玻璃管。（1）灯管由玻璃制成，内涂荧光粉，两端装钨丝,内封装汞蒸汽及惰性气体。（2）电极用钨丝绕成螺旋形状，上涂电子发射物（钡、锶、钙等的氧化物）它们溢出功低，在电极温度较低时候就可产生热电子。电极与引入线焊接在玻璃芯柱上，引入线与灯的管脚连接，管脚与灯座连接。（3）荧光粉用来吸收紫外线并转化成可见光。只有3%的输入功率转变可见光，63%转变为紫外线，其中最强烈的为253.7和185.0NM的紫外线，它们射向灯管内壁荧光粉，发生光致发光，产生可见光辐射。单独一种荧光粉可以产生某种色彩的荧光灯，蓝、绿、黄、白、淡红、金白等彩色荧光灯；改变荧光粉构成物质含量，可得到日光色，冷白色，白色，暖白色等荧光灯；把几种荧光粉混合使用可得到三基色荧光灯。关于荧光粉最广泛的荧光粉卤磷酸钙粉，价格低，光效较高，显色性较差。日本首先使用三基色荧光粉得到5000K的三基色荧光灯。三基色荧光粉成分含有钇、铕、铈等稀土元素，并由红粉、绿粉（主要用来提高光效）、蓝粉按一定比例制成。得到的荧光灯光效可达到100LM/W，显色指数在80~90之间，改变三种荧光粉的混合比例，可制造出各种不同光色的高效荧光灯，价格为普