工业用电设备上海电力学院 电力系第6章 电气照明 Date1上海电力学院 电力系电气照明： 由电能转化为可见光能（波长为380780nm的电磁波）而发出光亮，是最先进的现代照明方式。电 光 源： 指通电后能发光的器件（如灯泡和灯管等）；灯 具： 包括引线、灯头、插座、灯罩、补偿器、控制器等。电气照明器：包括电光源和灯具两个部分。照明耗电：目前中国照明用电约占社会总用电量的12左右。绿色照明：我国于1996年10月全面启动。本章内容：电气照明的基本概念和常用术语、主要的电光源、节能电光源及新型电光源、照明灯具、照明供电以及绿色照明等问题。第6章 电气照明Date2上海电力学院 电力系6.1 照明的基本概念和常用术语一常用的光度量1光通量：单位时间内光辐射能量的大小，用符号 表示。单位是流明（lm）。一只200W的白炽灯泡比一只100W的白炽灯泡看上去要亮得多，这说明200W灯泡在单位时间内所 发出光的量要多于100W的灯泡所发出的光的量。光通量是说明光源发光能力的基本量。例如：一只220V、40W的白炽灯泡其光通量为350 lm，而 一只220V、36W、6200K的T8荧光灯的光通量约为2500 lm，这说明荧光灯的发光能力比白炽灯强 ，这只荧光灯的发光能力是这只白炽灯的7倍。2发光强度（光强）：表示光源向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I 表示，单位是坎德拉（cd）。发光强度是用来描述光源发出的光通量在空间给定方向上的分布情况的。当光源发出的光通量 一定时，光强的大小只与光源的光通量在空间的分布密度有关。例如：桌上有一盏220V40W白炽 灯，其发出的光通量为350 lm，该裸灯泡的平均光强为350/428cd。若在该灯泡上面装上一 盏不透光的平盘型灯罩之后，桌面看上去要比没有灯罩时亮许多。在此情形下，灯泡发出的光 通量并没有变化，但加了灯罩之后，光通量经灯罩反射后更为集中地分布在灯的下方，向下的 光通量增加了，相应的光强提高了，亮度也就增加了。 第6章 电气照明Date3上海电力学院 电力系3照度：被照面上单位面积入射的光通量。用E表示，单位为lx（勒克斯）。能否看清一个物体，与这个物体单位面积所得到的光通量有关。所以，照度是照明工程中 最常用的术语和重要的物理量之一，在当前的照明工程设计中，一直将照度值作为考察照 明效果的量化指标。例： a在40W白炽灯下1m远处的照度约为301x，加搪瓷伞形白色灯罩后可增加为70lx。 b满月晴空的月光下为0.2lx。 c晴朗的白天室内为100500 lx。一般情况下，1 lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为510 lx时，看一般书籍比较困 难；短时阅读的照度不应低于50lx。4亮度：描述发光面或反光面上光的明亮程度的光度量，单位是坎德拉平方米（cd/m2）。通常情况下：a40W荧光灯的表面亮度约为7000 cd/m2；b无云的晴朗天空平均亮度约为5000cd/m2；c太阳的亮度高达1.6109cd/m2以上。注意：一般当亮度超过1.6105cd/m2时，人眼就感到难以忍受了。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语一常用的光度量Date4上海电力学院 电力系二物质的光学性质光通过介质（空气、液体、固体等） 传播时，一般都发生吸收、折射、透射、 反射和偏振等现象。4物质的光谱选择性：光的波长不同时，各种物质吸收、反射和透射的情况也可能不同，这种现象称为物质对光有光谱选择性。图6.1.2 光的折射、透射、反射 第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语Date5上海电力学院 电力系1发光效率：光源消耗单位电功率所发出的光通量，简称光效，单位是lm/W。光效是表征光源经济效果的参数之一。在输出相同的光通量时，光效高的电光源比光效低 的电光源节省电能。在能完成相同的照明功能条件下，要优先选用光效高的电光源替代光 效低的电光源。三电光源的技术特性参数2光源寿命：（1）有效寿命。指灯开始点燃至灯的光通量衰减到额定光 通量的某一百分比时所经历的点灯时数。一般7080。（2）平均寿命。指一组试验样灯，从点燃到其中的50的 灯失效时，所经历的点灯时数。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语Date6上海电力学院 电力系3光源的颜色：光源的颜色，简称光色。它用色温和显色指数两个指标来度量。1）光源的色温：当某一光源的颜色与某一温度下黑体的颜色相同时，黑体的温度即为这种光源的颜色温度，简称色温，单位为开尔文，记作K。光源的色温是灯光颜色给人直观感觉的度量，与光源的实际温度无关。不同的色温给人不同的 冷暖感觉，高色温有凉爽的感觉，低色温有温暖的感觉。一般地说，在低照度下采用低色温的 光源会感到温馨快活；在高照度下采用高色温的光源则感到清爽舒适。在比较热的地区宜采用 高色温冷感电光源，在比较冷的地方宜采用低色温暖感的电光源。因此，可根据各自的环境条 件和爱好，选择适宜色温的电光源。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语三电光源的技术特性参数Date7上海电力学院 电力系2）显色指数：在该光源照射下物体表面显示的颜色与在标准光源照射下显示的颜色相符合的程度，即光源显现物体颜色的特性。光源的显色指数是指在待测光源照射下，物体的颜色与物体在日光下所显示的颜色相符合的程 度。显色指数最大值为100。一般认为：显色指数为80100的光源其显色性较好，5079之间显 色性一般，小于50为显色性较差。几种常见电光源的显色指数如表6.1.1所示。显色性是选用电光源的一项重要因素， 对于显色性要求很高的照明用途更是如此。3光源的颜色：光源的颜色，简称光色。它用色温和显色指数两个指标来度量。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语三电光源的技术特性参数Date8上海电力学院 电力系4光源起动性能：指灯的启动和再启动特性，用启动和再启动所需要的时间来度量。一般地讲，热辐射电光源的启动性能最好，能瞬时起动发光，也不受再起动时间的限制；气 体放电电光源的启动特性不如热辐射电光源，不能瞬时起动。除荧光灯能快速起动外，其他 气体放电灯的起动时间最少在4min以上，再起动时间最少也需要3min以上。不能承受启动和 再起动约束的场合，像住宅、商厦、宾馆、酒楼、康乐场所等的室内照明只能选用普通白炽 灯、卤钨灯和荧光灯。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语三电光源的技术特性参数Date9上海电力学院 电力系5闪烁与频闪效应1）闪烁：在交流电各半个周期内，光源的光通量随着电流的增减发生周期性的明暗变化的现象称为闪烁。一般情况下，肉眼不宜觉察到由交流电引起的光源闪烁。2）频闪效应：在以一定频率变化的光线照射下，观察到的物体运动呈现静止或不同于实际运动状态的现象称为频闪效应。具有频闪效应的光源照射周期性运动的物体时会降低视觉分辨能力，严重时会诱发各种事 故，所以，具有明显闪烁和频闪的光源其使用范围将受到限制。第6章 电气照明 6.1 照明的基本概念和常用术语三电光源的技术特性参数Date10上海电力学院 电力系四大类：热辐射式电光源、气体放电电光源、微波硫电光源 、半导体电光源。第一代 热辐射电光源利用钨丝发热而发光。 代表产品：白炽灯和20世纪60年代开发的卤钨灯。 优点：结构简单、光色好、发光柔和稳定、成本低，使用方便； 缺点：光效低、耗电大、寿命短，逐步为节能电光源取代。6.2.1 照明电光源概况电光源：通电后能发光的器件；照明电光源：用作照明的电光源。6.2 照明电光源第6章 电气照明Date11上海电力学院 电力系第二代 气体放电电光源自20世纪30年代起开发，较白炽灯发光机理不同 （辉光放电），发光效率有质的飞跃。代表产品：1荧光灯（1938年问世），光效高白炽灯5倍，作一般照明；2低压钠灯，光效高白炽灯十几倍，光色单一（黄光），只能作道路、隧道照明；3高压气体放电光源（高压汞灯、大功率氙灯等），功率大、光效高，用作场馆和泛光照明；第6章 电气照明 6.2 照明电光源 6.2.1 照明电光源概况四大类：热辐射式电光源、气体放电电光源、微波硫电光源 、半导体电光源。Date12上海电力学院 电力系第三代 节能气体放电光源自20世纪6070年代起开发代表产品有：1细管径荧光灯（T8、T5、T4）2紧凑型荧光灯（电子节能灯） 细管径荧光灯和紧凑型荧光灯较普通荧光灯光效高（从40 50lm/W提高到50105lm/W）、显色性好、寿命长、且结构紧 凑、通用性好，已成为室内照明主体；第6章 电气照明 6.2 照明电光源 6.2.1 照明电光源概况Date13上海电力学院 电力系第三代 节能气体放电光源自20世纪6070年代起开发3高强度气体放电光源（HID），如高压钠灯（HPS）、金属卤化物灯（MH），20世纪60年代研制、80年代形成规模生产。较高压汞灯光效高（11.5倍），显色性好（显色指数60），寿命6000小时以上，广泛用于道路、场馆、大型照明工程等。第6章 电气照明 6.2 照明电光源 6.2.1 照明电光源概况Date14上海电力学院 电力系第四代 新光源120世纪8090年代已开发出一批新型节能气体光源，包括：无汞荧光灯、高频无极荧光灯、平面荧光灯、高显色性高压钠灯、陶瓷金属卤化物灯、微波硫灯。2几种未来新型光源，包括：涂有光触媒的荧光灯、长余辉残光型荧光灯、可变色荧光灯、四基色荧光灯。3. 半导体电光源第6章 电气照明 6.2 照明电光源 6.2.1 照明电光源概况Date15上海电力学院 电力系第四代 新光源3. 半导体电光源用半导体发光二极管(Light-Emitting Diode, LED 作为光源。因白光LED最接近日光，更能较好地反映照射物体的真实颜色，所以白 光LED照明最有魅力。应用半导体PN结发光原理制成LED问世于20世纪60年代初，90年代以来 ，随着氮化稼为代表的第三代半导体的兴起，以及白色LED的研究成功 ，使实现半导体发光LED照明成为可能。传统白炽灯泡采用热发光技术，浪费了90%的能源。而发光二极管的效能 转换效率却非常高。第6章 电气照明 6.2 照明电光源 6.2.1 照明电光源概况Date16上海电力学院 电力系第四代 新光源3. 半导体电光源氮化稼基白光LED的优点： 耗电量低，仅为相同亮度白炽灯的1020。 寿命长，普通灯泡寿命只有1000小时；而白光LED灯寿命却可以达到10万小时。 环保，只用3伏的直流电压保证其没有电磁干扰，同时寿命长又保证少产生废物，不像日光灯点亮后会产生汞蒸汽等污染物。 体积小、重量轻