電氣照明技術(shù)(002)課件

電氣照明技術(shù)2008第二章照明電光源

電光源泛指各種通電后能發(fā)光的器件。

目前電光源主要有：

①白熾燈和鹵鎢燈

②熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈

③場(chǎng)致發(fā)光燈和半導(dǎo)體燈

其中：白熾燈和鹵鎢燈、熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈主要用于照明領(lǐng)域；場(chǎng)致發(fā)光燈和半導(dǎo)體燈主要用作指示照明或顯示器件。第一節(jié)照明電光源的分類(lèi)及性能指標(biāo)

照明電光源是照明燈具的核心部分，電光源的種類(lèi)不同，其主要性能也不相同。

一、電光源的分類(lèi)

按工作原理分：固體發(fā)光光源和氣體放電光源兩大類(lèi)。1.固體發(fā)光光源固體發(fā)光光源主要包括：熱輻射光源和電致發(fā)光光源。①熱輻射光源是以熱輻射作為光輻射的電光源，包括白熾燈和鹵鎢燈。通電后鎢絲達(dá)到白熾溫度、產(chǎn)生光輻射。

②電致發(fā)光光源是直接把電能轉(zhuǎn)換成光能的電光源，包括場(chǎng)致發(fā)光炯和半導(dǎo)體燈。

2.氣體放電光源

氣體放電光源是利用電流通過(guò)氣體(或蒸氣)而發(fā)光的光源，它們主要以原子輻射形式產(chǎn)生光輻射。按放電形式的不同，氣體放電光源可分為輝光放電燈和弧光放電燈。①輝光放電幻的特點(diǎn)：工作電壓很高，但放電電流較小，一般在10-6~10-1A，霓虹燈屬于輝光放電燈。②弧光放電燈的特點(diǎn)：放電電流較大，一般在10-1A以上。在照明工程中廣泛應(yīng)用?；」夥烹姛舭垂軆?nèi)氣體(或蒸氣)壓力的不同，又可分為低氣壓弧光放電燈和高氣壓弧光放電燈。低氣壓弧光放電燈主要包括：熒光燈和低壓鈉燈。高氣壓弧光放電燈包括：高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈等。高氣壓弧光放電燈的表面積較?。涔β蕝s較大，致使管壁的負(fù)荷比低氣壓弧光放電燈耍高得多(往往超過(guò)3W／cm2)，因此又稱(chēng)高氣壓弧光放電燈為高強(qiáng)度氣體放電燈，簡(jiǎn)稱(chēng)HID燈。

(1)氣體放電的全伏安特性

指放電電流與電源電壓之間的關(guān)系。其特性曲線(xiàn)如圖2—2所示。

OC段對(duì)應(yīng)的是非自持放電，即如果除去外致電離則電流立即停止，電流約10-6A以下。D點(diǎn)以后是自持放電（輝光放電和弧光放電）。(2)氣體放電光源的主要附件。常用的附件有鎮(zhèn)流器、啟輝器和補(bǔ)償電容等。

1)鎮(zhèn)流器基本功能：防止電流失控、保證放電燈在其正常的電特性下工作。工作原理：電流↑→鎮(zhèn)流器電壓降↑→管電壓↓→電流↓。穩(wěn)定了電流。種類(lèi)：電阻鎮(zhèn)流器、電感鎮(zhèn)流器、電客鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器等。電阻鎮(zhèn)流器用于直流電源供電的氣體放電燈，但會(huì)引起較大的功率損耗，使燈的總效率降低。電感鎮(zhèn)流器用于工頻交流供電的氣體放電燈，它不但起限流的作用，而且在啟動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖，使燈管順利啟動(dòng)；電感鎮(zhèn)流器征工作時(shí)消耗的功率比電阻鎮(zhèn)流器小很多，一般為燈管功率的10％—30％，但電感鎮(zhèn)流器會(huì)使電路的功率因數(shù)降低。

電容鎮(zhèn)流器用于高頻交流而不適用于工頻交流電源。因?yàn)樵诠ゎl交流電源每半周開(kāi)始時(shí)，對(duì)電容充電的啟動(dòng)能量在燈中會(huì)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間很短的卻很有害的強(qiáng)峰值脈沖電流，致使燈的光通量輸出具有顯著的脈沖性質(zhì)。影響光通輸出的穩(wěn)定性。

電子鎮(zhèn)流器點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：●環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可延長(zhǎng)幻管使用壽命；●節(jié)能效率高，電子鎮(zhèn)流器本身?yè)p耗很小，再加上燈管工作條件改善了，故發(fā)出同樣的光通量所消耗的電功率也相應(yīng)減少了；●功率因數(shù)高，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染，對(duì)辦公設(shè)備無(wú)干擾；●外形美觀(guān)新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安裝方便；●安全可靠性高、無(wú)閃爍、無(wú)噪聲。是環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

2)啟輝器作用：來(lái)自動(dòng)接通和斷開(kāi)燈絲的加熱電路。結(jié)構(gòu)：常用的啟輝器是采用膨脹系數(shù)不同的雙金屬電極自動(dòng)通斷燈絲加熱電路(如圖2—3所示)。工作原理：接通電源后，啟輝器內(nèi)在雙金屬片和靜觸頭之間的氣隙產(chǎn)生輝光放電，外殼內(nèi)溫度急劇升高，把彎曲的雙金屬片加熱到800—10000C，使其變形閉合，接通電路對(duì)燈絲進(jìn)行預(yù)熱。啟輝器觸點(diǎn)閉合后，輝光放電停止，雙金屬片冷卻，觸點(diǎn)斷開(kāi)，為下一次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

3)補(bǔ)償電容

為減少線(xiàn)路損耗，提高線(xiàn)路的功率因數(shù)，在鎮(zhèn)流器的輸入端接入一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙荩窗阉⒙?lián)跨接在交流電源上，利用電容器可方便地使功率因數(shù)得到校正，通?？蓪⒖偣β室驍?shù)提高到0.85以上。

注意！高強(qiáng)度氣體放電燈一般都需要針對(duì)各生產(chǎn)廠(chǎng)家的光源配備適合的電氣附件，不宜隨意選用，也不宜相互代用(如把熒光高壓汞燈的鎮(zhèn)流器用到鈉燈上），否則，會(huì)影響啟動(dòng)特性、工作特性、使用壽命。

二、照明電光源酌主要性能指標(biāo)電光源的性能指標(biāo)通常是用參數(shù)表示光源的光電特性，作為選擇和使用光源的依據(jù)。1．額定電壓（設(shè)計(jì)值）指光源及其附件所組成的回路所需電源電壓的額定值。光源只有在額定電壓下工作時(shí)，才具有最好的效果。所以應(yīng)保證供電電源的質(zhì)量。2．燈泡(燈管)額定功率（設(shè)計(jì)值）燈泡(燈管)在額定電流下所消耗的功率。★3.光通量輸出指燈泡在工作時(shí)所發(fā)出的光通量，是光源的重要性能指標(biāo)。通常以額定光通量表明發(fā)光能力。光源在額定電壓、額定功率下工作時(shí)發(fā)出的光通量-額定光通量。

▲影響因素：在正常使用下．光通量輸出主要與點(diǎn)燃時(shí)間有關(guān)，點(diǎn)燃時(shí)間愈長(zhǎng)其光遲量輸出眾低，大部分光源在點(diǎn)燃初期(100h以?xún)?nèi))光通量的衰減較多，隨著點(diǎn)燃時(shí)間的增加（100h以后)光通量的衰減速度相對(duì)減慢，因此，光源的額定光通量有兩種定義方法：其一是指光源的初始光通量，即新光源剛開(kāi)始點(diǎn)燃時(shí)的光通量輸出。一般用于在整個(gè)使用過(guò)程中光通量衰減不大的光源，例如鹵鎢燈；其二是指光源點(diǎn)燃了100h后的光通量輸出，一般用于光通量衰減較大的光源。例如白熾燈和熒光燈。

4．發(fā)光效率（光效）-經(jīng)濟(jì)指標(biāo)燈泡消耗單位電功率所發(fā)出的光通量，即燈泡的光通量輸出與它取用的電功率之比稱(chēng)為光源的發(fā)光效率，簡(jiǎn)稱(chēng)光效，單位是Im/w。光效是表征光源經(jīng)濟(jì)效果的參數(shù)之一。★5．壽命

壽命是光源的重要性能指標(biāo)，通常用點(diǎn)燃的小時(shí)數(shù)表示。（1）全壽命。光源從第一次點(diǎn)燃起，一直到損壞熄滅為止，累計(jì)點(diǎn)燃的小時(shí)數(shù)。由于全壽命有相當(dāng)大的離散性，因此常用平均壽命和有效壽命來(lái)定義光源的壽命。

(2)平均壽命。取一組光源作試樣，從一同點(diǎn)燃起到50％的光源試樣損壞為止的累計(jì)點(diǎn)燃時(shí)間的平均值就是該組光源的平均壽命。一般情況下，光通量衰減較小的光源常用平均壽命作為其壽命指標(biāo)，產(chǎn)品樣本上給出的就是平均壽命，例如鹵鎢燈、白熾燈。(3)有效壽命。光源從點(diǎn)燃起一直到光遲量衰減為額定值的某一百分?jǐn)?shù)(一般取70％~80％)所累計(jì)點(diǎn)燃小時(shí)數(shù)就稱(chēng)為光源的有效壽命。有些光源(如熒光燈)的光通量在其全壽命中衰減相當(dāng)顯著，當(dāng)光源的光通量衰減到一定程度時(shí)，雖然光源尚未損壞，但它的光效明顯下降，繼續(xù)使用極不經(jīng)濟(jì)；所以這類(lèi)光源通常用有效壽命作為其壽命指標(biāo)?！?.顏色特性

包含色表和顯色性，是光源的重要性能指標(biāo)。光源的色表取決于光源的色溫(或相關(guān)色溫)，CIE將其分為暖色調(diào)光源、中間色調(diào)光源和冷色調(diào)光源等三類(lèi)；光源的顯色性取決于光源的光譜功率分布，用顯色指數(shù)表示，顯色指數(shù)越大，表明光源的顯色性越好。7．啟燃與再啟燃時(shí)間–氣體放電光源(1)啟燃時(shí)間光源接通電源到光源的光通量輸出達(dá)到額定值所需要的時(shí)間就是光源的啟燃時(shí)間。熱輻射光源的啟燃時(shí)間一般不足1s，可以認(rèn)為是瞬時(shí)啟燃的；氣體放電光源的啟燃時(shí)間從幾秒鐘到幾分鐘不等，取決于放電光源的種類(lèi)。(2)再啟燃時(shí)間正常工作著的光源熄滅后再將其點(diǎn)燃所需要的時(shí)間就是光源的再啟燃時(shí)間。大部分HID的再啟燃時(shí)間比啟燃時(shí)間更長(zhǎng)，這是因?yàn)樵賳⑷紩r(shí)要求這類(lèi)燈冷卻到一定的溫度后才能正常啟燃，即增加了冷卻所需要的時(shí)間?！绊懀?jiǎn)⑷寂c再啟燃時(shí)間影響著光源的應(yīng)用范圍。例如頻繁開(kāi)關(guān)光源的場(chǎng)所一般不用啟燃和再啟燃時(shí)間長(zhǎng)的光源，應(yīng)急照明用的光源一般應(yīng)選用瞬時(shí)啟燃或啟燃時(shí)間短的光源。

8．閃爍與頻閃效應(yīng)(1)閃爍指用交流電點(diǎn)燃電光源時(shí)，在各半個(gè)周期內(nèi)，光源的光通量隨著電流的增減發(fā)生周期性的明暗變化的現(xiàn)象。閃爍的頻率通常與電流頻率成倍數(shù)關(guān)系。一般情況下．人眼不宜覺(jué)察到內(nèi)交流電引起的光源閃爍。

(2)頻閃效應(yīng)指在以一定頻率變化的光線(xiàn)照射下，觀(guān)察到的物體運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)靜止或不同予實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)象。具有頻閃效應(yīng)的光源（如熒光燈）照射周期性運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)會(huì)降低視覺(jué)分辨能力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)誘發(fā)各種事故。所以，具有明顯閃爍和頻閃的光源其使用范圍將受到限制。三、光源型號(hào)命名我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2796-1981規(guī)定了各種光源的型號(hào)命名方法。照明設(shè)計(jì)中常用的白熾光源和氣體放電光源的型號(hào)命名見(jiàn)表2—1和表2—2。

白熾燈是最早出現(xiàn)的熱輻射光源，被稱(chēng)作是第一代電光源。它發(fā)明于19以紀(jì)60年代。由于白熾燈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便、顯色性能好、點(diǎn)燃迅速、容易調(diào)光等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)與民用建筑照明工程中得到了廣泛的應(yīng)用。一、構(gòu)造特點(diǎn)

白熾燈一般是由玻殼、燈絲、支架、引線(xiàn)和燈頭等五部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2—4所示。發(fā)光原理：白熾燈依靠電流通過(guò)燈絲時(shí)產(chǎn)生大量的熱，使燈絲溫度達(dá)到白熾的程度(2400~3000K）而發(fā)光。第二節(jié)白熾燈

玻殼

普通白熾燈的玻殼用一般坡璃制造，根據(jù)不同的用途做成各種不同的形狀。大部分普通白熾燈的玻竟是透明的，但為了降低光源表面的亮度，有時(shí)采用磨砂玻璃或乳自玻璃，有些燈泡則做成反射型的，即玻殼的上半部分(靠燈頭部分)蒸鍍一層反光鋁膜。

燈絲(鎢絲)足白熾燈的關(guān)鍵組成部分，是燈的發(fā)光體。燈絲的形狀和尺寸對(duì)于燈的壽命、光效和光利用率都有直接的影響。一般部將普通白熾燈絲繞制成單螺旋、雙螺旋甚至三螺旋的形狀．以減少燈絲的長(zhǎng)度。例如雙螺旋燈絲能使40w普通燈絲長(zhǎng)度縮短近一半，并在同樣壽命的情況下，使燈的光效提高20％左右。

存在問(wèn)題：普通白熾燈工作時(shí)燈絲溫度很高，鎢很容易被蒸發(fā)。從燈絲上蒸發(fā)出來(lái)的鎢沉積在燈泡壁上而使玻殼黑化，透光性降低，使燈泡光效率降低；鎢蒸發(fā)還會(huì)使燈絲變細(xì)，燈絲容易熔斷而使燈的使用壽命降低。

措施：把坡殼抽成真空，在玻殼中充入對(duì)鎢絲不起化學(xué)作用、熱傳導(dǎo)小、具有足夠的電氣絕緣強(qiáng)度的惰性氣體（氬氮混合氣體或氪氙混合氣體），有效地加以抑制鎢的蒸發(fā)，從而提高燈泡的使用壽命；同時(shí)由于氣體的對(duì)流作用，蒸發(fā)出來(lái)的鎢粉末將被氣體的規(guī)則運(yùn)動(dòng)帶到燈泡的頂部，而不致沉積在燈泡上，能夠保持燈泡的透光性以減少光遁且的衰減。一般只對(duì)大功率（60w以上)白熾燈充氣。

燈頭普通白熾燈起著固定燈泡和接通電源的作用，也是白熾燈的重要組成部分。按形式和用途可分為蛹口燈頭、插(卡)式燈頭、聚焦燈頭及各種特種燈頭(如圖2—5所示)，常用的燈頭是螺口和插口兩種形式。

二、主要類(lèi)別1.普通照明用白熾燈2.裝飾白熾燈3.反射型白熾燈4.局部照明燈泡（低壓燈泡）三、白熾燈的光電參數(shù)及其特性白熾燈的光電參數(shù)及其特性主要取決于燈泡的結(jié)構(gòu)。

1．額定電壓和額定功率

①普通照明和反射型白熾燈的額定電壓一般為220v和110v。功率為15~1000W和幾十至幾百瓦。②局部照明燈泡的額定電壓多為36、12、6v。功率多為10~100W。③船用燈泡的額定電壓等級(jí)有24、110、220v幾種。功率多為10~100W。2．光通量和發(fā)光效率

白熾燈的額定光通量一般是指點(diǎn)燃100h以后的光通量輸出。白熾燈根據(jù)不同的功率，其輸出的光通量一般在幾十到1100lm之間。

白熾燈總功率的75％以上都以紅外線(xiàn)的方式輻射掉(產(chǎn)生熱能)。因而普通白熾訂的光效不高．約為10~15lm/w。

3.壽命和啟燃時(shí)間

白熾燈的平均壽命一般為1000h，使用壽命較短。主要原因：在額定狀態(tài)下，鎢絲在工作過(guò)程中會(huì)蒸發(fā)鎢而使燈絲變細(xì)，從而導(dǎo)致斷絲。鎢絲通電加熱過(guò)程十分迅速，對(duì)于大多數(shù)白識(shí)光源來(lái)說(shuō)，通常加熱到輸出90％光通量所需的時(shí)間只有0.07s~0.38s，能夠瞬時(shí)啟燃和再啟燃。

4．色溫、顯色指數(shù)

白熾燈的色溫取決于它的工作溫度。鎢的熔點(diǎn)約為3500k，無(wú)法達(dá)到白熾溫度（5000k）。實(shí)際使用的普通白熾燈能達(dá)到的色溫不超過(guò)3000k。所以屬于低色溫、暖色調(diào)光源。

白熾燈的顯色性取決于它的光譜能量分布。白熾燈屬于熱輻射光源連續(xù)光譜，因而其顯色性很好，顯色指數(shù)Ra平均可達(dá)99。5.光電參數(shù)與電源電壓的關(guān)系

當(dāng)電源電壓發(fā)生變化時(shí)，對(duì)白熾燈性能的影響極大，將改變白熾燈的電阻、電流、功率、效率、光通量和壽命。白熾燈的光電參數(shù)與電源電壓的關(guān)系可以用圖2—6所示的曲線(xiàn)表示。

作為照明電光源，通常注重的是光通量和壽命（τ）受電源電壓變化的影響。

①當(dāng)電源電壓高于光源要求的額定電壓時(shí)，將會(huì)大大降低白熾燈的使用者命；

②當(dāng)電源電壓低于額定電壓時(shí)，將會(huì)使白熾燈的光通量輸出大大降低；

③當(dāng)電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，白熾燈會(huì)產(chǎn)生較大閃爍，影響照明的視覺(jué)效果。對(duì)電壓的要求：

●一般照明-不大于5%Un

●要求高時(shí)-不大于2.5%Un

第三節(jié)鹵鎢燈

普通白熾燈在使用過(guò)程中．由于存在鎢蒸發(fā)而使燈絲變細(xì)和玻殼黑化、導(dǎo)致壽命降低、輸出光通量衰減。采取充入惰性氣體后，雖然可以抑制鎢的蒸發(fā)速度，但并不能獲得滿(mǎn)意的效果。人們?cè)?9世紀(jì)后期通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)鹵素(氟、氯、溴、碘)的再生循環(huán)可以將蒸發(fā)出來(lái)的鎢再回到鎢絲上，從本質(zhì)上解決普通白熾燈存在的問(wèn)題。鹵鎢燈-填充氣體內(nèi)含有部分鹵族元素或鹵化物的充氣白熾燈。

鹵鎢燈與普通白熾燈的發(fā)光原理相同，都是利用電流通過(guò)鎢絲將之加熱至熾熱狀態(tài)而產(chǎn)生光輻射。二者都屬于熱輻射光源，但在結(jié)構(gòu)上卻有質(zhì)的差別。鹵鎢燈泡內(nèi)除充入惰性氣體外，還充有微量的鹵族元素或與其相應(yīng)的鹵化物，在滿(mǎn)足一定溫度的條件下，鎢和鹵族元素之間就會(huì)發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)使燈泡內(nèi)建立起鹵鎢再生循環(huán)，防止鎢沉積在玻殼上，使燈泡在整個(gè)壽命期間保持良好的透明度，光通量輸出降低很少。一、鹵鎢再生循環(huán)在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，從燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢蒸氣朝溫度較低的泡壁方向擴(kuò)散，并與鹵素反應(yīng)形成揮發(fā)性的鹵鎢化合物（氣態(tài)），當(dāng)鹵鎢化合物擴(kuò)散到燈絲周?chē)鷷r(shí)遇到高溫又更新分解成鹵素和鎢，釋放出來(lái)的鎢又沉積在燈絲上，完成一次鹵鎢循環(huán)（反應(yīng)與分解）。而分解后的鹵素再擴(kuò)散到溫度較低的泡壁區(qū)域與鎢化合，參加下一輪的循環(huán)反應(yīng)。根據(jù)燈內(nèi)充入的微量鹵族元素的不同，可制成不同的鹵鎢燈。目前技術(shù)比較成熟且廣泛使用的有兩種-碘鎢燈和溴鎢燈。二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.玻殼材料耐高溫、熱膨脹系數(shù)小。2.體積小（與同功率的普通白熾燈相比），機(jī)械強(qiáng)度高。3.工作溫度高，燈絲繞的密而細(xì)長(zhǎng)，設(shè)有支架圈。4.引出端與燈絲的連接采用鉬箔。三、主要類(lèi)型及其光電參數(shù)1.主要類(lèi)型

鹵鎢燈按用途分為6類(lèi)：①照明鹵鎢燈。又分為高壓雙端燈、低壓?jiǎn)味藷艉投嗥矫胬浞瓷涞蛪憾ㄏ蛘彰鳠?種，廣泛用于商店、櫥窗、展廳、家庭室內(nèi)照明。②汽車(chē)鹵鎢燈。又分前燈，近光燈，轉(zhuǎn)彎燈，剎車(chē)燈等。③紅外、紫外輻照鹵鎢燈。紅外輻照鹵鎢燈用于加熱設(shè)備和復(fù)印機(jī)上，紫外輻照鹵鎢燈已開(kāi)始用于牙科固化粉的固化工藝。④攝影鹵鎢燈。已在舞臺(tái)影視和新聞攝影照明中取代普通鎢絲白熾燈。⑤儀器鹵鎢燈。用于現(xiàn)代顯微鏡、投影儀、幻燈以及醫(yī)療儀器等光學(xué)儀器上。⑥冷反射儀器鹵鎢燈。用于輕便型電影機(jī)、幻燈機(jī)、醫(yī)用和工業(yè)用內(nèi)窺鏡、牙科手術(shù)著色固化、彩色照片擴(kuò)印等光學(xué)儀器上。

2.光電參數(shù)（1）壽命：1500~2000h(1.5倍）（2）光效：10~30lm/w（2倍）（3）Ra:99~100（4）色溫：2900~3200（k)

選擇鹵鎢燈的要點(diǎn)：燈的色溫，壽命，安全性及是否隔除紫外線(xiàn)。

第四節(jié)熒光燈

熒光燈俗稱(chēng)日光燈，是出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代的一種新型光源(通常稱(chēng)其為第二代電光源)，它的發(fā)光原理與白熾燈完全不同，屬于低氣壓汞蒸氣弧光放電燈。熒光燈與白熾燈相比，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高(約為白熾燈光效的4倍)、使用壽命長(zhǎng)(約為白熾燈壽命的2—3倍)和光色好。所以，從1936年產(chǎn)生至今，熒光燈光源業(yè)已經(jīng)形成一個(gè)龐大的工業(yè)體系，產(chǎn)品種類(lèi)繁多，仍在不斷的發(fā)展之中。目前，熒光燈的應(yīng)用十分廣泛，已成為主要的一股照明光源。一、結(jié)構(gòu)及工作原理

1．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)：熒光燈由燈頭、熱陰極和內(nèi)壁涂有熒光粉的玻璃管組成，見(jiàn)圖2—11。兩端裝有鎢絲電極，為了減少電極的蒸發(fā)和幫助燈管啟燃．燈管抽成真空后封裝氣壓很低的汞蒸氣和惰性氣體(如氬、氪、氖等)。

電極：在交流電源下，燈管兩端的電極交替起陰極(供給電子)和陽(yáng)極(吸收電子)的作用，故有時(shí)將電極統(tǒng)稱(chēng)為陰極。陰極通常用鎢絲繞成螺旋形狀，并在上面涂有電于發(fā)射物質(zhì)(以鋇、鍶、鈣等金屬為主要氧化物)，這些金屬氧化物具有較低的溢出功，以便使陰極在較低的溫度下就能產(chǎn)生熱電子發(fā)射。燈管的電極與兩根引入線(xiàn)焊接并固定在玻璃芯柱上，引入線(xiàn)與燈的兩根管腳連接．在燈具中管腳與燈座連接以引入電流。

熒光粉：作用是把它所吸收的紫外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。管內(nèi)壁涂的熒光粉不同，相應(yīng)的熒光燈的光色(色溫)和顯色指數(shù)也不同。多年來(lái)使用廣泛的熒光粉是鹵磷酸鈣熒光粉，它的價(jià)格比較低，發(fā)光效率較高，易于大量生產(chǎn)，但顯色性稍差，顯色指數(shù)一般為50—70左右。

趨勢(shì)：三基色熒光燈！

（2）工作原理：熱陰極熒光燈的工作電路由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器組成，見(jiàn)圖2—12。工作原理如下：當(dāng)合上開(kāi)關(guān)s1后，電源電壓全部加在啟輝器s2上，啟輝器s2產(chǎn)生輝光放電而發(fā)熱，其中的雙金屬片受熱膨脹變形，使觸點(diǎn)閉合，接通陰極電路預(yù)熱燈絲。雙金屬片觸點(diǎn)閉合后，輝光放電停止，經(jīng)1~2s的時(shí)間后，雙金屬片冷卻收縮將觸點(diǎn)彈開(kāi)分離，就在這一瞬間，串聯(lián)在電路中的鎮(zhèn)流器L(為一電感線(xiàn)圈)產(chǎn)生較高的自感電動(dòng)勢(shì)，加在燈管兩端，因陰極被預(yù)熱后巳發(fā)射了大量的電子，使管內(nèi)氣體和汞蒸氣電離而導(dǎo)電。汞蒸氣放電時(shí)產(chǎn)生的紫外線(xiàn)激發(fā)燈管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)發(fā)出可見(jiàn)光。燈管啟燃后，電源電壓就分布在鎮(zhèn)流器和燈管上，燈管兩端的電壓降遠(yuǎn)低于電源電壓，致使啟輝器上的電壓達(dá)不到啟輝電壓而不再啟輝。

▲鎮(zhèn)流器的作用：在燈管預(yù)熱和啟燃后，都起者限制和在一定程度上穩(wěn)定預(yù)熱及工作電流。二、熒光燈的主要類(lèi)型-工程中常用的分類(lèi)方法1．按啟動(dòng)線(xiàn)路方式分類(lèi)

●預(yù)熱式●快速啟動(dòng)式●冷陰極瞬時(shí)啟動(dòng)式2.按燈管工作電源的頻率分類(lèi)

●工頻燈管：目前市場(chǎng)以此燈為主。

●高頻燈管●直流燈管：工作在直流狀態(tài)下的燈管。3.接燈管形狀和結(jié)構(gòu)分類(lèi)●直管熒光燈。直管熒光燈是產(chǎn)量和使用量最大的一般照明光源。工程上常按其管徑(燈管直徑)的大小進(jìn)行分類(lèi)，目前使用的產(chǎn)品主要有T8、T5兩種，其中T代表1／8in,即3.175mm，熒光燈管的直徑約為T(mén)后面的數(shù)字乘以3.175mm。T5采用三基色熒光粉，屬高科技產(chǎn)品，是發(fā)展方向。●高光通單管熒光燈主要用于室內(nèi)有吊頂裝飾的場(chǎng)所。●環(huán)形熒光燈

●緊湊型熒光燈（異型熒光燈）類(lèi)型見(jiàn)表2-5。三、熒光燈的參數(shù)及其工作特性

1．額定電流、燈管電壓和燈管額定功率

（1）額定電流：額定工作電流和額定啟動(dòng)電流。①額定工作電流是根據(jù)燈管功率、燈管結(jié)構(gòu)和最有利的電流密度而決定的。②額定啟動(dòng)電流一般比燈管額定工作電流大，其作用是在啟動(dòng)時(shí)將燈絲預(yù)熱，以保證在短時(shí)間內(nèi)將燈絲預(yù)熱到一定的溫度。

(2)燈管電壓:是工作電流在燈管上產(chǎn)生的電壓降，它與燈管長(zhǎng)度有關(guān)。由于熒光燈工作時(shí)必須串入鎮(zhèn)流器元件，故燈管電壓低于電源電壓，一般燈管電壓為電源電壓的1/2—2/3。（3）燈管的額定功率：是燈管在額定電流下消耗的功率。熒光燈功率比較小，這主要是因?yàn)闊艄芄β适艿綗艄艹叽绾妥钣欣碾娏髅芏鹊南拗啤晒鉄糇钣欣墓ぷ鳁l件是管內(nèi)保持一定的汞蒸氣壓力，這要求管壁溫度不超過(guò)400C。因此燈管的電流密度和功率就受到了限制。

2.顏色特性(光譜能量分布、色溫和顯色性)

熒光燈的顏色特性與熒光粉性質(zhì)有關(guān)。其中最典型的是三種標(biāo)準(zhǔn)的白色，即暖白色(2900K)、冷白色(4300K)、日光色(6500K)，無(wú)論哪種熒光粉都可以調(diào)配出這三種標(biāo)準(zhǔn)的白色。圖2—15為涂有鹵磷酸鈣熒光粉的熒光燈的光譜能量分布，三種標(biāo)準(zhǔn)白色的熒光燈均具有較多的連續(xù)光譜，一般顯色指數(shù)Ra為50~70。

圖2—16為涂有三基色熒光粉的熒光燈的光譜能量分布，其特點(diǎn)是線(xiàn)光譜較多，一般顯色指數(shù)Ra可超過(guò)90。

圖2—17為涂有三基色多光譜帶熒光粉的熒光燈的光譜能量分布，其Ra可超過(guò)90。

3.光通量與發(fā)光效率

熒光燈在使用過(guò)程中光通量會(huì)有明顯的衰減現(xiàn)象，點(diǎn)燃100h后光通量輸出比初始光通量輸出下降2％~4％，以后光通量下降就比較緩慢。熒光燈的額定光通量一般是指點(diǎn)燃了100h時(shí)的光通量輸出值，對(duì)照明要求極高的場(chǎng)所有時(shí)甚至取點(diǎn)燃了2000h后的光通量輸出作為計(jì)算依據(jù)。

熒光燈光通量衰減的主要原因:(4種）●熒光粉的老化而影響光致發(fā)光的效率；●管內(nèi)殘留不純氣體的作用使熒光粉黑化；●電極電子物質(zhì)的濺射使管端黑化；●燈管老化使之透光比下降。熒光燈的發(fā)光效率很高，一般為27~82lm/w。熒光燈的光效與使用的熒光粉的成分有很大關(guān)系。三基色熒光粉的光效率最高，多光譜帶三基色熒光粉的光效率最低，鹵磷酸鈣熒光粉的光效率居中。三基色熒光燈的光效比普通熒光燈要高出20倍左右。

4．壽命

熒光燈的壽命一般是指有效壽命，即熒光燈使用到光通量只有其額定光通量的70％時(shí)為止。國(guó)產(chǎn)普通熒光燈的壽命約為3000~5000h。

影響熒光燈壽命的主要因素是陰極電子發(fā)射物質(zhì)的飛濺程度。實(shí)驗(yàn)表明：熒光燈啟動(dòng)時(shí)陰極上的電子發(fā)射物質(zhì)飛濺最為劇烈，因此頻繁開(kāi)關(guān)熒光燈會(huì)大大增加電子發(fā)射物質(zhì)的消耗，從而降低其使用壽命。頻繁開(kāi)關(guān)照明燈的場(chǎng)所不適宜選用熒光燈。

5．電壓特性

當(dāng)電源電壓變化時(shí)，對(duì)燈管的性能都有不同程度地影響(見(jiàn)圖2—18)。其中倍受關(guān)注的是對(duì)燈管壽命的影響，因?yàn)椴徽撾妷哼^(guò)高或過(guò)低，都會(huì)使熒光燈的壽命下降。6．環(huán)境溫濕度對(duì)性能的影響

環(huán)境條件對(duì)熒光燈的工作性能影響較大，當(dāng)環(huán)境濕度和濕度發(fā)生變化時(shí)，將影響熒光燈的光效和啟動(dòng)性能。

（1）溫度的影響實(shí)驗(yàn)表明，若燈管工作時(shí)管壁最冷部分的溫度約為400C時(shí)，管內(nèi)就能達(dá)到最佳汞蒸氣壓力，相應(yīng)的環(huán)境溫度約為20~350C，此時(shí)燈管的發(fā)光效率最高。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，管內(nèi)汞蒸氣壓力會(huì)增高或下降，253.7nm的紫外線(xiàn)輻射就會(huì)減弱，使光效下降，故環(huán)境溫度稍低于350C為宜。環(huán)境溫度低于100C還會(huì)造成熒光燈啟動(dòng)的困難。（2）濕度的影響

過(guò)高(75％—80％)將影響熒光燈的啟動(dòng)和正常工作。因?yàn)榄h(huán)境濕度增高時(shí)，懸浮在空氣中的水分子就會(huì)在燈管表面形成一層潮濕的薄膜，該薄膜相當(dāng)于一個(gè)電阻跨接在燈管的兩個(gè)電極之間，降低了熒光燈啟動(dòng)時(shí)兩極間的電壓，使熒光燈啟動(dòng)困難。一般情況下，環(huán)境相對(duì)濕度低于60％時(shí)可以正常工作。對(duì)于環(huán)境濕濕度變化范圍較大的場(chǎng)合來(lái)說(shuō)．不宜使用熒光燈照明，這也是熒光燈目前主要大量用于環(huán)境條件較好的家庭、辦公室、學(xué)校、醫(yī)院等室內(nèi)照明的原因。7.閃爍與頻閃效應(yīng)

（1）閃爍用交流電點(diǎn)燃熒光燈時(shí)，在電源各半個(gè)周期內(nèi)，隨著電流的增減，熒光燈的光通量發(fā)生周期性的明暗變化，因此熒光燈工作時(shí)，其光通量將以?xún)杀兜碾娫搭l率閃爍。由于熒光粉的余輝作用．肉眼一般感覺(jué)不宜察覺(jué)閃爍的存在。（2）頻閃效應(yīng)

指使用熒光燈照射快速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，降低視覺(jué)分辨能力的現(xiàn)象。例如①用熒光燈照射快速移動(dòng)的物體時(shí)，只能看到模糊的影象；②用熒光燈照射快速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體時(shí)，若該物體的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是交流電頻率的整數(shù)倍時(shí)，則轉(zhuǎn)動(dòng)的物體看上去好象轉(zhuǎn)動(dòng)變慢或不動(dòng)了。在這兩種情況下，都容易造成事故。所以，熒光燈不適宜用于有車(chē)床等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的場(chǎng)所照明。消除頻閃效應(yīng)的方法：①雙管、三管熒光燈可采用分招供電；②單管熒光燈可采用移相電路；③采用電子鎮(zhèn)流器使熒光燈工作在高頻狀態(tài)，或采用直流供電的熒光燈管。第五節(jié)高強(qiáng)度氣體放電燈(HID燈)高強(qiáng)度氣體放電燈是從20世紀(jì)30年代初發(fā)展起來(lái)的一大批新型電光源，其特點(diǎn)是光效高、壽命長(zhǎng)、光色較好。目前技術(shù)比較成熟且使用比較普遍的高強(qiáng)度氣體放燈是高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈等。由于這類(lèi)光源發(fā)光管表面的負(fù)載超過(guò)3w／cm2，故將它們統(tǒng)稱(chēng)為高強(qiáng)度氣體放電燈(HID燈)。

一、（熒光）高壓汞燈

1．結(jié)構(gòu)與原理

（1）結(jié)構(gòu)高壓汞燈主要由燈頭、放電管和玻璃外完等組成，其核心部件是放電管。放電管工作時(shí)管內(nèi)的氣壓可升高到2~6個(gè)大氣壓(2xl05Pa)，管壁溫度可達(dá)400~6000C。常用的照明用高壓汞燈有三種類(lèi)型：

①普通型熒光高壓汞燈

②反射型熒光高壓汞燈③自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈普通型和反射型熒光高壓汞燈須與鎮(zhèn)流器配套使用，其結(jié)構(gòu)基本相同(如圖2—19所示)，二者不同的是反射型在其外泡內(nèi)壁上鍍有鋁反射層，然后再涂熒光粉，使其具有定向反射性能，使用時(shí)可不用燈具。自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈與普通型的主要區(qū)別在于．它在放電管和外泡管和外泡之間裝有一個(gè)與白熾燈相似的鎢絲，該鎢絲可以代替外接鎮(zhèn)流器，同時(shí)也能像白熾燈那樣產(chǎn)生可見(jiàn)光。因此自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈是一個(gè)熱輻射和氣體放電的混光光源。（2）工作原理

普通型和反射型熒光高壓汞燈的工作電路如圖2—19(c)所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)s合上后，首先在E3和E1（輔、主電極）間發(fā)生輝光放電→產(chǎn)生大量的電子和離子→引發(fā)E1和E2（主電極）間的弧光放電，燈管起燃。輝光放電的電流由于受到啟動(dòng)電阻R(40~60kΩ)的限制→使主、輔電極之間的電壓＜＜輝光放電所需要的電壓→弧光放電后輝光放電立即停止。

光色變化（光源色）：在起燃的初始階段，放電只在氮?dú)庵羞M(jìn)行，產(chǎn)生的是白色光。隨著放電時(shí)間的增加，放電管的溫度不斷升高，放電也逐漸轉(zhuǎn)移到在汞蒸氣中進(jìn)行，發(fā)出的光也逐漸地由白色變?yōu)楦髁恋乃{(lán)綠色。2.基本性能

(1)啟燃與再啟燃

高壓汞燈的啟動(dòng)首先從主、輔電極之間的輝光放電開(kāi)始，隨后過(guò)渡到兩個(gè)主電極之間弧光放電，從啟燃到燈管穩(wěn)定工作大約需要4~8min啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)過(guò)程中光電參數(shù)均發(fā)生較大的變化，見(jiàn)圖2—20。在低溫環(huán)境中，高壓汞燈的啟動(dòng)困難，甚至不能啟動(dòng)。高壓汞燈在工作中熄滅以后不能立即再啟動(dòng)，其再啟動(dòng)時(shí)間大約需要5~10min。▲實(shí)際應(yīng)用中，供電電源自動(dòng)切換時(shí)間一般要長(zhǎng)得多，所以在發(fā)生供電電源自動(dòng)切換時(shí)高壓汞燈將要熄滅。

(2)光通量輸出和發(fā)光效率

高壓汞燈的光通量輸出和發(fā)光效率隨點(diǎn)燃時(shí)間的增加而下降，通常所說(shuō)的燈的光通量輸出和發(fā)光效率是指點(diǎn)燃了100h以后的數(shù)值，它們主要取決于燈的設(shè)計(jì)和制造工藝。高壓汞燈的發(fā)光效率高，普通型和反射型一般可達(dá)40~60lm/w，自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈總發(fā)光效率較低，一般為12lm/w。在壽命期內(nèi)，高壓汞燈的光通量衰減大約為每增加一千小時(shí)下降2％—3％，且燈的功率越小，光通量衰減越快。(3)顏色特性

高壓汞燈所發(fā)射的光譜包括線(xiàn)光譜和連續(xù)光譜，色溫約為5000~5400K，光色為淡藍(lán)綠色，顯色性較差，一般顯色指數(shù)僅為30~40左右，室內(nèi)照明應(yīng)用較少。

變化趨勢(shì)：將三基色熒光粉應(yīng)用于高壓汞燈，改善了高壓汞燈的顯色性，提高了燈的發(fā)光效率。采用不同配比的混合熒光粉，制成橙紅色、深紅色、藍(lán)綠色和黃綠色等不同光色的汞燈和高顯色性汞燈，除用于一般照明外，還適用于庭院、商場(chǎng)、街道及娛樂(lè)場(chǎng)所的裝飾照明。

（4)壽命

高壓汞燈的壽命很長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)的普通型和反射型的有效壽命可達(dá)5000h以上。自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈一般為3000h(鎢絲壽命低)。國(guó)際先進(jìn)水平：24000h

影響高壓汞燈壽命的主要原因：

●管壁的黑化引起的光哀；

●電極電子發(fā)射物質(zhì)的消耗；

●啟燃頻繁。(5)電源電壓變化的影響對(duì)電源電壓的偏移非常敏感，會(huì)引起光通量、電流和電功率的較大幅度的變化，見(jiàn)圖2—21。燈在使用中允許電源電壓有一定的變化范圍，但電壓過(guò)低時(shí)燈可能熄滅或不能啟動(dòng)，而電壓過(guò)高時(shí)也會(huì)使燈因功率過(guò)高而熄滅，從而影響燈的使用壽命。

優(yōu)點(diǎn)：是光效高、亮度高、壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：顯色性較差。二、金屬鹵化物燈

這種燈其放電管內(nèi)填允的放電物質(zhì)是金屬鹵化物，所以稱(chēng)其為金屬鹵化物燈。充入不同的金屬鹵化物，可制成不同特性的光源。

1．結(jié)構(gòu)與原理

（1）結(jié)構(gòu)用于普通照明的金屬鹵化物燈見(jiàn)圖2—22。放電管中除像高壓汞燈那樣充人汞和氬氣外，還填充了各種不同的金屬鹵化物。金屬鹵化物燈主要靠這些金屬原子的輻射發(fā)光，再加上金屬鹵化物的循環(huán)作用，獲得了比高壓汞燈更高的光效，同時(shí)還改善了光源的光色和顯色性能。

（2）原理金屬鹵化物燈的發(fā)光原理與高壓汞燈相似。點(diǎn)燃后→先在氬氣中放電→發(fā)出暗淡的光，隨著放電繼續(xù)進(jìn)行，使玻殼溫度↑→汞和金屬鹵化物迅速蒸發(fā)→擴(kuò)散到電弧中參與放電，金屬鹵化物分子擴(kuò)散到高溫中心→分解成金屬原子和鹵素原子→金屬原子在放電中受激發(fā)而發(fā)出該金屬的特征光譜。2．主要種類(lèi)和基本參數(shù)目前用于照明的金屬鹵化物燈主耍有三類(lèi)：（1）充人鈉、鉈、銦碘化物的鈉鉈銦燈。在點(diǎn)燃時(shí)，是由鈉、鉈、銦三種金屬原子發(fā)出的線(xiàn)狀光譜疊加而成。其譜線(xiàn)都位于光譜光效率的最大值附近。

光效：80lm/w（高）；色溫:≈5500K（冷）；Ra:60~70

不足：光效和光色一致性差，具有離散型。（2）充入鏑、鉈、銦碘化物的鏑燈。發(fā)出大量密集的光譜譜線(xiàn)集中在可見(jiàn)光區(qū)，可認(rèn)為是連續(xù)的。光效：＞75lm/w；色溫:＞

5000K（冷）；Ra:90(好）（3）充入鈧、鈉碘化物的鈧鈉燈。光譜譜線(xiàn)在可見(jiàn)光區(qū)。光效：80lm/w；色溫:4000~6000K；Ra:60~70(接近熒光燈）3．工作特性

(1)啟燃與再啟燃。由于金屬鹵化物比汞難蒸發(fā)，因此金屬鹵化物燈的啟燃和再啟燃時(shí)間要比高壓汞燈略長(zhǎng)一些，從啟動(dòng)到光電參數(shù)基本穩(wěn)定一船需要5~10min，而達(dá)到完全的穩(wěn)定則約15min；在關(guān)閉或熄滅后．再啟然時(shí)間約10~15min。

(2)電源電壓變化的影響。電源電壓發(fā)生變化時(shí)，燈的參數(shù)會(huì)發(fā)生較大的變化。圖2—24為鈉鉈銦燈參數(shù)隨電源電壓變化的曲線(xiàn)。電源電壓變化還影響燈的光效和光色，電源電壓突降還可能導(dǎo)致燈的自熄。所以要求電源電壓變化不宜超過(guò)額定值的

5％。4．燈的點(diǎn)燃位置

金屬鹵化物燈的點(diǎn)燃位置變化，將引起燈的電壓、光效和光色的變化。故產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上部注明燈的點(diǎn)燃位置，在使用過(guò)程中，應(yīng)盡量保證按指定位置安裝，以獲得最佳特性。三、高壓鈉燈高壓鈉燈是利用高壓鈉蒸氣放電發(fā)光的一種高強(qiáng)度氣體放電光源。1.構(gòu)造與原理構(gòu)造

高壓鈉燈的結(jié)構(gòu)與高壓汞燈相似。放電管采用半透明的多晶氧化鋁陶瓷制作，并且管徑較小以提高光效。放電管兩端各裝有一個(gè)工作電極，管內(nèi)抽真空后充入—定量的鈉、汞和氙氣。放電管外套裝有一個(gè)透明的、用耐熱沖擊的硼酸鹽玻璃制作的、抽成高度真空的外管（外泡殼）。高壓鈉燈的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2—25所示。原理高壓鈉燈接通電源→啟動(dòng)電流通過(guò)雙金屬片及其觸點(diǎn)和加熱電阻→電阻發(fā)熱使雙金屬片觸點(diǎn)斷開(kāi)→鎮(zhèn)流器(外接的)瞬間產(chǎn)生很高的脈沖電壓→放電管擊穿放電→起燃初始，通過(guò)氙氣和汞進(jìn)行放電→燈光為很暗的紅白輝光→放電管內(nèi)溫度上升→向高壓鈉蒸氣放電過(guò)渡，經(jīng)過(guò)5min左右趨于穩(wěn)定→光色為白金色。啟動(dòng)后，靠燈泡放電的熱量使雙金屬片觸頭保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。

高壓鈉燈的啟燃時(shí)間一般為4~8min，燈熄滅后大約需要10~20min讓雙金屬片冷卻使其觸點(diǎn)閉合后，才能再啟動(dòng)。高壓鈉燈為冷啟動(dòng)，因此必須附設(shè)啟燃觸發(fā)裝置。觸發(fā)裝置可以裝在高壓鈉燈的放電管和外管之間(如圖2—25中的雙金屬片、電阻和觸頭)，也可以外接觸發(fā)器。2.基本性能高壓鈉燈發(fā)出的光中589nm及其附近的譜線(xiàn)比較強(qiáng)烈?！窆庠瓷?/p>