1、3.1 概述 3.2 白炽发光和热辐射 3.3 气体放电 3.4 荧光灯 3.5 高强度气体放电灯（HID） 3.6 场致发光光源 3.7 各种常用电光源的性能比较与选用,第三章 电光源,电气照明技术,书名：电气照明技术 书号：7-111-13508-3 作者：肖辉 主编 出版社：机械工业出版社,基本概念,一、定义电光源：将电能转换成光学辐射能的器件。二、分类：按照工作原理分类（1）热辐射光源：白炽灯、卤钨灯；（2）气体放电光源：荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等；（3）固体发光光源,基本概念,二、分类：按照工作原理分类（1）热辐射光源：利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源；如：白炽灯、卤钨
2、灯；（2）气体放电光源：利用气体或蒸气的放电而发光的光源；如：荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等；（3）固体发光光源：某些固体材料与电场相互作用而发光的现象；如：LED、OLED；,一、热辐射特性 1、黑体辐射 黑体在任何温度下，可将辐射在它表面的任何波长的能量全部吸收；当黑体加热时，其光谱辐射出射度与它的温度T、波长的关系见P49图3-1 黑体辐射的相对能量分布随温度升高，黑体辐射的总能量迅速增加；黑体辐射曲线的最大值向短波方向移动，温度越高，最大辐射功率的波长越 接近可见光。 2、钨丝的辐射 同温度（3000K）下黑体和钨的辐射曲线见图。钨丝的工作温度越高，热辐射光源的光效就越高。,3.1
3、概述,图3-1 黑体辐射的相对能量分布,图3-2 同温度（3000K）下黑体和钨的辐射曲线,三、白炽灯和卤钨灯,（一）白炽灯 1、结构白炽灯结构图 各种白炽灯的外形,2、白炽灯的类别 规格：一般可以分为真空灯泡和充气灯泡 型号意义：譬如，普通照明灯泡的型号为“PZ220-100”。P“普(pu)”的第一个字母；Z“照(zhao)”的第一个字母；220灯泡的额定电压(V)；100灯泡额定功率(W)。,3、光电参数 （1）额定电压 （2）功率 （3）额定光通量 （4）发光效率 （5）寿命 （6）光谱能量分布 （7）色温 （8）显色指数,白炽灯的光电参数与电源电压的关系,4、特点 便于控光 适于频繁
4、开关 辐射光谱连续 显色性好 价格便宜 缺点：光效较低,（二）卤钨灯,填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯1、卤钨循环的原理白炽灯丝蒸发出来的钨，其中部分朝着泡壳壁方向扩散。在灯丝与泡壳之间的一定范围内，其温度条件有利于钨和卤素结合，生成的卤化钨分子又会扩散到灯丝上重新分解，使钨又送回到了灯丝。反应形式：,卤钨循环示意图,2、卤素的选择（1）碘钨灯：碘再生循环的温度适合许多灯泡的设计。（2）溴钨灯：能在室温下以气体的形式填充入泡壳内，简化生产过程。,3、结构与技术参数,图4-12 卤钨灯外形,4、特点提高灯的使用寿命；比一般白炽灯的紫外辐射多5、应用一般照明用；投光照明用；其他,6、
5、注意事项 要避免出现冷端； 管壁温度高，不能与易燃物接近；引线应采用耐高温导线； 避免震动和撞击，不宜作移动式局部照明。,3.3 气体放电,在电场的作用下，载流子在气体（或蒸气）中产生和运动，从而使电流通过气体（或蒸气）的过程称为“气体放电”。,1、辉光放电灯：阴极暗区，也成为阴极位降区是辉光放电的特征区域； 辉光放电时光强沿管轴的分布见图。2、弧光放电灯：等离子区，气体放电主要产生在此； 1）低气压弧光放电灯：1%大气压时，低压汞灯、低压钠灯被激发； 2）高气压弧光放电灯：很高的气压下，辐射的光谱有很强的连续成分，HID灯就是利用这一原理得到连续光谱。,一、气体放电的全伏安特性通过改变电源电
6、压 ，测量在不同放电电流时的灯管电压 ，就可得到气体放电的“全伏安特性曲线”。,图4-4 气体放电灯工作电路,图4-5 气体放电的全伏安特性,二、辉光放电灯 辉光放电灯的光强、电位等沿灯管轴的分布见P50图3-3三、弧光放电灯,四、气体放电灯的稳定工作,放电灯与电阻串联时的伏安特性,镇流器： 与电弧串联的电阻或电感等统称为镇流器。,3.4 荧光灯,一、概念：为了把放电过程中产生的紫外线辐射转化为可见光，低压汞蒸气弧放电灯在它的玻璃管内壁上涂有荧光材料。特点：高效能，良好的光输出，光输出的持久性， 颜色的多样性，较长的使用寿命。,二、工作电路1. 开关型启动电路（预热式）2. 变压器型启动电路（
7、快速启动、瞬时启动）,图3- 荧光灯的启动电路,三、工作特性1. 电源电压变化的影响 电压增高-灯管电流变大-电极过热-灯管发黑，寿命缩短； 电压偏低-工作电流小-加剧阴极发射物质的溅射，寿命缩短；,图3-15 荧光灯光电参数随电压的变化,2.光色：可利用改变荧光粉的成分来得到不同的光色、色温和 显色指数。荧光粉： （1）卤磷酸盐荧光粉， （2）三基色稀土银光粉， （3）多光谱带荧光粉,3.环境温、湿度的影响 最佳工作环境：温度-2035，相对湿度-60%； 典型荧光灯的光输出随温度的变化 见P60 图4-16； 4.控制电路的影响 控制电路类型对荧光灯的效率、寿命都有影响。 启辉器预热电路中
8、，灯的寿命取决于开关次数 高频电子镇流器点灯点灯电路中，频繁开关不影响灯管寿命 5.寿命发射物质，开关次数,6. 流明维持（光通量衰减）：灯管在寿命期间光输出随点燃时间变化的情况因素：荧光粉材料的损伤，钠含量，污染物质的沉积7.闪烁与频闪效应：8.高频工作特性,四、电子镇流器1.工作原理一种电源转换器，将输入的电源电流进行频率、波形和幅度的改变，给灯管提供符合要求的能源，同时还具有灯的启动和输入功率的控制等作用。2.电子镇流器的基本线路电子镇流器的组成框图见P63图3-21。,图3-19 电子镇流器的组成框图,五、荧光灯的种类1. 按功率分类 1）标准型 2）高功率型 3）超高功率型2. 按灯
9、管工作电源的频率分类 1）工频灯管 2）高频灯管 3）直流灯管,3. 按灯管形状和结构分类 （1）直管型荧光灯 （a）T8灯管 （b）T5灯管 （2）高光通单端荧光灯 （3）紧凑型荧光灯（CFL） 图3-14 几种紧凑型荧光灯（a）自带镇流器或一体化紧凑型（b）与灯管中的控制电路分离的灯管（c）配适配器的可拆离灯管 4. 特种荧光灯： （1）平板（平面）荧光灯 （2）无极荧光灯 图3-20 无极灯的结构原理图5.其他,3.5 高强度气体放电灯（HID）,“高强度气体放电灯(HID-High Intensity Discharge)”是高压汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯的统称，是高压弧光放电灯。常
10、简称为：高压汞灯、金卤灯、高压钠灯,一、HID灯的结构 （一）荧光高压汞灯 （二）金属卤化物灯 （三）高压钠灯,图3-21 HID灯的结构,二、HID灯的工作特性（一）灯的启动与再启动启动时间：410min再启动时间：510min （二）电源电压变化的影响灯在点燃过程中，电源电压允许有一定的变化范围 （三）寿命与光通量维持 （四）灯的点燃位置,图3-23 HID灯各参数与电源电压的关系,三、HID灯的工作线路,图3-25 HID灯的工作电路,四、HID灯常用产品及应用 （一）荧光高压汞灯 （二）金属卤化物灯：钠铊铟金属卤化物灯 、稀土金属卤化物灯 、短弧金属卤化物灯 、单色性金属卤化物灯 （三
11、）高压钠灯：普通型高压钠灯 、直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯 、舒适型高压钠灯(SON Comfort型) 、高光效型的高压钠灯(SONplus型)、高显色性高压钠灯(White SON型),3.6 场致发光光源,场致发光（电致发光）：由于某种适当物质与电场相互作用而发光的现象。 发光二极管：一种将电能直接转化为光能的固体元件，可作为有效的辐射光源 特点：体积小，寿命长，可靠性高，便于控制,一、LED的原理和结构 （一）单色LED：由发光片来产生光，其材料的分子结构决定了发光的波长（光的颜色） （二）白色LED：先产生蓝光，再借助于荧光物质间接产生宽带光谱来合成白光。 （1）光转换型 （2）多
12、色直接组合型 （3）多量子阱型,二、LED的性能,白色LED与白炽灯的性能比较,三、LED的常用产品及其应用常用产品 （1）单个LED发光器 （2）LED组合模块 （3）LED灯具 应用 （1）各类仪器指示灯 （2）交通信号灯 （3）城市景观照明 （4）室内功能照明（酒店、卖场、办公等）,四、有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode即OLED）OLED除了具有省电、超薄、重量轻、响应速度快、易于安装等特点外，还具有制备工艺简单、发光颜色可在可见光区内任意调节、易于大面积和柔韧弯曲、不存在视角问题等优点。,3.7 各种常用电光源的性能选用与比较,一、电光源的比较各种常用照明电光源的主要性能见表3-4。,二、电光源的选用首先满足照明设施的使用要求（照度、显色性、色温、启动、再启动时间等），其次按环境条件选用，最后综合考虑初期投资与年运行费用。（1）根据照明设施的目的与用途选择（2）根据环境要求选择（3）按投资与年运行费用选择各种场所对灯性能的要求及推荐的灯见表3-6。,
