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1、第七章 电气照明,第一节 照明的基本知识 第二节 照明光源与灯具 第三节 电气照明使用中常见故障及排除 本章小结 课后习题,下一页,返回,第七章 电气照明,本章要点: 通过本章学习，要求学生了解照明基本物理量，掌握常用电光源与灯具的选用，了解电气照明供电线路的布置，熟悉室内照明线路的敷设方式。,上一页,返回,第一节 照明的基本知识,照明是以光学为基础的，同时要从光学的角度来考虑电气照明的基本要求，使得照明满足生产和生活的需要，为此要对有关光学的几个物理量有所了解。 一、基本物理量 1.光通量 一个光源不断地向周围辐射能量，在辐射的能量中，有一部分能量使人的视觉产生光的感觉。光源在单位时间内，向
2、周围空间辐射的使视觉产生光感觉的能量的总和，称为光通量，用表示，单位是流明(lm) 。,下一页,返回,第一节 照明的基本知识,光源消耗1W电功率所发出的光通量 ，称为电光源的发光效率，单位是流明瓦(lm/W)。 通常，白炽灯的发光效率为10 20 lm/ W;荧光灯为50 60 lm/ W;高压水银灯为40 60 lm/W;高压钠灯为80140 lm/W;发光效率是研究光源和选择光源的重要指标之一。 2.照度 照度是表示物体被照亮的程度的物理量。当光通量投射到物体表面时，可以把表面照亮，照度E就是照射到物体表面的光通量，与物体表面面积5的比值，即 照度的单位是勒克斯(lx)，面积的单位是平方米
3、(m2)。若被照面积是1 m2 ，照射的光通量是1 lm，则被照面上的照度就是1 lx。,上一页,下一页,返回,第一节 照明的基本知识,二、照明质量的基本要求 衡量照明质量的好坏，主要有以下几个方面。 1.照度均匀 如果在被照面上照度不均匀，当人的眼睛从一个表面转移到另一个表面时，就需要一个适应过程，从而导致视觉疲劳。因此，为了使工作面上的照度均匀，在进行照明计算时，必须合理地布置灯具。 2.照度合理 为了保证必要的视觉条件，提高工作效率，应根据建筑规模、空间尺度、服务对象、设计标准等条件，选择适当的照度值。在各类建筑中，工作面上的照度值可以按表7-1推荐照度值选取。,上一页,下一页,返回,第
4、一节 照明的基本知识,3.眩光 视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件，称为眩光。眩光使人厌恶、不舒服，也有可能产生视觉疲劳。因此，必须采取相应的措施来限制眩光。一般可以采用限制光源的亮度，降低灯具表面的亮度，也可以通过正确选择灯具，合理布置灯具的位置，并选择适当的悬挂高度来限制眩光。当照明灯具悬挂高度增加，眩光作用就可以减小。照明灯具距地面的最低悬挂高度规定见表72。 4.光源的显色性 在采用电气照明时，如果一切物体表面的颜色基本保持原来的颜色，这种光源的显色性就好。反之，在光源照射下，物体的颜色发生了很大的变化，这种光源的
5、显色性就差。在需要正确辨别色彩的场所，应采用显色性好的光源，如白炽灯、日光灯是显色性较好的光源，而高压水银灯的显色性差。照明质量的好坏，除上述诸因素外，还需考虑照度的稳定性，消除频闪效应等。,上一页,下一页,返回,第一节 照明的基本知识,三、照明方式 房屋的照明可分为正常照明和事故照明两大类。 1.正常照明 正常照明是满足一般生产、生活需要的照明。正常照明有三种照明方式。 1)一般照明 一般照明又称为总体照明，可以使整个房屋内都具有一定的照度。如教室、阅览室等都宜采用一般照明。,上一页,下一页,返回,第一节 照明的基本知识,2)局部照明 局部照明是为满足局部区域高照度的要求，单独为该区域设置照
6、明灯具的一种照明方式。局部照明又有固定式和移动式两种。固定式局部照明的灯具是固定安装的;移动式局部照明灯具可以移动。为了人身安全，移动式局部照明灯具的工作电压不得超过:36 V。如检修设备时供临时照明用的手提灯。 3)混合照明 由一般照明和局部照明组成的照明方式，称为混合照明。在整个工作场所采用一般照明，对于局部工作区域采用局部照明，以满足各种工作面的照度要求。这种照明方式，在工业厂房中应用较多。,上一页,下一页,返回,第一节 照明的基本知识,2.事故照明 在正常照明突然停电的情况下，供继续工作和使人员安全通行的照明，称为事故照明。 如医院的手术室、急救室、大型影剧院等都需要设置事故照明。 事
7、故照明应采用白炽灯或碘钨灯等能瞬时点燃的光源。当事故照明作为工作照明的一部分而经常点燃，且不需切换电源时，可采用其他光源。用于继续工作的事故照明，在工作面上的照度不得低于一般照明推荐照度的1000;用于人员疏散的事故照明，其照度不应低于0. 1 lx,上一页,返回,第二节 照明光源与灯具,一、电光源 目前，电气照明采用的电光源可分为两大类:一类是热辐射光源，如白炽灯、碘钨灯;另一类是气体放电光源，如荧光灯、高压水银灯、氛灯等。下面介绍几种在生产和生活中常用的电光源。 1.白炽灯 白炽灯主要是由灯头、灯丝、玻璃泡组成，如图7-1所示。灯丝用高熔点的钨丝材料绕制而成，并封入玻璃泡内，玻璃泡内抽成真
8、空后，再充入惰性气体氢或氮，以提高灯泡的使用寿命。当电流通过灯丝时，由于电流的热效应，使之达到白炽而发光。由于白炽灯的结构简单、成本低、使用方便、便于调光、启动迅速等优点，因此它是当前广泛使用的一种电光源。白炽灯的主要缺点是发光效率低、寿命短。其主要原因是白炽灯泡在工作时，钨丝不断蒸发，使灯丝截面越来越细，久而久之便使钨丝熔断。,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,同时，蒸发的钨还会使玻璃泡内壁变黑，使灯泡的发光效率降低。 2.碘钨灯 在玻璃管内充入适量的氢气和碘，形成碘钨灯。碘钨灯的结构如 图7-2所示，灯管用耐高温的石英玻璃制成，螺旋状灯丝由支架支撑装设在灯管的轴线上，灯管两端用钥箔与石
9、英玻璃管密封，由两端引出电极。灯丝点燃后，灯丝在高温下工作，蒸发出来的钨在管壁附近较低温处与碘化合成碘化钨，当碘化钨向管心扩散时，移到灯丝附近，受高温而分解为钨和碘，于是，钨回到灯丝上，碘原子重新向管壁扩散。由此可见，碘的作用是把蒸发出来的钨不断送回灯丝，这样便延长了灯丝的寿命，避免了管壁发黑。由于管内的工作温度高，辐射的可见光成分大，而且管壁不易变黑，提高了管壁的透光率。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,从以上分析可知，碘钨灯与白炽灯相比，发光效率大大提高。 碘钨灯具有体积小、寿命长、发光效率高等优点，因而得到广泛的应用。碘钨灯使用时，应使灯管保持水平，最大倾斜角不大于45，否
10、则将使灯管寿命缩短。 3.荧光灯 荧光灯又称为日光灯，是目前广泛使用的一种电光源。荧光灯电路由灯管、镇流器、起辉器三个主要部件组成，如图7-3所示。图7-3 ( a )为镇流器只有一个主线圈的荧光灯电路。图7-3 ( b )为镇流器具有一个主线圈和一个副线圈的荧光灯电路。副线圈的作用是荧光灯起辉时，副线圈中瞬间产生一部分感应电压，与主线圈中的感应电压、电源电压共同作用后，帮助荧光灯尽快点燃。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,荧光灯正常工作时，副线圈中不通过电流。在使用时，主、副线圈的接头不能接错，否则将烧坏灯管或镇流器。 灯管的结构是在玻璃灯管的两端各装有钨丝电极，电极与两根引入
11、线焊接，并固定在玻璃柱上，引入线与灯帽的两个灯脚连接。灯管内壁均匀地涂一层荧光粉，管内抽成真空并充入少量汞和惰性气体氢，如图7-4 ( a)所示。镇流器是一个具有铁芯的线圈，自感系数较大。起辉器的结构是在一个充有氖气的玻璃泡中装有固定的静触片和双金属片制成的U形动触片，如图7-4 ( b)所示。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,荧光灯电路的工作原理是:当接通电源后，电源电压加在起辉器的动触片和静触片之间，由于电极间的间隙小，使泡内的氖气产生辉光放电，其热量使双金属片伸张，并与静触片接通，使灯管灯丝通过电流而被加热，发射出大量电子。这时由于起辉器的动、静触片接通，辉光放电消失，双金
12、属片冷却后恢复原状，使动、静触片断开，电路的电流被突然切断，镇流器的线圈中瞬间产生一个自感电动势与电源电压叠加，形成一个高电压加在灯管的两端，因管内存在大量电子，在高电压作用下，使气体击穿，随后在较低电压作用下维持放电状态而形成电流通路，这时，镇流器由于本身的阻抗，产生较大的电压降，使灯管两端维持较低的工作电压。 当灯管两极放电时，管内汞原子受到电子的碰撞，激发产生紫外线，照射到灯管内壁的荧光粉上，发出近乎白色的可见光。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,荧光灯的主要优点是发光效率高(一般可达5060 lm/W)、寿命长、光色柔和等，因此得到广泛应用。荧光灯在使用过程中应注意以下几
13、点: (1)荧光灯工作时环境温度过高或过低都会造成起辉困难和发光效率降低，其适宜的工作温度为18 0C 250 0C 。 (2)荧光灯不宜频繁启动。 (3)荧光灯的发光是随交流电的变化周期性地闪烁，这种现象称为频闪效应。如果在用荧光灯照明的场所有转动物体，转动的频率又正好是灯光周期变化的整数倍时，则转动的物体看上去好像是静止的，这种错误判断容易造成人身事故，所以，在机加工车间一般不宜采用荧光灯照明。 (4)灯管必须与相应规格的镇流器、起辉器配套使用。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,4.荧光高压水银灯 高压水银灯的主要构成部分是涂有荧光粉的玻璃管壳和放电管。放电管内装有主电极E1
14、、 E2和辅助电极E3，并在放电管内充入适量的水银和氢气。在玻璃管壳内装有与辅助电极相串联的附加电阻和电极引线。玻璃管壳与放电管之间抽成真空并充入少量惰性气体。高压水银灯的结构和工作原理如图7-5所示。 高压水银灯工作原理是:当电路接通电源时，主电极E1和辅助电极E3首先被击穿，发生辉光放电，产生大量的电子和离子，在两主电极电场的作用下，很快发展到两主电极之间的弧光放电。辅助电极上因串有一个较大的附加电阻，所以，两主电极开始放电后，E1和E2之间停止放电。由于主电极之间放电，使放电管内的水银逐渐气化，并产生大气压，直到压力达1 3个大气压。高压水银放电产生的紫外线照射玻璃壳内表面的荧光粉而发出
15、荧光，所以，称为荧光高压水银灯。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,荧光高压水银灯的主要特点是: (1)发光效率高，使用寿命长，但显色性差。一般主要用于道路、广场等大面积场合的照明。 (2)荧光高压水银灯不宜用于频繁开关的场所，其主要原因是灯熄灭后，由于放电管仍保持较高的蒸气压力，不能立即重新点燃，必须经过510 min的冷却，管内的水银蒸气凝结后才能再次点燃。 随着科学技术的不断发展，新型电光源不断出现。如高压钠灯、氛灯、钠铭钢灯等，它们的发光原理都很有特色，其结构和工作原理各异，见表7-3 。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,二、灯具 灯具是对光源发出的光线进行再
16、分配的装置。由于光源发出的光线向四周辐射，得不到很好的利用，经济上是一种损失，同时，光线太强，还会产生耀眼的眩光，所以，常常在光源上加装灯罩，使光线按需要进行分布。灯具还具有固定光源，保护光源，同时起到装饰、美化建筑物的作用。 按照光通量重新分配的情况不同，灯具可分为下列几种形式。 1.灯具的分类 1)直射照明 能使90%以上的光通量向下投射，使大部分光线集中到工作面上的灯具。例如，用于工厂的深照型灯具。,上一页,下一页,返回,第二节 照明光源与灯具,2)半直射照明 使60%以上的光通量向下投射，这种灯具虽不如直射照明的光通量向下集中，但是由于增加了天棚、墙壁的扩散光，全室较明亮，阴影变淡。例如，家庭用的塑料碗形灯。 3)漫射式照明 投射到周围空间各个方向的光通量大致相同，例如乳白玻璃圆球灯。 4)间接照明 使90%以上的光线向上投射到天棚、墙壁或特种反射器上面，然后反射到被照面上，采用这种照明时对天棚和墙面要求较高。间接照明时光的利用率低，但是，照明光线柔和，阴影基本被消除。例如，金属制反射型吊灯、金属制反射型壁灯等。 几种常用的照明灯具形式，如图7-6所示
