灯具设计和检测课件

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1、趣谈灯具设计和检测,上海市照明学会 章海骢,灯具要创造一个与人友善的环境,成为环 境中安全的一份子. 室内灯具(IP20)简略说明图,室外灯具简略说明图: 很多用HID光源,需要相配的电器配件. IP20是其特点.,一，几个例子 1.一个密封灯具中的灯座和电线的问题 70W (据调查,目前没有一家厂是质量稳定的). 2.电线不耐辐照,由于反射器没有完全包 住光源,漏出的紫外线会对一段电线长期 UV辐射,辐照度为1000-4000w/cm2; 3.密闭空间内会生成臭氧(3.6-5.4mg/m3), 受应力处出现开裂,体现在灯座后的位置上 最利害.,2.关注灯座 传统的灯座承受AC220V和其中的

2、针尖脉 冲电压(4000V),由于后者的能量很小,仅在 制造电线时需要考虑,一般可不予考虑。 HID灯需触发器产生的高压脉冲触发后才 工作,高压脉冲能量大,电压的性质不同。,特别是用小功率HID光源的投光灯,采用较 小的体积,密闭性能不易做好.在潮湿气氛中 容易会吸入潮气,使电器受潮.E27灯座就是 最容易侵犯的对象之一.造成触发困难.,IEC和GB标准中对螺口灯座的要求： 1)电流： 2)温度： 没有标记的： 有标记的：标记温度-20C 3)螺圈厚度,4)螺圈的连续长度(mm) 5)灯座的量规 有接触塞规防触电塞规通过塞规和止规.,各种不同类型的量规 防触电 接触规 止规 通规 插片规 和接

3、触规 (模拟玻璃),量规的应用例 接触规 和插片规 防触电轨,关注灯座的热量中心片弹性和脉冲电压. HID灯的使用,对E27灯座有了两个新要求: 1)电流2A常态,6A在启动; 2)名为3-5kv实为最高有8kv的脉冲启动电压; 传统的安装白炽灯的 灯座就不能使用. 电气间隙 5kv 4mm 6kv 5.5mm 8kv 8mm,接触性能和中心触片 a.铜圈的厚度0.3mm以上; b.固定方式 c.中心触片的厚度和耐温 爬电距离和电气间隙 a.符合标准: 8 mm(8kv) b.中心片与螺圈间的固定,一种双层金属的 中心弹片 第一层铜片 第二层钢片 防触电保护不合格,导线引出的两种方法: 压接及

4、导线外 螺丝连接 层的包紧措施,允许使用HID 有脉冲高压 的灯座例 使用的导线是 不同的。,3.关注灯具的温度测量,防止过热变形和着火 1)埋地灯的热试验 1m3模拟试验箱 ABS的外壳变形 模拟试验是何等重要的啊!,埋地灯的温度测定布点图 两种结构的温度分布的比较,比较的两种形式灯具: 1.使用相同的光源:150W金卤灯,实验功率均为147.4W,补偿电容12f; 2.相同的反射器; 3.光源与反射器的相对位置相同; 4.两类灯具的内部体积比较.,电气部分的参数比较表,测点记录的温度,2)间接或间接/直接照明的台(可移动式)灯 模拟现实中的最恶劣状态的例子. 对热的问题的处理上UL比IEC

5、更为现实 的例子,创造一个“异常状态”.,二.材料的老化 1.天然的和合成的材料都有拍挡,都是聚合物. 天然材料 合成材料 石，珍珠母 - 混凝土，陶瓷，玻璃 丝,羊毛,棉,麻 人造丝,耐纶,涤纶,PP 木材, 角, PPS,电木, PE,环氧 象牙 PP,PMMA,PVC,ABS 皮革 人造革PU 天然橡胶 合成橡胶 骨胶,淀粉胶 聚醋酸乙烯酯,液体橡胶 虫胶,松香,亚麻油清漆 香豆酮-茚树酯,聚氨基甲酸酯 . ,2.聚合物:一类高分子量的特殊有机化合物。 甲烷 (单体CH) 聚乙烯(大量C链) 橡胶和塑料：一种能从大幅度变形中迅速 而有力地恢复回来，并能够改性或者已改 性成为根本不溶于溶剂

6、的材料。 老化：高分子材料的降价（键断裂),一种所 有高分子材料都有的通病。,3.灯具选材的要求-希望不老化或少老化： 表观的材料：不泛黄 表面涂饰(漆面/喷塑),织物 光学材料：透明的不变黄 灯罩,透镜 受力材料：保持原有的强度和弹性 盖圈,扎线带,绝缘材料:保持电气绝缘能力 电线,漆包线,承受高温的灯座等 密封材料:保持初期的密封性能 橡胶圈,垫,4. 老化过程的描述 材料的某个或几个性能就是物性,物性的衰退 过程,称老化.它是一个化学反应的过程,服从： k=Ze(-E/RT) k:反应速度,Z:频率因子,E:活化能,R:气体常数. 呈指数规律。 物性P的变化有： -dP/dt=kPn 得

7、 ln(P/Po)=-kt 有： P=Po e-kt 物性 P呈指数规律的衰减,此规律的应用甚广: 1)反应速度与温度有关: 老化实际是固态下进行氧化为主的反应. 对一般反应,温度提高10 C,反应速度提 高2-3倍,人的自由基亦是一样(热带老化快); 2)电解电容: 温度提高10 C,寿 命减少一半; 3)使用寿命的推出: 用热烘箱在至少三个 点上试验后用此规律 外推出来.,4)绝缘材料的绝缘性能 漆包线的加速老化(镇流器的tw试验曲线) 5)电子镇流器出厂前的热老化试验,检查早失效.,5.聚合物的老化与自身因素的关系: 1.结构上的问题: 1)链连接的键能 聚乙烯:C-H键: 聚四氟乙烯:

8、C-F键: 2) H未包围住C的原子,而F原子将C紧紧包住.,3)链结构上的不规矩 产品生产上的问题出现了支链双键和 引发剂残基等不规则结构. 2.引进高聚物的问题 加工和处理中生成的羰基和过氧化物等. 3.不适当的添加剂 增塑着色阻燃抗静电填充固化的等 4.微量杂质 催化剂乳化剂未反应物和副产品等,6.聚合物老化来自外界的原因： 热氧老化光氧老化臭氧老化和水等。 氧充当了催化剂的作用,加速了老化进程.,1)热氧老化 有两种:a)加工成型时的高温加热; b)储藏和使用过程中. 原因:分子受热震动,键断裂,氧化加剧. 防止方法:加稳定剂(抗氧剂),2)光氧老化 UV的光子能量将键打断降解,不同的

9、键对应 不同的UV波长,并不是波长越短越厉害,见表:,光降解的量子效率与敏感波长关系很大,见 聚乙烯例: 光降解过程中氧化 起了强烈的促进作用.,3)臭氧老化 臭氧不稳定,活泼,化学活性比氧高. 老化过程说明举例: 在聚烯烃中: 最后C键断裂.,聚合物对臭氧的稳定性有三类: a.不稳定的:烯烃类或较多双键的. 易与臭氧发生化学反应. b.中等稳定的:有较少的双键或引入卤原子 和极性基团的聚合物,如:丁基橡胶氯丁橡胶 c.特别稳定的:饱和结构或不含双键的结构. 如C-F键的氟橡胶Si-O键的硅橡胶饱和C-C 键的乙丙橡胶侧键含有氯磺酰基(-SO2Cl)的 饱和橡胶.,结论: 1.饱和结构的或不含

10、双键的聚合物不易老 化,比较稳定. 2.高温UV 臭氧是三个重要的老化的元 凶. 3.氧是一切老化的催化剂. 4.水起了推波助澜的作用.,三.密封和在相应灯具中的考虑 1.灯具外壳处于外界的干扰之中: 外界:固体:人(各个部位)工具材料飞鸟 液体:各种各样形式的水. 用IPXX表示.,第一位特征数字,第二位特征数字,2.试验均有压力要求: 为了模拟实际情况,异物的侵入都有压力. 第一位数字: IP2X:使用试验指,施力10N,不用钢球. IP3X:直径2.5mm(+0.05mm,-0.00mm)探针,施力3N. IP4X:直径1(+0.05mm,-0.00mm)mm探针,施力1N. 第二位数字

11、: IPX5:喷嘴处水压30 kN/m2 IPX6:喷嘴处水压100 kN/m2. IPX7:灯具顶部离水面至少150mm,最下面至少有1m. IPX8: 最大浸入深度的1.3倍水压.,3.密封圈的密封程度和试验 密封圈承受 的压力: . IPX50.31大气压 IPX61大气压 壳体两边对橡胶 圈产生的压力: IPX50.31大气压 IPX61大气压 采用0型或空心橡胶圈,可以达到这样的密封,灯具生产时,橡胶圈受压后的密封试验: 1)灯具内部温度很低的试验内容: a.产生压力的结构-压紧力; b.橡胶的弹性; c.灯具的密封能力.,2)灯具内部温度很高的 例如:灯具内腔100C,腔内气压P:

12、 P=(273+100)/(273+25)1atm=1.25atm 要防止气体跑出去的最小试验气压是1.25atm, 为保险起见,需要 有1.3-1.5的余量, 即1.5-1.8倍的试 验用大气压.,对IP67或者68的灯具,浸在水下,受到的压力 为: 1个大气压+水压(随浸水深度而定) 需采用O形密封圈作为密封连接和螺丝作 为施压工具产生更大和更可靠的压紧力.,4.压紧力的产生 压紧力可用两连杆或三连杆的搭攀得到. 重点:压力和压力的均匀性.,类似的其它例: 一边铰链,一边几个搭攀,5.橡胶圈的要求: a.耐热老化试验:点灯达平衡后,测量密封 圈上的最高温度,加上20oC后,置于这个烘箱 中

13、10天(240h)后做IP试验(UL1029). IEC是耐久性试验后做IP试验. b.选用材料:饱和结构的,如EPDM硅橡胶. 温度低的可用氯丁橡胶.,有关橡胶的说明: 橡胶有几个重要内容: 结晶度:决定弹性; 饱和度:决定热老化能力; 极性:决定吸水性. EPDM(三元乙丙胶)是不饱和度低非极性 的材料,用于130-1500C环境下很好. 硅橡胶(Q)使用温度达2000C,耐温高,但会吸 收过热水即有吸水性较高的缺点.,c.橡胶圈断面的形式 d.弹性的形式 孔孔不通和孔孔相通,灯具常用密封圈用橡胶的比较表:,四.高频带来了一个新时代 变频技术将50Hz的低频交流电转换为适合 于各类电器的高

14、频电源,使它们工作在高频电 源下,达到使其性能得到了巨大的改善和提高 的同时又使能源的消耗降低到前所未有的水 平.,1.高频带来的好处: 1)光效提高 8-10%. 2)功率因数 提高0.98-0.99 有PPFC和APFC两种 (无源) (有源),3)可以调光 传统的方法是不 能调光的. 采用调频率就能 够调光.,2.使用高频后对安全带来的变化 1)灯具的泄漏电流 定义:带电部件通过绝缘体(层)流向导电体(人或其它导体)的电流.,(1)不同电压和频率下的人体电阻抗 在手到手和手到脚接触电压(10V-1000V)后 人体阻抗Zt与不同频 率(50Hz-2000Hz)的 关系.由图看出: i)低

15、频段,接触电压 愈高,阻抗愈低; ii)高频段,近2000Hz 阻抗趋于一致,为600 -700.,(2)人体内部的阻抗绝非纯电阻 电流流过人体的阻抗Zt分皮肤阻抗Zp和内部阻抗Zi.其等效网络如下: Zp Zi 现在有许多高频 工作的电子镇流 器,使灯具成为高 频设备,更要关注 高频下的变化.,(3)感知电流或反应电流的测量网络 人体的皮肤阻抗(RS和CS)和内部的阻抗(RB)构成测量网络的前端,后部分与人体 反应有 关.,(4)摆脱电流的测量网络: 后部分的网络与感知电流的测量有区别.,2)荧光灯具内电子镇流器早期失效的问题 使用电子镇流器的荧光灯具,在设计不 当时会出现电子镇流器提早失效的现象.大 多表现为灯具使用半年后,电子镇流器就损 坏了.其原因主要来自电子镇流器内电解 电容的提早失效. 用于电子镇流器内电解电容的规格是: tc=105oC,额定寿命有1000,2000和 5000小时三档. 意味着:,(1)从寿命分档来说,只有上述三档,尚未见到 有的资料上说的8000和10000小时; (2)寿命的缩短是因电解质的枯竭； (3)电解电容的损耗还会殃及其他元器件； (4)寿命和温度有关,在105oC时是上述标称寿 命