“高高强度气体放度气体放电灯灯(HID--High Intensity Dischange)是高是高压汞灯、金属汞灯、金属卤化化物灯和高物灯和高压钠灯的灯的统称,其放称,其放电管的管壁管的管壁负荷大于荷大于3W/cm2(即即3×104W/m2),任,任务期期间蒸气蒸气压在在10132.5~101325Pa(0.1~1atm)之之间5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、一、HID灯的构造灯的构造(一一)荧光高光高压汞灯汞灯1、灯、灯头2、起、起动电阻阻3、起、起动电极极4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架8、、辅助助电极极9、外玻壳、外玻壳5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-22 荧光高压汞灯的构造 荧光高压汞灯的构造 ① ① 放放电管管 耐高温、高 耐高温、高压的透明石英管,管内充有一定的透明石英管,管内充有一定量的汞外,量的汞外,还有少量有少量氩气以降低起气以降低起动电压和和维护电极 ② ② 主主电极极 由 由钨杆及外面重叠杆及外面重叠绕成螺旋的成螺旋的钨丝组成,并成,并在其中填充碱土氧化物作在其中填充碱土氧化物作为电子子发射物射物质。
5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ③ ③ 辅助助电极极( (启启动电极极) ) 经过起起动电阻和另一主阻和另一主电极极衔接,有助于灯接,有助于灯的的顺利起利起动 ④ ④ 外泡壳外泡壳抽成真空,抽成真空,还充入数十千帕的充入数十千帕的氖气或气或氖--氩混合混合气体作气体作绝热用采用采用椭球形,起保温作用,防止球形,起保温作用,防止环境境对灯的影响灯的影响内壁上涂敷内壁上涂敷荧光粉,将灯的紫外光粉,将灯的紫外辐射或短波射或短波长的的蓝紫光紫光转变为长波的可波的可见光,提高光效,改善光,提高光效,改善光色 光色 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理:当开关原理:当开关S S合上,合上,首先在首先在辅助助电极和主极和主电极极之之间发生生辉光放光放电,,产生生大量的大量的电子和离子,从而子和离子,从而引引发两个主两个主电极极间的弧光的弧光放放电,灯管启燃灯管启燃 辉光放光放电电流遭到起流遭到起动电阻阻R(40R(40~~60kΩ)60kΩ)的限的限制,使主、制,使主、辅电极之极之间的的电压远低于低于辉光放光放电所需所需的的电压,所以弧光放,所以弧光放电后后辉光放光放电立刻停立刻停顿。
5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 在启燃的初始在启燃的初始阶段,放段,放电管内的气管内的气压较低,放低,放电只在只在氩气中气中进展,展,产生的生的是白色的光是白色的光 随着放随着放电时间的增的增加,放加,放电管的温度不断升管的温度不断升高,汞蒸气的高,汞蒸气的压力也逐力也逐渐上升,放上升,放电也逐也逐渐转移到移到在汞蒸气中在汞蒸气中进展,展,发出的出的光由白色光由白色变为更亮堂的更亮堂的蓝绿色 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理:原理: 荧光高光高压汞灯的主要汞灯的主要辐射来源于汞原子射来源于汞原子激激发,以及,以及经过泡壳内壁上的泡壳内壁上的荧光粉将激光粉将激发后后产生的紫外生的紫外线转换为可可见光 光光电参数:参数:见表表 光光谱能量分布:延能量分布:延续光光谱成分成分较大大 色温: 色温:约5500K5500K 显色指数:色指数:30~4030~40 光效: 光效:50lm/W50lm/W 寿命:国内 寿命:国内50005000~~6000h6000h,国,国际程度程度24000h24000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属金属卤化物灯化物灯 20世世纪60年代在高年代在高压汞灯基汞灯基础上开展起来的新型光源。
上开展起来的新型光源2、起、起动电阻阻3、起、起动电极极4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架7、消气、消气剂9、外玻壳、外玻壳10、保温膜、保温膜图图3-23 金属卤化物灯的构造 金属卤化物灯的构造95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ① ① 放放电管管 透明石英管、半透明陶瓷管管内充气体 透明石英管、半透明陶瓷管管内充气体汞不汞不仅提高光效、改善提高光效、改善电特性特性还利用启利用启动易易电离的离的氖--氩混合气体混合气体( (改善灯的启改善灯的启动) )依托金属依托金属( (如如铊、、铟、、镝、、钪、、钠等等) )原子的原子的辐射射发光,以金属光,以金属卤化物的方式存在化物的方式存在缘由:由:金属金属卤化物的蒸气气化物的蒸气气压普通比普通比纯金属本身的蒸气金属本身的蒸气气气压高得多,可高得多,可满足金属足金属发光所要求的光所要求的压力;力;金属金属卤化物化物( (氟化物除外氟化物除外) )都不和石英玻璃都不和石英玻璃发生明生明显的化学作用,可抑制高温下的化学作用,可抑制高温下纯金属与石英玻金属与石英玻璃的反响璃的反响5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ② ② 主主电极极 用 用““钍--钨〞或〞或““氧化氧化钍--钨〞作〞作为电极,并采用稀土金属的氧极,并采用稀土金属的氧化物作化物作为电子子发射物射物质。
③ ③ 外泡壳外泡壳 采用采用椭球形,涂有球形,涂有荧光粉,添加漫射,减少眩光光粉,添加漫射,减少眩光 ④ ④ 辅助助电极极( (放放电管内〕管内〕 双金属启双金属启动片片( (泡壳内泡壳内) )5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)⑤⑤ 消气消气剂 灯灯长期任期任务,支架等,支架等资料的放气,使泡壳料的放气,使泡壳内真空度降低,在引内真空度降低,在引线或支架之或支架之间会会产生放生放电采用氧化采用氧化锆的消气的消气剂以以维护灯的性能灯的性能 ⑥⑥ 维护膜膜 为提高管壁温度,防止冷端提高管壁温度,防止冷端(影响蒸气影响蒸气压力力)的的产生,需在灯管两端加保温涂生,需在灯管两端加保温涂层,常用,常用二氧化二氧化锆、氧化、氧化铝5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理:原理: 金属金属卤化物灯主要化物灯主要辐射来自于各种金属射来自于各种金属(如如铊、、铟、、镝、、钪、、钠等等)的的卤化物在高温下分解后化物在高温下分解后产生的生的金属蒸气金属蒸气(和汞蒸气和汞蒸气)混合物的激混合物的激发。
灯起灯起动点燃后,灯管放点燃后,灯管放电开开场在惰性气体在惰性气体中中进行,灯只行,灯只发出暗淡的光,随着放出暗淡的光,随着放电继续进展,展,放放电管管产生的生的热量逐量逐渐加加热玻壳,使玻壳温度升高,玻壳,使玻壳温度升高,汞和金汞和金属属卤化物迅速蒸化物迅速蒸发,分散到,分散到电弧中参与放弧中参与放电,,当金属当金属卤化物分子分散到高温中心后分解成金属原子化物分子分散到高温中心后分解成金属原子和和卤素素原子,金属原子在放原子,金属原子在放电中受激中受激发而而发出出该金属金属的特征的特征光光谱5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光光电参数:参数:见表表 光效:高于高光效:高于高压汞灯汞灯 色温: 色温:较高,属冷色灯高,属冷色灯 光 光谱能量分布:具有能量分布:具有较多的延多的延续光光谱成分成分 显色指数:色指数:较高高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架7、消气、消气剂8、、辅助助电极极9、外玻壳、外玻壳(三三)高压钠灯高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的是利用高压钠蒸气放电发光的光源光源图图3-24 高压钠灯的构造 高压钠灯的构造95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ① ① 放放电管管 特殊制造的透明多晶氧化 特殊制造的透明多晶氧化铝陶瓷管,多晶陶瓷管,多晶氧化氧化铝陶瓷管能耐高温、高陶瓷管能耐高温、高压,,对于高于高压下的下的钠蒸气具有蒸气具有稳定的化学性能定的化学性能( (抗抗钠腐腐蚀才干才干强) )。
钠和汞是以和汞是以““钠汞汞齐〞方式放入〞方式放入( (一种一种钠与汞的固与汞的固态物物质) );;氩气可使气可使““钠汞汞齐〞〞处于枯燥的惰性气体中;于枯燥的惰性气体中;氙气作氙气作为驱动气体改善起气体改善起动性能小内径放小内径放电管可管可获得最高的光效得最高的光效 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ② ② 主主电极极 由 由钨棒和以此棒和以此为轴重叠重叠绕成螺旋的成螺旋的钨丝组成,在成,在钨螺旋内灌注氧化螺旋内灌注氧化钡和氧化和氧化钙的化合的化合物作物作为电子子发射物射物质 ③ ③ 外泡壳外泡壳 采用采用椭球形、直管形和反射型球形、直管形和反射型 为防止雨滴防止雨滴飞溅到任到任务中的中的钠灯管上而引灯管上而引起炸裂,用耐起炸裂,用耐热冲冲击的硼酸的硼酸盐玻璃制造玻璃制造5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ④④ 消气消气剂 泡壳内需求泡壳内需求维持高真空,以持高真空,以维护灯的性灯的性能及能及维护灯的金属灯的金属组件不受放出的件不受放出的杂质气体气体的腐的腐蚀,采用,采用钡或或锆--铝合金的消气合金的消气剂到达到达高真空的目的。
高真空的目的5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理:原理: 高高压钠灯灯为冷启冷启动,没有,没有辅助助电极,启燃极,启燃时任任务电极之极之间要有要有1000~2500V的高的高压脉冲必需附必需附设启燃触启燃触发安装内触安装内触发〔双金属片、〔双金属片、电阻、触阻、触头〕〕 高高压钠灯主要灯主要辐射来源于分子射来源于分子压力力为104Pa的金属的金属钠蒸气的激蒸气的激发 光源接通后,起光源接通后,起动电流流经过触触发安装安装产生生很高的脉冲很高的脉冲电压,使放,使放电管管击穿放穿放电,开,开场放放电经过氙气和汞氙气和汞进展的,灯光展的,灯光为很暗的很暗的红白白辉光随着放光随着放电管温度上升,向高管温度上升,向高压钠蒸气放蒸气放电过渡,渡,经过5min左右左右趋于于稳定,光色定,光色为白金白金色5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光光电参数:参数:见表表 光效:最高光效:最高70~~150lm/W 色温:黄色, 色温:黄色,2000~~2100K 光 光谱能量分布:能量分布:589nm及附近的及附近的谱线剧烈烈 显色指数:色指数:20~~25 寿命:国内 寿命:国内10000h,国,国际程度程度20000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)二、二、HID灯的任灯的任务特性特性(一一)灯的起灯的起动与再起与再起动 起起动时间(稳定定时间)::在主在主辅电极极间(高高压钠灯不用灯不用辅助助电极极)的的辉光光放放电 两个主两个主电极极间的弧光放的弧光放电 放放电产生生热量使管内金属或金属量使管内金属或金属卤化物全部化物全部蒸蒸发 (起起动过程程终了了)起起动时间为4~~10min左右。
左右起起动后参数后参数变化化 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-25 HID灯起动后各参数的变化灯起动后各参数的变化a) 荧光高压汞灯 荧光高压汞灯b) 金属卤化物灯 金属卤化物灯c) 高压钠灯 高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 再起再起动时间:: 灯熄灯熄灭后,温度和后,温度和压力很高,在原来的力很高,在原来的电压下,下,电子不能子不能积累足累足够的能量使原子的能量使原子电离,离,所以不能构成放所以不能构成放电,假,假设此此时再起再起动灯,就需灯,就需几千伏的几千伏的电压 当放当放电管冷却后,所需的起管冷却后,所需的起动电压会降低会降低很多,在很多,在电源源电压下便可再起下便可再起动 再起再起动时间为5 5~~10min10min左右5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)荧光高光高压汞灯:起汞灯:起动4 4~~8min8min,再起,再起动5 5~~10min10min金属金属卤化物灯:由于金属化物灯:由于金属卤化物比汞化物比汞难蒸蒸发,起,起动时间和再起和再起动时间略略长。
起起动4min4min,完全,完全稳定定15min15min,再起,再起动10min10min高高压钠灯:起灯:起动4 4~~8min8min,再起,再起动1010~~20min 20min 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )电源源电压变化的影响化的影响 电压升高会因功率升高会因功率过高而熄高而熄灭 电压下降呵斥自然熄下降呵斥自然熄灭或不能起或不能起动,光色光效,光色光效受影响图图3-26 HID灯参数随电源电压变化的曲线灯参数随电源电压变化的曲线a) 荧光高压汞灯 荧光高压汞灯b) 金属卤化物灯 金属卤化物灯c) 高压钠灯 高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (三三) )寿命与光通量寿命与光通量维持持 ① ①荧光高光高压汞灯:汞灯:5000h,5000h,国国际24000h24000h电极上极上电子子发射物射物质损耗,致使启耗,致使启动电压升高而升高而不能启不能启动钨丝的寿命〔自的寿命〔自镇流流荧光高光高压汞灯〕汞灯〕管壁黑化管壁黑化起起动频繁繁②②金属金属卤化物灯化物灯 石英玻璃中含有的水分等不石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易气体很容易释放出来,金属放出来,金属卤化物分解出来的金属和石英化物分解出来的金属和石英玻璃玻璃缓慢的化学反响,以及游离的慢的化学反响,以及游离的卤素分子等素分子等都能使起都能使起动电压升高。
升高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)③③ 高高压钠灯灯 由于氧化由于氧化铝陶瓷管在灯的任陶瓷管在灯的任务过程中具有很程中具有很好的化学好的化学稳定性,寿命很定性,寿命很长,国,国际上已作到上已作到20000h左右放放电管漏气管漏气 电极上极上电子子发射物射物质的耗竭的耗竭钠的耗竭的耗竭 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (四四) )灯的点燃位置灯的点燃位置 金属金属卤化物灯和化物灯和荧光高光高压汞灯、高汞灯、高压钠灯不同,当灯的点燃位置灯不同,当灯的点燃位置变化化时,光,光电特特性〔性〔电压、光效、光色等〕、光效、光色等〕发生生变化 点燃位置点燃位置变化,使放化,使放电管最冷点的温度跟管最冷点的温度跟着着变化〔残存的液化〔残存的液态金属金属卤化物在此部位〕金化物在此部位〕金属属卤化物的蒸气化物的蒸气压力相力相应变化,引起光化,引起光电特性特性变化 即使金属即使金属卤化物完全蒸化物完全蒸发,但由于点灯位,但由于点灯位置的不同,它置的不同,它们在管内的密度分布也不同,会在管内的密度分布也不同,会引起特性的引起特性的变化。
化5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)三、三、HID灯的任灯的任务线路路(一一)通用通用线路路要与要与镇流器串流器串联运用运用内触内触发::辅助启助启动电极或双金属起极或双金属起动片片外触外触发:利用触:利用触发电路路产生高生高压脉冲将气体脉冲将气体击穿灯管灯管进入任入任务形状后触形状后触发器不再任器不再任务,依托,依托镇流器流器稳定任定任务 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )荧光高光高压汞灯-内触汞灯-内触发电路路 a) HID通用电路通用电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 内部装有起动电内部装有起动电极,采用扼流镇流极,采用扼流镇流器,能在器,能在220V或或240V交流电源下启交流电源下启动和任务动和任务( (三三) )金属金属卤化物灯-外触化物灯-外触发电路路 b) 金属卤化物灯的外触发电路 金属卤化物灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 起动电压起动电压比荧光高压汞比荧光高压汞灯高很多。
灯高很多 运用电力电子运用电力电子元件的触发,使电元件的触发,使电路在每一周期内产路在每一周期内产生一个继续时间较生一个继续时间较长的起动高压长的起动高压( (四四) )高高压钠灯-外触灯-外触发电路路( (没有没有辅助助电极极) ) c) 高压钠灯的外触发电路 高压钠灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) c) 高压钠灯的外触发电路 高压钠灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯放电管又高压钠灯放电管又细又长,没有辅助电极,细又长,没有辅助电极,起动时必需有约起动时必需有约3kV、、10~100μs的高压脉冲产生的高压脉冲产生触发 经过触发电力电子经过触发电力电子器件的导通,使储存在电器件的导通,使储存在电容容C1中的能量,经过扼流中的能量,经过扼流线圈进展放电,再由升压线圈进展放电,再由升压变压器的线圈比在灯管两变压器的线圈比在灯管两端产生峰值为端产生峰值为3~4kV的短的短时脉冲高压。
时脉冲高压四、四、产品及运用品及运用(一一)荧光高光高压汞灯汞灯 较高的光效,高的光效,发出很出很强的紫外的紫外线,可做照,可做照明,明,还可用于晒可用于晒图、保健日光浴治、保健日光浴治疗、化学合、化学合成、塑料及橡胶的老化成、塑料及橡胶的老化实验、、荧光分析和紫外光分析和紫外线探探伤等普通的高普通的高压汞灯汞灯显色性色性较差,很少用于室内差,很少用于室内 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属金属卤化物灯化物灯 20世世纪60年代推出,如今光效年代推出,如今光效130lm/W,,显色指数色指数Ra达达90以上,色温由低色温以上,色温由低色温(3000K)到到高色温高色温(6000K),寿命达,寿命达10000h~20000h,功,功率由几十瓦到上万瓦率由几十瓦到上万瓦 (1) 钠--铊--铟金属金属卤化物灯化物灯 利用三根利用三根“强线〞光〞光谱辐射射组合合产生高效白生高效白光光铊的的535nm绿线(503nm),,535nm谱线强,光效,光效高高铟的的451.1nm蓝线(478nm),高效小,但改良高效小,但改良显色色性性钠的的589~~589.6nm黄黄线(572nm),位于光位于光谱光效光效率率较大的区域,大的区域,对提高高效、改善提高高效、改善显色性起色性起关关键作用。
作用三种碘化物最正确填充范三种碘化物最正确填充范围Ra为60,用于街道、,用于街道、广广场照明照明 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(2) 稀土金属稀土金属卤化物灯化物灯 稀土稀土类金属金属(如如镝、、钬、、铥、、铈、、钕等等)及及钪、、钍等的光等的光谱在整个可在整个可见光区域有非常密光区域有非常密集的集的谱线这些金属的些金属的卤化物能化物能产生生显色性色性很高的光很高的光①①高高显色性金属色性金属卤化物灯:化物灯:镝、、钬--钠、、铊系系列有很好的列有很好的显色性与高色温色性与高色温小功率用作商小功率用作商业照明照明中功率中功率(250~~1000W)灯用于室内空灯用于室内空间高的建筑高的建筑物,室外道路、广物,室外道路、广场、港口、、港口、码头、机、机场等等公共公共场所所高功率高功率(2kW,3.5kW)主要用于大面主要用于大面积泛光照明泛光照明(如体育如体育场馆)5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ②② 高光效金属高光效金属卤化物灯:化物灯:钪--钠灯高效很高,灯高效很高,钠发出出强谱线,,钪发出出许多延多延续的弱的弱谱线。
寿命很寿命很长,,显色性不色性不错,用来替代大功率白,用来替代大功率白炽灯、灯、荧光高光高压汞灯用于工汞灯用于工矿企企业、交通、交通事事业3) 短弧金属短弧金属卤化物灯化物灯 利用高气利用高气压的金属蒸气放的金属蒸气放电产生延生延续辐射,射,获得日光色的光,超高得日光色的光,超高压铟灯 尺寸小,高效高、光色好,适宜作尺寸小,高效高、光色好,适宜作为电影放映用光源和影放映用光源和显微投影微投影仪光源 灯的泡壳外表灯的泡壳外表负载极高极高(300~400W/cm2),寿命,寿命较短5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4) 单色性金属色性金属卤化物灯化物灯 利器具有共振利器具有共振辐射的金属射的金属产生生纯度很度很高的光,碘化高的光,碘化铟-汞灯、碘化-汞灯、碘化铊-汞灯 灯分灯分别发出出铟的的451.1nm蓝线、、铊的的535nm绿线,,蓝灯和灯和绿灯的灯的颜色色饱和度很和度很高适于城市夜景照明适于城市夜景照明5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)双端金属卤化物灯双端金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(三三)高高压钠灯灯 发出的光中出的光中589nm及其附近的及其附近的谱线比比较剧烈,高光效、烈,高光效、长寿命、使高寿命、使高压钠灯在街道照灯在街道照明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用途,途,较少用在室内照明。
少用在室内照明 功率耗功率耗费低,寿命低,寿命长(达达24000h),可替代,可替代荧光高光高压汞灯、汞灯、卤钨灯和白灯和白炽灯 (1)普通型高普通型高压钠灯灯 光效高、寿命光效高、寿命长、但光色、但光色较差,差,Ra=15~30,,相关色温相关色温2000K,只能由于道路、厂区等的照,只能由于道路、厂区等的照明5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (2)直接替代直接替代荧光高光高压汞灯的高汞灯的高压钠灯灯 光效高、寿命光效高、寿命长、但光色、但光色较差,差,Ra为15~30,相关色温,相关色温2000K,只能由于道路、厂,只能由于道路、厂区等的照明区等的照明 直接运用在相近直接运用在相近规格的格的荧光高光高压汞灯汞灯镇流流器及灯具安装上器及灯具安装上 (3) 温馨型高温馨型高压汞灯汞灯 对色温与色温与显色性色性进展了改良,适用于居展了改良,适用于居民区、工民区、工业区、商区、商业区及公众区及公众场所5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4)高光效型的高高光效型的高压钠灯灯 在灯管内充入在灯管内充入较高气高气压的氙气,极高的光的氙气,极高的光效效(140lm/W),而且提高了,而且提高了显色指数色指数(Ra为50~60),作,作为室内照明的室内照明的节能光源。
适宜于能光源适宜于工厂照明和运工厂照明和运动场所的照明所的照明 (5) 高高显色性高色性高压汞灯汞灯(白光高白光高压汞灯汞灯) 显色指数色指数Ra到达到达80以上,色温提高到以上,色温提高到2500K以上,接近白以上,接近白炽灯具有暖白色灯具有暖白色颜色,色,显色性高用于商色性高用于商业照明及高档商品照明,照明及高档商品照明,且且节电效果效果显著5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)电感镇流器电感镇流器电子触发器电子触发器5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、低一、低压钠灯灯( 一一) 构造构造 低气低气压钠蒸气放蒸气放电灯,特性与低灯,特性与低压汞蒸汞蒸气放气放电类似6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-28 低压钠灯构造简图 低压钠灯构造简图(1) 放放电管管 用抗用抗钠腐腐蚀的玻璃制成,管径的玻璃制成,管径为16mm左右,左右,为防止灯管太防止灯管太长,制成,制成U型,封装在型,封装在外玻璃壳中;外玻璃壳中; 充入充入钠和和协助启燃的助启燃的氖氩混合气体;混合气体; 在在U形管的外形管的外侧每隔一段每隔一段长度吹制有一度吹制有一个存放个存放钠球的凸出的小球的凸出的小窝;; 放放电管两端装有管两端装有钨丝电极。
极 6 其他照明用光源其他照明用光源(2) 外管外管 普通玻璃制成,管内抽成真空,内壁普通玻璃制成,管内抽成真空,内壁涂有氧化涂有氧化铟等透明物等透明物质,能将,能将红外外线反射反射回放回放电管,使放管,使放电管温度管温度坚持在持在270℃左右 6 其他照明用光源其他照明用光源(二二) 性能参数性能参数 (1) 色温、色温、显色性色性 低低压钠灯的灯的辐射原理是低射原理是低压钠蒸气中的蒸气中的钠原子原子辐射,射,产生生589nm的的单色光,光色呈黄色光,光色呈黄色,色,显色性差 6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-29 低压钠灯光谱能量分布 低压钠灯光谱能量分布 (2) 发光效率光效率 低低压钠灯灯发出的光集中在光出的光集中在光谱光效率光效率高的范高的范围,即其波,即其波长与人眼感受最敏感的与人眼感受最敏感的555nm光的波光的波长最接近,在最接近,在实验室光效达室光效达400lm/W,,废品普通在品普通在100~~150lm/W 是照明光源中是照明光源中发光效率最高的一种光光效率最高的一种光源。
源6 其他照明用光源其他照明用光源 (3) 起起动与再起与再起动时间 用开路用开路电压较高的漏磁高的漏磁变压器直接起器直接起动,冷,冷态起起动时间约为8~10min 热态下的再起下的再起动时间缺乏缺乏1min 正常任正常任务中的低中的低压钠灯灯电源中断源中断6~15ms不致熄不致熄灭 (4) 寿命寿命 2000~5000h燃点次数燃点次数对寿命影响很寿命影响很大,并要求程度燃点大,并要求程度燃点6 其他照明用光源其他照明用光源 (三三) 低低压钠灯的运用灯的运用 低低压钠灯灯显色性差,不宜作室内照明光源,色性差,不宜作室内照明光源,可用于可用于显色性要求不高的厂区、道路等室色性要求不高的厂区、道路等室外照明 黄色光穿黄色光穿雾才干才干强,用于隧道、,用于隧道、铁路、路、高架高架桥等要求能等要求能见度高而度高而对显色性要求不色性要求不高的高的场所的照明所的照明6 其他照明用光源其他照明用光源二、氙灯二、氙灯( 一一) 氙灯的性能与特点氙灯的性能与特点 (1) 构造特点构造特点 放放电管由耐高温的石英玻璃制成,两端管由耐高温的石英玻璃制成,两端有有钍钨棒状棒状电极,充有高极,充有高纯度的氙气。
度的氙气为惰惰性气体弧光放性气体弧光放电灯,氙灯分灯,氙灯分长弧和短弧弧和短弧 长弧氙灯:任弧氙灯:任务气气压1个大气个大气压,光效高,称,光效高,称为“人造小太阳〞人造小太阳〞 短弧氙灯:任短弧氙灯:任务气气压8~10大气大气压,与太阳光,与太阳光谱更接近,称更接近,称为规范白色高亮度光源,范白色高亮度光源,显色性色性好6 其他照明用光源其他照明用光源 (2) 光光电参数参数光光谱能量分布特性接近日光,它包括放能量分布特性接近日光,它包括放电过程程中氙被激中氙被激发而而产生的生的线光光谱辐射和被射和被电离了离了的离子与的离子与电子复合子复合 产生的延生的延续光光谱辐射射色温色温5000~6000K平均寿命平均寿命1000h光效光效22~50lm/W,, 较低,是由于除低,是由于除 了了 可可见光外光外 ,,还有一有一 定的紫外定的紫外辐射和射和较 强的的红外外辐射 6 其他照明用光源其他照明用光源 图图3-30 氙灯光谱能量分布 氙灯光谱能量分布 (3) 性能特点性能特点 ①① 功率大、体功率大、体积小,世界上功率最大的光源,小,世界上功率最大的光源,可制成几千、几万甚至几十万瓦。
可制成几千、几万甚至几十万瓦 1支支220V、、20kW的氙灯=的氙灯=1支支40W日光灯日光灯 光通量是光通量是200倍 ②② 不需不需镇流器,灯管直接接在市流器,灯管直接接在市电上,功率上,功率因数近似因数近似为1,运用方便运用方便 6 其他照明用光源其他照明用光源 ③③ 紫外紫外线辐射大,运用射大,运用时不要用眼睛直接凝不要用眼睛直接凝视灯管用作照明要装灯管用作照明要装设滤光玻璃,防止光玻璃,防止损伤视力 氙灯氙灯悬挂高度:挂高度:当当3kW灯管灯管时不低于不低于12m当当10kW灯管灯管时不低于不低于20m当当20kW20kW灯管灯管时不低于不低于25m25m ④④ 需求触需求触发器器协助启助启动 触触发器器产生高生高压脉冲,使灯脉冲,使灯击穿放穿放电,,电极构成极构成热电子子发射,主回路构成弧光放射,主回路构成弧光放电,,灯起灯起动后触后触发器停器停顿任任务6 其他照明用光源其他照明用光源 ( 二二) 氙灯的氙灯的规格及其技格及其技术参数参数 (1) 直管形氙灯直管形氙灯 ①① 特点特点 功率大、体功率大、体积小、光色好、光效高、功率小、光色好、光效高、功率因数高、起因数高、起动方便、随开随亮,不需方便、随开随亮,不需镇流及流及冷却安装。
冷却安装 适用于广适用于广场、街道、、街道、车站、站、码头、体育、体育场馆及其他需求大面及其他需求大面积高亮度的照明高亮度的照明场所 起起动时配用触配用触发器由于灯在高器由于灯在高频高高压下下起起动,高,高压端配端配线对地地应有良好有良好绝缘性能 灯在任灯在任务时,人不要,人不要长时间近近间隔接触 6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 直管形长弧氙灯技术参数直管形长弧氙灯技术参数 (2) 水冷式氙灯水冷式氙灯 ①① 特点特点 显色性好,光色近似日光,外表温度低,色性好,光色近似日光,外表温度低,不需用不需用镇流器等 适用于印刷适用于印刷业照相制版、化工部照相制版、化工部门人工老人工老化和科研等特殊用途化和科研等特殊用途 触触发时所需所需电压不低于不低于210V,点灯,点灯电压不超越不超越235V 运用中,需留意冷却水的流量,出口水温运用中,需留意冷却水的流量,出口水温度不超越度不超越50℃。
6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 水冷式氙灯技术参数水冷式氙灯技术参数 (3) 管形汞氙灯管形汞氙灯 ①① 特点特点 汞弧光灯,光效高紫外汞弧光灯,光效高紫外线辐射射强,光色,光色较汞灯更佳汞灯更佳 适用于船舶、机适用于船舶、机场、、码头、、车站等大面站等大面积照明还可用于照相制版、老化可用于照相制版、老化实验、印刷、印刷工工业 安装安装时灯管必需与灯管必需与镇流器配套运用流器配套运用 为防止紫外防止紫外线照射,灯管安装照射,灯管安装时必需配有必需配有灯罩6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形汞氙灯技术参数管形汞氙灯技术参数 (4) 管形氙灯管形氙灯 ①① 特点特点 可可见光部分接近太阳光光部分接近太阳光谱,点燃方便,不,点燃方便,不需需镇流器,自然冷却能瞬流器,自然冷却能瞬时启启动 适用于广适用于广场、港口、机、港口、机场的照明,的照明,还可用可用于老化于老化实验的的场所。
所 产生紫外生紫外线辐射6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形氙灯技术参数管形氙灯技术参数 霓虹灯又称霓虹灯又称氖气灯,是一种气灯,是一种辉光放光放电灯 它不是照明用光源,灯管又它不是照明用光源,灯管又细又又长,,可以弯成各种可以弯成各种图案或文字,用作文案或文字,用作文娱场所、所、商商业装装饰、广告或指示广告或指示 在霓虹灯在霓虹灯电路中接入必要的控制安装,路中接入必要的控制安装,可得到循可得到循环变化的彩色化的彩色图案和自案和自动明明灭的的灯光灯光闪烁,呵斥生,呵斥生动活活泼的气氛7 霓虹灯霓虹灯一、构造与一、构造与资料料 霓虹灯由霓虹灯由电极、引入极、引入线、灯管、灯管组成 1) 灯管灯管 灯管直径灯管直径为6~20mm 灯管抽成真空后再充入少量灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、、氦、氙等惰性气体或少量汞氙等惰性气体或少量汞。
在灯管内壁涂各种在灯管内壁涂各种颜色的色的荧光粉或各光粉或各种透明种透明颜色,使霓虹灯能色,使霓虹灯能发出各种出各种艳丽的的颜色 霓虹灯的霓虹灯的颜色与管内所充气体、玻璃管色与管内所充气体、玻璃管(或或荧光粉光粉)颜色的关系色的关系7 霓虹灯霓虹灯6 其他照明用光源其他照明用光源 霓虹灯颜色与管内气体、玻璃管颜色之间关系霓虹灯颜色与管内气体、玻璃管颜色之间关系 2) 电极极 装在玻璃管两端,多采用装在玻璃管两端,多采用铜制成,外制成,外表表经过一定的化学一定的化学处置,可防止被腐置,可防止被腐蚀 3) 引入引入线 由由电极引出与极引出与电源相接的源相接的导线称称为引引入入线,要求与玻璃具有根本一,要求与玻璃具有根本一样的的热膨膨胀性能,性能,为防止玻璃破裂,普通采用防止玻璃破裂,普通采用镍铁合合金制造7 霓虹灯霓虹灯二、任二、任务原理及其性能特点原理及其性能特点 霓虹灯的特点是高霓虹灯的特点是高电压、小、小电流电源接通后,源接通后,变压器二次器二次侧产生的高生的高电压使灯使灯管内气体管内气体电离,离,发出彩色的出彩色的辉光。
光灯的起灯的起动电压不不仅与灯管与灯管长度成正比,度成正比,与管径大小成反比,与管径大小成反比,而且与所充气体的而且与所充气体的种种类、气、气压有关 7 霓虹灯霓虹灯图图3-31 霓虹灯任务线路 霓虹灯任务线路二、任二、任务原理及其性能特点原理及其性能特点 正常任正常任务时由霓虹灯由霓虹灯变压器来限制灯器来限制灯管回路中管回路中经过的最大的最大电流 电源接通后,由于漏磁的存在,源接通后,由于漏磁的存在,电压会下降,限制了灯管会下降,限制了灯管电流,其作用流,其作用类似似荧光灯的光灯的镇流器 7 霓虹灯霓虹灯 变压器二次器二次侧空空载电压不大于不大于15kV,二,二次次侧短路短路电流比正常运流比正常运转电流高流高15%~25% 当当变压器次器次级开路开路电压高于高于7500V,次,次级绕组有中心抽有中心抽头,并接地,,并接地,可减小可减小变压器器次次级在任在任务状状态下的下的对地地电压,减小危,减小危险性 7 霓虹灯霓虹灯图图3-32 霓虹灯变压器原理图 霓虹灯变压器原理图三、安装本卷三、安装本卷须知知 ①① 霓虹灯霓虹灯变压器的二次器的二次电压高,高,约为6~15kV,故二次回路与一切金属构架、建,故二次回路与一切金属构架、建筑物等必需完全筑物等必需完全绝缘。
高高压线采用采用单股股铜线穿玻璃管穿玻璃管绝缘,防止漏,防止漏电 ②② 霓虹灯霓虹灯变压器器应尽量接近霓虹灯安装,安尽量接近霓虹灯安装,安放在支撑霓虹灯的构架上,用密封箱作防放在支撑霓虹灯的构架上,用密封箱作防水水维护;;变压器中性点及外壳必需可靠接器中性点及外壳必需可靠接地;霓虹灯管和高地;霓虹灯管和高压线路不能直径敷路不能直径敷设在在建筑物或构架上,与它建筑物或构架上,与它们坚持持50mm的的间隔,隔,用公用的玻璃支持用公用的玻璃支持头支撑 7 霓虹灯霓虹灯 ③③ 高高压线路离地路离地应有一定高度,以有一定高度,以防止人体触及防止人体触及 ④④ 霓虹灯霓虹灯变压器器电抗大,抗大,线路功率路功率因数低,因数低,约为0.2~0.5为改善功率改善功率因数,需配因数,需配备相相应的的电容器容器进展展补偿7 霓虹灯霓虹灯一、一、场致致发光器件 光器件 场致致发光光(又称又称“电致致发光〞光〞)是指由于某是指由于某种适当物种适当物质与与电场相互作用而相互作用而发光的景象光的景象场致致发光屏光屏(FL) 微晶粉末状微晶粉末状荧光光质,是硫化,是硫化锌这类“Ⅱ--Ⅵ族〞化合物。
族〞化合物 场致致发光屏通常由玻璃板、透明光屏通常由玻璃板、透明导电膜、膜、荧光粉光粉层、高介、高介电常数反射常数反射层、、铝箔和最底箔和最底层的玻璃板迭合而成的玻璃板迭合而成 8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管 发光屏与光屏与电极之极之间间隔隔仅为几十微米,几十微米,在市在市电下,能到达足下,能到达足够高的高的电场强度〔大于度〔大于104V/cm〕,〕, 任任务在高在高电压下,下,电流密度低流密度低 场致致发光屏光效不到光屏光效不到15lm/W,寿命超,寿命超越越5000h,可,可经过电极的分割使光源分开,极的分割使光源分开,做成做成图案与文字用在建筑物中作指示照明案与文字用在建筑物中作指示照明或分机、或分机、轮船船仪表的夜表的夜间显示 8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管l发光二极管光二极管(LED)l 利用利用GaAs、、GaP或它或它们的的组合晶体合晶体(GaAsP)等等“Ⅲ--Ⅴ族〞化合物。
任族〞化合物任务电流是流是高高电流密度的,流密度的,仅需需2V直流直流电源l 发光二极管是一种将光二极管是一种将电能直接能直接转换成成光能的固体元件,可作光能的固体元件,可作为有效的有效的辐射光源l 发光原理:光原理:对P-N结加上正向加上正向电压时,,N区的区的电子越子越过P-N结向向P区注入,与区注入,与P区的区的空穴复合,从而将能量以光子的方式放出空穴复合,从而将能量以光子的方式放出8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管 发光二极管体光二极管体积小、寿命小、寿命长,可靠性高,,可靠性高,便于集成、控制能在低便于集成、控制能在低电压下任下任务,与集,与集成成电路等外部路等外部电路配合运用,便于控制路配合运用,便于控制 随着新型半随着新型半导体体资料的涌料的涌现,及加工封,及加工封装技装技术提高,抑制了商用提高,抑制了商用LED亮度低、亮度低、视角角窄,窄,颜色少、色少、产质量量不量量不稳定的缺陷,可以定的缺陷,可以得到高亮度的得到高亮度的红、黄、、黄、绿发光二极管,光二极管,还能能制造制造蓝色、白色色、白色发光二极管,用光二极管,用LED替代普替代普通光源。
通光源8 发光二极管 发光二极管二、二、LED的构造和原理的构造和原理1、阳极引、阳极引线2、阳极、阳极3、、环氧封装、氧封装、圆顶透透镜4、阳极、阳极导线5、、带反射杯的阴极反射杯的阴极6、半、半导体触点体触点7、阴极引、阴极引线图图3-33 LED的组成构造的组成构造8 发光二极管 发光二极管(一一)单色色LED LED由由发光片光片产生光,生光,资料分子的构造料分子的构造决决议发光波光波长(光的光的颜色色) 光效与半光效与半导体体资料及其加工工料及其加工工艺有关 在在P型和型和N型型资料中料中掺入不同的入不同的杂质,得,得到不同到不同发光光颜色的色的LED不同外延不同外延资料决料决议LED的功耗、呼的功耗、呼应速度和任速度和任务寿命等光学、寿命等光学、电气特性 在制造工在制造工艺中,常用有中,常用有“气相晶体生气相晶体生长法法〞和〞和“液相晶体生液相晶体生长法〞最近,金属无机物法〞最近,金属无机物气体的沉淀技气体的沉淀技术又有突破高光效的又有突破高光效的蓝色色LED(InGa::N资料料)由由这种工种工艺实现。
8 发光二极管 发光二极管(二二)白色白色LED 单只只LED不能不能够产生两种及两种引上生两种及两种引上单色色光,也不能光,也不能产生具有延生具有延续光光谱的白光,只能先的白光,只能先产生生蓝光,再借助光,再借助荧光物光物质间接接产生生宽带光光谱合成合成白光 白色白色LED的光的光谱能量几乎能量几乎不含不含红外与紫外外与紫外成分,成分,Ra达达85 400450 500 550 600650700 75004080120灯光强度灯光强度(%)波长波长/nm/nm图图3-34 白色 白色LED光谱能量分布光谱能量分布8 发光二极管 发光二极管 产生生蓝光的半光的半导体体资料采用氮料采用氮铟稼稼(InGa(InGa::N)N)资料 蓝光在周光在周围高效高效荧光物光物质内散射内散射时,被,被剧烈吸收,烈吸收,转换为光能光能较低的低的宽带黄色黄色荧光其中少部分其中少部分蓝光透光透过荧光物光物质层,并和,并和宽带黄光构成黄光构成色温达色温达6500K6500K的白光蓝色色LEDLED经过荧光粉光粉变成成单色白色微型色白色微型荧光灯光灯制成超薄白色面光源,用于普通光源。
制成超薄白色面光源,用于普通光源8 发光二极管 发光二极管 白色 白色LEDLED自自20192019年年诞生,光效提高,生,光效提高,20192019年年15lm/W15lm/W,,20192019年年4040~~50lm/W50lm/W 白色白色LED与白炽灯的性能比较与白炽灯的性能比较8 发光二极管 发光二极管二、二、LED的性能的性能 LED电性能与性能与检波二极管波二极管类似,在似,在10mA任任务电流流时,正向偏,正向偏压为2V 是一种高密度是一种高密度辐射的射的电光源,其亮度取光源,其亮度取决于决于电流密度市售流密度市售红色色LED的亮度达的亮度达3500cd/m2,而,而荧光灯的光灯的规范亮度范亮度仅为5000cd/m2LED的寿命的寿命长,,额定寿命超越定寿命超越100000h8 发光二极管 发光二极管发光二极管的特性发光二极管的特性8 发光二极管 发光二极管三、常用三、常用产品品(一一)单个个LED发光器光器 配置附件配置附件(如如平行光平行光发射器、射器、偏振片、透光罩、偏振片、透光罩、导线等等),,组成成单个个LED发光器。
光器图图3-35 单个 单个LED发光器的光路表示图发光器的光路表示图8 发光二极管 发光二极管(二二) LED组合模合模块 将将单个二极管个二极管发光器光器进展展组合,构成合,构成LED组合模合模块,如,如线性模性模块、背景照明模、背景照明模块、、带有有光学透光学透镜模模块、、带有光有光导板模板模块三三) LED灯具灯具 平面平面发光灯、交通光灯、交通讯号灯、舞台型聚光灯、号灯、舞台型聚光灯、台灯、台灯、镜前灯等 8 发光二极管 发光二极管图图3-36 超小型聚光灯的光路表示图 超小型聚光灯的光路表示图图图3-37 平行光产生的光路表示图 平行光产生的光路表示图8 发光二极管 发光二极管四、四、 LED运用运用1、、仪器指示灯器指示灯 寿命寿命长、功耗低、构造、功耗低、构造结实 家用家用电器指示器器指示器 电路形状指示器路形状指示器 缺点指示器 缺点指示器 8 发光二极管 发光二极管2、用于、用于仅需很小光需很小光强、、光通量的照明光通量的照明场所安安顿在地坪上、踏步下在地坪上、踏步下车道道线标志志安装在人行道,用于照安装在人行道,用于照亮步行道与街道亮步行道与街道间的的落差 落差 8 发光二极管 发光二极管3、交通、交通讯号灯号灯 美国美国统计数据:用数据:用LED替代全美一切的白替代全美一切的白炽灯作灯作为交通交通讯号,一年可号,一年可节约2.5亿kW·h。
机场指示机场指示铁路指示铁路指示8 发光二极管 发光二极管4、疏散指示、疏散指示 当今美国当今美国诱导灯市灯市场中,中,LED作作为主光源的市主光源的市场占占有率由有率由2019年的年的80%上升上升为100%8 发光二极管 发光二极管五、五、 LED的展望的展望 新近开展起来的高光效、高光 新近开展起来的高光效、高光强、、颜色丰色丰富的富的LED,具有宏大的,具有宏大的节能潜力,在照明能潜力,在照明领域域有更广泛的运用有更广泛的运用 未来的任 未来的任务重心再不是光效上,而是放在重心再不是光效上,而是放在LED的适用化的适用化产品上 8 发光二极管 发光二极管一、性能比一、性能比较 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种常用照明电光源的主要性能各种常用照明电光源的主要性能维持气体放电灯正常任务不至于自熄尤为重要维持气体放电灯正常任务不至于自熄尤为重要运用运用节能型能型电感感镇流器,流器,损耗减半 耗减半 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数二、二、选用用(一一) 根据照明根据照明设备的目的与用途来的目的与用途来选择光源光源(二二)按照按照环境的要求境的要求选择光源光源(三三)按投按投资与年运与年运转费用用选择光源 光源 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种各种场所所对灯性能的要求及引荐的灯灯性能的要求及引荐的灯阐明:阐明:光输出高低:高->光输出高低:高->10000lm,中-,中-3000~10000lm,小-<,小-<3000lm显色指数:显色指数:ⅠA--Ra≥90,,ⅠB--90>>Ra≥80, Ⅱ--80>>Ra≥60, Ⅲ--60>>Ra≥40, Ⅳ--Ra<<40色温分类:色温分类:①①-<-<3300K,,②②--3300~5300K 部分部分HID灯的光电参数灯的光电参数光效:高压钠灯>金属卤化物灯>荧光高压汞灯光效:高压钠灯>金属卤化物灯>荧光高压汞灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) “高高强度气体放度气体放电灯灯(HID--High Intensity Dischange)是高是高压汞灯、金属汞灯、金属卤化化物灯和高物灯和高压钠灯的灯的统称,其放称,其放电管的管壁管的管壁负荷大于荷大于3W/cm2(即即3×104W/m2),任,任务期期间蒸气蒸气压在在10132.5~101325Pa(0.1~1atm)之之间。
5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、一、HID灯的构造灯的构造(一一)荧光高光高压汞灯汞灯1、灯、灯头2、起、起动电阻阻3、起、起动电极极4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架8、、辅助助电极极9、外玻壳、外玻壳5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-22 荧光高压汞灯的构造 荧光高压汞灯的构造 ① ① 放放电管管 耐高温、高 耐高温、高压的透明石英管,管内充有一定的透明石英管,管内充有一定量的汞外,量的汞外,还有少量有少量氩气以降低起气以降低起动电压和和维护电极 ② ② 主主电极极 由 由钨杆及外面重叠杆及外面重叠绕成螺旋的成螺旋的钨丝组成,并成,并在其中填充碱土氧化物作在其中填充碱土氧化物作为电子子发射物射物质5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ③ ③ 辅助助电极极( (启启动电极极) ) 经过起起动电阻和另一主阻和另一主电极极衔接,有助于灯接,有助于灯的的顺利起利起动 ④ ④ 外泡壳外泡壳抽成真空,抽成真空,还充入数十千帕的充入数十千帕的氖气或气或氖--氩混合混合气体作气体作绝热用。
用采用采用椭球形,起保温作用,防止球形,起保温作用,防止环境境对灯的影响灯的影响内壁上涂敷内壁上涂敷荧光粉,将灯的紫外光粉,将灯的紫外辐射或短波射或短波长的的蓝紫光紫光转变为长波的可波的可见光,提高光效,改善光,提高光效,改善光色 光色 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理:当开关原理:当开关S S合上,合上,首先在首先在辅助助电极和主极和主电极极之之间发生生辉光放光放电,,产生生大量的大量的电子和离子,从而子和离子,从而引引发两个主两个主电极极间的弧光的弧光放放电,灯管启燃灯管启燃 辉光放光放电电流遭到起流遭到起动电阻阻R(40R(40~~60kΩ)60kΩ)的限的限制,使主、制,使主、辅电极之极之间的的电压远低于低于辉光放光放电所需所需的的电压,所以弧光放,所以弧光放电后后辉光放光放电立刻停立刻停顿 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 在启燃的初始在启燃的初始阶段,放段,放电管内的气管内的气压较低,放低,放电只在只在氩气中气中进展,展,产生的生的是白色的光是白色的光 随着放随着放电时间的增的增加,放加,放电管的温度不断升管的温度不断升高,汞蒸气的高,汞蒸气的压力也逐力也逐渐上升,放上升,放电也逐也逐渐转移到移到在汞蒸气中在汞蒸气中进展,展,发出的出的光由白色光由白色变为更亮堂的更亮堂的蓝绿色。
色 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理:原理: 荧光高光高压汞灯的主要汞灯的主要辐射来源于汞原子射来源于汞原子激激发,以及,以及经过泡壳内壁上的泡壳内壁上的荧光粉将激光粉将激发后后产生的紫外生的紫外线转换为可可见光 光光电参数:参数:见表表 光光谱能量分布:延能量分布:延续光光谱成分成分较大大 色温: 色温:约5500K5500K 显色指数:色指数:30~4030~40 光效: 光效:50lm/W50lm/W 寿命:国内 寿命:国内50005000~~6000h6000h,国,国际程度程度24000h24000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属金属卤化物灯化物灯 20世世纪60年代在高年代在高压汞灯基汞灯基础上开展起来的新型光源上开展起来的新型光源2、起、起动电阻阻3、起、起动电极极4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架7、消气、消气剂9、外玻壳、外玻壳10、保温膜、保温膜图图3-23 金属卤化物灯的构造 金属卤化物灯的构造95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ① ① 放放电管管 透明石英管、半透明陶瓷管。
管内充气体 透明石英管、半透明陶瓷管管内充气体汞不汞不仅提高光效、改善提高光效、改善电特性特性还利用启利用启动易易电离的离的氖--氩混合气体混合气体( (改善灯的启改善灯的启动) )依托金属依托金属( (如如铊、、铟、、镝、、钪、、钠等等) )原子的原子的辐射射发光,以金属光,以金属卤化物的方式存在化物的方式存在缘由:由:金属金属卤化物的蒸气气化物的蒸气气压普通比普通比纯金属本身的蒸气金属本身的蒸气气气压高得多,可高得多,可满足金属足金属发光所要求的光所要求的压力;力;金属金属卤化物化物( (氟化物除外氟化物除外) )都不和石英玻璃都不和石英玻璃发生明生明显的化学作用,可抑制高温下的化学作用,可抑制高温下纯金属与石英玻金属与石英玻璃的反响璃的反响5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ② ② 主主电极极 用 用““钍--钨〞或〞或““氧化氧化钍--钨〞作〞作为电极,并采用稀土金属的氧极,并采用稀土金属的氧化物作化物作为电子子发射物射物质 ③ ③ 外泡壳外泡壳 采用采用椭球形,涂有球形,涂有荧光粉,添加漫射,减少眩光光粉,添加漫射,减少眩光 ④ ④ 辅助助电极极( (放放电管内〕管内〕 双金属启双金属启动片片( (泡壳内泡壳内) )5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)⑤⑤ 消气消气剂 灯灯长期任期任务,支架等,支架等资料的放气,使泡壳料的放气,使泡壳内真空度降低,在引内真空度降低,在引线或支架之或支架之间会会产生放生放电。
采用氧化采用氧化锆的消气的消气剂以以维护灯的性能灯的性能 ⑥⑥ 维护膜膜 为提高管壁温度,防止冷端提高管壁温度,防止冷端(影响蒸气影响蒸气压力力)的的产生,需在灯管两端加保温涂生,需在灯管两端加保温涂层,常用,常用二氧化二氧化锆、氧化、氧化铝5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理:原理: 金属金属卤化物灯主要化物灯主要辐射来自于各种金属射来自于各种金属(如如铊、、铟、、镝、、钪、、钠等等)的的卤化物在高温下分解后化物在高温下分解后产生的生的金属蒸气金属蒸气(和汞蒸气和汞蒸气)混合物的激混合物的激发 灯起灯起动点燃后,灯管放点燃后,灯管放电开开场在惰性气体在惰性气体中中进行,灯只行,灯只发出暗淡的光,随着放出暗淡的光,随着放电继续进展,展,放放电管管产生的生的热量逐量逐渐加加热玻壳,使玻壳温度升高,玻壳,使玻壳温度升高,汞和金汞和金属属卤化物迅速蒸化物迅速蒸发,分散到,分散到电弧中参与放弧中参与放电,,当金属当金属卤化物分子分散到高温中心后分解成金属原子化物分子分散到高温中心后分解成金属原子和和卤素素原子,金属原子在放原子,金属原子在放电中受激中受激发而而发出出该金属金属的特征的特征光光谱。
5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光光电参数:参数:见表表 光效:高于高光效:高于高压汞灯汞灯 色温: 色温:较高,属冷色灯高,属冷色灯 光 光谱能量分布:具有能量分布:具有较多的延多的延续光光谱成分成分 显色指数:色指数:较高高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)4、主、主电极极5、放、放电管管6、金属支架、金属支架7、消气、消气剂8、、辅助助电极极9、外玻壳、外玻壳(三三)高压钠灯高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的是利用高压钠蒸气放电发光的光源光源图图3-24 高压钠灯的构造 高压钠灯的构造95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ① ① 放放电管管 特殊制造的透明多晶氧化 特殊制造的透明多晶氧化铝陶瓷管,多晶陶瓷管,多晶氧化氧化铝陶瓷管能耐高温、高陶瓷管能耐高温、高压,,对于高于高压下的下的钠蒸气具有蒸气具有稳定的化学性能定的化学性能( (抗抗钠腐腐蚀才干才干强) )钠和汞是以和汞是以““钠汞汞齐〞方式放入〞方式放入( (一种一种钠与汞的固与汞的固态物物质) );;氩气可使气可使““钠汞汞齐〞〞处于枯燥的惰性气体中;于枯燥的惰性气体中;氙气作氙气作为驱动气体改善起气体改善起动性能。
性能小内径放小内径放电管可管可获得最高的光效得最高的光效 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ② ② 主主电极极 由 由钨棒和以此棒和以此为轴重叠重叠绕成螺旋的成螺旋的钨丝组成,在成,在钨螺旋内灌注氧化螺旋内灌注氧化钡和氧化和氧化钙的化合的化合物作物作为电子子发射物射物质 ③ ③ 外泡壳外泡壳 采用采用椭球形、直管形和反射型球形、直管形和反射型 为防止雨滴防止雨滴飞溅到任到任务中的中的钠灯管上而引灯管上而引起炸裂,用耐起炸裂,用耐热冲冲击的硼酸的硼酸盐玻璃制造玻璃制造5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ④④ 消气消气剂 泡壳内需求泡壳内需求维持高真空,以持高真空,以维护灯的性灯的性能及能及维护灯的金属灯的金属组件不受放出的件不受放出的杂质气体气体的腐的腐蚀,采用,采用钡或或锆--铝合金的消气合金的消气剂到达到达高真空的目的高真空的目的5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理:原理: 高高压钠灯灯为冷启冷启动,没有,没有辅助助电极,启燃极,启燃时任任务电极之极之间要有要有1000~2500V的高的高压脉冲。
脉冲必需附必需附设启燃触启燃触发安装内触安装内触发〔双金属片、〔双金属片、电阻、触阻、触头〕〕 高高压钠灯主要灯主要辐射来源于分子射来源于分子压力力为104Pa的金属的金属钠蒸气的激蒸气的激发 光源接通后,起光源接通后,起动电流流经过触触发安装安装产生生很高的脉冲很高的脉冲电压,使放,使放电管管击穿放穿放电,开,开场放放电经过氙气和汞氙气和汞进展的,灯光展的,灯光为很暗的很暗的红白白辉光随着放光随着放电管温度上升,向高管温度上升,向高压钠蒸气放蒸气放电过渡,渡,经过5min左右左右趋于于稳定,光色定,光色为白金白金色5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光光电参数:参数:见表表 光效:最高光效:最高70~~150lm/W 色温:黄色, 色温:黄色,2000~~2100K 光 光谱能量分布:能量分布:589nm及附近的及附近的谱线剧烈烈 显色指数:色指数:20~~25 寿命:国内 寿命:国内10000h,国,国际程度程度20000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)二、二、HID灯的任灯的任务特性特性(一一)灯的起灯的起动与再起与再起动 起起动时间(稳定定时间)::在主在主辅电极极间(高高压钠灯不用灯不用辅助助电极极)的的辉光光放放电 两个主两个主电极极间的弧光放的弧光放电 放放电产生生热量使管内金属或金属量使管内金属或金属卤化物全部化物全部蒸蒸发 (起起动过程程终了了)起起动时间为4~~10min左右。
左右起起动后参数后参数变化化 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-25 HID灯起动后各参数的变化灯起动后各参数的变化a) 荧光高压汞灯 荧光高压汞灯b) 金属卤化物灯 金属卤化物灯c) 高压钠灯 高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 再起再起动时间:: 灯熄灯熄灭后,温度和后,温度和压力很高,在原来的力很高,在原来的电压下,下,电子不能子不能积累足累足够的能量使原子的能量使原子电离,离,所以不能构成放所以不能构成放电,假,假设此此时再起再起动灯,就需灯,就需几千伏的几千伏的电压 当放当放电管冷却后,所需的起管冷却后,所需的起动电压会降低会降低很多,在很多,在电源源电压下便可再起下便可再起动 再起再起动时间为5 5~~10min10min左右5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)荧光高光高压汞灯:起汞灯:起动4 4~~8min8min,再起,再起动5 5~~10min10min金属金属卤化物灯:由于金属化物灯:由于金属卤化物比汞化物比汞难蒸蒸发,起,起动时间和再起和再起动时间略略长。
起起动4min4min,完全,完全稳定定15min15min,再起,再起动10min10min高高压钠灯:起灯:起动4 4~~8min8min,再起,再起动1010~~20min 20min 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )电源源电压变化的影响化的影响 电压升高会因功率升高会因功率过高而熄高而熄灭 电压下降呵斥自然熄下降呵斥自然熄灭或不能起或不能起动,光色光效,光色光效受影响图图3-26 HID灯参数随电源电压变化的曲线灯参数随电源电压变化的曲线a) 荧光高压汞灯 荧光高压汞灯b) 金属卤化物灯 金属卤化物灯c) 高压钠灯 高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (三三) )寿命与光通量寿命与光通量维持持 ① ①荧光高光高压汞灯:汞灯:5000h,5000h,国国际24000h24000h电极上极上电子子发射物射物质损耗,致使启耗,致使启动电压升高而升高而不能启不能启动钨丝的寿命〔自的寿命〔自镇流流荧光高光高压汞灯〕汞灯〕管壁黑化管壁黑化起起动频繁繁②②金属金属卤化物灯化物灯 石英玻璃中含有的水分等不石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易气体很容易释放出来,金属放出来,金属卤化物分解出来的金属和石英化物分解出来的金属和石英玻璃玻璃缓慢的化学反响,以及游离的慢的化学反响,以及游离的卤素分子等素分子等都能使起都能使起动电压升高。
升高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)③③ 高高压钠灯灯 由于氧化由于氧化铝陶瓷管在灯的任陶瓷管在灯的任务过程中具有很程中具有很好的化学好的化学稳定性,寿命很定性,寿命很长,国,国际上已作到上已作到20000h左右放放电管漏气管漏气 电极上极上电子子发射物射物质的耗竭的耗竭钠的耗竭的耗竭 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (四四) )灯的点燃位置灯的点燃位置 金属金属卤化物灯和化物灯和荧光高光高压汞灯、高汞灯、高压钠灯不同,当灯的点燃位置灯不同,当灯的点燃位置变化化时,光,光电特特性〔性〔电压、光效、光色等〕、光效、光色等〕发生生变化 点燃位置点燃位置变化,使放化,使放电管最冷点的温度跟管最冷点的温度跟着着变化〔残存的液化〔残存的液态金属金属卤化物在此部位〕金化物在此部位〕金属属卤化物的蒸气化物的蒸气压力相力相应变化,引起光化,引起光电特性特性变化 即使金属即使金属卤化物完全蒸化物完全蒸发,但由于点灯位,但由于点灯位置的不同,它置的不同,它们在管内的密度分布也不同,会在管内的密度分布也不同,会引起特性的引起特性的变化。
化5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)三、三、HID灯的任灯的任务线路路(一一)通用通用线路路要与要与镇流器串流器串联运用运用内触内触发::辅助启助启动电极或双金属起极或双金属起动片片外触外触发:利用触:利用触发电路路产生高生高压脉冲将气体脉冲将气体击穿灯管灯管进入任入任务形状后触形状后触发器不再任器不再任务,依托,依托镇流器流器稳定任定任务 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )荧光高光高压汞灯-内触汞灯-内触发电路路 a) HID通用电路通用电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 内部装有起动电内部装有起动电极,采用扼流镇流极,采用扼流镇流器,能在器,能在220V或或240V交流电源下启交流电源下启动和任务动和任务( (三三) )金属金属卤化物灯-外触化物灯-外触发电路路 b) 金属卤化物灯的外触发电路 金属卤化物灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 起动电压起动电压比荧光高压汞比荧光高压汞灯高很多。
灯高很多 运用电力电子运用电力电子元件的触发,使电元件的触发,使电路在每一周期内产路在每一周期内产生一个继续时间较生一个继续时间较长的起动高压长的起动高压( (四四) )高高压钠灯-外触灯-外触发电路路( (没有没有辅助助电极极) ) c) 高压钠灯的外触发电路 高压钠灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) c) 高压钠灯的外触发电路 高压钠灯的外触发电路图图3-27 HID灯的任务线路灯的任务线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯放电管又高压钠灯放电管又细又长,没有辅助电极,细又长,没有辅助电极,起动时必需有约起动时必需有约3kV、、10~100μs的高压脉冲产生的高压脉冲产生触发 经过触发电力电子经过触发电力电子器件的导通,使储存在电器件的导通,使储存在电容容C1中的能量,经过扼流中的能量,经过扼流线圈进展放电,再由升压线圈进展放电,再由升压变压器的线圈比在灯管两变压器的线圈比在灯管两端产生峰值为端产生峰值为3~4kV的短的短时脉冲高压。
时脉冲高压四、四、产品及运用品及运用(一一)荧光高光高压汞灯汞灯 较高的光效,高的光效,发出很出很强的紫外的紫外线,可做照,可做照明,明,还可用于晒可用于晒图、保健日光浴治、保健日光浴治疗、化学合、化学合成、塑料及橡胶的老化成、塑料及橡胶的老化实验、、荧光分析和紫外光分析和紫外线探探伤等普通的高普通的高压汞灯汞灯显色性色性较差,很少用于室内差,很少用于室内 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属金属卤化物灯化物灯 20世世纪60年代推出,如今光效年代推出,如今光效130lm/W,,显色指数色指数Ra达达90以上,色温由低色温以上,色温由低色温(3000K)到到高色温高色温(6000K),寿命达,寿命达10000h~20000h,功,功率由几十瓦到上万瓦率由几十瓦到上万瓦 (1) 钠--铊--铟金属金属卤化物灯化物灯 利用三根利用三根“强线〞光〞光谱辐射射组合合产生高效白生高效白光光铊的的535nm绿线(503nm),,535nm谱线强,光效,光效高高铟的的451.1nm蓝线(478nm),高效小,但改良高效小,但改良显色色性性钠的的589~~589.6nm黄黄线(572nm),位于光位于光谱光效光效率率较大的区域,大的区域,对提高高效、改善提高高效、改善显色性起色性起关关键作用。
作用三种碘化物最正确填充范三种碘化物最正确填充范围Ra为60,用于街道、,用于街道、广广场照明照明 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(2) 稀土金属稀土金属卤化物灯化物灯 稀土稀土类金属金属(如如镝、、钬、、铥、、铈、、钕等等)及及钪、、钍等的光等的光谱在整个可在整个可见光区域有非常密光区域有非常密集的集的谱线这些金属的些金属的卤化物能化物能产生生显色性色性很高的光很高的光①①高高显色性金属色性金属卤化物灯:化物灯:镝、、钬--钠、、铊系系列有很好的列有很好的显色性与高色温色性与高色温小功率用作商小功率用作商业照明照明中功率中功率(250~~1000W)灯用于室内空灯用于室内空间高的建筑高的建筑物,室外道路、广物,室外道路、广场、港口、、港口、码头、机、机场等等公共公共场所所高功率高功率(2kW,3.5kW)主要用于大面主要用于大面积泛光照明泛光照明(如体育如体育场馆)5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) ②② 高光效金属高光效金属卤化物灯:化物灯:钪--钠灯高效很高,灯高效很高,钠发出出强谱线,,钪发出出许多延多延续的弱的弱谱线。
寿命很寿命很长,,显色性不色性不错,用来替代大功率白,用来替代大功率白炽灯、灯、荧光高光高压汞灯用于工汞灯用于工矿企企业、交通、交通事事业3) 短弧金属短弧金属卤化物灯化物灯 利用高气利用高气压的金属蒸气放的金属蒸气放电产生延生延续辐射,射,获得日光色的光,超高得日光色的光,超高压铟灯 尺寸小,高效高、光色好,适宜作尺寸小,高效高、光色好,适宜作为电影放映用光源和影放映用光源和显微投影微投影仪光源 灯的泡壳外表灯的泡壳外表负载极高极高(300~400W/cm2),寿命,寿命较短5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4) 单色性金属色性金属卤化物灯化物灯 利器具有共振利器具有共振辐射的金属射的金属产生生纯度很度很高的光,碘化高的光,碘化铟-汞灯、碘化-汞灯、碘化铊-汞灯 灯分灯分别发出出铟的的451.1nm蓝线、、铊的的535nm绿线,,蓝灯和灯和绿灯的灯的颜色色饱和度很和度很高适于城市夜景照明适于城市夜景照明5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)双端金属卤化物灯双端金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(三三)高高压钠灯灯 发出的光中出的光中589nm及其附近的及其附近的谱线比比较剧烈,高光效、烈,高光效、长寿命、使高寿命、使高压钠灯在街道照灯在街道照明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用途,途,较少用在室内照明。
少用在室内照明 功率耗功率耗费低,寿命低,寿命长(达达24000h),可替代,可替代荧光高光高压汞灯、汞灯、卤钨灯和白灯和白炽灯 (1)普通型高普通型高压钠灯灯 光效高、寿命光效高、寿命长、但光色、但光色较差,差,Ra=15~30,,相关色温相关色温2000K,只能由于道路、厂区等的照,只能由于道路、厂区等的照明5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (2)直接替代直接替代荧光高光高压汞灯的高汞灯的高压钠灯灯 光效高、寿命光效高、寿命长、但光色、但光色较差,差,Ra为15~30,相关色温,相关色温2000K,只能由于道路、厂,只能由于道路、厂区等的照明区等的照明 直接运用在相近直接运用在相近规格的格的荧光高光高压汞灯汞灯镇流流器及灯具安装上器及灯具安装上 (3) 温馨型高温馨型高压汞灯汞灯 对色温与色温与显色性色性进展了改良,适用于居展了改良,适用于居民区、工民区、工业区、商区、商业区及公众区及公众场所5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4)高光效型的高高光效型的高压钠灯灯 在灯管内充入在灯管内充入较高气高气压的氙气,极高的光的氙气,极高的光效效(140lm/W),而且提高了,而且提高了显色指数色指数(Ra为50~60),作,作为室内照明的室内照明的节能光源。
适宜于能光源适宜于工厂照明和运工厂照明和运动场所的照明所的照明 (5) 高高显色性高色性高压汞灯汞灯(白光高白光高压汞灯汞灯) 显色指数色指数Ra到达到达80以上,色温提高到以上,色温提高到2500K以上,接近白以上,接近白炽灯具有暖白色灯具有暖白色颜色,色,显色性高用于商色性高用于商业照明及高档商品照明,照明及高档商品照明,且且节电效果效果显著5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)电感镇流器电感镇流器电子触发器电子触发器5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、低一、低压钠灯灯( 一一) 构造构造 低气低气压钠蒸气放蒸气放电灯,特性与低灯,特性与低压汞蒸汞蒸气放气放电类似6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-28 低压钠灯构造简图 低压钠灯构造简图(1) 放放电管管 用抗用抗钠腐腐蚀的玻璃制成,管径的玻璃制成,管径为16mm左右,左右,为防止灯管太防止灯管太长,制成,制成U型,封装在型,封装在外玻璃壳中;外玻璃壳中; 充入充入钠和和协助启燃的助启燃的氖氩混合气体;混合气体; 在在U形管的外形管的外侧每隔一段每隔一段长度吹制有一度吹制有一个存放个存放钠球的凸出的小球的凸出的小窝;; 放放电管两端装有管两端装有钨丝电极。
极 6 其他照明用光源其他照明用光源(2) 外管外管 普通玻璃制成,管内抽成真空,内壁普通玻璃制成,管内抽成真空,内壁涂有氧化涂有氧化铟等透明物等透明物质,能将,能将红外外线反射反射回放回放电管,使放管,使放电管温度管温度坚持在持在270℃左右 6 其他照明用光源其他照明用光源(二二) 性能参数性能参数 (1) 色温、色温、显色性色性 低低压钠灯的灯的辐射原理是低射原理是低压钠蒸气中的蒸气中的钠原子原子辐射,射,产生生589nm的的单色光,光色呈黄色光,光色呈黄色,色,显色性差 6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-29 低压钠灯光谱能量分布 低压钠灯光谱能量分布 (2) 发光效率光效率 低低压钠灯灯发出的光集中在光出的光集中在光谱光效率光效率高的范高的范围,即其波,即其波长与人眼感受最敏感的与人眼感受最敏感的555nm光的波光的波长最接近,在最接近,在实验室光效达室光效达400lm/W,,废品普通在品普通在100~~150lm/W 是照明光源中是照明光源中发光效率最高的一种光光效率最高的一种光源。
源6 其他照明用光源其他照明用光源 (3) 起起动与再起与再起动时间 用开路用开路电压较高的漏磁高的漏磁变压器直接起器直接起动,冷,冷态起起动时间约为8~10min 热态下的再起下的再起动时间缺乏缺乏1min 正常任正常任务中的低中的低压钠灯灯电源中断源中断6~15ms不致熄不致熄灭 (4) 寿命寿命 2000~5000h燃点次数燃点次数对寿命影响很寿命影响很大,并要求程度燃点大,并要求程度燃点6 其他照明用光源其他照明用光源 (三三) 低低压钠灯的运用灯的运用 低低压钠灯灯显色性差,不宜作室内照明光源,色性差,不宜作室内照明光源,可用于可用于显色性要求不高的厂区、道路等室色性要求不高的厂区、道路等室外照明 黄色光穿黄色光穿雾才干才干强,用于隧道、,用于隧道、铁路、路、高架高架桥等要求能等要求能见度高而度高而对显色性要求不色性要求不高的高的场所的照明所的照明6 其他照明用光源其他照明用光源二、氙灯二、氙灯( 一一) 氙灯的性能与特点氙灯的性能与特点 (1) 构造特点构造特点 放放电管由耐高温的石英玻璃制成,两端管由耐高温的石英玻璃制成,两端有有钍钨棒状棒状电极,充有高极,充有高纯度的氙气。
度的氙气为惰惰性气体弧光放性气体弧光放电灯,氙灯分灯,氙灯分长弧和短弧弧和短弧 长弧氙灯:任弧氙灯:任务气气压1个大气个大气压,光效高,称,光效高,称为“人造小太阳〞人造小太阳〞 短弧氙灯:任短弧氙灯:任务气气压8~10大气大气压,与太阳光,与太阳光谱更接近,称更接近,称为规范白色高亮度光源,范白色高亮度光源,显色性色性好6 其他照明用光源其他照明用光源 (2) 光光电参数参数光光谱能量分布特性接近日光,它包括放能量分布特性接近日光,它包括放电过程程中氙被激中氙被激发而而产生的生的线光光谱辐射和被射和被电离了离了的离子与的离子与电子复合子复合 产生的延生的延续光光谱辐射射色温色温5000~6000K平均寿命平均寿命1000h光效光效22~50lm/W,, 较低,是由于除低,是由于除 了了 可可见光外光外 ,,还有一有一 定的紫外定的紫外辐射和射和较 强的的红外外辐射 6 其他照明用光源其他照明用光源 图图3-30 氙灯光谱能量分布 氙灯光谱能量分布 (3) 性能特点性能特点 ①① 功率大、体功率大、体积小,世界上功率最大的光源,小,世界上功率最大的光源,可制成几千、几万甚至几十万瓦。
可制成几千、几万甚至几十万瓦 1支支220V、、20kW的氙灯=的氙灯=1支支40W日光灯日光灯 光通量是光通量是200倍 ②② 不需不需镇流器,灯管直接接在市流器,灯管直接接在市电上,功率上,功率因数近似因数近似为1,运用方便运用方便 6 其他照明用光源其他照明用光源 ③③ 紫外紫外线辐射大,运用射大,运用时不要用眼睛直接凝不要用眼睛直接凝视灯管用作照明要装灯管用作照明要装设滤光玻璃,防止光玻璃,防止损伤视力 氙灯氙灯悬挂高度:挂高度:当当3kW灯管灯管时不低于不低于12m当当10kW灯管灯管时不低于不低于20m当当20kW灯管灯管时不低于不低于25m ④④ 需求触需求触发器器协助启助启动 触触发器器产生高生高压脉冲,使灯脉冲,使灯击穿放穿放电,,电极构成极构成热电子子发射,主回路构成弧光放射,主回路构成弧光放电,,灯起灯起动后触后触发器停器停顿任任务6 其他照明用光源其他照明用光源 ( 二二) 氙灯的氙灯的规格及其技格及其技术参数参数 (1) 直管形氙灯直管形氙灯 ①① 特点特点 功率大、体功率大、体积小、光色好、光效高、功率小、光色好、光效高、功率因数高、起因数高、起动方便、随开随亮,不需方便、随开随亮,不需镇流及流及冷却安装。
冷却安装 适用于广适用于广场、街道、、街道、车站、站、码头、体育、体育场馆及其他需求大面及其他需求大面积高亮度的照明高亮度的照明场所 起起动时配用触配用触发器由于灯在高器由于灯在高频高高压下下起起动,高,高压端配端配线对地地应有良好有良好绝缘性能 灯在任灯在任务时,人不要,人不要长时间近近间隔接触 6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 直管形长弧氙灯技术参数直管形长弧氙灯技术参数 (2) 水冷式氙灯水冷式氙灯 ①① 特点特点 显色性好,光色近似日光,外表温度低,色性好,光色近似日光,外表温度低,不需用不需用镇流器等 适用于印刷适用于印刷业照相制版、化工部照相制版、化工部门人工老人工老化和科研等特殊用途化和科研等特殊用途 触触发时所需所需电压不低于不低于210V,点灯,点灯电压不超越不超越235V 运用中,需留意冷却水的流量,出口水温运用中,需留意冷却水的流量,出口水温度不超越度不超越50℃。
6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 水冷式氙灯技术参数水冷式氙灯技术参数 (3) 管形汞氙灯管形汞氙灯 ①① 特点特点 汞弧光灯,光效高紫外汞弧光灯,光效高紫外线辐射射强,光色,光色较汞灯更佳汞灯更佳 适用于船舶、机适用于船舶、机场、、码头、、车站等大面站等大面积照明还可用于照相制版、老化可用于照相制版、老化实验、印刷、印刷工工业 安装安装时灯管必需与灯管必需与镇流器配套运用流器配套运用 为防止紫外防止紫外线照射,灯管安装照射,灯管安装时必需配有必需配有灯罩6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形汞氙灯技术参数管形汞氙灯技术参数 (4) 管形氙灯管形氙灯 ①① 特点特点 可可见光部分接近太阳光光部分接近太阳光谱,点燃方便,不,点燃方便,不需需镇流器,自然冷却能瞬流器,自然冷却能瞬时启启动 适用于广适用于广场、港口、机、港口、机场的照明,的照明,还可用可用于老化于老化实验的的场所。
所 产生紫外生紫外线辐射6 其他照明用光源其他照明用光源 ②② 技技术参数参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形氙灯技术参数管形氙灯技术参数 霓虹灯又称霓虹灯又称氖气灯,是一种气灯,是一种辉光放光放电灯 它不是照明用光源,灯管又它不是照明用光源,灯管又细又又长,,可以弯成各种可以弯成各种图案或文字,用作文案或文字,用作文娱场所、所、商商业装装饰、广告或指示广告或指示 在霓虹灯在霓虹灯电路中接入必要的控制安装,路中接入必要的控制安装,可得到循可得到循环变化的彩色化的彩色图案和自案和自动明明灭的的灯光灯光闪烁,呵斥生,呵斥生动活活泼的气氛7 霓虹灯霓虹灯一、构造与一、构造与资料料 霓虹灯由霓虹灯由电极、引入极、引入线、灯管、灯管组成 1) 灯管灯管 灯管直径灯管直径为6~20mm 灯管抽成真空后再充入少量灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、、氦、氙等惰性气体或少量汞氙等惰性气体或少量汞。
在灯管内壁涂各种在灯管内壁涂各种颜色的色的荧光粉或各光粉或各种透明种透明颜色,使霓虹灯能色,使霓虹灯能发出各种出各种艳丽的的颜色 霓虹灯的霓虹灯的颜色与管内所充气体、玻璃管色与管内所充气体、玻璃管(或或荧光粉光粉)颜色的关系色的关系7 霓虹灯霓虹灯6 其他照明用光源其他照明用光源 霓虹灯颜色与管内气体、玻璃管颜色之间关系霓虹灯颜色与管内气体、玻璃管颜色之间关系 2) 电极极 装在玻璃管两端,多采用装在玻璃管两端,多采用铜制成,外制成,外表表经过一定的化学一定的化学处置,可防止被腐置,可防止被腐蚀 3) 引入引入线 由由电极引出与极引出与电源相接的源相接的导线称称为引引入入线,要求与玻璃具有根本一,要求与玻璃具有根本一样的的热膨膨胀性能,性能,为防止玻璃破裂,普通采用防止玻璃破裂,普通采用镍铁合合金制造7 霓虹灯霓虹灯二、任二、任务原理及其性能特点原理及其性能特点 霓虹灯的特点是高霓虹灯的特点是高电压、小、小电流电源接通后,源接通后,变压器二次器二次侧产生的高生的高电压使灯使灯管内气体管内气体电离,离,发出彩色的出彩色的辉光。
光灯的起灯的起动电压不不仅与灯管与灯管长度成正比,度成正比,与管径大小成反比,与管径大小成反比,而且与所充气体的而且与所充气体的种种类、气、气压有关 7 霓虹灯霓虹灯图图3-31 霓虹灯任务线路 霓虹灯任务线路二、任二、任务原理及其性能特点原理及其性能特点 正常任正常任务时由霓虹灯由霓虹灯变压器来限制灯器来限制灯管回路中管回路中经过的最大的最大电流 电源接通后,由于漏磁的存在,源接通后,由于漏磁的存在,电压会下降,限制了灯管会下降,限制了灯管电流,其作用流,其作用类似似荧光灯的光灯的镇流器 7 霓虹灯霓虹灯 变压器二次器二次侧空空载电压不大于不大于15kV,二,二次次侧短路短路电流比正常运流比正常运转电流高流高15%~25% 当当变压器次器次级开路开路电压高于高于7500V,次,次级绕组有中心抽有中心抽头,并接地,,并接地,可减小可减小变压器器次次级在任在任务状状态下的下的对地地电压,减小危,减小危险性 7 霓虹灯霓虹灯图图3-32 霓虹灯变压器原理图 霓虹灯变压器原理图三、安装本卷三、安装本卷须知知 ①① 霓虹灯霓虹灯变压器的二次器的二次电压高,高,约为6~15kV,故二次回路与一切金属构架、建,故二次回路与一切金属构架、建筑物等必需完全筑物等必需完全绝缘。
高高压线采用采用单股股铜线穿玻璃管穿玻璃管绝缘,防止漏,防止漏电 ②② 霓虹灯霓虹灯变压器器应尽量接近霓虹灯安装,安尽量接近霓虹灯安装,安放在支撑霓虹灯的构架上,用密封箱作防放在支撑霓虹灯的构架上,用密封箱作防水水维护;;变压器中性点及外壳必需可靠接器中性点及外壳必需可靠接地;霓虹灯管和高地;霓虹灯管和高压线路不能直径敷路不能直径敷设在在建筑物或构架上,与它建筑物或构架上,与它们坚持持50mm的的间隔,隔,用公用的玻璃支持用公用的玻璃支持头支撑 7 霓虹灯霓虹灯 ③③ 高高压线路离地路离地应有一定高度,以有一定高度,以防止人体触及防止人体触及 ④④ 霓虹灯霓虹灯变压器器电抗大,抗大,线路功率路功率因数低,因数低,约为0.2~0.5为改善功率改善功率因数,需配因数,需配备相相应的的电容器容器进展展补偿7 霓虹灯霓虹灯一、一、场致致发光器件 光器件 场致致发光光(又称又称“电致致发光〞光〞)是指由于某是指由于某种适当物种适当物质与与电场相互作用而相互作用而发光的景象光的景象场致致发光屏光屏(FL) 微晶粉末状微晶粉末状荧光光质,是硫化,是硫化锌这类“Ⅱ--Ⅵ族〞化合物。
族〞化合物 场致致发光屏通常由玻璃板、透明光屏通常由玻璃板、透明导电膜、膜、荧光粉光粉层、高介、高介电常数反射常数反射层、、铝箔和最底箔和最底层的玻璃板迭合而成的玻璃板迭合而成 8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管 发光屏与光屏与电极之极之间间隔隔仅为几十微米,几十微米,在市在市电下,能到达足下,能到达足够高的高的电场强度〔大于度〔大于104V/cm〕,〕, 任任务在高在高电压下,下,电流密度低流密度低 场致致发光屏光效不到光屏光效不到15lm/W,寿命超,寿命超越越5000h,可,可经过电极的分割使光源分开,极的分割使光源分开,做成做成图案与文字用在建筑物中作指示照明案与文字用在建筑物中作指示照明或分机、或分机、轮船船仪表的夜表的夜间显示 8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管l发光二极管光二极管(LED)l 利用利用GaAs、、GaP或它或它们的的组合晶体合晶体(GaAsP)等等“Ⅲ--Ⅴ族〞化合物。
任族〞化合物任务电流是流是高高电流密度的,流密度的,仅需需2V直流直流电源l 发光二极管是一种将光二极管是一种将电能直接能直接转换成成光能的固体元件,可作光能的固体元件,可作为有效的有效的辐射光源l 发光原理:光原理:对P-N结加上正向加上正向电压时,,N区的区的电子越子越过P-N结向向P区注入,与区注入,与P区的区的空穴复合,从而将能量以光子的方式放出空穴复合,从而将能量以光子的方式放出8 场致发光器件 场致发光器件—发光二极管发光二极管 发光二极管体光二极管体积小、寿命小、寿命长,可靠性高,,可靠性高,便于集成、控制能在低便于集成、控制能在低电压下任下任务,与集,与集成成电路等外部路等外部电路配合运用,便于控制路配合运用,便于控制 随着新型半随着新型半导体体资料的涌料的涌现,及加工封,及加工封装技装技术提高,抑制了商用提高,抑制了商用LED亮度低、亮度低、视角角窄,窄,颜色少、色少、产质量量不量量不稳定的缺陷,可以定的缺陷,可以得到高亮度的得到高亮度的红、黄、、黄、绿发光二极管,光二极管,还能能制造制造蓝色、白色色、白色发光二极管,用光二极管,用LED替代普替代普通光源。
通光源8 发光二极管 发光二极管二、二、LED的构造和原理的构造和原理1、阳极引、阳极引线2、阳极、阳极3、、环氧封装、氧封装、圆顶透透镜4、阳极、阳极导线5、、带反射杯的阴极反射杯的阴极6、半、半导体触点体触点7、阴极引、阴极引线图图3-33 LED的组成构造的组成构造8 发光二极管 发光二极管(一一)单色色LED LED由由发光片光片产生光,生光,资料分子的构造料分子的构造决决议发光波光波长(光的光的颜色色) 光效与半光效与半导体体资料及其加工工料及其加工工艺有关 在在P型和型和N型型资料中料中掺入不同的入不同的杂质,得,得到不同到不同发光光颜色的色的LED不同外延不同外延资料决料决议LED的功耗、呼的功耗、呼应速度和任速度和任务寿命等光学、寿命等光学、电气特性 在制造工在制造工艺中,常用有中,常用有“气相晶体生气相晶体生长法法〞和〞和“液相晶体生液相晶体生长法〞最近,金属无机物法〞最近,金属无机物气体的沉淀技气体的沉淀技术又有突破高光效的又有突破高光效的蓝色色LED(InGa::N资料料)由由这种工种工艺实现。
8 发光二极管 发光二极管(二二)白色白色LED 单只只LED不能不能够产生两种及两种引上生两种及两种引上单色色光,也不能光,也不能产生具有延生具有延续光光谱的白光,只能先的白光,只能先产生生蓝光,再借助光,再借助荧光物光物质间接接产生生宽带光光谱合成合成白光 白色白色LED的光的光谱能量几乎能量几乎不含不含红外与紫外外与紫外成分,成分,Ra达达85 400450 500 550 600650700 75004080120灯光强度灯光强度(%)波长波长/nm/nm图图3-34 白色 白色LED光谱能量分布光谱能量分布8 发光二极管 发光二极管 产生生蓝光的半光的半导体体资料采用氮料采用氮铟稼稼(InGa(InGa::N)N)资料 蓝光在周光在周围高效高效荧光物光物质内散射内散射时,被,被剧烈吸收,烈吸收,转换为光能光能较低的低的宽带黄色黄色荧光其中少部分其中少部分蓝光透光透过荧光物光物质层,并和,并和宽带黄光构成黄光构成色温达色温达6500K6500K的白光蓝色色LEDLED经过荧光粉光粉变成成单色白色微型色白色微型荧光灯光灯制成超薄白色面光源,用于普通光源。
制成超薄白色面光源,用于普通光源8 发光二极管 发光二极管 白色 白色LEDLED自自20192019年年诞生,光效提高,生,光效提高,20192019年年15lm/W15lm/W,,20192019年年4040~~50lm/W50lm/W 白色白色LED与白炽灯的性能比较与白炽灯的性能比较8 发光二极管 发光二极管二、二、LED的性能的性能 LED电性能与性能与检波二极管波二极管类似,在似,在10mA任任务电流流时,正向偏,正向偏压为2V 是一种高密度是一种高密度辐射的射的电光源,其亮度取光源,其亮度取决于决于电流密度市售流密度市售红色色LED的亮度达的亮度达3500cd/m2,而,而荧光灯的光灯的规范亮度范亮度仅为5000cd/m2LED的寿命的寿命长,,额定寿命超越定寿命超越100000h8 发光二极管 发光二极管发光二极管的特性发光二极管的特性8 发光二极管 发光二极管三、常用三、常用产品品(一一)单个个LED发光器光器 配置附件配置附件(如如平行光平行光发射器、射器、偏振片、透光罩、偏振片、透光罩、导线等等),,组成成单个个LED发光器。
光器图图3-35 单个 单个LED发光器的光路表示图发光器的光路表示图8 发光二极管 发光二极管(二二) LED组合模合模块 将将单个二极管个二极管发光器光器进展展组合,构成合,构成LED组合模合模块,如,如线性模性模块、背景照明模、背景照明模块、、带有有光学透光学透镜模模块、、带有光有光导板模板模块三三) LED灯具灯具 平面平面发光灯、交通光灯、交通讯号灯、舞台型聚光灯、号灯、舞台型聚光灯、台灯、台灯、镜前灯等 8 发光二极管 发光二极管图图3-36 超小型聚光灯的光路表示图 超小型聚光灯的光路表示图图图3-37 平行光产生的光路表示图 平行光产生的光路表示图8 发光二极管 发光二极管四、四、 LED运用运用1、、仪器指示灯器指示灯 寿命寿命长、功耗低、构造、功耗低、构造结实 家用家用电器指示器器指示器 电路形状指示器路形状指示器 缺点指示器 缺点指示器 8 发光二极管 发光二极管2、用于、用于仅需很小光需很小光强、、光通量的照明光通量的照明场所安安顿在地坪上、踏步下在地坪上、踏步下车道道线标志志安装在人行道,用于照安装在人行道,用于照亮步行道与街道亮步行道与街道间的的落差 落差 8 发光二极管 发光二极管3、交通、交通讯号灯号灯 美国美国统计数据:用数据:用LED替代全美一切的白替代全美一切的白炽灯作灯作为交通交通讯号,一年可号,一年可节约2.5亿kW·h。
机场指示机场指示铁路指示铁路指示8 发光二极管 发光二极管4、疏散指示、疏散指示 当今美国当今美国诱导灯市灯市场中,中,LED作作为主光源的市主光源的市场占占有率由有率由2019年的年的80%上升上升为100%8 发光二极管 发光二极管五、五、 LED的展望的展望 新近开展起来的高光效、高光 新近开展起来的高光效、高光强、、颜色丰色丰富的富的LED,具有宏大的,具有宏大的节能潜力,在照明能潜力,在照明领域域有更广泛的运用有更广泛的运用 未来的任 未来的任务重心再不是光效上,而是放在重心再不是光效上,而是放在LED的适用化的适用化产品上 8 发光二极管 发光二极管一、性能比一、性能比较 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种常用照明电光源的主要性能各种常用照明电光源的主要性能维持气体放电灯正常任务不至于自熄尤为重要维持气体放电灯正常任务不至于自熄尤为重要运用运用节能型能型电感感镇流器,流器,损耗减半 耗减半 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数二、二、选用用(一一) 根据照明根据照明设备的目的与用途来的目的与用途来选择光源光源(二二)按照按照环境的要求境的要求选择光源光源(三三)按投按投资与年运与年运转费用用选择光源 光源 9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种各种场所所对灯性能的要求及引荐的灯灯性能的要求及引荐的灯阐明:阐明:光输出高低:高->光输出高低:高->10000lm,中-,中-3000~10000lm,小-<,小-<3000lm显色指数:显色指数:ⅠA--Ra≥90,,ⅠB--90>>Ra≥80, Ⅱ--80>>Ra≥60, Ⅲ--60>>Ra≥40, Ⅳ--Ra<<40色温分类:色温分类:①①-<-<3300K,,②②--3300~5300K 部分部分HID灯的光电参数灯的光电参数光效:高压钠灯>金属卤化物灯>荧光高压汞灯光效:高压钠灯>金属卤化物灯>荧光高压汞灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)。