第11章电光源.ppt

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1、第11章 电光源,1、照明器的特性2、照明器的分类3、照明器的选用4、照明器输出光通量的计算,本节基础：照明器光学特性、分类本节重点：照明器光强分布和照明器输出 光通量计算方法。,第11章 电光源,照明器是由光源、照明灯具及其附件共同组成的。照明器的作用:固定光源和保护光源，使之与电源安全可靠地连接。美化环境对光源产生的光通量进行再分配、定向控制以及防止光源产生眩光。,1 照明器的特性,光强分布配光曲线照明器发光效率遮光角保护角一、照明器的配光曲线 配光曲线 定义：照明器在空间各个方向上的光强的分布曲线称配光曲线。配光曲线是衡量照明器光学特性的重要指标，是进行照度计算和决定照明器布置方案的重要

2、依据。,1 照明器的特性,光轴：通过光中心的竖垂线称为光轴。光中心：把一个有一定尺寸的光源（照明器）看作一个点，它的光认为就是从该点发出，该点所在的位 置就是光中心。光中心其实就 是指的出光口 的中心。,1 照明器的特性,图4-1配光术语,垂直(投光)角与垂直面：观察光中心的方向与光轴向下方向所形成夹角称垂直角，用表示。包含光轴的任何平面为垂直面。,1 照明器的特性,c,光轴,光中心,垂直面,水平面,图4-1配光术语,水平角与水平面：如果选某一垂直面为基准面，那么观察方向所在的垂直面与基准面之间形成的夹角称为水平角，常用C表示。垂直于光轴的任意面为水平面。,1 照明器的特性,图4-1配光术语,

3、配光曲线分类极坐标配光曲线 对称配光曲线 非对称配光曲线 直角坐标配光曲线 等光强配光曲线圆形配光曲线矩形配光曲线,1 照明器的特性,(一)极坐标配光曲线定义：以极坐标原点为光中心，以极坐标角度表示灯具的垂直角，以极坐标矢量长度表示光强的大小，以一定比例的光强值为半径作一系列同心圆表示等光强线。通过光中心作该灯具在一个垂直平面内不同垂直角的光强有向线段，把线段末端连接起来，得到该灯具的配光极坐标曲线。,1 照明器的特性,图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,1.对称配光曲线 适用于具有旋转对称配光特性的照明器。旋转对称配光特性指照明器的光强空间分布相对于光轴呈旋转对称形式。一般，只要照明器形

4、状具有旋转对称性，则灯具的配光就具有旋转对称性，如装有普通白炽灯、高压钠灯、高压汞灯及部分金属卤化物灯的照明器等。,1 照明器的特性,图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,1 照明器的特性,图4-2 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,要求45方向上的光强。在配光曲线上作45的射线，与配光曲线交于一点，从原点到交点的长度为该方向的光强，即75cd。,2.非对称配光曲线 光源和照明器的形状是非对称的（如普通直管荧光灯、管形卤钨灯组成的照明器）。就每个垂直面而言，其光强分布相当于光轴是对称的，但各个垂直面上的配光特性不同。采用多个不同测光垂直平面的配光曲线表示。由直管荧光灯组成的照明器，其光强空间分布

5、不再对光轴呈旋转对称。,1 照明器的特性,A(C0平面),A,B,B(C90平面),C,C(C45平面),资料不同，水平角有差异,1 照明器的特性,图4-3 简式单管荧光灯照明器的配光曲线,如取垂直于灯管轴线的垂直面为基准面，其水平角为0，标注。(A-A)包含灯管轴线的垂直面，水平角为90,标注。(B-B)水平角为45 的配光曲线。(C-C),1 照明器的特性,图4-3 简式单管荧光灯照明器的配光曲线,配光曲线上的每一点表示照明器在该方向上的光强。如已知照明器计算点的垂直角，可在配光曲线上查到照明器在该点上对应的光强I。,1 照明器的特性,在照明计算中，图解法精确度不易保证，将极坐标曲线用列表

6、方式表示，能获得较为精确的光强值。,表中列出的垂直角下的光强值在表中直接查得，表中未列出的垂直角可根据前后相邻的两个垂直角下的光强值用内差法求得。,1 照明器的特性,1 照明器的特性,1 照明器的特性,1 照明器的特性,若实际光源的光通量不是1000lm，光强可根据下面公式换算：,如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换算时s取它们的光通量之和。,(二)直角坐标配光曲线对于聚光型照明器，光束角很小（光束集中在狭小的立体角），用极坐标表示光强读数困难。,图4-4 冷反射卤钨灯的配光曲线,1 照明器的特性,图4-5 直角坐标配光曲线,1 照明器的特性,(三)等光强配光曲线对于光强分布不对称的照明

7、器，需要用许多平面上的配光曲线才能表示空间分布，可采用等光强配光曲线表示光强。1、圆形等光强图：用极坐标表示,1 照明器的特性,图4-6 等面积天顶投影等光强曲线,1 照明器的特性,围绕灯具的球表面上的一个平面内，将等光强点连接成圆形等光强配光曲线，并以相等的投影面积表示相等的包围灯具德威球面面积。,1 照明器的特性,图4-7 道路灯中的光线坐标,在街道照明中应用较多。将照明器放在球的中间，极轴取上下方向。沿水平中心线(赤道)上的角度为水平角C，定义为路轴方位角。C=0表示与道路同方向，C=90表示与道路垂直。沿周围角度表示垂直角，=0 表示灯具垂直向下。,2、矩形等光强图：用直角坐标表示在泛

8、光灯应用较多。泛光灯的光分布通常是窄光束，用矩形等光强图表示。横坐标表示水平角，纵坐标表示垂直角。,1 照明器的特性,1 照明器的特性,图4-8 泛光照明等光强与区域光通量,左半部：在等光强图中，可以计算出垂直和水平网格线所包围的每个矩形内的光通量,右半部：功率为400W管形高压钠灯作泛光灯时球带光通量曲线的一半，在小方格所确定的球带里，可以计算出每千流明的光通量,二遮光角照明器的保护角 用以衡量灯具保护人眼不受光源耀眼，又可保证工作面照度的一个指标，根据光源产生的眩光与人视线角度的关系而设计。照明器的遮光角是指灯具出光口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角。用表示。,1 照明器的

9、特性,1)一般照明器，指的是发光体(灯丝)最边缘点(最低)与灯具沿口的连线，与出光沿口水平线的夹角。,1 照明器的特性,arctanh/rh 光源发光体中心至照明器出光沿口平面的垂直距离，单位为mmr照明器的出光沿口平面的半径或宽度的一半，单位为mm照明器的遮光角,图4-9 一般型照明器的遮光角,照明器的保护角越大，光分布就越窄，效率也越低。由于照明器保护角的实际意义在于限制光源的直射光，从而防止或限制直接眩光。一般照明器应选取15 30保护角。,1 照明器的特性,图4-9 一般型照明器的遮光角,荧光灯，它本身的表面亮度低，不宜采用半透明的扩散材料做成灯罩来限制眩光，而采用铝合金(或不锈钢)格

10、栅来限制眩光。格栅的遮光角：定义为一个格片底 边看到下一格片顶 部的连线与水平线 之间的夹角。,1 照明器的特性,图4-10 格栅型照明器的遮光角,1 照明器的特性,a 格栅开口的长度，单位mmb格栅开口的宽度，单位为mmh格栅的高度，单位为mm,图4-10 格栅型照明器的遮光角,长方形格栅三个遮光角,1 照明器的特性,图4-10 格栅型照明器的遮光角,格栅的遮光角越大，光强分布越窄，效率越低；格栅的遮光角越小，光强分布越宽，效率越高，但防止眩光的 作用变弱。办公室照明，格栅 遮光角的横轴方向(垂直灯管)为45，纵轴方向(沿灯管 方向)为30。商店照明的格栅遮光 角横轴方向成25，纵轴方向成1

11、5。,三、照明器效率1、定义：从一个照明器输出的光通量L与照明器内含有的全部光源在无约束条件下点燃时输出的总光通量S之比，称为照明器效率。用L表示，也称为光通量输出比。,1 照明器的特性,2、上射输出比、下射输出比 上射输出比 下射输出比,1 照明器的特性,L=D+U,3、照明器各部分对效率的影响,1 照明器的特性,图4-11 照明器各部分对效率的影响,区域1：光线能从高压经玻璃板B 直接射出灯具的部分，称为直接出射光。区域2：光线射向灯壳内部壳体产生的杂散光，无法起到有效照明作用。区域3：高压光线射向反射器R，经反射器反射后，通过前面玻璃板B再射出。,4、提高照明器效率注意事项,1 照明器的

12、特性,图4-11 照明器各部分对效率的影响,1)尽量减少区域2，不使光线浪费在壳体上。2)处理好玻璃板B与光线的相互位置，一般使光线对玻璃的入射角小于45，以增强光线的透过率。3)增加区域1减少区域3，增加直接出射光部分。4)减少区域2至零时，区域3内的光线全部反射向区域1中，当反射出来光线的角度与区域1的直接出射光角度完全吻合时，可获得高的效率。,5、应用 1)敞口式照明器的照明效率较高。取决于三个因素:敞口面积与灯具控照器(灯罩)内表面面积之比，比值越高，效率越高；控照器内表面反射比越大，效率越高；灯具形状造成光在照明器内多次反射，效率降低。2)格栅式灯具采用大网孔高格片的格栅，材料采用抛

13、光的铝合金或不锈钢，效率可高于70%。,1 照明器的特性,一、按照明器结构特点分类,2 照明器的分类,二、按照明器安装方式分类1）悬吊灯,2 照明器的分类,2）吸顶灯,2 照明器的分类,3）壁灯,2 照明器的分类,4)嵌入式、半嵌入式,2 照明器的分类,5）落地式,2 照明器的分类,6）台式,2 照明器的分类,7）庭院式,2 照明器的分类,8）道路广场式,2 照明器的分类,三、按照明器的配光曲线分类（1）正弦分布型光强是角度的正弦函数。（2）广照型 最大光强分布在较大的角度内，可在较广阔的面积上形成均匀的照度。（3）均匀配照型 各个角度的光强基本一致。（4）配照型 光强是角度的余弦函数。（5）

14、深照型 光通量和最大光强都集中在030度的立体角内。（6）特深照型 光通量和最大光强都集中在030度的立体角内。,2 照明器的分类,四、按照明器光通量在空间的分布分类 又称CIE(照明学会)配光分类,2 照明器的分类,五、按照明器防触电保护方式分类,2 照明器的分类,七、直接型照明器按距高比分类1、照明器的距高比 照明器的距高比是指相邻照明器之间的距离s与照明器到工作面的距离h(即照明器计算高度)之比，用表示：s/h2、照明器的允许距高比 指照明器间距s与照明器计算高度h之比的最大允许值。,2 照明器的分类,图4-12 半照度角与距高比,2 照明器的分类,布置照明器时使其距高比不大于允许距高比

15、，工作面上的照度比较均匀。距高比取决于照明器的配光曲线。,半照度角,3、直接型照明器按最大允许距高比分类,2 照明器的分类,直接型照明器按最大允许距高比分类,一、按配光曲线选择照明器二、按使用环境条件选择照明器三、按经济效果选择照明器,3 照明器的选用,照明器的输出光通量可根据照明器的配光特性求得。一、积分法 照明器各方向上的光强可以看作是垂直角和水平角 的函数，记作I(,),4 照明器输出光通量计算,照明器射向点(,)的光强I,：,4 照明器输出光通量计算,dA-面元的面积,图4-13 照明器光通量的计算,4 照明器输出光通量计算,图4-13 照明器光通量的计算,4 照明器输出光通量计算,若要计算12和12内的光通量,当照明器具有对称配光特性时，光强由I,记成I()或I,【例4-1】已知某照明器配光特性，求照明器输出光通量为1000lm时的光强值。【解】照明器具有对称配光特性，该式的积分上下限取0/2，因为该照明器只有向下发射光通量，于是有：,因此：,4 照明器输出光通量计算,