电光源知识讲座(2)

电光源知识讲座
一、基础概念与基本参量
1、什么是电光源
由电能转换为光能的发光器件
2、电光源的光度参量
2.1、光通量：发光体在单位时间内发出的光度能量。

单位：流明（lm）
2.2发光效率：发光体单位电功率所发出的光通量。

单位：流明/瓦（lm/W）
2.3照度：被照物体单位面积所接受的光通量。

单位：流明/平方米（lm/m2）
1（lm/m2）=1（Lx）
3、电光源的色度参量
3.1、相关色温：光源的颜色与黑体在某一温度热辐射的颜色相接近时，黑体的温度为
光源的相关色温。

3.2、显色指数：光源显现被照物体真实颜色的能力。

光源的光谱能量分布决定了光源
的显色性。

3.3色品坐标：灯按CIE推荐的光谱测定方法。

测出的X、Y坐标值，不同的X、Y对
应不同的颜色，自然界中任何一种颜色也都有与其相对应的一组X、Y。

3.4、色容差：灯测出的色品坐标与在相应色温规定的目标值的距离，通常用单位为
SDCM。

节能灯国标规定在5个SDCM范围内，这个范围是一个椭圆
图。

3.5、色表：用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表。

4、光源标准中考核的其它参量
4.1光通维持率：灯在规定条件下燃点、在寿命期间内某特定时间的光通量与该灯的初
始光通量之比，为该灯在此时的光通维持率。

光通维持率是考核灯有效
寿命的重要指标。

4.2、平均寿命：灯的寿命是指灯从燃点至烧毁（不亮）的累计时间。

平均寿命是指燃
点至50%的寿试灯达到寿终，该灯的累计时间为这一批灯的平均寿命。

4.3、启动时间：灯在额定的启动电压下，从通电至完全燃点的累计时间。

4.4上升时间：灯在测试过初始值后，在规定的条件下放置后重新测得的灯通电后光通
量达到初始光通量80%时所需要的时间。

5、电光源产品的安全要求：
5.1、灯头的互换性：标准中规定不同的灯使用不同型号的灯头，并要求同种型号的灯
头的灯是能够互换的。

这就要求灯头的一致性要好。

另外，由于不
同灯种的灯头温度、工作电流等都不同。

它们所使用的灯头型号也
不同，是不能互换的。

只有这样才能保证灯在使用时的安全。

5.2、灯头温升：对不同灯种，规定了灯在不同燃点时间的灯头温度值，以防止点灯灯
具过热引起不安全。

5.3、绝缘电阻：是指有些灯的灯头是金属外壳时是不应带电的，它与带电触点或插脚
之间的电阻应足够大。

为此在标准中有明确规定绝缘电阻不得小于某
一个值。

这个值视不同灯种有不同的规定。

5.4、耐电强度：是检验灯头壳体与带电触点或插脚之间绝缘体应承受高电压测验不得
发生闪烁或击穿现象。

具体的电压值和试验时间针对不同灯种有不同
规定。

5.5、爬电距离：指带电部位与非带电部位之间的最小爬电距离。

在测试时应在异常不
利的位置对其测量，以检验其安全合格性。

5.6、潮湿试验后的防触电试验：是指灯在规定的潮湿环境下放置一定时间后所进行的
绝缘电阻、耐电强度及爬电距离的测试。

5.7、机械强度：是指整个灯在工作期间或之后，各部件均应保持完好的连接。

在进行
扭力矩、拉力试验和寿终扭力试验中均应达标而灯不被破坏。

5.8耐热性：对整灯或者某些灯上的重要部件、标准有要求应在加热烘箱中经规定的温
度、时间来检查它的变形、压痕、绝缘材料破裂和防电击性能降低等
现象是否发生，不同的灯种有不同的耐热要求。

5.9、抗干扰：是指灯不被别的电器电磁场干扰而不能正常工作的能力和也不能发出干
扰别的电器以影响到其不能正常工作的电磁场或谐波。

5.10、防火阻燃：对灯上的固定带电部件的绝缘部件及外部防触电的绝缘部件，应具有
防异常高温和防燃烧的性能。

该试验是用加热丝650 0C左右靠近在灯
上受试部件位置30 s后移开加热丝、试件任何燃烧火焰均应在30 s内
熄灭，并燃烧熔化下落物质不得引燃水平放置在试件下距离200 mm
的薄纸。

5.11、异常状态保护性能：在气体放电光源中，有些灯在特定使用中可能会出现异常状
态，但在异常状态下工作的灯不应出现不安全的现象，如起火、爆炸
等。

异常状态一般有6种情况，为避免在使用中出现这些不安全隐患，
要求在线路设计和制灯中采用应有的保护措施。

二、电光源的种类及用途
1、热辐射电光源
所有的热辐射电光源都是通过让灯泡内的灯丝通电、加热至白炽状态发光的。

达到发光的灯的灯丝温度在2400K~2800K。

由于这类电光源的热损失大，输入功率用于辐射的效率只有60%，辐射功率中大部分都在红外辐射损失掉，真正在可见光辐射的效率只有7~15%。

因此这类光源的光效都很低,寿命1000h左右,取决于灯丝上钨的蒸发速度. 1.1、真空白炽灯：构造由灯丝、芯柱、玻壳、灯头组成，灯内要抽成真空状态，这类灯
加工工艺简单、发光效率较低在7~10lm/W，适宜做成小功率灯泡（40W以下），广泛用于普通照明。

1.2、充气白炽灯：构造相同，只是在灯泡抽真完后再充入氩氮混合气体，这样可以抑制
灯丝上钨原子的蒸发速度，达到提高光效或延长寿命的目的。

一般40W以上至200W 都是充气白炽灯炮。

光效在10~15lm/W。

1.3、装饰灯泡：它是以上二种灯泡的变形产品。

主要是玻壳设计成不同形状，有球形、
烛形、蘑菇形、反射形等，或对玻壳有特殊处理，有内涂、外涂、磨砂、喷彩等。

1.4、卤素灯：这是在充气白炽灯基础上灯内增加冲入卤素（溴、碘），利用灯内的卤钨循
环原理，达到延长寿命或提高光效的目的，卤素灯光效一般能达到30lm/W，体积较小。

由于灯的泡壳温度高于250 O C。

玻壳材料是用硬质玻璃或石英玻璃。

2、气体放电光源
气体放电光源分低气压气体放电光源和高强度气体放电光源。

前者当灯内气体压力较低时，电子碰撞气体或金属原子，发出的是紫外光，这种紫外光需激发荧光粉才能得到可见光。

后者是当灯内气体压力很高时，电子碰撞气体或金属原子，直接发出可见光。

2.1、直管荧光灯：这是低气压气体放电光源的早期主要灯种、最初是T12的，管径Φ38。

随着技术的进步足见细化成T10、T8、T5，产品规格也从4W直到125W，光效最好水平可做到95lm/W。

2.2、紧凑型荧光灯：又称节能灯。

它是在直管基础上改进变化外形而广泛应用的灯种。

功
率从3W至85W，形状多种多样。

目前光效最好水平在75lm/W。

2.3、高压钠灯：这是高强度气体放电光源应用最广泛的产品，它是在灯内引入钠金属形成
很高的钠蒸气压。

放电建立后，会发出黄色的光。

这种灯的光效可达120~150lm/W,大多用在道路照明。

2.4、金属卤化物灯：这是目前应用也很多的一种高强度气体放电灯。

灯内不仅有汞，还加
入具有特征光谱的某些金属卤化物。

填充不同的金属卤化物，可发出不同颜色的灯光，我们在城市夜景看到的五颜六色的投光，就是用这种灯，它的光效在60~80lm/W。

三、节能灯管的构造与工作原理
1、节能灯管的构造：由外玻管、芯柱、灯丝、电子粉、荧光粉、氩气、汞构成，其
作用分别为：外玻管与芯柱的封接为灯创造了一个无有害气体的放电空间。

芯柱、
灯丝、电子粉共同构成灯的电极、作用在于通电后能有效的发射电子。

氩气和汞在
灯内受电子的碰撞后发出紫外辐射。

荧光粉是将紫外辐射转换成可见光。

2、节能灯管的工作原理
2.1、原子能级概念
世间任何物质都是由分子组成。

分子是由原子组成。

原子是由多层电子和原子核组成。

原子的外层电子叫价电子。

在正常状态下价电子是处于基态能级。

当原子从外界获得能量后，价电子跃迁到吸收能量相当的激发能级。

受激原子是不稳定的。

在一定时间（10-7秒）会放出能量，回到基态或低能态。

放出能量是以辐射光子的形式释放。

汞原子在受激回到基态时，能辐射254nm和 185nm的光子。

2.2、低气压气体放电模式
气体通常情况是绝缘体。

一旦发生放电，气体就变成导体。

在带电灯管中具有发射电子的电极，即灯丝上的电子粉中的钡原子。

灯丝通电加热电子粉，钡原子获得能量就有电子逸出。

当灯管两个电极间施加电压，就形成了电场。

电子在电场作用下加速，使电子具有足够高的能量去碰撞管内的气体原子。

在这种碰撞过程中，有的气体原子被激发，有的气体原子被电离。

电离是原子被分离成带负电的电子和带正电的离子。

激发是我们所期待的。

能辐射光子，电离也是必须的。

有电离才有新的电子产生，才能形成稳定的电流。

当然，放电也受到条件限制。

一是必须有一个适宜的放电空间。

只有汞、氩，不能有其它杂质气体。

特别是氧气，所以我们要通过排气、抽真空、再充入氩气的方式来实现。

二是
在这个空间两端要建立起电场，使带电粒子形成电流，并这种电流是受控的。

因为气体放电有负阻特性，即一旦放电建立，放电管内阻会急剧下降，电流增加，管压随之下降，电流再升高，这样的过程一直将持续到灯管或线路烧毁，为防止此类现象发生，在放电线路中必须串入限流元件——镇流器。

2.3、荧光粉的固体发光
前面讲到放电管的放电建立并保持稳定，就能不断地辐射254nm的紫外线，如何将紫外辐射转化为可见光，要寻求一种光致发光的物质，荧光粉就是这样一种物质。

它是一种正负离子相间按一定规律排列的离子晶体。

每个晶体中加入激活剂形成发光中心。

发光中心能吸收254nm的能量，激发到高能级，在回到基态时辐射出可见光，改变荧光粉的化学成分和掺杂，可以得到不同波长的光子，也就是我们看到的不同颜色的光。