第10章 工厂的电气照明

在照明技术中应特别注重反射比这一参数，因为它直接影响到工作面上的照度。
表10-1所列为各种情况下墙壁、顶棚及地面的反射比近似值，供参考。 墙壁、顶棚及地面的反射比近似值（参考） 表10-1 墙壁、顶棚及地面的反射比近似值
反 刷白的墙壁、顶棚，窗子装有白色窗帘 刷白的墙壁，但窗子未挂窗帘，或挂深色窗帘；刷白的顶棚，但房间潮湿；墙壁和顶棚虽未刷 50% 白，但洁净光亮 有窗子的水泥墙壁、水泥顶棚；木墙壁、木顶棚；糊有浅色纸的墙壁、顶棚；水泥地面 有大量深色灰尘的墙壁、顶棚；无窗帘遮蔽的玻璃窗；未粉刷的砖墙；糊有深色纸的墙壁、顶 10% 棚；较赃污的水泥地面及广漆、沥青等地面 30% 射 面 情 况 反射比 ρ 70%
2. 光源的色温度 色温度是以发光体表面颜色来估计其温度的一个物理量。 光源的色温度用其辐射光的色品与某一温度下“黑体”（其辐射能力特别强，可视 为完全辐射体）辐射光的色品相同时黑体的温度来度量。色温度的单位为K（开尔文）。 普通白炽灯的色温度最高为2900K（1000W灯泡），普通日光色荧光灯的色温度为 6500K（40W）。 3. 光源的显色性 光源的显色性是指光源对被照物体颜色显现的性能。物体的颜色以日光或与日光 相当的参考光源照射下的颜色为准。 为表征光源的显色性，特引入光源的显色指数。 一般显色指数（符号为Ra）是指由国际照明委员会（CIE）规定的8种试验色样，在 由被测光源照明时与由参考光源照明时其颜色相符程度的度量。被测光源的Ra越高， 说明该光源的显色性越好，物体颜色在该光源照明下的失真度越小。以日光的 Ra=100为基准，白炽灯的Ra=95～99，而荧光灯的Ra=75～90，这说明荧光灯的显 色性又比白炽灯差一些。
图10-4 白炽灯
较高。按用途分，有普通照明的和局部照明的两种。普通照明的单螺旋
1-玻壳 2-灯丝（钨丝）
灯丝白炽灯的型号为PZ，普通照明的双螺旋灯丝白炽灯的型号为PZS， 3-支架（钼丝） 4-电极（镍 局部照明的单螺旋灯丝白炽灯的型号为JZ，局部照明的双螺旋灯丝白炽 丝） 灯的型号为JZS。此外，白炽灯的灯头型式有：B-插口式，E-螺口式。 白炽灯的结构简单，价格低廉，使用方便，而且显色性好，因此无
(2)卤钨灯其结构有两端引入式和单端引 入式两种。两端引入的卤钨灯结构如图10-5 所示，一端引入的卤钨灯结构如图10-6所示。 前者用于需高照度的工作场所，后者主要用 于放映灯等。
图10-5 两端引入的卤钨灯管 1-灯脚（引入电极） 2-钼箔 3-灯丝（钨丝）4-支架 5-石英玻管（内 充微量卤素）
（10-4）
(2) 吸收比又称吸收系数，其定义是吸收光通 Φτ 与 总投射光通Φ之比，即
α =
Φα Φ
（10-5）
(3) 透射比又称透射系数，其定义是透射光通 Φα 与 总投射光通Φ之比，即 Φτ τ = Φ 以上三个参数之间有下列关系：
（10-6）
图10-3 物体的光照性能说明
ρ+α+τ =1
（10-7）
(五) 光源的发光效能、色温和显色性 1. 光源的发光效能 光源的发光效能是指光源发出的光通量除以光源功率所得的商，简称光源的光效，其单位 为lm/ W（流明每瓦特）。普通白炽灯的光效为7.3～25lm/ W,而紧凑型荧光灯的光效达44～ 87lm/ W,这说明后者的光效远高于前者,因此如以紧凑型节能荧光灯取代白炽灯,将大大节约电 能。
图10-1 灯具的配光曲线 a）绘在极坐标上的配光曲线（配照灯） b）绘在直角坐标上的配光曲线（投光灯）
(三)照度和亮度 1、 照度 受照物体表面单位面积投射的光通量，称为照度。其 符号为E，单位为 lx（勒克斯）。 如果光通Φ均匀地投射在面积为A的表面上，则该表 面的照度值为 2、 亮度 发光体在视线方向单位投影面上的发光强度，称为 亮度。其符号为L，单位为cd/m2（坎德拉每平方米）。
图10-6 一端引入的卤钨灯管 1-石英玻泡（内充微量卤素） 2-金属 支架 3-排丝状灯丝 4-散热罩 5-引入电极
2. 气体放电光源 气体放电光源是利用气体放电时发光的原理所制成的光源，例如荧光灯、高压汞灯、高 压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等。 (1) 荧光灯（fluorescent lamp） 其结构如图10-7所示。
二、 照明技术的有关概念 (一) 光和光通量 1、光 光（light）是物质的一种形态，是一种波长比毫米无线电波短又比X射 线长的电磁波，而所有电磁波都具有辐射能（radiated energy）。 在电磁波的辐射谱中，光谱（light spectrum）的大致范围包括： (1)红外线（infra-red rays），波长为780nm～1mm； (2)可见光（visible rays），波长为380～780nm； (3)紫外线（ultra-violet rays），波长为1～380nm。 可见光又可分为：红（red，640～780nm）、橙（orange，600～ 640nm）、黄（yellow，570～600）、绿（green，490～570nm）、青 （indigo，450～490nm）、蓝（blue，430～450nm）和紫（violet， 380～430nm）等七种单色光。
(四) 物体的光照性能 当光通Φ投射到物体上时，一部分光通 Φ ρ从物体表面反射回去，一部分光通 所吸收，而余下的一部分光通Φτ则透过物体，如图10-3所示。 为表征物体的光照性能，特引入以下三个参数： (1) 反射比又称反射系数，其定义是反射光通Φ ρ 与 总投射光通Φ之比，即
ρ =
Φ Φ
ρ
Φα 被物体
7-引入线（铜丝） 8-抽气管 5-玻璃芯柱 6-杜美丝（铜 铁镍合金丝）
论城乡和工厂，过去一直应用最为广泛。但是它的光效低，耗电多，使
9-灯头
用寿命较短，耐震性也较差。
10-封端胶泥 11-锡焊接触 端
卤钨灯实质上是在白炽灯内充入含有卤素或卤化物的气体，利用 卤钨循环原理来提高灯的光效和使用寿命。 所谓“卤钨循环原理”是这样的：当灯管（或灯泡）工作时，灯 丝（钨丝）的温度很高，从而蒸发出钨分子，使之移向玻管内壁。一 般白炽灯泡之所以会逐渐发黑也就是这一原因。而卤钨灯由于灯管内 充有卤素（碘或溴），因此钨分子在管壁与卤素作用，生成气态的卤 化钨。卤化钨就由管壁向灯丝迁移。当卤化钨灯丝的高温（1600℃以 上）区域后，就分解为钨分子和卤素，钨分子就沉淀在灯丝上。当钨 分子沉淀的数量等于灯丝蒸发出去的钨分子数量时，就形成相对平衡 状态。这一过程就称为“卤钨循环”。由于卤钨灯内存在卤钨循环， 所以其玻管不易发黑，灯丝也不易烧断，也因此其光效比白炽灯高， 使用寿命也大大延长。 为了使卤钨灯的卤钨循环顺利进行，安装时必须保持灯管水平， 倾斜角不得大于4°，且不允许采用人工冷却措施（如所有电风扇）。 由于卤钨灯工作时管壁温度可高达600℃，因此灯不能与易燃物品靠 近。卤钨灯的耐震性更差，须注意防震。卤钨灯的显色性好，使用也 方便。 最常用的卤钨灯为碘钨灯。
荧光灯的接线如图10-8所示。图中S是起辉器，它有两个电极，其中一个 弯成U形的电极是双金属片。当荧光灯接上电压后，起辉器首先产生辉光放 电，致使双金属片加热伸开，造成两极短接，从而使电流通过灯丝。灯丝加 热后发射电子，并使管内的少量汞气化。图中L是镇流器，它实质上是一个铁 心电感线圈。当起辉器两极短接使灯丝加热后，起辉器内的辉光放电停止， 双金属片冷却收缩，从而突然断开灯丝加热回路，这就使镇流器两端感生很 高的电动势，连同电源电压加在灯管两端，使充满汞蒸汽的灯管击穿，产生 弧光放电。由于灯管起燃后，管内电压降很小，因此又要借助镇流器来产生 很大一部分电压降，以维持灯管稳定的电流。 图中C是用来提高电路功率因 数的。未接C 时，功率因数只有左右；接入C 以后，功率因数可提高到0.95 以上。 荧光灯工作时，其灯光将随着加在灯管两端电压的周期性交变而频繁闪 烁，这就是“频闪效应” 。频闪效应可使人眼发生错觉，使观察到的物体运 动显现出不同于实际运动的状态，甚至可将一些由同步电动机驱动的旋转物 体误为不动的物体，这当然是安全生产不能允许的。因此在有旋转机械的车 间里，不宜使用荧光灯。如果要使用荧光灯，则必须设法消除其频闪效应。 消除频闪效应的方法很多，最简单的方法，是在该灯具内安装两根或三根荧 光灯管，而各根灯管分别接到不同相位的线路上。
第二节 工厂常用的电光源和灯具 工厂常用电光源的类型、 一、工厂常用电光源的类型、特性及其选择 (一) 工厂常用电光源的类型 电光源按其发光原理分，有热辐射光源和气体放电光源两大类。 1. 热辐射光源 热辐射光源是利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源，如白 炽灯和卤钨灯。 (1) 白炽灯其结构如图10-4所示。它靠灯丝通过电流加热到白炽状态 而引起热辐射发光。 白炽灯按灯丝结构分，有单螺旋的和双螺旋的两种，后者的光效率
图10-7 荧光灯管 1-灯头 2-灯脚 3-玻璃芯柱 4-灯丝（钨丝） 5-玻管（内壁涂荧光粉，充惰性气体） 6-汞（少量） 图10-8荧光灯的接线 S-起辉器 L- 镇流器 C –电容器
荧光灯是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫 外线又激励管内壁涂覆的荧光粉，使之再辐射出大量的可见光。由此可见，荧光灯的光效显 然比白炽灯高，使用寿命也比白炽灯长得多。
第十章 工厂的电气照明
苏州科技学院机电工程系
第一节 照明技术的基本概念 一、概 述 二、 照明技术的有关概念
第二节 工厂常用的电光源和灯具
一、工厂常用电光源的类型、特性及其选择
二、工厂常用灯具的类型及其选择与布置
照明质量、 第三节 照明质量、照度标准及照度计算 一、照明质量
二、照度标准 三、照度计算
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人眼对各种波长的可见光，具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555nm 的黄绿色光最敏感，也就是这种黄绿色光的辐射可引起人眼的最大视觉。因此波长越偏离 555nm的光辐射，可见度越低。 2、 光通量 光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量，简称光 通（luminous flux），符号为Φ，单位为lm（流明）。 (二) 光强及其分布特性 1、发光强度 发光强度，简称光强，是光源在给定方向的辐射强度，符号为I，单位为cd（坎德 拉）。 对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，它在各个方向的发光强度均等，其值为
图10-2 亮度说明图
E =
Φ A
（10-2）
假设发光体表面法线方向的发光强度为I，而人眼视线与发光体表面法线成α 角，如图10-2 所示。因此视线方向的发光强度为 Iα = I cos α ， 而视线方向的投 影面积为 Aα = A cos α 。由此可得发光体在视线方向的亮度为
Iα I cos α I = = （10-3） Aα A cos α A 由上式可以看出，发光体的亮度值实际上与视线方向无关。 L =
I =
Φ Ω
（10-1）
式中Φ为光源在立体角Ω内所辐射的总光通量。 空间立体角 Ω = A / r 2，其中
r 为球的半径，A为与Ω相对应的球面积。
2、配光曲线
α
配光曲线即发光强度分布曲线，是在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具发光强度与 对称轴之间角度 的函数曲线。
对一般照明灯具，配光曲线绘在极坐标上，如图10-1a所示。其光源采用光通量为1000lm的假想 光源。而对于聚光很强的投光灯，由于其光强集中在一个很小的空间角内，因此其配光曲线一 般绘在直角坐标上，如图10-1b所示。
第四节 照明供电系统及其选择
一、概 述 二、电气照明的平面布线图 三、照明供电系统导线截面的选择 四、照明供电系统保护装置的选择
复习思考题
第一节 照明技术的基本概念 一、 概 述
照明（lighting）按其光源方式分，有自然照明（自然采光）和人工照明两大类。 电气照明由于它具有灯光稳定、色彩丰富、控制调节方便和安全经济等优点，因而成为现 代人工照明中应用最为广泛的一种照明方式。 实践证明，工业生产的产品质量和劳动生产率与照明质量有密切的关系。良好的照明是保 证安全生产、提高劳动生产率和产品质量、保障职工视力健康的必要措施。因此电气照明的 合理设计对工业生产具有十分重要的作用。 这里必须强调指出：合理的电气照明，必须达到绿色照明的要求。所谓“绿色照明” （green lights），是指节约能源，保护环境，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活 质量，保护身心健康的照明。 我国现在在国民经济建设中，大力提倡和实行一条节能减排、保护环境的科学发展的方针， 其中就包括实施绿色照明。