工厂电气照明设计概述课件.ppt
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- 工厂 电气 照明设计 概述 课件
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1、 工厂电气照明设计工厂电气照明设计一、电气照明概述电气照明概述 二、常用照明光源和灯具常用照明光源和灯具 三、照度计算照度计算 四、照明供电系统照明供电系统小结小结10.1 电气照明概述电气照明概述工厂电气照明分为自然照明(天然采光)和人工照明两大类,而电气照明是工厂电气照明分为自然照明(天然采光)和人工照明两大类,而电气照明是人工照明中应用范围最广的一种照明方式。人工照明中应用范围最广的一种照明方式。1.1.1 1.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念 1.1.光、光谱和光通量光、光谱和光通量 (1 1)光)光 (2 2)光谱)光谱 (3 3)光通量(光通)光通量(光通)2.2.光强
2、及其分布特性光强及其分布特性 光强光强 光强是即发光强度,是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符光强是即发光强度,是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号号I I表示,单位为坎德拉(表示,单位为坎德拉(cdcd)。)。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源,其各个方向的光强相等,对于向各个方向均匀辐射光通量的光源,其各个方向的光强相等,计算公式为计算公式为 I(1-11-1)10.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念式中,式中,为光源发光范围的立体角,单为光源发光范围的立体角,单位为球面度位为球面度(sr)(sr),且,且A Ar2 r2,其中,其中r r为球的半径,为球的半径,A A
3、为与为与相对应的球面积;相对应的球面积;为光源在立体角内所辐射的总光通量。为光源在立体角内所辐射的总光通量。(2 2)光强分布曲线)光强分布曲线 光强分布曲线也叫配光曲线,它是在光强分布曲线也叫配光曲线,它是在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具光强与对称轴之间角度光强与对称轴之间角度的函数曲线。的函数曲线。配光曲线是用来进行电气计算的一种配光曲线是用来进行电气计算的一种基本技术资料。对于一般灯具来说,配光基本技术资料。对于一般灯具来说,配光曲线是绘在极坐标上的,如图曲线是绘在极坐标上的,如图10-110-1所示。所示。对于聚光很强的投光灯,其光强分布对于聚
4、光很强的投光灯,其光强分布在一个很小的角度内,其配光曲线一般在一个很小的角度内,其配光曲线一般绘在直角坐标上,如图绘在直角坐标上,如图10-2所示。所示。图10-1 绘在极坐标上的配光曲线(D-1型配照灯)图10-2 10-2 绘在直角坐标上的配光曲线(投光灯)(2)亮度)亮度 发光体(受照物体对人眼可看作是间接发光体(受照物体对人眼可看作是间接发光体)在视线方向单位投影面上的发光强发光体)在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度,用符号度称为亮度,用符号L表示,单位为表示,单位为cd/m2。如图如图10-3所示,该发光体表面法线方向的光所示,该发光体表面法线方向的光强为强为I,而人眼视线与发
5、光体表面法线成,而人眼视线与发光体表面法线成角,角,因此视线方向的光强因此视线方向的光强Icos,而视线方向,而视线方向的投影面的投影面AAcos,由此可得发光体在视,由此可得发光体在视线方向的亮度为线方向的亮度为 3照度和亮度照度和亮度(1)照度)照度 受照物体表面的光通密度称为照度,用符号受照物体表面的光通密度称为照度,用符号E表示,单位为勒克司表示,单位为勒克司(lx)。)。当光通量当光通量均匀地照射到某物体表面上(面积为均匀地照射到某物体表面上(面积为A)时,该平面上的照度)时,该平面上的照度值为值为 EA (1-2)10.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念图1-3 1-3
6、亮度概念说明 LAIcosAcosI/A (1-3)可见,发光体的亮度值实际上与视线方向无关。可见,发光体的亮度值实际上与视线方向无关。4 4物体的光照性能和光源的显色性物体的光照性能和光源的显色性能能(1 1)物体的光照性能)物体的光照性能当光通量当光通量投射到物体上时,一部投射到物体上时,一部分光通从物体反射回去,一部分光分光通从物体反射回去,一部分光通被物体吸收,而余下一部分光通通被物体吸收,而余下一部分光通则透过物体,如图则透过物体,如图10-410-4所示。所示。10.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念为了表征物体的光照性能,引入了为了表征物体的光照性能,引入了以下三个参数
7、:以下三个参数:反射比反射比是指反射光的光通量是指反射光的光通量 与总投射光与总投射光通量通量之比,即之比,即 /(1-4)图1-4 1-4 光通量投射到物体上的情况 吸收比吸收比 是吸收光的光通量是吸收光的光通量与总投射光的光通量与总投射光的光通量之比,即之比,即 /(1-5)透射比透射比 是透射光的光通量是透射光的光通量与总透射光的光通量与总透射光的光通量之比,即之比,即 /(1-6)这三个参数存在如下关系:这三个参数存在如下关系:+1 (1-7)一般特别重视反射比这个参数,因为它与照明设计直接相关。一般特别重视反射比这个参数,因为它与照明设计直接相关。(2 2)光源的显色性能)光源的显色
8、性能同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下,能显出不同的颜同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下,能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质,叫做光源的显色性。色。光源对被照物体颜色显现的性质,叫做光源的显色性。10.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念 为表征光源的显色性能,特引入光源的显色指数这一参数。光源为表征光源的显色性能,特引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数的显色指数R是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度,而将日光与其相当的参照光源显色指数定为的颜色相符合的程度,而将日光与其相当的参
9、照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小,则光源的显色指数越高,也就是光源的显色因此物体颜色失真越小,则光源的显色指数越高,也就是光源的显色性能越好。性能越好。白炽灯的一般显色指数为白炽灯的一般显色指数为9799,荧光灯的为,荧光灯的为7990,显然荧光灯,显然荧光灯的显色性要差一些。的显色性要差一些。1.1.2 照明方式和种类照明方式和种类1 1照明方式照明方式在工厂企业或变电所中,照明方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。在工厂企业或变电所中,照明方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。(1 1)一般照明)一般照明 供照度要求基本上均匀的场所的照明。供照度要求基本上均匀的场所的照明
10、。(2 2)局部照明)局部照明 仅供工作地点(固定式或便携式)使用的照明。仅供工作地点(固定式或便携式)使用的照明。(3 3)混合照明)混合照明 一般照明和局部照明组成的照明。一般照明和局部照明组成的照明。10.1.1 照明技术的有关概念照明技术的有关概念2照明的种类照明的种类照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明等。碍照明等。(1)工作照明)工作照明 正常工作时的室内外照明。正常工作时的室内外照明。(2)事故照明)事故照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业
11、和疏散人员使用的照明。使用的照明。(3)值班照明)值班照明 非生产时间内供值班人员使用的照明非生产时间内供值班人员使用的照明(4)警卫照明)警卫照明 警卫地区周界的照明警卫地区周界的照明(5)障碍照明)障碍照明 在高层建筑上或基建施工、开挖路段时,作为障碍标在高层建筑上或基建施工、开挖路段时,作为障碍标志用的照明。志用的照明。10.1.2 照明方式和种类照明方式和种类10.2 常用照明光源和灯具常用照明光源和灯具 照明光源和灯具是照明器的两个主要部件,照明光源提供发光源,灯具照明光源和灯具是照明器的两个主要部件,照明光源提供发光源,灯具起固定光源的作用。起固定光源的作用。1.2.1 照明光源照
12、明光源在照明工程中使用的各种光源可以根据其工作原理、构造等特点加以分类。在照明工程中使用的各种光源可以根据其工作原理、构造等特点加以分类。根据光源的工作原理主要分有两大类:一类是热辐射光源,如白炽灯、卤根据光源的工作原理主要分有两大类:一类是热辐射光源,如白炽灯、卤钨灯等;另一类是气体放电光源,如氙灯、钠灯等。气体放电光源按放电钨灯等;另一类是气体放电光源,如氙灯、钠灯等。气体放电光源按放电形式又可分为辉光放电(如霓虹灯)和弧光放电(如荧光灯、钠灯)。形式又可分为辉光放电(如霓虹灯)和弧光放电(如荧光灯、钠灯)。1热辐射光源热辐射光源利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源。目前
13、常利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源。目前常用的热辐射光有:用的热辐射光有:(1)白炽灯)白炽灯结构如图结构如图10-5。其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热。其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。辐射发光。10.2.1 照明光源照明光源 (2)卤钨灯)卤钨灯 结构如图结构如图10-6。卤钨灯是在灯泡中充。卤钨灯是在灯泡中充入微量的卤化物,利用卤钨循环的作用,入微量的卤化物,利用卤钨循环的作用,使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上,使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上,以达到既提高光效又延长寿命的目的。以达到既提高光效又延长寿命的目的。图1-
14、51-5 白炽灯结构图1-玻壳 2-灯丝(钨丝)3-支架(钼线)4-电极(镍丝)5-玻璃芯柱 6-杜美丝(铜铁镍合金丝)7-引入线(铜丝)8-抽气管 9-灯头 10-封端胶泥 11-锡焊接触端 为了使灯管温度分布均匀,防止出现低为了使灯管温度分布均匀,防止出现低温区,以保持卤钨循环的正常进行,卤钨温区,以保持卤钨循环的正常进行,卤钨灯要求水平安装,其偏差不大于灯要求水平安装,其偏差不大于40。图1-61-6 卤钨灯结构图1-灯脚 2-钼箔 3-灯丝(钨丝)4-支架 5-石英玻管(内充微量卤素)2气体放电光源气体放电光源 利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源。目前常用利用气体放电
15、时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源。目前常用的气体放电光源有的气体放电光源有5种。种。(1)荧光灯)荧光灯 荧光灯的结构如图荧光灯的结构如图1-7所示。它是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧所示。它是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电,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,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,使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。10.2.1 照明光源照明光源图1-71-7 荧光灯结构图1-灯头 2-灯脚 3-玻璃芯柱 4-灯丝(钨丝,电极)5-玻管(内壁涂荧光粉
16、,充惰性气体)6-汞(少量)荧光灯的工作线路图如图荧光灯的工作线路图如图1-8所示。由起辉器所示。由起辉器S、镇流器、镇流器L和电容器和电容器C等等组成。当荧光灯接上电源后,组成。当荧光灯接上电源后,S首先产生辉光放电,使首先产生辉光放电,使U形双金属片加热伸形双金属片加热伸开,接通灯丝回路,灯丝加热后发射电子,并使管内的少量汞汽化。此时开,接通灯丝回路,灯丝加热后发射电子,并使管内的少量汞汽化。此时S的辉光放电停止,双金属片冷却收缩,突然断开灯丝加热回路,这就使的辉光放电停止,双金属片冷却收缩,突然断开灯丝加热回路,这就使L两端感生很高的电动势,连同电源电压加在灯管两端,使充满汞蒸气的灯两端
17、感生很高的电动势,连同电源电压加在灯管两端,使充满汞蒸气的灯管击穿,产生弧光放电,点燃灯管。管击穿,产生弧光放电,点燃灯管。10.2.1 照明光源照明光源图图1-8 荧光灯的工作线路图荧光灯的工作线路图(2)高压汞灯)高压汞灯高压汞灯的结构图如图高压汞灯的结构图如图1-9所示。它是低压荧光灯的改进产品,属于高所示。它是低压荧光灯的改进产品,属于高气压的汞蒸汽放电光源。气压的汞蒸汽放电光源。高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉,高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉,它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光,以改善光色,提高光效。为可见光,以改善光色,提高光效。图图1-10
18、是一种需外接镇流器的高压是一种需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图。另外一种是自镇流汞灯的工作线路图。另外一种是自镇流高压汞灯,它利用钨丝作镇流器,并将高压汞灯,它利用钨丝作镇流器,并将钨丝装入高压汞灯的外玻壳内,工作时钨丝装入高压汞灯的外玻壳内,工作时镇流钨丝一方面限制放电管电流,同时镇流钨丝一方面限制放电管电流,同时也发出可见光。也发出可见光。10.2.1 照明光源照明光源图1-9 1-9 高压汞灯结构图1-支架及引线 2-启动电阻 3-启动电源 4-工作电源 5-放电管 6-内不应光负涂层 7-外玻壳图1-10 需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图 (3)高压钠灯)高压钠灯 高压钠灯的结构图
19、如图高压钠灯的结构图如图1-11。它是。它是利用高压钠蒸汽放电工作的,光呈淡黄利用高压钠蒸汽放电工作的,光呈淡黄色。其工作线路图和高压汞灯类似。色。其工作线路图和高压汞灯类似。高压钠灯照射范围广、光效高、寿高压钠灯照射范围广、光效高、寿命长(比高压汞灯高一倍)紫外线辐射命长(比高压汞灯高一倍)紫外线辐射少、透雾性好,但显色性也较差,启动少、透雾性好,但显色性也较差,启动时间(时间(48分钟)和再次启动时间分钟)和再次启动时间(1020分钟)也较长,对电压波动反分钟)也较长,对电压波动反应较敏感。应较敏感。10.2.1 照明光源照明光源图1-11 1-11 高压钠灯结构图1-主电极 2-半透明陶
20、瓷放电管(内充钠、汞及氙或氖氩混合气体)3-外玻壳(内壁涂荧光粉,内外壳间充氮)4-消气剂 5-灯头(4)金属卤化物灯)金属卤化物灯 金属卤(碘、溴、氯)化物灯是在金属卤(碘、溴、氯)化物灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新型光源,不仅光色好,而且光效来的新型光源,不仅光色好,而且光效高,受电压影响也较小,是目前比较理高,受电压影响也较小,是目前比较理想的光源。想的光源。(5 5)氙灯)氙灯 氙灯为惰性气体弧光放电灯,高压氙气放电时能产生很强的白光,接近氙灯为惰性气体弧光放电灯,高压氙气放电时能产生很强的白光,接近连续光谱,和太阳光十分相似,故有连续
21、光谱,和太阳光十分相似,故有“人造小太阳人造小太阳”之美称。适用于广场、之美称。适用于广场、车站和大型屋外配电装置等。车站和大型屋外配电装置等。3各种照明光源的主要技术特性各种照明光源的主要技术特性 光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等等,有时这些技术特性是光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等等,有时这些技术特性是相互矛盾的,在实际选用时,一般先考虑光效高、寿命长,其次再考虑显相互矛盾的,在实际选用时,一般先考虑光效高、寿命长,其次再考虑显色指数、启动性能等次要指标。色指数、启动性能等次要指标。各种照明光源的主要技术特性见表各种照明光源的主要技术特性见表1-1,供对照比较。,供对照比较。4
22、 4LEDLED光源光源LEDLED光源具有效率高、寿命长的特点,可连续使用光源具有效率高、寿命长的特点,可连续使用1010万小时,比普通白炽灯泡万小时,比普通白炽灯泡长长100100倍。倍。10.2.1 照明光源照明光源表表10-1 常用照明光源的主要技术特性比较常用照明光源的主要技术特性比较10.2.1 照明光源照明光源(1 1)新固体放电灯)新固体放电灯1 1)陶瓷灯泡)陶瓷灯泡 2 2)塑料灯泡)塑料灯泡 3 3)回馈节能灯泡)回馈节能灯泡4 4)冷光灯泡)冷光灯泡 5 5)储能灯泡)储能灯泡 (2)新气体放电灯)新气体放电灯 1)无电极放电灯泡)无电极放电灯泡 2)氩气灯泡)氩气灯泡
23、 3)电子灯泡)电子灯泡 (3)LED半导体节能灯半导体节能灯10.2.1 照明光源照明光源10.2.2 灯具灯具 光源与其配用的灯具(这里主要指灯罩)统称为照明器。灯具的作用光源与其配用的灯具(这里主要指灯罩)统称为照明器。灯具的作用是固定和保护光源,以及装饰和美化环境。是固定和保护光源,以及装饰和美化环境。1 1工厂常用灯具的类型工厂常用灯具的类型(1 1)按灯具的配光特性分类)按灯具的配光特性分类裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的,为了充分利用光能,加装灯罩后使裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的,为了充分利用光能,加装灯罩后使光线重新分配,称为配光。按灯具的配光特性来进行分类的方法有两种
24、:一光线重新分配,称为配光。按灯具的配光特性来进行分类的方法有两种:一是传统的分类法;一是国际照明委员会(是传统的分类法;一是国际照明委员会(CIECIE)提出的分类法。)提出的分类法。传统分类是根据灯具的配光曲传统分类是根据灯具的配光曲线线(为了表示光源加装灯罩后,光强为了表示光源加装灯罩后,光强在各个方向的分布情况而绘制在对在各个方向的分布情况而绘制在对称轴平面上的曲线,如图称轴平面上的曲线,如图1-121-12形状形状进行分类:进行分类:1 1)正弦分布型)正弦分布型 光强是角度的光强是角度的正弦函数,且当正弦函数,且当900900时光强为最时光强为最大。如大。如GC15-AGC15-A
25、、B-1B-1型散照型防水防型散照型防水防尘灯。尘灯。图10-1210-12 配光曲线示意图1-正弦分布型 2-广照型 3-漫射型 4-配照型 5-深照型 4)配照型)配照型 光强是角度的余弦函数,且当光强是角度的余弦函数,且当00时光强为最大。如时光强为最大。如GC1-A、B-1配照型工厂灯。配照型工厂灯。5)深照型)深照型 光通量和最大光强值集中在光通量和最大光强值集中在00300间的立体角内。如间的立体角内。如GC5-A、B-2深照型工厂灯。深照型工厂灯。6)特深照型)特深照型 光通量和最大光强值集中在光通量和最大光强值集中在00150的狭小立体角内。如的狭小立体角内。如JS300镜面深
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