灯具培训手册

灯具培训手册内容摘要：

00K）维持足够高的蒸气压，并且能产生明显的可见光辐射的元素的种类非常少，实际上用于照明光源的填充元素通常只有氙、钠和汞，但绝大多数金属元素产生的金属卤化物比它们自身还要活泼得多。 许多元素，尤其是元素周期表中那些过渡金属和稀土金属元素，具有非常多的能级数目，并且能辐射出数千条光谱线。 其中的一些元素如钪、镝等，在可见光区域能产生非常丰富的辐射。 其他的一些元素，如铟、铊和钠，可以产生非常强的线光谱（分别对应蓝色、绿色和黄色）。 以上这些事实构成了金属卤化物灯的理论基础。 假如我们将几毫克的金属卤化物碘化铊（ TlI）与汞和稀有气体一起放入放电管中，在放电被触发的过程中，汞迅速被蒸发，管壁变得足够热使部分碘化铊被蒸发出来。 这些碘化铊通过扩散进入最高温度约为 6000K 的汞电弧，在高温下，碘化铊分解为原子： TlI=Tl+I。 铊原子能辐射出很强的 535nm 的绿色光谱线。 与铊相比碘的激发能要大得多，因 此几乎没有碘的辐射。 对于相当简单的仅充有铊、钠、汞和碘元素的金属卤化物灯，假定灯内已达到局部热平衡的工作状态，为简化分析，我们忽略了 Hg、 HgI、 HgI I、 I2 和 Na2 等化学种类。 在非常低的温度下，仅有少量的 Na2I2 的二聚物，随着温度上升， TlI 和 NaI 的分子就会分解成原子，并可能产生辐射。 进一步升高温度，这类原子还会被电离。 由于 NaI 比 TlI 更易电离，所以在这类金属卤化物灯内，在电弧温度最高处的大多数电子来自钠原子，因此光谱由钠决定。 钠比汞要容易电离。 由于电子可以通过钠的电离得到补充，这意味着碘 化钠蒸发时，电弧温度将下降，电弧温度的下降导致汞的线光谱发射的减少，因此其光谱将内钠和铊所决定。 这也就是为什么在充有 100Torr钠和 1000Torr汞的高压钠放电中几乎没有汞原子辐射的原因。 在稳定状态下，汞原子所起的作用主要是减少热传导损失，从而提高辐射效率。 虽然金属卤化物电弧常被描述成带有附加万分的汞电弧，但这是完全错误的，因为那些金属卤化物完全控制了电弧的行为。 以上的这些观点适用于任何一种金属卤化物放电形式。 为了得到一个高效的显色指数优 13 良的白色光源，金属卤化物灯的设计者们可以有许多方法，包括所添加的 金属卤化物的种类和数目等等。 这些设计上的自由也伴随着一些麻烦：比如金属卤化物会与灯电极及管壁发生缓慢的反应。 这样，灯的寿命、光色的稳定性、光色的可变性、电弧中光色的分层、灯的维护、启动以及闪烁等等都将受到这些化学反应的影响。 这也是为什么自从金属卤化物灯在1959 年问世 35 年后，仍然没有完全取代其他高强度气体放电光源的原因。 尽管这样，适当地应用金属卤化物灯还是带来了很多好处。 今天，金属卤化物灯能够获得销售成功是 30 年来长足进步的结果。 发光和荧光粉 荧光粉用于将紫外辐射转化为可见辐射。 在荧光灯中，为了产生光的 需要，荧光粉也被用来增加红色辐射以求改善高压汞灯与金属卤化物灯的颜色。 “发光”一词被用于描述能量被物质吸收，并以光子的形式被重新发射出来的一般过程。 其中的一种形式称作“荧光”。 入射的光子被吸收，然后以一个较长的波长再发射，这是在灯中普遍使用的一个过程。 在吸收与发射期间有一个延迟，可能在 109S 和几分之一秒之间。 伴有长时间延迟的过程通常是指磷光。 “斯托克斯（ Stocks）位移” 指的是波长增长而能量损失，这是荧光灯工作的一个固有部分。 波长的变换是通过将入射光子的一部分能量转化为晶格振动而完成的。 在由放电 产生的紫外波长处，荧光粉必须有很强的吸收带，它也必须在可见光谱范围内有一个发射带。 高效要求在可见光区吸收率低，一般说来， QE 在高温时下降，因此为特定灯选用的荧光粉，必须在管壁温度下能够有效地工作。 固体荧光粉可以是离子的、半导体的、或者是有机的。 只有第一种具有灯工作需要的特性。 离子荧光粉包含坚固的晶格结构，在其中，催化剂原子被引入，但其浓度为 1%。 催化剂形成一个在确定的晶格座上的离子，并受到电力 —晶场 —它相对于自由离子改变它的能级。 离子与晶格振动耦合，这是由于当周围晶格振动时，晶场波动，使催化剂承受不同的力 ，因此催化剂离子的能级取决于周围晶格中的离子的相对位置。 荧光灯中的荧光粉暴露于离子与光子有害混合物的轰击下，使光输出在寿命期间退化。 这就导致紫外与可见光的吸收，从而降低荧光粉的转换效率。 退化的主要原因是： 形成光或紫外吸收色心的紫外轰击，这是由晶格缺陷中的电子陷井而引起的； 激发和电离的汞到达荧光粉表面，引起在暴露于放电的荧光粉表面吸收汞原子的光注入；在荧光粉与玻璃的交界处形成钠（来自玻璃）与汞的吸收混合物。 用于紧凑型荧光灯中的稀土激活荧光粉具有特别抗伤害的晶格以及出色的维持率，正是这些荧光粉的发明使紧凑 型荧光灯的设想变为商业现实。 三基色荧光粉：红（ 610nm）粉、绿（ 545nm）粉、蓝（ 6450nm）粉。 稀土金属材料荧光粉三种基色为红、绿、蓝。 即稀土金属在紫外线照射呈三种基本色，再按比例混成各种顔色的可见光。 14 场致发光 这是将电直接转化为光的过程。 最近几年，发光二极管（ LEDs）亦 作为公共场所的指示灯，而且具有不同的显示。 它们正变得更有效、更亮；已经制造出效率大于 20%的红色发光二极管，具有现实效率的蓝色与绿色的二极管也刚出现。 人们正计划把它们应用于需要大量光和高亮度的地方，例如汽车刹车明以及交通信号。 在这些场合它们超过传统灯的主要优点是寿命长。 高纯度的半导体材料具有非常高的电阻率。 微量的故意添加物 —施主物质或者受施物质 —提供了能够携带电子的额外电子或空穴（由于电子的离开而形成的正电实体）。 这样能级就形成能带。 当一个能（导带）中的一个电子与另一个能带（价带）中的空穴复合时，具有由能带隙给定能量的光发射可以发生。 因此，一个发光二极管是一个将电子与空穴注入半导体的器件。 另外，也存在引起损失的过程，效率可能是低的，但是随着研究和发展，它正在改善之中。 红色发光二极管是基于象磷砷化镓这样的半导体，它在可见光 区发射相对窄的谱线，其波长由带隙决定。 在红色与绿色之间不同的波长可以通过改变磷与砷的比例获得。 蓝色发射需要象碳化硅这样的材料。 第三节 灯具 一、灯具的功能 基本功能是提供与光源的电气连接，此外还有许多其他重要的功能。 大部分光源全方位地发射光线，这对大多数应用而言是浪费的并由此造成眩光。 因此，对大多数灯具而言，调整光线到预期方位，同时把光损失降至最低，减少光源的眩光，拥有令人满意的外形及强化灯点燃与未点燃环境的装饰性是它们的一项功能。 灯具必须是耐用的，且能为光源，如有必要，有时也为控制电气附件提供一个电 气、机械及热学上安全的壳体。 光源的防护：光源除需要电气连接以外，还必须有机械支撑并要受到防护，防护程度视要求而定。 适宜的机械性能：灯具部件必须有足够强的机械强度，从而确保在安装和使用时有适当的耐久性，同时有充分强的悬挂强度，金属部件必须有足够的耐腐蚀能力。 壳体要求：室外用灯必须有严格的防尘和防水要求，而对某些特殊要求的室内灯具也要提供防护，以抵御水和尘埃的侵入。 为了根据防尘和防潮的程度来划分外壳的防护等级，使用了防护等级代码。 15 序号 IP（ International protection）防护 等级 IP68 第二个号码表示防水等级 防护等级代码 第一个号码表示防尘等级 说明 是国际上用来认定灯具的防护等级的代号， IP 等级由两个数字组成，第一个数字表示灯具防尘；第二个数字则表示灯具防水；数字越大则表示灯具防护性能越佳。 防护 类别 等级 号码 防 护 程 度 定 义 防 尘 等 级 0 无防护 无特殊的防护 1 防止大于 50mm 的物体侵入 防止人体不慎碰到灯具内部零件；防止直径大于 50mm 物体侵入 2 防止大于 12mm 的物体侵入 防止手指碰到灯具的 内部零件 3 防止大于 的物体侵入 防止直径大于 的工具、电线或物体的侵入 4 防止大于 的物体侵入 防止直径大于 的蚊蝇、昆虫或物体的侵入 5 防尘 无法完全防止灰尘侵入，但侵入灰尘不会影响灯具正常工作 6 防尘 完全防止灰尘入侵 防 水 等 级 0 无防护 无特殊的防护 1 防止滴水侵入 可防止垂直滴下的水滴 2 倾斜 15 度时仍防止滴水侵入 当灯具倾斜 15 度时，仍可防止滴水 3 防止喷洒的水侵入 防止雨水垂直入夹角小于 50 度方向所喷洒的水 4 防止飞溅的水侵入 防止各方向飞溅而来的水侵入 5 防止喷射的水侵入 防止各方向喷嘴喷射的水 6 防止大浪的水侵入 防止大浪或喷水孔急速喷出的水侵入 7 防止浸水的水侵入 灯具浸入水中在一定时间或水压条件下，仍可确保灯具正常工作 8 防止沉没的影响 灯具无期限沉没水中在一定水压条件下，仍可确保灯具正常工作 电气要求：灯具也可根据保护使用者防电击的方式进行分类。 类型 1 的灯具有基本绝缘，所有的金属体都与一个接地端子连接，该端子用来与建筑供电中的接地系统相连接。 类型 2 的灯具防护由双重绝缘下 工作的两线照明电路提供。 类型 0 的灯具不接地，仅有普通绝缘措施。 各种电器元件和电线都必须在安全情况下工作。 热要求：各部件 的工作温 度不能超过 欧洲标准 EN60598—英 国出版的 BS4533（ BSI1981—1990）所规定的数值。 热耐久性试验是在比额定环境温度高 10℃ 、开关循环交替， 16 过电压为 5%~10%的条件下工作 7 天。 试验时间和过电压值视光源和控制电器的类别而定。 标志要求：必须有生产厂家的标识、供电电压、额定功率、分类、额定最高温度等。 标志必须耐久，制作方法经得起试验。 光度学要求：通常对于灯具本身并 没有规定光度方面的要求，而在设施中要利用灯具的性能说明它的要求，所以有例外，应该注意。 测试：新设计产品在工厂投产以前要进行一整套的测试项目，包括机械测试、外壳测试、电气试验、热测试和光度学测试。 二、灯具的分类 按安装方式分为：嵌入式、移动式和固定式三种。 按用途方式分为：民用灯具、建筑灯具、工矿灯具、投光照明灯具、公共场所灯具、嵌入式灯具、船用荧光灯照明灯具、道路照明灯具、汽车摩托车飞机照明灯具、特种车辆标志照明灯具、电影电视舞台照明灯具、防爆灯具、水下照明灯具。 三、材料及加工过程 制造灯具的常用材 料为：钢板、铝合金铸材、型材、塑料材料、锌合金铸件、填料和封接材料（橡胶、泡沫、树脂、等）玻璃、光控制材料、（高纯铝、不锈钢、抛光玻璃等）。 钢板 应用：可用于灯具压条、小灯体、灯盖、嵌入式灯具盒、控制盘、底座及投射器。 等级及特性：低碳钢有较好的机械强度和延展性，但不耐腐蚀，有圈筒、片或板材形式，厚度为 ~。 对于室内不太注重美观的使用场所，选用的钢板的表面最好镀一层锌，但对大多数使用场所必须刷漆。 预镀层材料 加工：切、钻孔、冲、弯及压的工艺。 人工操作：先剪出外形，再弯板冲压或飞轮冲压。 半自动操作： CNC 控制，部件移动由操作者完成。 自动冷滚卷成形：板条通常采用此类方式加工。 滚卷机 金属片自动生产控制：对于大型的盒式嵌入灯和吸顶灯具的制造，欧洲的设备生产厂家已经完全实现了自动机械化。 冲压： 对于一些较小的圆型灯具，一般是用深冲成形级别的低碳钢板直接冲压成形的。 附属的钢制部件：在喷涂前，无涂层的钢材料可以点焊或者连续焊接。 然而未涂层材料必须用铆钉、螺母和螺栓、自攻螺钉或粘合剂连接。 17 涂装：通常采用粉末涂装工艺。 相对传统的湿法涂装层，它能获得更厚的涂层薄膜，典型的可达到 50~100um 厚度 ，而传统的方法只能达到 25um。 这在要求有高反射特性的器件（如器件箱）中是非常有利的。 有两种处理过程：除油过程和预处理（通常是磷化），接着是静电喷涂过程和随后的烘干过程。 较少用到电镀，通常只起装饰作用，或用于一些要求保护层的小件零件，如螺丝、螺栓和螺母等。 铬和镍是装饰性电镀的典型，而锌一般用于保护目的的电镀。 在钢板表面涂上一层金属化塑料薄膜可作为反射层来使用。 铝合金铸件 应用：泛光照明、街道照明灯、小型室内聚光灯的灯具壳体。 等级与特性 ：具有易熔组分的 LM6 铝硅合金（含 Si 12%）是最常用的合金材料，因 为它凝固时间短、流动性良好及收缩性低，很适合于重力铸造和压力铸造。 此外，还具有良好的抗腐蚀性能，在室外作用时也不需要涂保护层（除非有美观要求）。 含稍微少一点硅的铜铝合金 LM2 和 LM24 也经济实用，具有高强度、较好的铸造性能，但相对 LM6 而言抗腐蚀性能差。 在某些地方，如机场照明，需要更高强度和抗腐蚀的合金，如 LM25。