第五讲家用照明电器..ppt

第五讲第五讲  家用照明电器家用照明电器 •四代电光源四代电光源•白炽灯电子调光电路白炽灯电子调光电路 •日光灯原理日光灯原理 •电子镇流器电子镇流器 、节能灯、节能灯分类固体光源固体光源LED一、一、 发展史简介发展史简介 •1白炽灯 •电弧灯电弧灯 •1879年爱迪生对白炽灯做了改进，发明年爱迪生对白炽灯做了改进，发明了经济，实用，寿命长的碳丝灯点了了经济，实用，寿命长的碳丝灯点了四十多个小时四十多个小时 •1903年生产年生产4500万只，成本万只，成本37美分• 1923年，上海亚明灯泡厂开始生产年，上海亚明灯泡厂开始生产 •1909年通用电气公司的库里基发明钨年通用电气公司的库里基发明钨丝灯泡 •1913年，兰米尔发明了充气钨丝灯年，兰米尔发明了充气钨丝灯• 白炽灯为热光源，能量白炽灯为热光源，能量90%变为热 瓦数（瓦数（W））15254060光光 通通 量量（（lm））110220380630白炽灯性能数白炽灯性能数灯泡寿命灯泡寿命:一批样本灯在一定条件下点灯，当一批样本灯在一定条件下点灯，当50%的灯的有效光输出不低于初始值的的灯的有效光输出不低于初始值的50%时的点灯时的点灯时间时间。

白炽灯图白炽灯图爱迪生像爱迪生像2、荧光灯 •发展历史发展历史•1902年，黑维特，水银灯年，黑维特，水银灯 •1910年，法国克劳特发明霓虹灯年，法国克劳特发明霓虹灯 •1938年，美国通用电气公司的伊曼，解决了年，美国通用电气公司的伊曼，解决了启动装置，荧光灯试制成功启动装置，荧光灯试制成功•节能灯节能灯    紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯   三基色荧光粉三基色荧光粉 荧光灯参数荧光灯参数 功率（功率（W））—光通量（光通量（lm））功功率率（（W））RRRL寿命寿命（（小时）小时）15580635500060240026405000100550061003000注注RR:日光色日光色   RL:冷白色冷白色                                                                                                                                                                                  荧光灯图节能节能灯灯3．高强度气体放电灯（HID）•高高气气压压气气体体放放电电灯灯。

一一般般不不作作家家用用广广场场、、道道路路、、工工厂厂照照明明典典型型的的有有高高压压汞汞灯灯、、高高压压钠钠灯灯等•高高压压汞汞灯灯，，充充氩氩气气体体积积小小，，效效率率高高，，寿寿命命长长，，但但光光色色差差（（无无红红色色成成分分））例例：：300W,PHg=1～～5atm，，启启动动电电压压400V.启启动动至至正正常常工工作作须须4～～10分分钟钟光光效效率率35～～65lm/W寿寿命命5000hr镇镇流流器启动Atm =大气压•高高压压钠钠灯灯100W,9200lm;400W,47000lm光光色色较好•有人开发出有人开发出30～～50W高压钠灯，作为家用高压钠灯，作为家用高压汞灯4、固体光源•白光发光二极管（白光发光二极管（LED））,半导体电场发光半导体电场发光•1960’s出出现现红红发发光光二二极极管管LED,GaAsP材材料料，，波波长长565nm长长期期以以来来只只有有红红、、绿绿、、黄黄色色，，仅仅用用于于指指示示无无白白色色光光LED,无无法法用用于于照照明明90年年代代出出现现蓝光蓝光LED，，GaN材料•发白光的方法：发白光的方法：1）蓝）蓝LED+发黄光发黄光YAG荧光粉，荧光粉，•2）红）红+绿绿+蓝蓝=白光白光•寿命达寿命达10万小时。

万小时•磷砷化镓磷砷化镓—红、黄光红、黄光•磷化镓磷化镓—绿光绿光                  •氮化镓氮化镓—蓝光蓝光•发光效率比较：发光效率比较：                                                                                                                                                                                      日本2003.6，样品价400日元（27RMB）日本白LED图                                                                                                                                                                                             蓝LED白LED•发光效率比较：发光效率比较：•白炽灯、卤钨灯白炽灯、卤钨灯12—24lm/W•荧光灯、荧光灯、HID  50—120 lm/W•白白LED    1998年年   5 lm/W•         1999年年   15 lm/W•         2000年年   25 lm/W•         2005年年   50 lm/W •2015年年    150—200 lm/W•将成为新一代照明光源。

将成为新一代照明光源照明方式照明方式特点特点白光白光LEDLED具具有有发发热热量量低低、、耗耗电电量量少少（（白白炽炽灯灯泡泡的的八八分分之之一一，，荧荧光光灯灯泡泡的的二二分分之之一一））、、寿寿命命长长（（数数万万小小时时以以上上，，是是荧荧光光灯灯的的1010倍倍））、、反反应应速速度度快快、、体体积积小小可可平平面面封封装装等等优优点点，，易易开开发发成成轻轻薄薄短短小小的的产产品品，，是是被业界看好在未来被业界看好在未来1010年内，成为替代传统照明器具的一潜力商品年内，成为替代传统照明器具的一潜力商品荧光灯荧光灯荧光灯省电，但废弃物有汞污染、易碎等问题荧光灯省电，但废弃物有汞污染、易碎等问题白炽钨丝灯泡白炽钨丝灯泡 低效率、高耗电、寿命短、易碎低效率、高耗电、寿命短、易碎三种光源比较Type  耗电量耗电量Power Comsuption (W)  光通量光通量Luminous Flux (lm)  发光效率发光效率Lighting Efficiency (lm/W)  寿命寿命Life(hour)  白炽灯泡白炽灯泡（（Incandescent））  40  470  12  1,200  节能灯节能灯（（Compact Fluorescent Lamp））  11  627  57  6,000  LED灯泡灯泡（（LED Light Bulb））  5  350~400  70~80  60,000  二．白炽灯电子调光电路二．白炽灯电子调光电路•调光原理调光原理i ii i调幅度调幅度调调 时时 间间 ，， Φ↑V↓Φ↑V↓，，Φ↓V↑Φ↓V↑Φ=0Φ=0，，V V最最大大，，Φ=180Φ=180，，V=0V=0vvttvΦt二．白炽灯电子调光电路二．白炽灯电子调光电路•VT-双向晶闸管用于交流电调压•VD-触发二极管，RP,R,C-RC相移电路•交流调压方式•（a）降低幅度度，波形不变；•（b）控制导通时间，波形变，使有效值降低。

•正、负半周各“切掉”相同的一块，切得越多，•导通时间越短，有效值越低，灯越暗，也可用于调热三、日光灯原理三、日光灯原理•1．．  组成组成•（（1））灯灯管管—灯灯丝丝，，玻玻管管，，充充氩氩气气（（ Ar ））、、微微量量汞汞（（Hg））；；内内壁壁涂涂荧荧光光粉粉；；不不同同荧荧光光粉粉发不同色光，卤磷酸钙发日光色发不同色光，卤磷酸钙发日光色•灯丝灯丝—发射电子发射电子•Ar—在高压下电离放电，助燃在高压下电离放电，助燃•Hg—气气化化电电离离，，放放电电，，发发紫紫外外光光，，激激发发荧荧光光粉，发可见光粉，发可见光•电电感感镇镇流流器器—铁铁心心、、线线圈圈，，产产生生高高压压，，镇镇流流（阻流作用）阻流作用）•1．．  电感镇流器荧光灯工作过程电感镇流器荧光灯工作过程•（（1））灯灯丝丝预预热热  启启辉辉器器S中中气气体体氖氖气气放放电电（（发发红红光光）），，S中中双双金金属属发发热热，，弯弯曲曲，，与与静静触触片片接接触，放电熄灭，灯丝通电，加热；触，放电熄灭，灯丝通电，加热；•（（2））启启动动  双双金金属属片片冷冷却却，，复复原原，，断断开开，，产产生生高高压压（（感感应应电电动动势势）），，灯灯管管内内Ar电电离离放放电电，，温温度度升升，，汞汞汽汽化化，，电电离离，，放放电电，，发发2537埃埃的的紫紫外外光；激发荧光粉发可见光。

光；激发荧光粉发可见光•（（3））  限限流流：：启启动动后后灯灯管管电电压压降降至至100V左左右右，，L起限流作用，启辉器不起辉起限流作用，启辉器不起辉Ne不放电•优点：简单、耐用，（但启辉器易损）优点：简单、耐用，（但启辉器易损）电感镇流器电感镇流器日光灯电路图电感镇流器日光灯电路图 S 灯管 镇流器 22 0V  •缺点：缺点：•（（1）启动慢；）启动慢；•（（2）低压不启动（）低压不启动（<170V））•  (3 ) 功率因数低功率因数低,约为约为0.5；；•（（4）频闪对眼睛不利频闪对眼睛不利100次次/sec闪烁；闪烁；•（（ 5）） 镇镇 流流 器器 耗耗 能能 占占 20%     40W+8W=48W;2．电子镇流器电子镇流器 •优点：优点：•启动快；启动快；•低压启动；低压启动；•无频闪（无频闪（25KHZ）；）；•功率因数高，效率高，功率因数高，效率高，•理理论论上上节节能能；；实实际际上上有有的的“节节能能灯灯”“省电不省钱省电不省钱”，低档品易损低档品易损电子镇流器荧光灯电子镇流器荧光灯220V50HzAC逆变逆变电路电路25KHz25KHzACU0=300VDC整流整流滤波滤波电路电路 灯管灯管 CPTCL工作过程分析：（1）整流、滤波：交流→直流（2）逆变：直流→高频交流电（3）预热灯丝：PTC常温下相当于短路，灯管灯丝加热， Hg蒸发（4）启动：PTC变热， R>10MΩ，L、C电路产生谐振，C两端产生高压,击穿灯管中的Hg蒸汽，放电，点燃，发光；（5）限流：灯管放电后，不谐振，灯管电压降低至100V, L作为镇流器，限制电流。

•工作过程分析：工作过程分析：•（（1）整流、滤波）整流、滤波• 220V交流电整流、滤波交流电整流、滤波 U0≈300V直流电压直流电压•（（2）高频振荡）高频振荡(25KHZ)、预热灯丝、预热灯丝•VT1、、VT2轮轮流流导导通通，，形形成成25KHZ自自激激振振荡荡，，高高频频电电流流对灯丝加热；对灯丝加热；•（（3）谐振、启动）谐振、启动•PTC变变热热，，R↑↑C10两两端端产产生生高高压压（（>600V））,击击穿穿灯灯管管中的中的Hg蒸汽，放电，点燃，发光；蒸汽，放电，点燃，发光；•（（4）限流）限流•灯管放电，电压降低至灯管放电，电压降低至100V, L2作为镇流器，限制电流作为镇流器，限制电流•因因f高高，，感感抗抗XL =2πfL,很很大大，，故故L2，，T可可做做得得很很小小，，XL也足够大也足够大无极灯无极灯•无极灯没有电极无极灯没有电极,依靠电磁感应形成依靠电磁感应形成等离子气体放电的基本原理而发光等离子气体放电的基本原理而发光.没有灯丝和电极使灯泡的寿命长达没有灯丝和电极使灯泡的寿命长达 100,000 小时小时,是白炽灯的是白炽灯的 100 倍倍,高高压气体放电灯的压气体放电灯的 5 倍倍 ~15 倍倍,紧凑荧紧凑荧光灯的光灯的 5 倍倍 ~10 倍倍. •金属线圈磁环组成的电磁发生器在玻璃金属线圈磁环组成的电磁发生器在玻璃管周围创造了磁场，由线圈引起自由电管周围创造了磁场，由线圈引起自由电子的加速度。

这些自由电子和汞原子相子的加速度这些自由电子和汞原子相碰撞而激发了电子，因为激活的电子从碰撞而激发了电子，因为激活的电子从高能状态退到低能状态，它们放射出紫高能状态退到低能状态，它们放射出紫外线，当通过玻璃管表面的荧光粉时，外线，当通过玻璃管表面的荧光粉时，产生的紫外线转化为可见光产生的紫外线转化为可见光 高频无极灯高频无极灯LED驱动驱动。