2.4 电光源、电气器件与灯具

2.4.1 光源及其分类

宇宙间的物体有的是发光的，有的是不发光的。我们把发光的物体叫做光源。太阳、电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。

1．照明光源

照明光源是以照明为目的，辐射出可见光谱（波长380～780nm）的电光源，其规格品种繁多，功率为0.1W～20kW，占电光源的95%以上。照明光源品种很多，按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。

（1）热辐射光源。电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源，包括白炽灯和卤钨灯两种。

（2）气体放电光源。电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压三种。弧光放电光源包括荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正辉区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。

（3）电致发光光源。在电场作用下，使固体物质发光的光源称为电致发光光源。它将电能直接转变为光能，包括场致发光光源和LED两种。

2．辐射光源

辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（380nm）和红外光谱（780nm）的电光源。它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，称为激光光源。

3．主要光源介绍

实质上，使用效率最高的光源是低压钠灯，由于它发射单色的黄色光，因此几乎没有显色性能。与之相应，白炽灯及卤钨灯有极好的显色性能，但是其发光效率很低。如表2-7所示列出了主要光源的参数。

表2-7 主要光源的参数

（1）白炽灯。有较宽的工作电压范围，价格低廉，不需要附加电路。其主要应用是家庭照明及需要密集的低工作电压灯的地方，如手电筒、控制台照明等。白炽灯仅有10%的输入能量转化为可见光能，寿命从几十小时到几千小时不等。

白炽灯使用通电的方式加热玻璃泡壳内的灯丝，导致灯丝产生热辐射而发光，灯头是白炽灯电连接和机械连接部分，按形式和用途主要分为螺口式灯头、聚焦灯头及特种灯头。在普通白炽灯中，最常用的螺口式灯头为E14、E27；最常用的插口灯头为B15、B22。白炽灯常用于住宅基本照明及装饰照明，具有安装容易、立即启动、成本低廉等优点。

白炽灯的主要部件包括灯丝、支架、泡壳、填充气体、灯架。

（2）卤钨灯。与额定功率相同的无卤素白炽灯相比，卤钨灯的体积要小得多，并允许充入高气压的较重气体（较昂贵），可延长寿命或提高光效。同样，卤钨灯也可直接接电源工作而无需控制电路。卤钨灯广泛用于机动车照明、投射系统、特种聚光灯、低价泛光照明、舞台及演播室照明及其他需要在紧凑、方便、性能上超过非卤素白炽灯的场合。

（3）荧光灯。荧光灯主要用于商业和工业照明。通过设计的革新、荧光粉的发展及电子控制线路的应用，荧光灯的性能不断提高。带一体化电路的紧凑型荧光灯的引入拓宽了荧光灯的应用，包括家居的应用，将节能75%，寿命提高8～10倍。一般情况下，所有气体放电灯都需要某种形式的控制电路才能工作。

荧光灯的性能主要取决于灯管的几何尺寸（即长度和直径）、填充气体的种类和变压器、涂敷的荧光灯粉及制造工艺。现在常用的荧光灯主要分为以下三类。

①直管灯：一般使用的有T5、T8、T12，常用于办公室、商场、住宅等一般公用建筑，具有可选光色多、可达到高照度兼顾经济性等优点。

②高流明单端荧光灯。高流明单端荧光灯是为高级商业照明中代替直管荧光灯而设计的。其灯管与直管灯的灯管相比，结构紧凑，流明维护系数高，而且其单端设计使得灯具中的布线简单得多。

③紧凑型荧光灯（CFLS）。紧凑型荧光灯又称节能灯，使用直径9～16mm细管弯曲或拼接而成（U形、H形、螺旋形等），缩短了放电的线型长度。其光效为白炽灯的五倍，寿命约8000～10000h，常用于局部照明和紧急照明。紧凑型荧光灯一般分为两类。

●带镇流器一体化紧凑型荧光灯。自带镇流器、启辉器等全套控制电路；装有爱迪生螺旋灯头或插式灯头；可用于使用普通白炽灯泡的场所，具有体积小、寿命长、效率高、省电节能等优点，可取代白炽灯。

●配有与灯具中电路分离的灯管（PLC）的紧凑型荧光灯。用于专门设计的灯具中，借助与灯具结合成一体的控制电路工作，灯头有两针和四针两种，两针灯头中含有启辉器和射频干扰（RFI）抑制电容，四针中无任何电气组件。一般四针PLC光源使用于高频的电子镇流器中。该灯常用于局部照明和紧急照明。

荧光灯控制电路（镇流器）可分为电感式和电子式。电感式镇流器的特点是功率因数低，有频闪效应，自身质量大，但寿命长，坚固耐用，成本低；电子式镇流器的特点是功率因数高，无频闪，质量轻。随着技术的发展进步，低成本、长寿命的电子式镇流器将逐步取代传统的电感式镇流器。

（4）低压钠灯。低压钠灯的光效最高，但仅辐射单色黄光，照明情况下不能分辨各种颜色，主要用于道路照明、安全照明及类似场合下的室外照明。其光效是荧光灯的2倍、卤钨灯的10倍。与荧光灯相比，低压钠灯放电管是长管形的，通常弯成“U”形，把放电管放在抽成真空的夹层外玻璃壳内，其夹层外玻璃壳上涂有红外反射层以达到节能和提高最大光效的目的。

（5）高强度气体放电灯（HID）。高强度气体放电灯的特点是都有短的高亮度的弧形放电管，通常放电管外面有某种形状的玻璃或石英外壳，外壳是透明或磨砂的，或涂一层荧光粉以增加红色辐射。高强度气体放电灯分为以下几种。

①高压汞灯（HPMV）：最简单的高强度气体放电灯，放电发生在石英管内的汞蒸气中，放电管通常安装在涂有荧光粉的玻璃壳内。高压汞灯仅有中等的光效及显色性，因此主要应用于室外照明及某些工矿企业的室内照明。

②高压钠灯（HPS）：需要使用陶瓷弧光管，使它能承受超过1000℃的有腐蚀性的钠蒸气的侵蚀。陶瓷弧光管安装在玻璃或石英泡内，使它与空气隔离。在所有高强度气体放电灯中，高压钠灯的光效最高，并且有很长的寿命（24000h），因此它是市中心、停车场、工厂厂房照明的理想光源。在这些场合，中等的显色性就能满足需要。也可用显色性增强型及白光型高压钠灯，但是光效较低。

③金属卤化物灯（M-H）：高强度气体放电灯中最复杂的，其光辐射是通过激发金属原子产生的，通常包括几种金属元素。金属元素是以金属卤化物的形式引入的，能发出具有很好显色性的白光。放电管由石英或陶瓷制成，与高压钠灯相似，放电管装在玻璃泡壳或长管形石英外壳内。该灯广泛应用在需要高发光效率、高品质白光的所有场合。其典型应用包括上射照明、下射照明、泛光照明和聚光照明。紧凑型金属卤化物灯尤其适宜于需要精确控光的场合。

（6）感应灯。感应灯是新型的无极气体放电灯。所需要的能量是通过高频场耦合到放电中的，变压器的次级线圈能产生有效的放电。从形式来看，感应灯是紧凑型荧光灯的另一种形式，但高压部分也许不同。感应灯不局限于长管形（如荧光灯管），同时还能瞬时发光，工作频率在几兆赫之内，并且需要特殊的驱动和控制灯燃点的电子线路装置。

（7）场致发光照明。场致发光照明包括多种类型的发光面板和发光二极管，主要应用于标志牌及指示器，高亮度发光二极管可用于汽车尾灯及自行车闪烁尾灯，具有低电流消耗的优点。

2.4.2 照明电器附件

照明电器附件主要包括整流器、电子触发器、电子变压器、电子式镇流器、电子调频器、启辉器和灯用电器。

（1）整流器。整流器是一个整流装置，简单地说就是将交流电（AC）转化为直流电（DC）的装置。它有两个主要功能：将交流电（AC）变成直流电（DC），经滤波后供给负载，或者供给逆变器；给蓄电池提供充电电压。因此，整流器同时又起到充电器的作用。

（2）电子式镇流器。电子式镇流器是镇流器的一种，是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器（或镇流器）。现代日光灯越来越多地使用电子式镇流器，它轻便小巧，甚至可以将电子式镇流器与灯管等集成在一起，同时，电子式镇流器通常可以兼具启辉器的功能，故此又可省去单独的启辉器。电子式镇流器还具有更多的功能，例如，可以通过提高电流频率或者电流波形（如变成方波）改善或消除日光灯的闪烁现象，也可通过电源逆变过程使日光灯可以使用直流电源。

（3）电子变压器。电子变压器，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W。它是在高频电子式镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而克服了传统的硅钢片变压器体积大、笨重、价格高等缺点。

电子变压器是开关稳压电源，实际上就是一种逆变器。首先把交流电变为直流电，然后用电子元件组成一个振荡器将直流电变为高频交流电。通过开关变压器输出所需要的电压后二次整流供用电器使用。电子变压器具有体积小、质量轻、价格低等优点。

（4）启辉器。启辉器由充有氖气的玻璃泡、静触片和动触片组成。触片均为双金属片。

2.4.3 灯具

灯具是指能透光、分配和改变光源光分布的器具，包括除光源外所有用于固定和保护光源所需的全部零部件，以及与电源连接所必需的线路附件。

（1）吊灯。吊灯适用于客厅。吊灯的花样最多，常用的有欧式烛台吊灯、中式吊灯、水晶吊灯、羊皮纸吊灯、时尚吊灯、锥形罩花灯、尖扁罩花灯、束腰罩花灯、五叉圆球吊灯、玉兰罩花灯、橄榄吊灯等。用于居室的吊灯分单头吊灯和多头吊灯两种，前者多用于卧室、餐厅；后者宜装在客厅里。吊灯的安装高度，以其最低点离地面不小于2.2m为准。

最好选择可以安装节能灯光源的吊灯，有电镀层的吊灯长时间使用后电镀层易褪色，可选择全金属和玻璃等材质内外一致的吊灯。简洁式的低压花灯适合一般住宅。最贵的属水晶吊灯，但真正的水晶吊灯很少。

最好选择带分控开关的吊灯，因为如果吊灯的灯头较多，则可以局部点亮。

（2）吸顶灯。吸顶灯适合于客厅、卧室、厨房、卫生间等。常用的有方罩吸顶灯、圆球吸顶灯、尖扁圆吸顶灯、半圆球吸顶灯、半扁球吸顶灯、小长方罩吸顶灯等。吸顶灯可直接装在天花板上，安装容易，简单大方。吸顶灯内一般有镇流器和环形灯管，最好选择电子式镇流器吸顶灯。吸顶灯的环形灯管有三基色粉和卤粉的两种，三基色粉灯管显色性好、发光度高、光衰慢；卤粉灯管显色性差、发光度低、光衰快。区分卤粉和三基色粉灯管时，可同时点亮两灯管，把双手放在两灯管附近，卤粉灯管光下手色发白、失真，三基色粉灯管光下手色是皮肤本色。

吸顶灯有带遥控和不带遥控的两种，带遥控的吸顶灯开关方便，适合于卧室。吸顶灯的灯罩材质一般是塑料、有机玻璃。

（3）落地灯。落地灯常用于局部照明，对于角落气氛的营造十分实用。落地灯若直接向下投射，则适合阅读等需要精神集中的活动；若间接照明，则可以调整整体的光线变化。落地灯的灯罩下边应离地面1.8m以上。落地灯一般放在沙发拐角处，落地灯的灯光柔和，灯罩材质种类丰富，消费者可根据自己的喜好选择。许多人喜欢带小台面的落地灯，因为可以把固定电话放在小台面上。

（4）壁灯。壁灯适合于卧室、卫生间照明。常用的有双头玉兰壁灯、双头橄榄壁灯、双头鼓形壁灯、双头花边杯壁灯、玉柱壁灯、镜前壁灯等。壁灯的安装高度，以其灯泡离地面不小于1.8m为准。

（5）台灯。台灯按材质分陶灯、木灯、铁艺灯、铜灯等，按功能分为护眼台灯、装饰台灯、工作台灯等，按光源分为灯泡、插拔灯管、灯珠台灯等。客厅、卧室等多用装饰台灯，工作台、学习台多用节能护眼台灯。

（6）筒灯。筒灯一般装设在卧室、客厅、卫生间的周边天棚上，所有光线都向下投射，属于直接配光，可以用不同的反射器、镜片、百叶窗、灯泡，来取得不同的光线效果。筒灯不占据空间，可增加空间的柔和气氛。

（7）射灯。射灯可安置在吊顶四周或家具上部，也可置于墙内、墙裙或踢脚线里。射灯光线柔和，雍容华贵，既可对整体照明起主导作用，又可局部采光，烘托气氛。射灯分低压、高压两种，低压射灯的寿命长一些，光效高一些。射灯的光效高低以功率因数体现，功率因数越大光效越好，普通射灯的功率因数在0.5左右，优质射灯的功率因数能达到0.99。