常用电光源性能指标及寿命分析

（一）电光源的性能指标

（1）额定功率。额定功率是指电光源的设计功率值，单位为W。

（2）额定光通量。额定光通量是由制造厂给定的某种电光源在规定条件下工作的初始光通量，单位为lm。

（3）发光效率。发光效率是指光源发出的光通量与它消耗的电功率之比，单位为lm/W。

（4）寿命。电光源的寿命通常有有效寿命和平均寿命两种，以小时表示。有效寿命是指从开始使用到光通量衰减到初始额定光通量的某一百分比（通常是70%～80%）所经历的点燃时数。白炽灯、荧光灯多用有效寿命表示，超过有效寿命的灯继续使用发光效率会降低，经济性下降。平均寿命是指一组试验样灯从点燃到50%灯失效所经历的时间。高强气体放电灯常用平均寿命表示。

（5）频闪效应。频闪效应是指气体放电光源的光通随着电压、电流周期性变化，光通量产生周期性的强弱变化，会使人观察转动物体时产生不转动的错觉。

（6）启动时间与再启动时间。气体放电灯从接通电源开关至灯开始正常发光所需要的时间，称为启动时间。气体放电灯稳定工作后断开电源，从再次接通电源开关到灯重新开始正常工作所需的时间称为再启动时间。

（二）常用电光源

在照明工程中使用的各种各样电光源，按其工作原理主要分为两大类: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，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯等。

1.热辐射光源

热辐射光源利用电流的热效应，将灯丝加热到白炽程度而发出可见光。

（1）白炽灯。白炽灯是利用电流流过钨丝形成白炽体的高温热辐射发光。具有构造简单、使用方便、能瞬间点燃、无频闪效应、显色性能好、价格便宜等优点，但因热辐射中只有一小部分为可见光，故发光效率低，一般为7～19lm/W;此外由于钨丝存在有蒸发现象，其寿命较短，平均寿命为1000小时，通常40W以上的白炽灯内部充以惰性气体，以减少钨丝的蒸发;白炽灯还具有抗震性能低的缺点。其结构如图15-2所示。

图15-2　白炽灯构造

1—玻璃壳;2—灯丝;3—灯丝支架;4—玻璃管;5—内导丝;6—外导丝;7—灯头

白炽灯用途很广，除普通白炽灯外，还有磨砂灯、漫射灯、反射灯、装饰灯、水下灯、局部照明灯。白炽灯的灯头有螺口和插口两种。

（2）卤钨灯。由于白炽灯的钨丝在热辐射的过程中蒸发并附着在灯泡内壁，从而使发光效率减低，寿命缩短。为减缓这一进程，在灯泡内充以少量的卤素（如溴、碘），利用卤钨循环来提高灯的发光效率和寿命。

卤钨灯按外形可以分为长管形、圆柱形、冷反射型三类。图15-3为长管型卤钨灯的结构示意图。

卤钨循环是指从灯丝蒸发出来的钨在灯泡内与卤素反应形成挥发性的卤化钨，因灯泡内壁温度很高而不能附着其上，卤化钨到达高温的灯丝附近又被分解成卤素和钨，钨被吸附在灯丝表面，如此反复的过程。卤钨循环作用可使灯泡发光效率提高30%，寿命延长50%。

图15-3　卤钨灯结构示意图

1—石英玻璃管;2—螺旋状钨丝;3—钨质支架;4—钼箔;5—导线;6—电极

卤钨灯灯壁的温度要比白炽灯高很多（约600℃），相应灯泡内气压也高，为此灯泡壳必须使用耐高温的石英玻璃。(www.xing528.com)

卤钨灯具有体积小、功率大、能瞬间点燃、可调光、无频闪效应、显色性好、发光效率高等优点，多用于较大空间和要求高照度的场所，如电视转播照明、摄影、绘图等场所。卤钨灯的缺点是抗震性差，在使用中应注意以下几点:

1）为保持正常的卤钨循环，管形灯应水平放置，倾角范围不超过±4°。

2）不宜靠近易燃物，连接灯脚的导线宜用耐高温导线，保持接触良好。

3）由于卤钨灯灯丝易断，要避免受震动或撞击，故不宜作为移动式局部照明。

2.气体放电光源

气体放电光源主要利用电流激发气体电离和放电而发出可见光。

（1）荧光灯。俗称日光灯，是一种低压汞蒸气弧光放电灯。它是利用汞蒸气在外加电压的作用下产生弧光放电时发出大量的紫外线和少许的可见光，再靠紫外线激励涂覆在灯管内壁的荧光粉发出可见光。常见荧光灯的构造如图15-4所示。

图15-4　常见荧光灯管的结构

1—灯脚;2—灯头;3—灯丝;4—荧光粉;5—玻璃管

荧光灯具有发光效率高、寿命长、表面温度低、显色性较好、光通分布均匀等优点。荧光灯的缺点主要是低温环境下启动困难，且光效显著减弱，荧光灯最佳环境温度为20～35℃;另外，荧光灯功率因数低，约0.5左右;受电网电压影响显著，电压偏移太大，会影响光效和寿命，甚至不能启动。目前常用电子镇流器，可使功率因数提高到0.9以上，同时解决了频闪问题。

（2）高压汞灯。高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等优点;缺点是不能瞬间点燃，启动时间长，显色性差。电压偏移对高压汞灯的光通输出影响较小，但电压波动过大，如电压突然降低5%以上时，可导致灯自动熄灭，再次启动又需5～10min，故电压变化不宜大于5%。

（3）高压钠灯。高压钠灯是在放电发光管内充入适量的惰性气体，并加入足够的钠，通电后高压钠蒸气放电，其辐射光波集中在人眼较灵敏的区域内，故光效高，约为荧光高压汞灯的两倍，可达110lm/W，寿命长，但显色性欠佳，平均显色指数为21。电源电压的变化对高压钠灯的光电参数影响较为显著，当电压突降5%以下时，可造成灯自行熄灭，而再次启动又需约10～15min。环境温度的变化对高压钠灯的影响不显著，它能在-40～100℃范围工作。

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），还具有紫外线辐射小、透雾性能好、耐震等优点，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。显色性增强型及白光型高压钠灯提高了显色性，但这是以降低光效为代价的。

（4）金属卤化物灯。金属卤化物灯是在荧光高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新一代光源，与高压汞灯相比，光效更高（70～100lm/W），显色性更好，平均显色指数60～90，紫外线辐射弱，但寿命较高压汞灯低。广泛应用在需要高发光效率、高品质白光的场合，紧凑型金属卤化物灯在需要精确控光的场合尤其适宜。

（5）氙灯。氙灯为惰性气体放电弧光灯，按电弧的长短又可分为长弧氙灯和短弧氙灯，其功率较大，光色接近日光，因此有“人造小太阳”之称。此外高压氙灯有耐低温、耐高温、耐震、工作稳定等优点。

长弧氙灯特别适合于广场、车站、港口、机场等大面积场所照明;短弧氙灯是超高压氙气放电灯，其光谱要比长弧氙灯更加连续，与太阳光谱很接近，为标准白色高亮度光源，显色性好。

氙灯紫外线辐射强，在使用时不要用眼睛直接注视灯管，用作一般照明时，要装设滤光玻璃，安装高度不宜低于20m。氙灯一般不用镇流器，但为提高电弧的稳定性和改善启动性能，目前小功率管形氙灯仍使用镇流器。氙灯需采用触发器启动，每次触发时间不宜超过10s，灯的工作温度高，因此，灯座及灯头引入线应耐高温。

常见使用场所电光源选择可以参考表15-4。

表15-4　常见使用场所电光源选择一览表