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照明知识

(1)道路照明灯具功率因数解析


功率因数定义:

我们知道所有发电机都是旋转机械,产生的电压就是正弦波,这就是我们所谓的交流电。交流电有一个好处就是通过电磁感应可以用变压器来改变其电压,而且可以升高到几十万伏进行远距离传输以减小传输中的损耗,到目的地以后再降下来变成我们常用的市电。我们现在的市电就是220V,50Hz的交流电。而在电工学里交流电是可以用矢量来表示的。矢量可以表示电压也可以表示电流。对于纯电阻的负载,电压和电流是同相的,而对于纯电容负载或纯电感负载,电流和电压就不同相,而是有一个90度的相角,或者称为相位差。在纯电感负载时,其上的电压是领先电流90度,而纯电容负载时,其上的电压落后于电流90度。

如果我们用波形表示时,通常把电压表现为余弦波,如果电流落后于电压,就是电感性负载,领先于电压就是电容性负载。


因为实际上纯电感和纯电容都不存在的,实际的负载只能称为电感性负载或者是电容性负载。这时候其交流电压和交流电流之间就有一个夹角φ,对于电感性负载我们把这个夹角称为φL,而对于电容性负载的夹角就称为φC。

功率等于电压和电流的乘积,但是只有在纯阻负载的时候(电压和电流同相)是这样,而在电感性或电容性负载的时候就要把电流的矢量投影到电压矢量(水平轴)上去,也就是要乘以cosφL或者cosφC。我们通常就把这个cosφL或者cosφC称为功率因数。


但是由于这个夹角可以是正的,也可以是负的,所以功率因数也是可能为正数(感性负载)也可能为负数(容性负载)。但是当我们用矢量来代表电压和电流时,前提是它们的频率必须是完全相同的。而且是在一个线性系统里。

在线性系统里我们也会把功率因数用有功功率和视在功率之比来表示。所谓有功功率就是和电流同相的那部分电压和电流的有效值的乘积。而视在功率就是不考虑其间的相位差而将电压和电流的有效值直接相乘所得到的“功率”。而这二者之比显然就是前面所说的相角的余弦cosφ。


各种灯具的功率因数:

白炽灯因为是一个纯电阻(感性负载),它的功率因数等于1,目前传统道路照明光源(高压钠、金卤灯、飞利浦COSMO等)功率因数都能达到0.9以上,采用电子镇流器功率因数能提高到0.95以上。使电网谐波降低,减少电网危害、让电能利用率更高


LED灯具的功率因数:

因为LED是一个半导体二极管,它需要直流供电,如果用市电供电的话,就一定会有一个整流器,通常是二极管整流桥。为了得到尽可能平滑的直流避免出现纹波闪烁,通常都需要加上一个大电解电容。而后面的LED可以近似为一个电阻.

整流后的电压电流波形都不是正弦波,而且虽然整流前的电压波形是正弦波,但是其电流波形也不是正弦波。所以整个系统是一个非线性系统。而本来功率因数是针对线性系统定义的,而且要求输入输出电压电流都是同频率的正弦形,否则的话无法采用Cosφ。但是在非正弦系统中,因为电压电流波形都不是正弦波,是没有什么相位角可以说的。所以非线性系统中的功率因数必须重新定义。


如前所述功率因数的另一个定义是有功功率和视在功率之比。有功功率是指实际输出的功率,而视在功率是指输入电压有效值和输入电流有效值的乘积。这个在正弦波系统里是完全可以和Cosφ等效的,所以是没有问题的。但是在非线性系统里,什么是有功功率什么是视在功率就很值得探讨的了。






(2)中间视觉


光的接收器-眼睛 光线经过晶状体聚焦到视网膜上.

视网膜的两种细胞 Ⅰ杆状细胞-光度敏感器  Ⅱ锥状细胞-色度敏感器


正常视觉条件下(有效亮度>3.5 cd/m2 ):

杆状细胞产生对物体的感知

锥状细胞区别颜色

>>明视觉


过渡状态下有部分锥状和杆状细胞工作:

蓝绿光较红光更为明亮

>>中间视觉


低亮度条件下(亮度<0.035 cd/m2 ) :

锥状细胞不发生作用,不能分辨颜色

杆状细胞起作用,使物体有一定的能见度

>>暗视觉

(以上为2005-3-9/10中间视觉与道路照明国际研讨会在复旦大学召开,推介中间视觉的研究成果)


明视觉状态下,人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感

暗视觉环境下,人眼对波长为507nm的蓝绿光最敏感

道路照明属于中间视觉,两种视觉细胞同时工作,对波长为507~555nm范围的绿光最敏感,具体峰值波长取决于亮度值

如果照明光源光谱与敏感波长一致,则视觉效率最高。所以,在道路照明亮度环境下,希望照明光源的光谱在480~580nm之间要丰富。




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